Co wpływa na końcowy wymiar frezowanego elementu?
Dokładność wykonania detalu w świecie usług frezowania CNC jest kluczowa do pozyskania i utrzymania klienta. Nie jest to jednak tak oczywista sprawa jak może się wydawać i nie zależy ona wyłącznie od dokładności pozycjonowania maszyny ale od znacznie większej ilości czynników. Przeczytaj ten artykuł by dowiedzieć się i zrozumieć jakie zagadnienia mają wpływ na końcowy wymiar detalu i jego tolerancje.
Dokładność pozycjonowania maszyny to nie dokładność wykonania wyrobu
Przeglądając oferty producentów maszyn i parametry techniczne obrabiarek CNC szybko zorientujemy się, że nowoczesne plotery CNC wyposażone są w układy regulacji położenia i enkodery o rozdzielczościach na poziomie pojedynczych nm. Jest to informacja prawdziwa i mówiąca o tym, że ploter CNC jest wstanie odczytywać i korygować położenie osi z tak małymi jednostkami. Jednak należy zauważyć, że dokładność pozycjonowania maszyny nie jest tożsama z dokładnością wykonania detalu. Dokładność pozycjonowania maszyny ma wpływ na końcowy wymiar obrabianego materiału ale nie jest to jedyny czynnik, który należy wziąć pod uwagę. Co więcej posiadając frezarkę CNC i obrabiając aluminium z dokładnością pozycjonowania maszyny na poziomie nm i błędnie ustawiając parametry obróbki bardzo prawdopodobne jest to, że końcowy wymiar gotowego detalu będzie miał błąd wymiarowy większy niż 0.1mm.
Czynniki wpływające na wartość końcowego wymiaru podczas frezowania CNC
Otrzymany wymiar końcowy detalu jest wypadkową różnych czynników, które mogą być zależne od siebie i potęgować błąd wykonania lub wzajemnie się znosić. Poniżej prezentujemy kilka wybranych współczynników, które w znaczący sposób mogą zmienić ostateczny wymiar frezowanej części.
- Parametry obróbki – (prędkość, głębokość, ilość skrawanego materiału) są pierwszym współczynnikiem, który ma wpływ na wymiar frezowanego elementu. Niepoprawnie dobrane parametry obróbki potrafią w znaczący sposób wpłynąć na wielkość błędu w otrzymanym detalu, a dodatkowo obniżają jakość otrzymanej powierzchni.
- Sztywność maszyny i rodzaj materiału z którego został wykonany ploter ma duży wpływ na jakość obrabianego materiału. Frezarki CNC wykonane ze stali dobrze nadają się do obróbki aluminium. Frezarki do obróbki stali powinny być wykonane z żeliwa.
- Ścieżka narzędzia – Dla poprawy wymiarów geometrycznych zalecane jest stosowanie obróbki zgrubnej i wykańczającej. Obróbkę wykańczającą wykonujemy z wyższymi obrotami wrzeciona.
- Temperatura materiału. Jest to kolejny czynnik wpływający na ostateczną wartość wymiaru. Profesjonalne plotery CNC posiadają systemy kompensacji temperatury i obrabianego materiału. Maszyna posiadająca taką opcję monitoruje temperaturę otoczenia, ramy maszyny oraz obrabianego materiału po czym oblicza rozszerzenie się korpusu maszyny oraz obrabianego materiału i tak kompensuje ruchy osi by zniwelować rozszerzalność materiałową.
- Zużycie narzędzia. Czas pracy każdego narzędzia jest ograniczony i zależy od parametrów, których używa operator do obróbki skrawaniem. Wraz z przepracowanymi godzinami skrawania powierzchnia freza ulegnie degradacji i znacząco pogarsza się jakość obrabianych powierzchni a przy tym otrzymany wymiar na gotowym elemencie.
Czy rodzaj użytego narzędzia ma duży wpływ na efekt końcowy frezowania CNC?
Temat frezów do obróbki skrawaniem jest bardzo szeroki, ale w tym artykule w kilku zdaniach opisujemy czemu jest to jeden z najistotniejszych współczynników obróbki aluminium i innych metali.
W celu sprawdzenia czy frez może mieć wpływ na końcowy wymiar obrabianego elementu przeprowadziliśmy test obróbki przy użyciu 2 różnych frezów i takiej samej ścieżki narzędzia. Obróbka polegała na wykonaniu obrysu zewnętrznego kostki aluminiowej o wymiarach 100 x 100 x 10mm i ustalenia jej wymiaru docelowego na poziomie 95 x 95 x 10 mm. Wygenerowana ścieżka narzędzia składała się z części obróbki zgrubnej, po której nastąpiła obróbka wykańczająca. Obróbka wykańczająca polegała na zebraniu 0.1mm naddatku materiału na całej wysokości obrabianej ściany.
Do testu jako pierwszy został użyty frez dedykowany do aluminium, 2 piórowy o kącie ostrzy wynoszącym 30 stopni. Otrzymane po jego użyciu wymiary kostki aluminiowej to 95.03 x 95.04 oraz zaobserwowano dodatkowe odchyłki w dolnej części obrabianej kostki co świadczy o tym, że frez uginał się podczas frezowania aluminium.
Następnie w teście przyszedł czas na kolejny frez dedykowany do obróbki aluminium. Frez ten charakteryzował się tym , że posiadał pokrycie dodatkową powłoką ochronną, kąt ostrzy wynosił 42 stopnie i posiadał 3 pióra. Po wykonaniu pomiarów frezowanych elementów otrzymaliśmy wymiary: 95.00 x 95.01 mm na całej wysokości obrabianych powierzchni.
Powyższy przykład pokazuje, że rodzaj wybranego do obróbki freza może mieć znaczący wpływ na otrzymany na detalu wymiar i przyczynić się do spełnienia lub nie zadanych tolerancji wykonania.
Czym mierzyć wykonany detal
Poruszając temat dokładności wykonania detalu podczas frezowania, należy też rozważyć metody pomiaru wykonanej części. Tylko prawidłowo wykonany pomiar może potwierdzić tolerancje wykonania danego detalu. Najbardziej podstawowym narzędziem do pomiarów może być suwmiarka. Jest to tanie urządzenie łatwe w obsłudze. W większości przypadkach suwmiarka wyposażona jest w wyświetlacz LCD pokazujący wynik pomiaru. Podczas wykonywania pomiarów suwmiarką należy pamiętać, że jest ona obarczona dość sporym błędem pomiarowym. Suwmiarka ma dokładność pomiaru mniejszą niż minimalna jednostka na wyświetlaczu. Co oznacza, że suwmiarka wyświetlająca pozycję do 0.01mm nie mierzy obrabianego wyrobu z taką dokładnością. Pomiar suwmiarką obarczony jest dodatkowymi współczynnikami takimi jak siła docisku czy luzy na osiach suwmiarki. Z powyższych przyczyn odczyt suwmiarki powinno traktować się w dokładności do 0.1mm Drugim urządzeniem pomiarowym jest mikrometr. Jest to również tanie urządzenie, niemniej jednak charakteryzuje się większa dokładnością niż suwmiarka. Mikrometry mogą osiągnąć dokładność 0.01mm. Najbardziej dokładnym sprzętem pomiarowym są maszyny pomiarowe. Są to profesjonalne maszyny CNC za pomocą których możemy zmierzyć wymiar detalu w dokładności do pojedynczych nm oraz dodatkowo jego chropowatość a całość pomiaru zapisać do cyfrowego pliku. Maszyny pomiarowe muszą być obsługiwane przez przeszkolony personel i być umieszczone w pomieszczeniach zapewniających stałą temperaturę i wilgotność.