Ända sedan den industriella revolutionen har företag letat efter nya och mer effektiva sätt att öka sin produktion och få ut det mesta av sina resurser.
I slutet av 40-talet utvecklade John T Parsons konceptet "numerisk styrning" (NC) med maskiner som hålslagde tejp, och detta var början på något som skulle få en bestående inverkan.
CNC, eller "Computer Numerical Control", var det tekniska framsteget inom denna process, och den har funnits sedan 1952 när Richard Kegg (i samarbete med MIT) utvecklade den första CNC-fräsmaskinen (Cincinnati Milacron Hydrotel – patenterad 1958 som "Motor Controlled Apparatus for Positioning Machine Tool") – detta var teknikens verkliga kommersiella födelse, och den har kommit långt sedan dess.
I takt med att framsteg inom datorteknik, 3D-utskrift och andra innovationer förändrar det tekniska landskapet blir komplexiteten och de fina detaljerna i många skär- och bearbetningsjobb mer komplicerade, och CNC-bearbetning har varit tvungen att anpassa sig för att hålla jämna steg, särskilt med tillkomsten av 3D-utskrift (som utan tvekan är en av dess största konkurrenter).
CNC är en programmerbar kod som designas och matas in i specifika maskiner och låter dem utföra exakta rörelser – att ta ett virtuellt objekt (designen) och förvandla det till ett verkligt objekt (produkten).
Eftersom denna kod omvandlas till "kartesiska koordinater" fungerar maskinerna nästan som robotar – de levererar en överlägsen precisionsnivå och en kvalitet som alltid kommer att vara lika bra som sin ursprungliga design.
När vi pratar om CNC-bearbetning menar vi fräsning, svarvning och borrning – men överlag täcker termen bearbetning ett brett spektrum av mekanisk teknik som involverar fysisk kontakt för att avlägsna material, med hjälp av en rad verktyg.
All CNC-bearbetning använder CNC-maskiner, men inte alla dessa är avsedda för bearbetning – och detta beror på datorstyrning och användningen av datoriserade system som gör att metoden kan automatiseras – CNC-maskiner kan innehålla olika typer av skärare (som plasma eller laser), kantpressar och så vidare, men det inkluderar även datorer.
I den här artikeln ska vi titta djupare på CNC-fräsning och CNC-borrning, diskutera vad dessa termer betyder, hur maskinerna fungerar och vad skillnaden mellan dessa två teknologiska stilar innebär – och sedan ska vi titta på hur de används och vad framtiden har att erbjuda för CNC-bearbetning när den konkurrerar med andra tekniker och innovationer.
Vad är CNC-fräsning?
När det gäller CNC-fräsning är processen subtraktiv, som använder datorns numeriska styrsystem för automatisering och bearbetar hantverk genom att ta bort material tills de slutgiltiga och färdiga designerna är formulerade.
Fräsning är termen som används för processen att skära och borra i material (ofta trä, plast eller metall), och använder vanligtvis ett roterande cylindriskt verktyg (en fräs) som hålls i en spindel. Dessa kan variera i form och storlek och erbjuder möjligheten att röra sig längs en annan axel för att skära i olika vinklar för att skapa spår, hål och detaljer i materialet.
Före CNC-tekniken fanns det en mängd olika typer av fräsmaskiner (allt från 2-axliga till 5-axliga maskiner) där varje progressivt numeriskt värde adderade en annan axel eller funktion. Eftersom CNC-fräsmaskiner är datorstyrda använder de ett valfritt antal axlar (från 2 till 5) och kräver inte manuell drift.
Moderna CNC-fräsmaskiner kan monteras som både horisontella och vertikala fleroperationsmaskiner – en vertikal maskin har axeln orienterad i ett vertikalt läge och har vanligtvis långa, tunna skärverktyg – dessa är i allmänhet billigare än horisontella fräsar (priserna kan vara upp till 4–5 gånger olika) och ses oftare i verkstäder (på grund av tillgängligheten som det lägre priset ger) och anses vara enklare att använda (med ökad användarsynlighet i arbetszonen).
Horisontella maskiner är orienterade med axeln i ett horisontellt läge och har generellt kortare och tjockare skärverktyg. Vid en jämförelse av de två anses horisontella maskiner vara mindre mångsidiga, men också mycket bättre lämpade för långa materialarbeten, eftersom de också möjliggör tillverkning av delar med färre operationer, en bättre ytfinish och snabbare fräsning.
På grund av det enorma utbudet av konstruktioner som kan skapas med en CNC-maskin är det ingen överraskning att det finns en rad olika typer av CNC-fräsmaskiner tillgängliga, som varierar i storlek för att bättre passa de jobb de används för – till exempel revolverfräsar, som arbetar vertikalt med en fast spindel (bordet justeras för att utföra jobbet), vilka är bäst lämpade för detaljarbete, eller bäddfräsar som är byggda på större, styvare ramar och ofta används för medelstor produktion där revolverhuvudet skulle vara för litet att hantera.
Att välja rätt maskin för jobbet är ett viktigt beslut, eftersom de olika storlekarna, funktionerna och driftsmöjligheterna spelar en stor roll för om den är lämplig för ändamålet eller inte.
Fräsningsprocessen har flera olika steg som går från början till slut – att designa den önskade detaljen i CAD (datorstödd design), översätta filen till maskinkod, ställa in maskinen och låta den skapa detaljen.
Man måste vara noggrann, särskilt i det inledande skedet, för att säkerställa att den modell som designas är möjlig att producera och att maskinen är korrekt konfigurerad för att hantera den.
Vad är CNC-borrning?
Till skillnad från CNC-fräsning, som använder flera axlar och rörelser för att forma en produkt eller del, är CNC-borrning en process som använder ett roterande skärverktyg, vilket producerar runda hål. Detta görs i ett stationärt arbetsstycke och implementeras vanligtvis för massproduktion eftersom det skapar en mer effektiv produktionslinje.
I likhet med CNC-fräsmaskiner använder dessa maskiner datorkod för att automatisera borrprocessen. De arbetar tillsammans med CNC-programvara där en design skapas i CAD, formateras till kod och matas in i maskinen, där den följer instruktionerna för att borra med ökad noggrannhet och effektivitet jämfört med traditionella metoder.
Medan CNC-borrmaskiner är vanligare i industriella miljöer, blir ett bredare utbud av billigare maskiner tillgängliga, vilket öppnar upp deras användning för hobbyister och mindre företag.
Dessa maskiner kan arbeta med olika material, såsom glas, trä, plast och mjuka metaller. De finns i en mängd olika storlekar och stilar, inklusive upprättstående, bänk- och radialmodeller – och det finns flera element i varje maskin, såsom spindeln (för att fästa chucken och borren), bordet (för att ge arbetsytan åt borrmaskinen), en pelare (för att stödja CNC-maskinelementen), borrkrona (för själva arbetet) och gränssnitt (för att styra maskiner med operatörsinmatning).
Det finns en mängd olika faktorer att beakta när man tittar på en CNC-borrmaskin, inklusive storleken på det tillgängliga arbetsområdet, dess kompatibilitet med de aktuella projekten, hållbarhet, vridmomentnivå, spindelhastighet och användbarhet.
När en maskin är konfigurerad går användbarhetsfaserna från att operatören laddar upp CAD- eller CAM-designen (datorstödd tillverkning) som ska konverteras till kod, installerar rätt borrkrona, säkrar råmaterialet till bordet, startar borrprocessen via gränssnittet och låter maskinen börja borra hål av lämpliga storlekar och diametrar.
Användningsområden för CNC-fräsning
CNC-fräsmaskiner, med sina mångsidiga skäregenskaper och överlägsna precision, används i många olika industrier och för en rad olika delar eller produkter.
Det finns ett brett utbud av skärverktyg tillgängliga för de flesta maskiner, och dessa möjliggör större flexibilitet och möjligheter att arbeta med olika material, vilket ytterligare ökar användbarheten av CNC-fräsning inom olika arbetsområden.
De fyra huvudtyperna av frässkydd:
- Vanlig fräsning
- Även känt som plattfräsning eller ytfräsning, används detta för att skapa en plan yta
- Ansiktsfräsning
- Rotationsaxeln är inställd vinkelrätt mot materialets yta och kombinerad med tandade verktyg för att skära råmaterial, varvid de som är i kontakt med det plana materialet används för finbearbetning.
- Vinkelfräsning
- Som man kan förvänta sig av namnet innebär detta att verktygets axel är inställd i en vinkel från råmaterialets yta, och detta ger en mittpunkt mellan planfräsning och planfräsning.
- Formfräsning
- Detta är den fräsning som används för att skapa delar som inte har några plana ytor, och de inblandade maskinerna är ofta utrustade med flera olika verktyg under arbetets gång för att erhålla de önskade kurvorna eller formerna.
På grund av den mångsidighet som CNC-fräsningsprocessen medför (du är i stort sett bara begränsad av designens användbarhet) används teknikerna för ett stort antal projekt. De förknippas kanske oftast med bil- och flygindustrin (skapande av bil- respektive flygplansdelar), men på grund av deras kompatibilitet med en mängd olika material (såsom stål, aluminium, koppar, titan, brons, trä, nylon, extruderad polyuretan, sten och plast) används processen också för projekt som:
- skulptur
- Prototyp och modellering
- Träbearbetning
- Instrument
- Aluminiumbearbetning
- Plastbearbetning
- Möbler
- Skyltning
- Skåp och hyllor
Beroende på projektet, användningen (om det är från en hobbyist eller ett industrikomplex) och projektets omfattning, finns det ett stort utbud av användningsområden som CNC-fräsmaskiner kan medföra.
Användningsområden för CNC-borrning
För projekt som kräver högre noggrannhet, bredare mångsidighet och större reproducerbarhet är CNC-borrmaskiner ett smart alternativ – eftersom de arbetar enligt design finns det inga mänskliga fel inblandade i processen, maskinerna skapar delar som replikerar CAD/CAM-designen, vilket möjliggör hög konsistens genom och mellan batcher – detta har lett till att CNC-borrning har blivit ett populärt alternativ för att skapa delar som nav, maskinaxlar, kugghjulsämnen, aluminium- eller plastprofiler med mera.
Borrmaskiner med CNC används huvudsakligen för brotschning, fasning och borrning – och används i stor utsträckning inom bil-, flyg-, rymd-, varvs- och verkstadsindustrin för komplexa delar.
Vanliga tillämpningar för dessa maskiner inkluderar:
- Metallfabrikation
- Precisionshål borras i solida metallmaterial för att skapa precisionsdelar. Dessa tekniker används ofta i projekt inom bil-, flyg- och byggindustrin för att producera änddelar.
- Trätillverkning
- CNC-maskinen är en del av standardoperationerna för trätillverkare (såsom möbelsnickare, skåpsnickare etc.). Borrmaskinen används ofta tillsammans med andra CNC-maskiner för att ge standardiserade nivåer av svarvning, fräsning och slipning.
- Tillverkning av komponenter och delar.
- Det är vanligt att tillverkare använder CNC-maskiner för borrning, särskilt i branscher där precision och repeterbarhet inte bara är bra att ha, utan avgörande för produkternas framgång (som databehandling).
- Plasttillverkning
- På grund av deras mångsidighet och förmåga att arbeta med olika stilar och verktyg för att skapa standardiserade produkter, använder tillverkare av olika plaster även CNC-borrning för att tillverka elektroniska delar.
- Elektriska applikationer
- CNC-borrning (och andra CNC-maskiner) är viktiga för företag inom elindustrin. Tillverkare har vid flera tillfällen använt borrmaskiner som elektriska urladdningsmaskiner.
Maskinens typ och storlek, verktyget eller borret som används och jobbets komplexitet spelar alla roll för vilken borrmaskin som fungerar bäst för det aktuella jobbet. Men med utbytbara delar och möjligheten att skapa fina precisionsstycken med tillförlitlig repetition är CNC-borrmaskinen verkligen ett värdefullt verktyg i många företags verkstäder.
Skillnaden mellan CNC-fräsning och CNC-borrning
CNC-fräsning och borrning är båda subtraktiva tekniker, som kräver en större mängd material för att reducera till den färdiga produkten. Teknologierna utesluter inte varandra och deras användning beror till stor del på vad som behöver göras.
Även om maskinerna ser likadana ut och fungerar på liknande sätt, är deras funktioner väldigt olika.
Den största skillnaden mellan CNC-fräsning och CNC-borrning är funktionaliteten, rörelsen och det önskade resultatet – för projekt som bara kräver hål är borrning det lämpligaste alternativet att välja, men om designen är mer komplex och kräver olika former eller ytor är en CNC-fräsmaskin det bästa valet.
CNC-borrar används för att pressa genom materialet och skapa precisionshål från en plan yta, medan fräsning skär in från olika axlar och kan skapa en mängd olika utskurna former i materialet tack vare deras rörlighet längs dessa axlar.
Fräsmaskiner kan låta dig använda borr för att skära uppåt och nedåt, men borrmaskiner tillåter dig inte att skära horisontellt med fräsar.
De flesta CNC-fräsmaskiner har inbyggda bord för att säkra materialen och projektet på plats, men så är inte alltid fallet med CNC-borrmaskiner – de kan komma med ett skruvstäd, vilket kan göra dem mer flexibla vid installation i ett område där utrymmesbegränsningar är ett problem.
Borrmaskiner har också en fördel att de ofta är betydligt mindre skrymmande än fräsmaskiner, även om ingen av dem är särskilt lämpade för mobila operationer.
Det finns för- och nackdelar med båda teknikerna, och när man ska bestämma om en CNC-borr- eller fräsmaskin är mest lämplig beror det till stor del på vilken typ av arbete den anskaffas för att hantera, mängden tillgängligt utrymme för att installera den, hastigheten och kvaliteten på datorgränssnittet och tillgängliga anslutningar (t.ex. internethastighet) samt företagets budgetbegränsningar.
Det är också viktigt att notera att många CNC-enheter kan fungera tillsammans (utöver bara fräsen och borren) och att ha utrymme och budget för att utöka till andra områden och maskiner kan avsevärt öka de produktiva och kreativa alternativen som finns tillgängliga.
CNC-fräsning och CNC-borrning i slutsats
Teknologiska framsteg fortsätter att förändra branschens landskap, och subtraktiva tekniker kanske inte längre är lika önskvärda som de en gång var, särskilt med tanke på alternativ som 3D-utskrift, som bygger upp ett mönster snarare än att slå bort material för att skapa det.
Men det betyder inte att framtiden för CNC-fräsning eller borrning är begränsad – tekniken utvecklas och förändras fortfarande, i takt med att datorprogrammering blir mer flexibel, tidigare ouppnåeliga konstruktioner blir hantverksmässiga och olika material introduceras i allmänt bruk.
CNC erbjuder fortfarande betydande förbättringar i hastigheten med vilken den kan producera metallprodukter, och för större delar arbetar maskinerna fortfarande utöver sina närmaste tekniska konkurrenters kapacitet.
Framtiden för CNC-maskiner fokuserar på ytterligare integration och synkronisering mellan flera maskiner för att öka effektiviteten och kapaciteten i hela process för att skapa detaljer, vilket naturligtvis kommer att leda till att produktionstiderna minskar, utan motsvarande inverkan på kvaliteten.
I takt med att verktygen blir mer specialiserade och kundanpassade kommer det att bli en ökning av produktivitet, noggrannhet och mindre behov av driftstopp eller avkylningstid, eftersom denna teknik fortsätter att främja utvecklingen av mer kreativa och specialiserade produkter.
När det gäller tillverkningsprocesser är dock det gamla talesättet fortfarande mycket relevant: "Man måste välja rätt verktyg för rätt jobb."
