Lige siden den industrielle revolution har virksomheder ledt efter nye og mere effektive måder at øge deres produktion og få mest muligt ud af deres ressourcer.
I slutningen af 40'erne udviklede John T. Parsons konceptet 'numerisk kontrol' (NC) med maskiner, der hulskrev bånd, og dette var begyndelsen på noget, der ville få en varig indflydelse.
CNC eller 'Computer Numerical Control' var det teknologiske fremskridt inden for denne proces, og den har eksisteret siden 1952, hvor Richard Kegg (i samarbejde med MIT) udviklede den første CNC-fræsemaskine (Cincinnati Milacron Hydrotel - patenteret i 1958 som 'Motor Controlled Apparatus for Positioning Machine Tool') - dette var teknologiens virkelige kommercielle fødsel, og den er kommet langt siden da.
I takt med at fremskridt inden for computerteknologi, 3D-printning og andre innovationer ændrer det teknologiske landskab, bliver kompleksiteten og de fine detaljer i mange skære- og bearbejdningsopgaver mere komplicerede, og CNC-bearbejdning har måttet tilpasse sig for at holde trit, især med fremkomsten af 3D-printning (som uden tvivl er en af dens største konkurrenter).
CNC er programmerbar kode, der designes og indtastes i specifikke maskiner, og som gør det muligt for dem at udføre præcise bevægelser - at tage et virtuelt objekt (designet) og omdanne det til et rigtigt objekt (produktet).
Fordi denne kode omdannes til 'kartesiske koordinater', fungerer maskinerne næsten som robotter - de leverer et overlegent præcisionsniveau og en kvalitet, der altid vil være lige så god som det oprindelige design.
Når vi taler om CNC-'bearbejdning', taler vi om fræsning, drejning og boring – men overordnet dækker udtrykket bearbejdning en bred vifte af mekanisk teknologi, der involverer fysisk kontakt for at fjerne materiale ved hjælp af en række værktøjer.
Al CNC-bearbejdning bruger CNC-maskiner, men ikke alle disse er til bearbejdning – og dette skyldes computerens numeriske styring og brugen af computeriserede systemer, der gør det muligt at automatisere metoden – CNC-maskiner kan omfatte forskellige typer skærere (såsom plasma eller laser), kantpresser osv., men det omfatter også computere.
I denne artikel vil vi se nærmere på CNC-fræsning og CNC-boring, diskutere, hvad disse udtryk betyder, hvordan maskinerne fungerer, og hvad forskellen mellem disse to teknologiske stilarter indebærer – og derefter vil vi se på, hvordan de bruges, og hvad fremtiden bringer for CNC-bearbejdning, når den konkurrerer med andre teknologier og innovationer.
Hvad er CNC fræsning?
Når det kommer til CNC-fræsning, er processen subtraktiv, hvor computerens numeriske styresystem bruges til automatisering og fremstilles ved at fjerne materialer, indtil de endelige og færdige designs er formuleret.
Fræsning er betegnelsen for processen med at skære og bore i materialer (ofte træ, plastik eller metal) og anvender generelt et roterende cylindrisk værktøj (en fræser), der holdes i en spindel. Disse kan variere i form og størrelse og giver mulighed for at bevæge sig langs en anden akse for at skære i forskellige vinkler for at skabe slidser, huller og detaljer i materialet.
Før CNC-teknologien fandtes fræsemaskiner i en række forskellige typer (lige fra 2-aksede til 5-aksede maskiner), hvor hver progressiv numerisk værdi tilføjede en forskellig akse eller funktion. Da CNC-fræsemaskiner er computerdrevne, bruger de et hvilket som helst antal akser (fra 2 til 5) og kræver ikke manuel betjening.
Moderne CNC-fræsemaskiner kan samles som både horisontale og vertikale bearbejdningscentre – en vertikal maskine har aksen orienteret i en lodret position og har normalt lange, tynde skæreværktøjer – disse er generelt billigere end horisontale fræsemaskiner (priserne kan være op til 4-5 gange forskellige) og ses oftere i værksteder (på grund af tilgængeligheden som følge af den lavere pris) og anses for at være lettere at bruge (med øget brugersynlighed for arbejdszonen).
Horisontale maskiner er orienteret med aksen i vandret position og har generelt kortere og tykkere skæreværktøjer. Ved sammenligning af de to anses horisontale maskiner for at være mindre alsidige, men også meget bedre egnede til arbejde med lange materialer, da de også giver mulighed for at fremstille dele med færre operationer, en bedre overfladefinish og hurtigere fræsning.
På grund af det enorme udvalg af designs, der kan skabes med en CNC-maskine, er det ikke overraskende at finde en række forskellige typer CNC-fræsemaskiner tilgængelige, der varierer i størrelse for bedre at passe til de opgaver, de bruges til – såsom revolverfræsere, der arbejder vertikalt med en fast spindel (bordet justeres for at udføre jobbet), som er bedst egnet til detaljearbejde, eller bundfræsere, der er bygget på større, mere stive rammer og ofte bruges til mellemstore produktioner, som revolveren ville være for lille til at håndtere.
Det er en vigtig beslutning at vælge den rigtige maskine til jobbet, da de forskellige størrelser, funktioner og driftsmuligheder spiller en stor rolle for, om den er egnet til formålet.
Fræseprocessen har flere forskellige trin, der går fra start til slut – design af den ønskede del i CAD (Computer-Aided Design), oversættelse af filen til maskinkode, opsætning af maskineriet og lad det oprette delen.
Især i den indledende fase skal man være omhyggelig med at sikre, at den model, der designes, er mulig at producere, og at maskinen er korrekt indstillet til at håndtere den.
Hvad er CNC-boring?
I modsætning til CNC-fræsning, som bruger flere akser og bevægelser til at danne et produkt eller en del, er CNC-boring en proces, der bruger et roterende skæreværktøj, som producerer runde huller. Dette gøres i et stationært emne og implementeres almindeligvis til masseproduktion, da det giver en mere effektiv produktionslinje.
I lighed med CNC-fræsemaskiner bruger disse maskiner computerkode til at automatisere boreprocessen, da de arbejder sammen med CNC-software, hvor et design oprettet i CAD formateres til kode og indtastes i maskinen, hvor den følger instruktionerne for at bore med øget nøjagtighed og effektivitet sammenlignet med traditionelle metoder.
Selvom CNC-boremaskiner er mere almindelige i industrielle omgivelser, bliver et bredere udvalg af billigere maskiner tilgængelige, hvilket åbner deres anvendelse for hobbyfolk og mindre virksomheder.
Disse maskiner kan arbejde med forskellige materialer, såsom glas, træ, plast og bløde metaller. De findes i en række størrelser og stilarter, herunder opretstående, bord- og radialmaskiner – og der er flere elementer i hver maskine, såsom spindlen (til fastgørelse af patron og bor), bordet (til at give arbejdsplads til boremaskinen), en søjle (til at understøtte CNC-maskinelementerne), boret (til det faktiske arbejde) og interfacet (til at styre maskiner med operatørinput).
Der er en række faktorer at overveje, når man ser på en CNC-boremaskine, herunder størrelsen på det tilgængelige arbejdsområde, dens kompatibilitet med de aktuelle projekter, holdbarhed, momentniveau, spindelhastighed og brugervenlighed.
Når en maskine er konfigureret, går brugervenlighedsfaserne fra, at operatøren uploader CAD- eller CAM-designet (Computer-Aided Manufacturing), der skal konverteres til kode, installerer det korrekte bor, fastgør råmaterialet til bordet, starter boreprocessen via brugerfladen og lader maskinen gå i gang med at bore huller i passende størrelser og diametre.
Anvendelser af CNC-fræsning
CNC-fræsemaskiner, med deres alsidige skæreevner og overlegne præcision, anvendes i mange forskellige industrier og til en række forskellige dele eller produkter.
Der findes et bredt udvalg af skæreværktøjer til de fleste maskiner, og disse giver større fleksibilitet og muligheder for at arbejde med forskellige materialer, hvilket yderligere øger anvendeligheden af CNC-fræsning i forskellige arbejdsområder.
De fire hovedtyper af fræsedæksler:
- Almindelig fræsning
- Også kendt som plade- eller overfladefræsning, bruges dette til at skabe en plan overflade
- Ansigtsfræsning
- Rotationsaksen er indstillet vinkelret på materialets overflade og kombineret med tandskæreværktøjer for at skære råmaterialer, hvor de materialer, der er i kontakt med det flade materiale, bruges til efterbehandling.
- Vinkelfræsning
- Som man måske forventer ud fra navnet, indebærer dette, at værktøjets akse indstilles i en vinkel i forhold til råmaterialets overflade, og dette giver et midtpunkt mellem planfræsning og planfræsning.
- Formfræsning
- Dette er den fræsning, der bruges til at skabe dele, der ikke har plane overflader, og de involverede maskiner er ofte udstyret med flere forskellige værktøjer under opgaven for at opnå de ønskede kurver eller former.
På grund af den alsidighed, som CNC-fræsningsprocessen bringer (du er stort set kun begrænset af designets bearbejdelighed), bruges teknikkerne til et stort antal projekter. De er måske oftest forbundet med bil- og luftfartsindustrien (fremstilling af henholdsvis bil- og flydele), men på grund af deres kompatibilitet med en række forskellige materialer (såsom stål, aluminium, kobber, titanium, bronze, træ, nylon, ekstruderet polyurethan, sten og plastik) bruges processen også til projekter som:
- Skulptur
- Prototype og modellering
- Træbearbejdning
- Instrumenter
- Metalbearbejdning
- Plastbearbejdning
- Møbler
- Skiltning
- Skab og hylder
Afhængigt af projektet, anvendelsen (uanset om det er fra en hobbyist eller et industrikompleks) og projektets omfang, er der en enorm vifte af anvendelsesmuligheder, som CNC-fræsemaskiner kan medføre.
Anvendelse af CNC-boring
Til projekter, der kræver en højere grad af nøjagtighed, bredere alsidighed og større reproducerbarhed, er CNC-boremaskiner en smart løsning – fordi de arbejder efter design, er der ingen menneskelige fejl involveret i processen, og maskinerne vil skabe dele, der replikerer CAD/CAM-designet, hvilket muliggør høj ensartethed gennem og mellem batches – dette har ført til, at CNC-boring er en populær mulighed for at skabe dele som nav, maskinaksler, tandhjulsblanketter, aluminium- eller plastprofiler og mere.
Boremaskiner med CNC bruges hovedsageligt til oprivning, affasning og boring – og bruges i vid udstrækning af bil-, luftfarts-, rumfarts-, skibsbygnings- og ingeniørindustrien til komplekse dele.
Almindelige anvendelser af disse maskiner omfatter:
- Metalfabrikation
- Præcisionshuller bores i massive metalmaterialer for at skabe præcisionsdele. Disse teknikker findes ofte i projekter inden for bil-, luftfarts- og byggeindustrien til at producere slutdele.
- Træfremstilling
- CNC-maskinen er en del af standarddriften for træproducenter (såsom møbelsnedkere, snedkere osv.). Boremaskinen bruges ofte sammen med andre CNC-maskiner til at levere standardiserede niveauer af drejning, fræsning og slibning.
- Fremstilling af komponenter og dele.
- Det er almindeligt for producenter at bruge en CNC-maskine til boring, især i brancher, hvor præcision og repeterbarhed ikke bare er en rar ting at have, men afgørende for produkternes succes (såsom databehandling).
- Plastfremstilling
- På grund af deres alsidighed og evne til at arbejde med forskellige stilarter og værktøjer for at skabe standardiserede produkter, bruger producenter af forskellige plasttyper også CNC-boring til at fremstille elektroniske dele.
- Elektriske applikationer
- CNC-boremaskiner (og andre CNC-maskiner) er afgørende for virksomheder i den elektriske industri. Med en boremaskine har producenter været kendt for at bruge dem som elektriske udladningsmaskiner i flere tilfælde.
Maskinens type og størrelse, det anvendte værktøj eller bor og jobbets kompleksitet spiller alle en rolle i, hvilken boremaskine der fungerer bedst til den aktuelle opgave. Men med udskiftelige dele og evnen til at skabe fine præcisionsemner med pålidelig gentagelse er CNC-boremaskinen bestemt et værdifuldt værktøj i mange virksomheders værksteder.
Forskellen mellem CNC-fræsning og CNC-boring
CNC-fræsning og boring er begge subtraktive teknologier, som kræver en større mængde materialer for at reducere det til det færdige produkt. Teknologierne udelukker ikke hinanden, og deres anvendelse afhænger i høj grad af, hvad der skal gøres.
Selvom maskinerne ligner hinanden og fungerer ens, er deres funktioner vidt forskellige.
Hovedforskellen mellem CNC-fræsning og CNC-boring er funktionaliteten, bevægelsen og det ønskede resultat – til projekter, der kun kræver huller, er boring den mest passende mulighed at vælge, men hvis designet er mere komplekst og kræver forskellige former eller overflader, er en CNC-fræsemaskine det bedste valg.
CNC-boremaskiner bruges til at presse gennem materialet og skabe præcisionshuller fra en plan overflade, hvorimod fræsning skærer ind fra forskellige akser og kan skabe en række forskellige udskæringsformer i materialet på grund af deres bevægelighed langs disse akser.
Fræsemaskiner kan give dig mulighed for at bruge bor til at skære op og ned, men boremaskiner tillader dig ikke at skære vandret med fræsehoveder.
De fleste CNC-fræsemaskiner har indbyggede borde til at fastgøre materialerne og projektet på plads, men dette er ikke altid tilfældet med CNC-boremaskiner – de kan komme med en skruestik, hvilket kan gøre dem mere fleksible til opsætning i et område, hvor pladsbegrænsninger er et problem.
Boremaskiner har også den fordel, at de ofte er betydeligt mindre pladskrævende end fræsemaskiner, selvom ingen af dem er særligt egnede til mobile operationer.
Der er fordele og ulemper ved begge teknologier, og når man skal beslutte, om en CNC-bore- eller fræsemaskine er mest passende, afhænger det i høj grad af den type arbejde, den skal håndtere, mængden af tilgængelig plads til opsætning, hastigheden og kvaliteten af computergrænsefladen og tilgængelige forbindelser (såsom internethastighed) samt virksomhedens budgetmæssige begrænsninger.
Det er også vigtigt at bemærke, at mange CNC-enheder kan fungere sammen (ud over blot fræsemaskinen og boremaskinen), og at have plads og budget til at udvide til andre områder og maskiner kan øge de produktive og kreative muligheder betydeligt.
CNC-fræsning og CNC-boring i konklusion
Teknologiske fremskridt fortsætter med at ændre branchens landskab, og subtraktive teknikker er måske ikke længere så attraktive, som de engang var, især med muligheder som 3D-printning, der opbygger et mønster i stedet for at slå materialer væk for at skabe det.
Men det betyder ikke, at fremtiden for CNC-fræsning eller -boring er begrænset – teknologien er stadig under udvikling og forandring, i takt med at computerprogrammering bliver mere fleksibel, tidligere uopnåelige designs bliver håndværksmæssige, og forskellige materialer introduceres i almindelig brug.
CNC tilbyder stadig betydelige forbedringer i den hastighed, hvormed den kan producere metalprodukter, og for større dele fungerer maskinerne stadig ud over deres nærmeste teknologiske konkurrenters kapacitet.
Fremtiden for CNC ser mod yderligere integration og synkronisering mellem flere maskiner for at øge effektiviteten og kapaciteten i hele emneproduktionsprocessen, hvilket naturligt vil føre til et fald i produktionstiderne uden tilsvarende indvirkning på kvaliteten.
Efterhånden som værktøjerne bliver mere specialiserede og tilpassede, vil der være en stigning i produktivitet, nøjagtighed og mindre behov for nedetid eller afkølingstid, da denne teknologi fortsætter med at fremme udviklingen af mere kreative og specialiserede produkter.
Når det kommer til fremstillingsprocesser, er det gamle ordsprog dog stadig meget passende: "Du skal vælge det rigtige værktøj til det rigtige job."
