CNC freesimine


Mis on CNC freesimine?

CNC freesimine (inglise keeles Computer Numerical Control Milling) on kaasaegne, arvutijuhitav mehaaniline töötlemisviis, millega saab täpselt kujundada erineva kuju ja suurusega detaile. Protsess seisneb selles, et pöörlev lõikeriist eemaldab toorikust, näiteks metallist või plastist tükist, kihthaaval materjali, kuni alles jääb soovitud kujuga detail.

„CNC“ tähendab Computer Numerical Control, ehk arvutipõhine numbriline juhtimine. See tähendab, et freesimispink on arvuti poolt juhitav ja liikumised on määratud spetsiaalse programmiga, mille on loonud inimene (tavaliselt CAD/CAM tarkvara abil) ja mis määrab täpselt, kuidas ja kuhu lõikeriist liigub. Tänu sellele saab saavutada väga suurt täpsust, korratavust ja töökindlust.

Freesimisel on kolm põhielementi:

  1. Toorik, see on töötlemiseks mõeldud algmaterjal, millest freesimise käigus detail valmistatakse. Toorik võib olla metallist, plastist, komposiitmaterjalist või isegi puidust. Enne töötlemist kinnitatakse toorik masina töölauale kindlalt paigale, et see ei liiguks freesimise ajal. Selle stabiilsus on kriitiline täpse lõpptulemuse saavutamiseks.
  2. Lõikeriist, enamasti on see pöörlev freesitera, mis võib olla erineva kuju, suuruse ja lõikeprofiiliga, sõltuvalt töödeldava detaili vajadustest. Lõikeriist pöörleb suurel kiirusel ja eemaldab kihthaaval materjali. On olemas erinevat tüüpi freese: otsafreesid, kuulfreesid, laupfreesid, V kujulised freesiotsad jpm, millest igaühel on oma kindel rakendus.
  3. Masin ja arvutiprogramm, CNC freespink koosneb liikuva töölauaga korpusest, spindlist, juhtimissüsteemist ning servo ja samm mootoritest, mis tagavad liikumise eri telgedel. Arvutiprogramm annab masinale juhised, mille järgi tööriist liigub. Tüüpiliselt kasutatakse G koodi, mis annab käske näiteks liikumise suuna, kiiruse, sügavuse ja lõikeparameetrite kohta.

Need kolm elementi, toorik, lõikeriist ning masin koos programmiga moodustavad koos täpselt toimiva süsteemi, mille abil saab valmistada keerukaid ja kvaliteetseid detaile paljudes valdkondades.


Kuidas CNC freesimine töötab?

CNC freesimisel kinnitatakse toorik masina töölauale ja lõikeriist hakkab vastavalt juhistele pöörlema ning liikuma. Liikumine toimub kolmes või enamas suunas, mida nimetatakse telgedeks:

X-telg, liikumine vasakult paremale
Y-telg, liikumine eest taha
Z-telg, liikumine üles-alla

Need kolm telge moodustavad baasliikumise, mis võimaldab toota enamikku lihtsamaid detaile. Kuid tänapäevased tootmisvajadused nõuavad üha keerulisemate kujundite ja nurkade lõikamist, mistõttu kasutatakse tihti ka mitmeteljelisi CNC freespinke.

4-teljelised masinad lisavad tavaliselt võimaluse pöörata toorikut horisontaalselt (A telg), mis võimaldab töötada rohkemate nurkade all. 5 teljelised freespingid suudavad freesida detaili viielt küljelt, mis annab märgatava eelise keerukate pindade, kõverate kujundite ja 3D kujude töötlemisel. See võimaldab freesida keerukaid detaile ilma, et detaili peaks käsitsi pöörama või uuesti kinnitama.

Mida rohkem telgi masinal on, seda rohkem automatiseeritust ja täpsust see võimaldab. Samuti väheneb tööaeg ja suureneb pindade ühtlus, kuna kogu detaili saab töödelda ühe kinnitusega. Selline mitmeteljeline töötlus on väga oluline näiteks lennunduses, autotööstuses ja meditsiiniseadmete tootmises, kus täpsus ja kvaliteet on kriitilise tähtsusega.


CNC freesimise ajalugu?

Freesimise kui mehaanilise protsessi ajalugu ulatub 19. sajandisse. Esialgu oli tegemist lihtsate käsitsi juhitavate pinkidega, millega sai eemaldada materjali puidust või metallist detailidelt. Aja jooksul muutusid masinad täpsemaks ja keerukamaks.

Esimesed freespingid (19. sajandi keskpaik)

Esimesed freespingid ilmusid tööstusrevolutsiooni ajal, umbes 1810.–1850. aastatel. Neid kasutati peamiselt metallide töötlemiseks. Esimese tööstusliku freespingi loojaks peetakse ameeriklast Eli Whitney’t, kes 1818. aastal arendas masina, millega oli võimalik valmistada relvaosi täpsemalt ja kiiremini kui käsitsi.

20. sajand, automaatika ja elektroonika areng

20. sajandi alguses hakkasid masinad muutuma poolautomaatseks, operaator sai masinat juhtida kangide ja hoobade abil. 1940.–1950. aastatel algas tõeline revolutsioon: USA õhuvägede toel töötati välja esimesed arvutijuhitavad tööpingid. Oluliseks verstapostiks oli MIT (Massachusetts Institute of Technology) teadlaste töö, kelle loodud punktjuhtimise süsteem (punched tape system) oli esimene samm CNC tehnoloogia suunas.

CNC tehnoloogia sünd (1950–1970)

CNC süsteemid arenesid 1950ndatel ja 60ndatel, kui esimest korda hakati tööpinkides kasutama arvutite abi. Juhtsignaalid, mis varem olid salvestatud perfokaartidele, asendusid hiljem digitaalsete programmidega.

1970.–1980. aastatel levisid CNC pingid kiiresti kogu tööstuses. CAD/CAM (Computer Aided Design / Computer Aided Manufacturing) tarkvara areng võimaldas disainida detaile digitaalselt ja saata need otse masinasse töötlemiseks.

Tänapäev

Tänapäeval kasutatakse CNC freesimist praktiliselt igas tootmisharus: autotööstuses, lennunduses, meditsiinis, elektroonikas ja ka kunstis. Masinad on muutunud äärmiselt täpseks, kiiremaks ja suudavad töödelda ka keerulisi materjale, näiteks titaani või süsinikkiudkomposiite.


CNC freesimise eelised?

CNC freesimine on mitmel põhjusel väga populaarne tootmismeetod:

Väga suur täpsus:
CNC freespingid suudavad saavutada detailide töötlemisel täpsust kuni 0,01 mm, mis ületab kaugelt käsitsi töötlemise võimalusi. Selline täpsus on ülioluline näiteks meditsiiniseadmete, elektroonikakomponentide ja lennundusdetailide valmistamisel. Tänu suurele täpsusele on tagatud, et valminud detailid sobivad täpselt kokku teiste osadega, vältides liigseid mõõtmetolerantse või kokkupaneku raskusi.
Suur kiirus:
CNC freesimine võimaldab töödelda detaile kiiresti, kuna masina liikumised on optimeeritud ja täpselt juhitud. Sobib hästi nii üksikute prototüüpide kui ka suurte tootepartiide valmistamiseks. Kuna masin ei vaja puhkeaega ning töötab kindla kiirusega, saab tootmist planeerida täpse ajagraafiku järgi.

Korduvus:
Üks CNC masina suurimaid eeliseid on see, et kõik toodetud detailid on täpselt ühesugused. Kui programm on korrektselt loodud ja masin õigesti seadistatud, ei teki erinevusi partii sees ega eri tootepartiide vahel. See omadus on oluline näiteks masstoodangus, kus iga toode peab vastama samadele kvaliteedistandarditele.
Paindlikkus:
CNC freesimine võimaldab töödelda väga erineva kujuga ja keerukusega detaile, alates lihtsatest plokkidest kuni keeruliste 3D kujudeni. Sama masinat saab kasutada eri tüüpi tööde jaoks, muutes vaid programmi ja vajadusel tööriista. See teeb CNC pingist väga mitmekülgse tööriista, mis sobib nii prototüüpimiseks kui ka täismahus tootmiseks.
Mugav programmeerimine:
Tänu CAD (Computer Aided Design) ja CAM (Computer Aided Manufacturing) tarkvarale saab kujundada ja töödelda detaile arvutis ning seejärel saata programm otse masinasse. See võimaldab disainis kiiresti muudatusi teha ja kohe näha nende mõju tootmisprotsessile. Programmeerimine on standardiseeritud ja sageli visuaalselt intuitiivne, mis teeb selle kättesaadavaks ka vähem kogenud kasutajatele.
Madal vigade risk:
Kuna kogu tööprotsessi juhib arvuti ja liikumised on täpselt kontrollitud, väheneb oluliselt inimlike eksimuste võimalus. Masin järgib iga juhist täpselt, ilma et see väsiks või tähelepanu hajuks. Vigade vältimine tähendab ka väiksemat materjalikadu ja väiksemaid kulusid.
Materjalide mitmekesisus:
CNC freespingid sobivad väga paljude materjalide töötlemiseks, sealhulgas alumiinium, teras, messing, roostevaba teras, plastid ja komposiitmaterjalid. Tänu sellele saab sama masinat kasutada erinevates tööstusharudes, olgu selleks elektroonika, meditsiin, autotööstus või isegi puidutöö. Erinevatele materjalidele sobivad tööriistad ja lõikeparameetrid saab seadistada vastavalt vajadusele, mis tagab optimaalse töötlemise igas olukorras.


Materjalid, mida saab CNC freespingiga töödelda

CNC freesimist saab kasutada väga paljude materjalidega:

Metallid:

● Alumiinium:
Alumiinium on kerge ja väga hästi freesitav materjal, mistõttu kasutatakse seda sageli prototüüpide valmistamisel. Sellel on hea soojus- ja elektrijuhtivus ning see korrodeerub aeglaselt. Tänu madalale tihedusele ja heale töödeldavusele on see levinud ka autotööstuses ja tarbeelektroonikas.
● Teras:
Teras on tugev ja vastupidav materjal, mis sobib raskete koormuste ja kulumisele avatud osade tootmiseks. CNC freesimine võimaldab töödelda terast väga täpselt, säilitades samas selle mehhaanilised omadused. Terast kasutatakse laialdaselt tööstuslike mehhanismide, tööriistade ja konstruktsioonide valmistamisel.
● Roostevaba teras:
Roostevaba teras on korrosioonikindel, mistõttu sobib see suurepäraselt kasutamiseks niiskes või kemikaale sisaldavas keskkonnas. Materjal on tugev ja hügieeniline, mistõttu on see populaarne meditsiiniseadmete ja toiduainetööstuse seadmete tootmisel. Freesimine on keerukam kui tavalise terase puhul, kuid kvaliteetse tööriistaga on see teostatav.
● Messing:
Messing on hea elektrijuht ja selle töötlemine CNC pingil on sujuv, kuna materjal on suhteliselt pehme. Seda kasutatakse sageli elektriseadmete ühendusdetailide ja dekoratiivsete elementide valmistamisel. Lisaks sellele on messingil atraktiivne kuldne toon, mis teeb selle sobivaks ka disainielementide jaoks.
● Vask:
Vask on suurepärase elektrijuhtivusega materjal, mistõttu kasutatakse seda elektriliste komponentide tootmisel. Selle töödeldavus on keerukam, kuna materjal kipub tööriista külge kleepuma ja kuumeneb kiiresti. CNC freesimise puhul tuleb kasutada õigeid lõikeparameetreid ja jahutust, et saavutada hea viimistlus.
● Titaan:
Titaan on väga tugev ja samas kerge metall, mida kasutatakse seal, kus on vaja maksimaalset tugevuse ja kaalu suhet, näiteks lennunduses ja meditsiinis (implantaadid, kirurgilised tööriistad). Materjal on korrosioonikindel ja bioloogiliselt sobiv, kuid terasest raskemini töödeldav. CNC freesimine võimaldab saavutada vajaliku täpsuse ja pinna kvaliteedi hoolimata selle raskest töödeldavusest.

Plastid:

POM (polüatsetaal):
POM on jäik, täpne ja kulumiskindel plastmaterjal, mida kasutatakse sageli hammasrataste, laagerdetailide ja muude liikuvate komponentide valmistamisel. See säilitab oma kuju hästi ja talub mehaanilist koormust. CNC freesimine võimaldab toota sellest väga täpseid detaile, mis sobivad hästi tehnilisteks rakendusteks.
HDPE (kõrge tihedusega polüetüleen):
HDPE on kerge, paindlik ja vastupidav kemikaalide ning niiskuse suhtes. Seda kasutatakse torustike, mahutite ja kaitsekatete tootmisel. CNC freesimine võimaldab luua sellest täpseid tehnilisi detaile, eriti kui on vaja tugevaid ja keemiliselt vastupidavaid osi.
Nailon:
Nailon on vastupidav ja libe materjal, mis sobib hästi hõõrduvate ja liikuvate osade jaoks, näiteks pukside ja liugurite tootmisel. Sellel on hea kulumiskindlus ja madal hõõrdetegur. CNC freesimisel tuleb arvestada niiskuse imendumisega, mis võib mõjutada mõõtmete stabiilsust.

Komposiitmaterjalid ja muud:

● Klaaskiud ja süsinikkiud:
Need materjalid on väga tugevad ja samas kerged, mistõttu sobivad need ideaalselt rakendustesse, kus on vaja maksimaalset jäikust minimaalse kaaluga, näiteks spordivarustus, autotööstus ja lennundus. CNC freesimine võimaldab neist materjalidest valmistada täpseid komponente, kuid tööriistade kulumine on suurem. Vajalik on spetsiaalne töötlusviis ja tolmukontroll, kuna töötlemisel tekkiv tolm võib olla tervisele kahjulik.
Puit ja vineer (harvem):
Kuigi CNC freesimist kasutatakse puitmaterjalide puhul harvem tehnilistes rakendustes, on see populaarne disaini, reklaami ja mööblitootmise valdkonnas. Masin võimaldab luua keerukaid lõikeid, mustreid ja reljeefe väga suure täpsusega. Vineeri ja puidu puhul tuleb arvestada materjali struktuuriga, mis võib mõjutada lõikamise sujuvust ja viimistluse kvaliteeti.


Erinevus CNC freesimise ja treimise vahel

CNC freesimine ja treimine on mõlemad arvutijuhitavad lõikeprotsessid, mida kasutatakse erineva kuju ja otstarbega detailide valmistamiseks. Nende tööpõhimõte on aga oluliselt erinev:

freesimisel pöörleb lõikeriist ja detail jääb paigale, samal ajal kui treimisel pöörleb hoopis toorik ning lõikeriist on enamasti statsionaarne või liigub ühel kahel teljel.

Treimine on eriti sobilik silindriliste ja sümmeetriliste osade valmistamiseks, näiteks võllid, puksid, torud ja keermega osad, sest pöörleva detaili töötlemine võimaldab saavutada väga ühtlase ja sileda pinna.

Freesimine on oma olemuselt paindlikum, kuna masin võib liigutada lõikeriista mitmes suunas ja töödelda nii tasapinnalisi kui ka kolmemõõtmelisi kujundeid. See teeb freesimise sobivaks keeruliste geomeetriatega detailide tootmiseks, näiteks korpuste, süvenditega plaatide või asümmeetriliste komponentide jaoks. Mitmeteljelised freespingid võimaldavad veelgi keerukamaid kujundeid valmistada ilma, et detaili peaks käsitsi ümber pöörama. Kuigi mõlemad protsessid kasutavad CNC tehnoloogiat, määrab lõpptulemuse kuju ja eesmärk, kumb meetod sobib paremini. Sageli kasutatakse neid ka koos näiteks alustatakse treimisega ja lõpetatakse freesimisega, et saavutada vajalikud mõõdud ja kujundid.


Millistes valdkondades kasutatakse CNC freesimist?

CNC freesimist kasutatakse laialdaselt pea kõikides valdkondades:

● Autotööstus:
CNC freesimist kasutatakse autotööstuses näiteks mootoriosade, käigukastide korpuste, roolisüsteemide komponentide ja piduriosade valmistamiseks. Täpsus ja korduvus on siin väga olulised, sest kõik osad peavad sobima ideaalselt kokku ja taluma suuri koormusi. CNC tehnoloogia võimaldab valmistada keerulise geomeetriaga detaile kiiresti ja usaldusväärselt, tagades samas kõrge tootmiskvaliteedi.
● Lennundus:
Lennunduses on CNC freesimine kriitilise tähtsusega, kuna komponentide täpsus ja usaldusväärsus mõjutavad otseselt lennuohutust. Titaani ja alumiiniumi kasutatakse sageli kergete ja tugevate osade, nagu propellerid, tiivaelemendid ja kerekomponendid, valmistamiseks. CNC freespingid võimaldavad töödelda ka keerulisi 3D kujusid, mis on omased lennundusdetailidele.
● Elektroonika:
Elektroonikatööstuses kasutatakse CNC freesimist jahutusribide, ühendusplaatide, korpuste ja alumiiniumist raamide valmistamisel. Väikeste ja täpsete komponentide puhul on oluline, et iga ava, soon ja auk oleks paigas mikromeetri täpsusega. CNC tehnoloogia võimaldab toota ka väikeseid partiisid spetsiaalseks rakenduseks, näiteks prototüüpide ja eritellimuskomponentide jaoks.
Meditsiin:
Meditsiiniseadmete ja implantaatide tootmine nõuab ülitäpset ja hügieenilist töötlemist, milleks CNC freesimine sobib ideaalselt. Näiteks kasutatakse seda kirurgiliste instrumentide, proteeside ja implantaatide korpuste valmistamisel. Kuna materjalid (nt. roostevaba teras, titaan) peavad olema bioloogiliselt sobivad ja täpsed, on CNC ainus sobiv lahendus paljudes meditsiinilistes rakendustes.
Kunst ja disain:
Kunsti- ja disainivaldkonnas kasutatakse CNC freesimist skulptuuride, dekoratiivsete paneelide, reljeefide ja eritellimusmööbli valmistamiseks. Masin võimaldab töödelda ka pehmemaid materjale, nagu puit ja plast, millele saab anda väga keerukaid ja peeneid kujusid. Disainerid saavad CAD tarkvara abil luua keerulisi mustreid, mida on käsitsi praktiliselt võimatu saavutada.
Masinatööstus:
Masinatööstuses kasutatakse CNC freesimist erinevate vormide, matriitside ja stantside valmistamiseks, mida kasutatakse edasi teiste detailide tootmiseks. Kuna tööriistad peavad taluma suurt survet ja kulumist, on materjalide ja töötlemise kvaliteet väga oluline. CNC freesimise abil saab saavutada sileda viimistluse ja täpsed mõõtmed, mis tagavad tööriistade pika eluea ja efektiivse kasutuse.


Kokkuvõte

CNC freesimine on tänapäeva tootmise lahutamatu osa, mis võimaldab toota keerulise kujuga detaile väga suure täpsuse ja kiirusega. Selle edu aluseks on sajanditepikkune areng alates esimestest käsitöömasinatest kuni keerukate, arvutiga juhitavate freespinkideni. CNC tehnoloogia võimaldab muuta kujutlusvõime reaalsuseks, piisab ainult heast disainist ja programmist ning frees suudab selle ellu viia.


Meie masinapark CNC freesimistöödeks

Meie kasutame Mazak VCN 530C freespinki, see on kolmeteljeline freespink ühelt maailma tipptootjalt.

● X telje liikumisvahemik 1050 mm
● Y telje liikumisvahemik 530 mm
● Z telje liikumisvahemik 510 mm
● Spindel 18.5 kW 12000 rpm
● Ladu 30 tööriista jaoks
● Freesib kõiki materjale, piiranguid ei ole


Scroll to Top