Wybór technologii obróbki to jedna z pierwszych decyzji, które trzeba podjąć przed rozpoczęciem produkcji detalu. Na pierwszy rzut oka sprawa wydaje się prosta: element cylindryczny trafia na tokarkę, a bardziej skomplikowany – na frezarkę. W praktyce granica między tymi technologiami nie zawsze jest jednak tak oczywista.
Nowoczesne centra obróbcze pozwalają łączyć wiele operacji, a właściwie zaplanowany proces może znacząco wpłynąć na czas wykonania, dokładność, powtarzalność oraz koszt produkcji. Dlatego pytanie nie powinno brzmieć wyłącznie: frezowanie czy toczenie?, lecz raczej: jaka technologia pozwoli wykonać konkretny detal najefektywniej?
Obie technologie należą do metod obróbki skrawaniem i wykorzystują komputerowe sterowanie CNC. Różni je jednak przede wszystkim sposób wykonywania ruchu skrawającego.
Podczas frezowania CNC obraca się narzędzie, natomiast obrabiany detal jest odpowiednio pozycjonowany względem frezu. Pozwala to wykonywać powierzchnie płaskie, otwory, kieszenie, rowki, kontury oraz bardziej skomplikowane geometrie przestrzenne.
W przypadku toczenia CNC sytuacja jest odwrotna – to obrabiany detal wykonuje ruch obrotowy, a narzędzie usuwa kolejne warstwy materiału. Technologia ta jest więc szczególnie dobrze przystosowana do produkcji części o geometrii obrotowej.
Ta pozornie niewielka różnica ma ogromny wpływ na możliwości obu procesów.
Frezowanie CNC jest jedną z najbardziej uniwersalnych metod produkcji precyzyjnych części. Odpowiednio dobrane narzędzia oraz zaprogramowane ścieżki ich ruchu umożliwiają stopniowe usuwanie materiału aż do uzyskania wymaganej geometrii.
Frezowanie sprawdza się przede wszystkim wtedy, gdy detal posiada elementy, których nie można uzyskać wyłącznie poprzez obróbkę wokół jednej osi.
Mogą to być między innymi:
Technologia ta znajduje zastosowanie zarówno przy produkcji stosunkowo prostych komponentów, jak i części wymagających wielu precyzyjnie wykonanych powierzchni.
Jednym z najważniejszych argumentów przemawiających za frezowaniem jest duża swoboda projektowania geometrii detalu. Jeśli część posiada wiele płaszczyzn, otworów, wybrań czy innych cech konstrukcyjnych, frezowanie często okazuje się naturalnym rozwiązaniem.
Duże znaczenie ma również możliwość wykonywania wielu operacji w ramach starannie zaplanowanego procesu. Ograniczenie liczby zamocowań może poprawić powtarzalność produkcji i zmniejszyć ryzyko błędów wynikających z ponownego pozycjonowania części.
Frezowanie jest wykorzystywane między innymi przy produkcji elementów maszyn, komponentów urządzeń, obudów, uchwytów, części konstrukcyjnych oraz prototypów.
Toczenie CNC najlepiej pokazuje swoje możliwości przy detalach, których geometria jest związana z osią obrotu.
Materiał mocowany jest w uchwycie i wprawiany w ruch obrotowy. Narzędzie skrawające przemieszcza się zgodnie z zaprogramowaną ścieżką, nadając części odpowiednią średnicę, długość oraz profil.
W ten sposób można wykonywać między innymi:
W przypadku takich komponentów toczenie pozwala połączyć wysoką dokładność z bardzo dobrą wydajnością procesu.
Geometria maszyny oraz charakter ruchu obrabianego elementu sprawiają, że toczenie jest szczególnie dobrze przystosowane do szybkiego usuwania materiału z części obrotowych.
Ma to znaczenie zwłaszcza w produkcji seryjnej. Jeżeli trzeba wykonać większą liczbę identycznych komponentów, odpowiednio przygotowany proces CNC zapewnia wysoką powtarzalność kolejnych sztuk.
Istotną zaletą toczenia jest również możliwość zachowania precyzyjnych zależności pomiędzy poszczególnymi średnicami oraz powierzchniami wykonywanymi w jednym zamocowaniu. W przypadku części współpracujących z innymi elementami mechanizmu może mieć to kluczowe znaczenie.
To właśnie tutaj współczesna obróbka CNC staje się szczególnie interesująca.
Wyobraźmy sobie część, która ma zasadniczo cylindryczny kształt, ale jednocześnie posiada boczne otwory, rowek, płaską powierzchnię lub inne elementy niesymetryczne względem osi obrotu. Samo toczenie nie wystarczy, ale wykonywanie wszystkich operacji na kilku oddzielnych stanowiskach również nie zawsze będzie najbardziej efektywne.
Nowoczesne centra tokarskie wyposażone w dodatkowe możliwości obróbcze pozwalają wykonywać bardziej złożone detale w ramach jednego, starannie zaplanowanego procesu. Przykładem takiego rozwiązania jest możliwość wykorzystania narzędzi napędzanych do realizacji dodatkowych operacji.
Korzyść nie sprowadza się wyłącznie do oszczędności czasu. Mniejsza liczba przełożeń detalu pomiędzy kolejnymi operacjami może również sprzyjać zachowaniu wymaganych zależności geometrycznych i zwiększać powtarzalność produkcji.
Kształt części jest najważniejszą wskazówką przy wyborze technologii, ale nie powinien być jedynym kryterium.
Przed rozpoczęciem produkcji warto przeanalizować również:
Inaczej zachowują się podczas skrawania aluminium, stale nierdzewne, stale konstrukcyjne czy inne stopy metali. Materiał wpływa między innymi na dobór narzędzi, parametrów skrawania i strategii obróbki.
Nie wszystkie powierzchnie detalu muszą być wykonane z identyczną dokładnością. Kluczowe jest określenie tych wymiarów i zależności geometrycznych, które rzeczywiście decydują o prawidłowym działaniu części.
Inaczej planuje się wykonanie pojedynczego prototypu, inaczej niewielkiej partii, a jeszcze inaczej powtarzalną produkcję seryjną. Przy większych wolumenach szczególnego znaczenia nabierają czas cyklu, automatyzacja oraz stabilność procesu.
Każde dodatkowe zamocowanie detalu oznacza kolejną czynność produkcyjną. Dlatego podczas projektowania procesu dąży się do takiego wykorzystania możliwości maszyny, aby ograniczyć zbędne operacje i przełożenia.
Najtańsza pojedyncza operacja nie zawsze oznacza najtańszy gotowy detal. Trzeba uwzględnić przygotowanie produkcji, liczbę zamocowań, czas pracy maszyny, narzędzia, kontrolę jakości oraz skalę zamówienia.
Bardzo często – tak.
Część, którą teoretycznie można wykonać poprzez frezowanie, może okazać się znacznie bardziej ekonomiczna w produkcji, jeśli jej podstawowa geometria powstanie podczas toczenia. Z kolei komponent przypominający część obrotową może posiadać tak wiele dodatkowych powierzchni i otworów, że istotną rolę w jego produkcji odegrają operacje frezarskie.
Dlatego doświadczenie w obróbce CNC polega nie tylko na umiejętności wykonania elementu zgodnie z dokumentacją. Równie ważne jest zaprojektowanie właściwej drogi prowadzącej od półfabrykatu do gotowej części.
Koszt detalu jest w dużej mierze kształtowany jeszcze przed uruchomieniem maszyny.
Niektóre rozwiązania konstrukcyjne mogą wymagać specjalnych narzędzi, dodatkowych zamocowań albo bardziej czasochłonnych operacji. Czasami niewielka zmiana geometrii, która nie wpływa na funkcjonalność części, pozwala uprościć jej produkcję.
Właśnie dlatego warto uwzględniać możliwości technologiczne już na etapie projektowania komponentu. Analiza dokumentacji przed rozpoczęciem produkcji może pomóc znaleźć rozwiązanie korzystniejsze pod względem czasu realizacji, powtarzalności i kosztów.
Nowoczesne maszyny CNC umożliwiają wykonywanie bardzo dokładnych komponentów, jednak sama obrabiarka jest tylko jednym z elementów całego procesu.
Na końcowy rezultat wpływają również między innymi przygotowanie programu, dobór narzędzi i parametrów skrawania, sposób zamocowania półfabrykatu, stabilność procesu oraz kontrola wykonanych części.
W TOKAR CNC Technology jakość detali może być weryfikowana z wykorzystaniem systemu pomiarowego KEYENCE IM, umożliwiającego szybką i powtarzalną kontrolę wymiarową. Dzięki temu obróbka i kontrola jakości tworzą spójny proces prowadzący do uzyskania części zgodnych z dokumentacją techniczną.
Najprostsza zasada mówi: dla geometrii obrotowej naturalnym wyborem jest toczenie, natomiast przy bardziej złożonych kształtach i wielu powierzchniach – frezowanie. W rzeczywistych projektach odpowiedź często wymaga jednak dokładniejszej analizy.
Najlepsza technologia to niekoniecznie ta, która pozwala wykonać detal w dowolny sposób. To rozwiązanie, które zapewnia wymaganą dokładność i jakość przy możliwie efektywnym wykorzystaniu materiału, narzędzi, czasu maszyny i liczby operacji.
W TOKAR CNC Technology każdy projekt można rozpatrywać jako osobne zadanie technologiczne. Analiza geometrii, materiału, tolerancji oraz planowanej wielkości produkcji pozwala dobrać proces odpowiadający rzeczywistym wymaganiom komponentu.
Czasem będzie nim toczenie CNC. Innym razem frezowanie. W bardziej złożonych przypadkach najlepszym rozwiązaniem może okazać się połączenie różnych operacji.
Ostatecznie nie chodzi bowiem o wybór pomiędzy dwiema technologiami, ale o coś znacznie ważniejszego – znalezienie najbardziej racjonalnego sposobu wykonania precyzyjnego detalu zgodnego z założeniami projektu.
TOKAR CNC Technology Mateusz Maćków
