Che cosa è il routing CNC
Lavorazione CNC Esistono diversi tipi di processi, tra cui fresatura, fresatura e tornitura. La fresatura CNC è un tipo di lavorazione meccanica utilizzata per tagliare, incidere, forare e sagomare materiali morbidi.
Una fresatrice CNC intaglia e modella materiali come legno, plastica, schiuma, alluminio, ottone e alcuni altri metalli teneri. Tuttavia, ha assi di movimento e portata dell'utensile limitati rispetto alle fresatrici CNC.
Discutiamo il processo di fresatura CNC, i suoi vantaggi e applicazioni, gli utensili, i tipi di fresatrici e le differenze tra la fresatura e la fresatura.
Cos'è il routing CNC?
Processo di fresatura CNC
Si tratta di un processo di lavorazione meccanica guidato da istruzioni CNC, che taglia, modella e incide intricati disegni nel materiale. Come per tutti gli altri processi CNC, un progetto CAD 2D o 3D viene utilizzato come modello per il processo.
La fresatura viene eseguita su una fresatrice CNC, dotata di un ampio piano di lavoro e frese rotanti per sagomare il materiale. Ciò consente la lavorazione di lastre sottili e di grandi dimensioni.
A differenza degli assi superiori fresatura CNCLa fresatura CNC prevede in genere movimenti a 3 o 5 assi. Pertanto, ha una capacità limitata di creare forme complesse. Tuttavia, supera le prestazioni di fresatura e tornitura quando si tratta di incidere motivi complessi e di grandi dimensioni.
Fasi/Passaggi del processo di fresatura CNC
Per capire come funziona un router CNC, diamo un'occhiata ai passaggi di routing come la creazione del progetto, la programmazione CNC, la configurazione e il posizionamento del router, il processo di lavorazione e post produzione.
Creazione del disegno
Per prima cosa, viene realizzato un progetto dettagliato in 2D e 3D del componente desiderato, delineandone dimensioni, caratteristiche e altre caratteristiche. Durante la progettazione, è essenziale considerare la complessità e la producibilità.
Per preparare il modello 3D è possibile utilizzare AutoCAD, Solidworks, CATIA o altri software di progettazione assistita da computer.
Programmazione CNC
Codice G CNC
Un file con istruzioni digitali è chiamato programmazione CNC, che coinvolge Codice G CNC e linee di codice M. Il programma viene solitamente generato nel software CAM.
Selezione del Materiale
La scelta del materiale richiede diverse considerazioni. In primo luogo, le proprietà meccaniche e fisiche del materiale devono giustificare i requisiti applicativi. In secondo luogo, bisogna considerare anche la lavorabilità, i requisiti operativi e i costi.
Configurazione e posizionamento del router
Gli utensili e il pezzo in lavorazione vengono bloccati sul mandrino/fresatrice e sul bancale della macchina. Quindi, la fresa viene posizionata in (0,0,0) rispetto al pezzo. Nel frattempo, è anche essenziale scegliere il tipo di utensile di fresatura e il materiale corretto. Se la barra di lavoro è in materiale tenace, si consiglia di utilizzare utensili con rivestimento indurito.
Processo di instradamento CNC
Il processo di fresatura CNC inizia, seguendo rigorosamente i parametri e il percorso utensile preimpostati. La punta rotante innesta il pezzo da lavorare e rimuove i materiali con precisione.
Sebbene il processo di lavorazione sia automatizzato, è necessario garantire un attento monitoraggio del processo, ad esempio della formazione di trucioli e dell'usura degli utensili.
Lavori di rifinitura
Una volta ottenuta la forma desiderata, vengono eseguite operazioni di post-lavorazione per migliorarne la finitura e la precisione dimensionale, come sabbiatura e lucidatura. Inoltre, alcuni componenti potrebbero richiedere trattamenti termici, verniciatura adesiva o altri processi.
Controllo di qualità
Una volta completate le operazioni di finitura e post-trattamento, i pezzi fresati a CNC vengono sottoposti a procedure di controllo qualità. Queste prevedono il test di diverse proprietà e la verifica della precisione dimensionale. In queste fasi vengono utilizzate attrezzature come macchine di misura a coordinate (CMM), micrometri e calibri.
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Macchina fresatrice CNC e suoi componenti
Router CNC
Una fresatrice CNC è un'apparecchiatura a controllo numerico utilizzata nella produzione sottrattiva. Utilizza diversi tipi di utensili da taglio per modellare, intagliare, forare o incidere materiali morbidi. Gli utensili sono montati su un mandrino rotante, che si muove lungo il pezzo fisso per rimuovere il materiale e ottenere la forma desiderata.
La struttura in stile Granty ha conferito rigidità alla macchina per operazioni stabili. Di conseguenza, è necessario sostituire un set di utensili di fresatura in base alle caratteristiche progettate. Un router CNC avanzato potrebbe prevedere un meccanismo automatico per il cambio utensile.
Diamo un'occhiata ad alcuni componenti del router CNC, tra cui il telaio strutturale, il banco di lavorazione, il mandrino, i motori brushless o servo, il controller CNC e gli utensili da taglio:
Componenti del router CNC
Telaio strutturale
La fresatrice CNC è dotata di un telaio strutturale a portale. I componenti del telaio sono realizzati in acciaio ad alta resistenza o leghe di alluminio. La funzione principale del telaio è quella di supportare altri componenti, come il mandrino, e di resistere alle forze di taglio. Inoltre, smorza le vibrazioni derivanti dalla lavorazione.
Letto di lavorazione
Questo componente blocca il pezzo in lavorazione e fornisce un'area per la lavorazione. Pertanto, il banco di lavorazione è una superficie piana con cave a T o altri meccanismi di serraggio. Oltre a garantire un serraggio sicuro, può anche essere dotato di sensori elettronici per supportare il movimento preciso del percorso utensile.
Mandrino
Mandrino della fresatrice
Il mandrino è il componente a cui si collega l'utensile da taglio in un mandrino o in una pinza. È robusto e rigido, e contiene alberi rotanti e cuscinetti per la rotazione dell'utensile, fino a 10000 giri/min o anche di più. Di conseguenza, il sistema CNC guida i servomotori collegati per il movimento del mandrino lungo gli assi X, Y e Z.
La differenza tra un router e un mandrino è che un router è una lavorazione di livello consumer meno rigida, mentre un mandrino è un motore di livello industriale progettato per garantire maggiore precisione e durata.
Motori più ripidi o servo
I motori vengono utilizzati per facilitare il movimento del mandrino o del portale in base alle istruzioni del CNC. Il sistema CNC controlla il posizionamento e si regola in base al feedback. I motori possono essere passo-passo, servo o entrambi. I servomotori sono più precisi e si trovano nelle fresatrici di livello industriale, mentre i motori passo-passo sono utilizzati nelle fresatrici per hobbisti e desktop.
controllore CNC
È il cervello della fresatrice CNC, che determina il percorso utensile, il movimento dell'utensile, la velocità di taglio, la profondità e altre variabili di lavorazione. Di conseguenza, coordina i servomotori per il movimento dell'utensile.
I controllori CNC comprendono porte per l'input del programma CNC, il circuito di azionamento e hanno la capacità di interpretare e agire sui codici G e M generati su software CAM.
utensili per il taglio
Punte per fresatura CNC
Esistono diversi tipi di utensili da taglio utilizzati nella fresatura CNC, ognuno con la capacità di eseguire lavorazioni e caratteristiche specifiche. Gli utensili più comuni per la fresatura CNC sono le frese a punta e a basso profilo, le frese a V, le frese a compressione, le frese a scanalatura dritta e le frese a candela.
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Tipi di router CNC
Tipi di router CNC
Esistono diversi tipi di router CNC disponibili sul mercato, in base alle loro capacità e allo specifico scopo produttivo a cui sono destinati. Tra questi rientrano router desktop, router industriali e router multiasse.
Router da tavolo
I router desktop sono piccole macchine specializzate nella lavorazione di componenti di piccole dimensioni. Possono essere installati in spazi ridotti o sopra un tavolo. Di conseguenza, questo tipo di router è adatto alla lavorazione di componenti di piccole dimensioni, progetti fai da te e hobbisti.
Router CNC industriale
Questo tipo di router è potente e può modellare o intagliare componenti di grandi dimensioni. Viene utilizzato per produrre componenti precisi e di livello industriale per i settori automobilistico, manifatturiero, aerospaziale e altri. Di conseguenza, il router CNC industriale è anche più veloce e può essere utilizzato in diversi progetti di fresatura.
Router CNC multiasse
Un router CNC multiasse è una fresatrice con capacità di movimento su 3, 4 o 5 assi. Il mandrino può muoversi su più assi per realizzare geometrie complesse. Inoltre, è possibile eseguire fresature, tagli, filettature, forature, incisioni e altre operazioni con i router multiasse.
Router CNC per hobby
Come suggerisce il nome, questi tipi di fresatrici sono utilizzati da hobbisti e studenti per progetti fai da te. Anche alcune piccole officine potrebbero utilizzarle per piccoli lavori di falegnameria. Di conseguenza, sono convenienti e hanno un design compatto. Se siete interessati ad apprendere i fondamenti della fresatura, questo tipo di fresa è la scelta migliore.
Router CNC ATC (cambio utensile automatico).
Questi tipi di fresatrici sono dotati di meccanismi di cambio utensile automatico. In base ai codici CNC, possono eseguire forature, profilature, filettature, troncature e altre operazioni sostituendo simultaneamente gli utensili. Inoltre, le fresatrici ATC riducono i tempi di attrezzaggio e consentono di realizzare pezzi complessi con più funzionalità.
Router CNC basati su nesting
Queste fresatrici dispongono i pezzi in modo compatto su fogli di materiale riducendo al minimo gli sprechi. Sono abbinate a tavoli a vuoto e percorsi utensile ottimizzati. Le fresatrici nested sono diffuse nella produzione di mobili, ebanisteria e segnaletica.
Quale materiale può essere utilizzato nella fresatura CNC?
Sebbene i router CNC siano più comunemente utilizzati nella lavorazione del legno, possono anche gestire una varietà di Materiali di lavorazione CNC, tra cui materie plastiche, materiali compositi e alcuni metalli teneri. Il principale svantaggio della compatibilità con i materiali è che non è possibile lavorare materiali duri come acciaio temprato e leghe di titanio.
Legni (conifere, latifoglie, compensato)
I legni sono i materiali più utilizzati per la fresatura CNC, inclusi legno tenero, legno duro e compensato. I legni duri richiedono avanzamenti più lenti e frese in metallo duro più affilate, mentre il compensato e il legno tenero vengono lavorati con punte a taglio ascendente o a compressione.
Acrilico (PMMA)
Parti in PMMA
L'acrilico è un materiale brillante e simile al vetro. Nella fresatura, viene lavorato con punte a taglio singolo, a taglio a O o a compressione per evitare fusione e rifusione. Successivamente, le elevate velocità del mandrino riducono le scheggiature e formano bordi lisci.
ABS
L'ABS è un termoplastico resistente, ideale per prototipi funzionali e segnaletica. In genere, per la fresatura dell'ABS si utilizzano frese a due taglienti affilate, in quanto offrono una buona asportazione di truciolo. D'altro canto, è importante garantire un'adeguata ventilazione per l'aspirazione dei fumi.
Leghe di alluminio
Poiché le leghe di alluminio non presentano un'elevata durezza, possono essere fresate con utensili in metallo duro. Richiedono velocità di rotazione del mandrino e velocità di avanzamento elevate per una fresatura fluida. È possibile scegliere gradi come 7075, 6061 e 2020, in base alle proprietà richieste per la propria applicazione.
Ottone
L'ottone è generalmente utilizzato per componenti decorativi e di precisione. La fresatura dell'ottone richiede utensili affilati in metallo duro o HSS, velocità del mandrino moderate e angoli di spoglia positivi. Poiché l'ottone è più pesante, richiede configurazioni rigide per prevenire le vibrazioni. Nel frattempo, un flusso minimo di refrigerante o aria compressa è obbligatorio per l'evacuazione dei trucioli.
Nel processo di fresatura CNC è possibile utilizzare uno qualsiasi dei seguenti materiali:
- Legno duro
- legno dolce
- Compensato
- MDF
- Acrilico
- policarbonato
- ABS
- Leghe di alluminio
- Ottone
- schiuma
- Gomma
Se sei ulteriormente interessato ai materiali CNC, leggi le informazioni sui diversi tipi di plastica per lavorazione CNC qui.
Quali sono le applicazioni del router CNC?
Parti di fresatura CNC
Le fresatrici CNC vengono utilizzate per modellare, tagliare, forare, intagliare e incidere materiali in vari settori. Sono essenziali nella fresatura del legno, nella cartellonistica, nei pannelli pubblicitari, nella scultura, ecc.
La tabella seguente descrive le applicazioni del router CNC con esempi:
| Settore | Perché usare un router? | Esempi di applicazione |
| Lavorazione del legno | Tagli di precisione, design complessi, riduzione degli sprechi | Armadi, mobili, modanature, insegne in legno, pannelli intagliati |
| Pubblicità | Velocità di produzione, basso costo, funziona su plastica/acrilico | Loghi in acrilico, espositori POS, lettere 3D, light box, targhe promozionali |
| Segnaletica e pannelli | Bordi puliti e lotti uniformi | Segnaletica direzionale e informativa, loghi per vetrine, pannelli tridimensionali, lettere scanalate |
| Ricambi automotive | Prototipazione, maschere/attrezzature, modelli personalizzati e lettere | Cruscotti, pannelli di rivestimento, staffe, stampi per carrozzeria, coperture personalizzate |
| Costruzione di stampi | Stampi precisi, finitura liscia | Modelli su stampi e matrici, stampi a iniezione e stampi per fusione in sabbia. |
| Industria marittima | Pannelli di grandi dimensioni, forme 3D ripetibili, basso costo | Pannelli del ponte, mobili e componenti interni |
| Oggetti decorativi | Incisioni complesse, pezzi personalizzati, piccoli lotti a basso costo | Arte murale, paraventi, orologi, paralumi, cornici decorate, decorazioni per la casa |
Oltre alla produzione industriale su larga scala, i router CNC sono indispensabili anche per la prototipazione estetica e funzionale. Sono rapidi ed economici per la prototipazione rapida di beni di consumo, elettronica, elementi architettonici e prodotti decorativi.
Vantaggi della fresatura CNC
La fresatura CNC offre elevata precisione, ripetibilità, un ampio banco di lavorazione, tempi di consegna rapidi e opzioni di utensili versatili. Analizziamoli brevemente.
- Costo più basso: La fresatura CNC è meno costosa della fresatura di materiali morbidi grazie alla velocità di produzione e ai bassi costi di installazione.
- Forme 2.5 e 3D: Può tagliare fogli, incidere motivi e creare forme 3D utilizzando diversi tipi di utensili di fresatura.
- Grande letto di lavorazione: Le dimensioni del letto di lavorazione sono maggiori rispetto alle frese CNC, il che consente di modellare e intagliare pezzi di grandi dimensioni.
- Precisione e ripetibilità: I router CNC possono raggiungere tolleranze ristrette, fino a ± 0.0025 mm. Inoltre, il controllo computerizzato del processo produce pezzi con costanza dimensionale.
- Produzione più veloce: L'automazione nella rimozione del materiale e il cambio utensile automatico avanzato riducono i tempi di fermo macchina, migliorando la velocità e l'efficienza della produzione.
- Opzioni di utensili più ampie: I router CNC dispongono di opzioni di utensili versatili per coprire un'ampia gamma di progetti complessi.
Leggi di più:
- Guida alla progettazione per la produzione
- Produzione di componenti aerospaziali
Quali sono le diverse operazioni di fresatura CNC?
Esistono diverse operazioni di fresatura CNC, ciascuna con un distinto meccanismo di rimozione del materiale e la capacità di creare una caratteristica specifica. Include
Diamo un'occhiata a quando vengono utilizzati:
| Funzionamento | Meccanismo | si utilizza |
| profiling | L'utensile segue il contorno del pezzo (offset interno/esterno) e crea un profilo in più passate. | Tagliare i contorni delle parti, rifinire i bordi, i pannelli dei cartelli e i pannelli degli armadi. |
| intascando | Un po' ruota e perfora il materiale per creare una tasca. | Cavità interne, incavi per ferramenta e riduzione del peso |
| Perforazione | Per realizzare fori passanti e ciechi si utilizzano trapani o frese a tuffo. | Fori di fissaggio, fori di fissaggio e caratteristiche di posizionamento. |
| Stozzatura | Un percorso utensile a punta stretta crea fessure o scanalature | Scanalature a T, canaline di cablaggio, raccordi scorrevoli. |
| Scanalatura a V. | La larghezza dei tagli con punta a V varia in base alla profondità (percorso utensile con punta a V 2.5D). | Lettere per insegne, flauti decorativi e linee di piegatura nei fogli |
| incisione | Le punte a V o di piccolo diametro eseguono passaggi superficiali e ad alta risoluzione per incidere la superficie | Testo, loghi, motivi di dettagli raffinati |
| Intaglio 3D | Per generare contorni 3D si utilizza una serie di passate X/Y/Z con utensili a testa sferica/conica. | Sculture, stampi, superfici complesse. |
| Di fronte | Una fresa larga o più passaggi sovrapposti rimuovono strati sottili sulla superficie del materiale. | Appiattire i pannelli di rivestimento, rimuovere i rivestimenti e preparare la superficie terminale |
| smussatura | Percorsi utensile angolati o passaggi di punte a V attraverso i bordi per la smussatura | Bordi decorativi, preparazione all'assemblaggio e giunti smussati. |
Quali sono gli strumenti necessari per la fresatura CNC?
La fresatura CNC richiede tre tipi di utensili per eseguire le operazioni e produrre pezzi con le specifiche desiderate: utensili da taglio, utensili di serraggio e utensili per il controllo qualità. Ognuno di questi utensili svolge un ruolo specifico nel processo di lavorazione.
Approfondiamo ulteriormente gli strumenti di taglio, serraggio e controllo qualità.
utensili per il taglio
Entrano in contatto diretto con il pezzo in lavorazione per rimuovere il materiale e realizzare la forma desiderata. I processi di fresatura utilizzano utensili da taglio come frese a candela, punte a V, punte a taglio dritto, frese a testa sferica, punte a compressione e punte a spirale.
Strumenti di bloccaggio
Questi utensili vengono utilizzati per fissare la postazione di lavoro al banco di lavorazione e l'utensile al mandrino. Oltre a garantire allineamento e stabilità, il loro ruolo è fondamentale anche per la sicurezza dell'operatore. Tra gli utensili di serraggio più noti figurano dispositivi con cave a T, morsetti meccanici, morse, sistemi di fissaggio a vuoto, morsetti a ginocchiera, morsetti a gradini, viti e bulloni e pistole sparachiodi.
Strumenti di controllo della qualità
Sonda CMM
Gli strumenti di controllo qualità possono essere ulteriormente suddivisi in due tipologie: strumenti utilizzati prima della lavorazione per la calibrazione del setup e strumenti utilizzati per ispezionare i pezzi torniti dopo la lavorazione. Il ruolo di questi strumenti è garantire la precisione dimensionale e la qualità complessiva dei pezzi prodotti.
Esempi di strumenti di controllo qualità sono gli indicatori a quadrante, gli indicatori di prova, i rilevatori di bordi, i tastatori, i dispositivi di regolazione della lunghezza degli utensili, i blocchi di calibrazione e i sistemi di calibrazione laser.
Fattori che influenzano il costo del routing CNC
Il costo iniziale di installazione per la fresatura CNC è relativamente basso; una fresatrice standard costa circa 200000 dollari. Tuttavia, il costo di produzione per unità di tempo, il costo di fresatura per ora o il costo per progetto dipendono da diversi fattori.
L'elenco seguente descrive i fattori comuni che influenzano il costo della fresatura CNC:
- Quanto più è potente il router CNC che stai utilizzando, tanto più alti saranno i costi delle macchine utensili.
- Le caratteristiche complesse richiedono strategie specializzate di percorso utensile, con conseguente aumento dei costi.
- Anche il tipo di materiale influisce sul costo. Ad esempio, i materiali più duri richiedono utensili specializzati e richiedono più tempo rispetto ai materiali più morbidi.
- Anche se i tuoi pezzi necessitano di una precisione maggiore e di una finitura superficiale più fine, questo può aumentare i costi.
- Il costo varia anche in base al Paese in cui si esternalizza il servizio. I produttori in Asia e Nord America sono generalmente più convenienti.
Errori da evitare nel routing CNC
Piccole deviazioni o errori di processo possono causare difetti o guasti irreparabili. Ecco perché è importante evitare alcuni errori nella fresatura CNC, come la scelta dell'avanzamento corretto, del tipo di utensile, un serraggio lento e una manutenzione regolare.
- Avanzamento e velocità errati: Essere consapevoli delle corrette velocità di avanzamento e velocità del mandrino in base al materiale da lavorare e all'operazione di tornitura che si sta eseguendo.
- Tipo di strumento errato: È necessario scegliere lo strumento giusto, altrimenti si verificheranno imprecisioni e usura dell'utensile.
- Impostazione e allineamento: Fissare il pezzo in lavorazione con la giusta forza di serraggio; un serraggio lento provoca flessione, mentre un serraggio troppo stretto può danneggiare la superficie del materiale in lavorazione.
- Ignorando la calibrazione: Utilizzare attrezzature e utensili per calibrare la configurazione e la qualità dei pezzi torniti CNC.
- Manutenzione irregolare: Non trascurare la manutenzione periodica e preventiva dei torni CNC.
Tempo medio di routing CNC
L'intervallo di tempo degli intervalli di routing CNC da pochi minuti a 12 oreSe si realizza un semplice profilo 2D, con una fresatrice multiasse potrebbero volerci 10 minuti, mentre per scolpire un disegno grande e complesso potrebbero volerci diverse ore.
I fattori comuni che influenzano la durata della fresatura CNC sono il tipo di materiale da lavorare, le caratteristiche complesse della progettazione, il tipo di fresatrice CNC utilizzata, i tempi di fermo macchina, la complessità del percorso utensile e la profondità di taglio.
Fresatura CNC vs fresatura
Processo di fresatura CNC
La fresatura e la fresatura CNC svolgono ruoli sovrapposti ma distinti. Le fresatrici danno priorità a elevati giri al minuto del mandrino, letti di grandi dimensioni e rapida asportazione del materiale per i materiali più morbidi. D'altro canto, la fresatura offre elevata rigidità e coppia e consente una corsa flessibile dell'asse Z.
Diamo un'occhiata alla tabella comparativa per individuare le principali differenze tra fresatura e fresatura:
| Caratteristica | CNC Router | Fresa CNC CNC |
| Materiali Necessari | Materiali morbidi: legno, plastica, schiuma, alluminio | Materiali morbidi e duri |
| Rigidità della struttura | Gantry più leggero, meno rigido | Telaio pesante e rigido, elevate forze di taglio |
| Mandrino | Alto numero di giri, coppia inferiore | Regime più basso, coppia elevata |
| Tolleranza | Tolleranze di livello moderato | Elevato, possibile livello micron |
| Applicazioni | Segnaletica, arredamento, pannelli, intarsi decorativi | Stampi di precisione, parti aerospaziali e mediche, prototipi |
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Conclusione
La tornitura CNC è un processo di produzione versatile che può essere utilizzato per modellare, tagliare, intagliare e incidere materiali morbidi. Questo processo controllato da computer può offrire un'eccellente precisione e costanza. Tuttavia, l'ottimizzazione tecnico disegno e i parametri di lavorazione, nonché la scelta del tipo di utensile giusto sono essenziali per sfruttare appieno le capacità dei router CNC.
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FAQ
Come funziona il routing CNC?
La tornitura CNC utilizza utensili rotanti per rimuovere il materiale, controllati da un programma CNC. Il mandrino si muove lungo gli assi X, Y e Z e segue il percorso dell'utensile fino al raggiungimento del pezzo/prodotto desiderato.
Qual è la differenza tra fresatura CNC e fresatura CNC?
La differenza principale tra fresatura CNC e fresatura verticale sta nei materiali che possono essere lavorati. La fresatura può lavorare materiali duri, mentre la fresatura verticale è adatta a legno, plastica e metalli teneri.
Quanto tempo richiede la fresatura CNC?
La fresatura CNC è un processo di lavorazione veloce. Tuttavia, i tempi esatti dipendono dalle dimensioni, dalla complessità del progetto, dal tipo di materiale, dalla precisione desiderata e dalla qualità della finitura.