Tornitura e fresatura CNC di precisione: come scegliere | JS Precision

La tornitura e la fresatura CNC di precisione sono molto spesso la prima scelta dei clienti del settore manifatturiero.

Ora immaginate l'ugello del carburante di un motore aerospaziale, in cui i canali interni e le filettature in una lega ad alta temperatura devono essere lavorati con elevata precisione a livello di micron.

Oppure, un altro esempio: la testa di un giunto in lega di titanio per un impianto medico che richiede una finitura superficiale a specchio per adattarsi perfettamente al corpo umano. Entrambi i progetti si basano su questi due potenti processi di produzione digitale.

Potrebbe comportare costi elevati, ritardi nelle consegne o persino scarti di componenti . Poiché molti clienti condividono lo stesso dilemma, abbiamo compilato questa guida per illustrarvi le chiare differenze, i processi e gli scenari applicabili per questi due processi, in modo che possiate trovare la soluzione più adatta al vostro progetto.

Riepilogo delle risposte principali

Fresatura o tornitura CNC? Guida di precisione JS per aiutarti a scegliere

Con 12 anni di esperienza nel settore della lavorazione CNC, JS Precision ha servito oltre 500 clienti in diversi settori, tra cui quello aerospaziale, medico, automobilistico e dei semiconduttori.

Ad esempio, una volta abbiamo lavorato con precisione il tenone di una pala di motore in lega di titanio per un'azienda aerospaziale tramite tornitura CNC di precisione. Abbiamo ottenuto una tolleranza di ±0,008 mm e tutti gli oltre 2000 pezzi consegnati hanno superato test approfonditi.

Inoltre, abbiamo prodotto in serie giunti robotici chirurgici in acciaio inossidabile 316L per clienti del settore medico. Con una qualità garantita, questo lotto produttivo ha mantenuto una produzione mensile stabile di oltre 2000 pezzi, con un tasso di successo costantemente superiore al 99,8%.

Ci siamo occupati anche di ordini di lavorazione meccanica di rotori di turbocompressori per l'industria automobilistica, utilizzando la tornitura CNC insieme ad alimentatori automatici per aumentare l'efficienza produttiva del 40%, aiutando il cliente ad abbreviare i cicli di consegna.

Questi esempi e dati concreti rappresentano la nostra preziosa esperienza accumulata nella fresatura e tornitura CNC . Questa guida si basa su questi progetti reali e ogni suggerimento è stato convalidato nella pratica. Potete fidarvi di essa per aiutarvi a fare le scelte giuste.

Se avete esigenze di lavorazione meccanica di componenti nei settori aerospaziale, medicale o automobilistico, il servizio di tornitura CNC di precisione di JS Precision può soddisfare le esigenze di tolleranze rigorose e produzione ad alta efficienza. Dovete solo fornirci i disegni e noi possiamo rapidamente fornire soluzioni e avviare la produzione.

Cos'è la tornitura CNC di precisione? Quali sono i suoi vantaggi?

Quando si avvicinano per la prima volta alla lavorazione CNC, i clienti chiedono sempre cosa sia la tornitura CNC di precisione. Si tratta di un processo di precisione la cui attività centrale è la rotazione del pezzo, che è anche la caratteristica fondamentale della tornitura CNC.

Definizione

La tornitura CNC di precisione è un processo in cui il pezzo viene fissato sul mandrino e ruota ad alta velocità. L'utensile da taglio si muove linearmente lungo il percorso predeterminato per rimuovere il materiale in eccesso dal pezzo e produrre parti rotanti come cilindri e coni. Ciò consente un controllo ottimale delle dimensioni del pezzo, inclusa la qualità della superficie.

Vantaggi principali

• Eccellente concentricità: il completamento di più lavorazioni in un'unica configurazione garantisce un'elevata concentricità, soddisfacendo i requisiti delle parti rotanti.
• Produzione in lotti ad alta efficienza: in combinazione con un alimentatore di barre, la produzione può essere lasciata senza supervisione per 8-12 ore, riducendo i costi unitari.
• Eccellente finitura superficiale: il taglio continuo produce facilmente una superficie liscia con un valore Ra inferiore a 0,8 e normalmente non richiede ulteriore lucidatura.
• Efficienza dei costi: per le parti rotanti, l'efficienza della lavorazione è superiore del 30%-50% rispetto alla fresatura, ed è quindi adatta alla produzione in serie.

Figura 1: Tornitura CNC, un processo di lavorazione che modella parti cilindriche mediante torni controllati da computer.

Svelare il processo di tornitura CNC: dal progetto al pezzo

Dopo aver compreso cos'è la tornitura CNC di precisione, molti clienti desiderano conoscere i passaggi che vanno dal progetto al pezzo finito. Infatti, il principale processo di tornitura CNC si compone di cinque fasi, ciascuna con standard rigorosi.

Fase 1: Progettazione digitale : i clienti forniscono modelli CAD 3D in STEP, IGES o disegni 2D, specificando dimensioni chiave, tolleranze, materiali e requisiti di superficie per ridurre le modifiche successive.

Fase 2: Programmazione - Il software CAM genera il codice macchina dal modello, controllando la velocità del mandrino e il percorso utensile in base al progetto.

Fase 3: Serraggio e impostazione dell'utensile - Il pezzo grezzo viene fissato sul mandrino e quindi, utilizzando un dispositivo di impostazione dell'utensile, viene impostata l'origine dell'utensile, con una calibrazione dell'errore pari a ≤ ±0,001 mm.

Fase 4: Lavorazione automatizzata : la macchina utensile tornisce automaticamente i diametri esterni e fora i fori interni secondo un programma, mentre, allo stesso tempo, gli ingegneri monitorano i processi in tempo reale per verificarne la coerenza.

Fase 5: Controllo qualità - Le dimensioni e le tolleranze geometriche di tutti i componenti torniti CNC di precisione vengono controllate utilizzando una macchina di misura a coordinate. Solo dopo aver superato il controllo, la consegna avviene.

È anche vero che, nel contesto precedente, i servizi di tornitura CNC di precisione offerti da JS Precision forniscono registrazioni di ogni fase del processo di tornitura CNC per il monitoraggio, dalla revisione del progetto all'ispezione finale, per la vostra tranquillità.

Figura 2: È possibile convertire i file di progettazione elettronica in formato CAD in un formato riconosciuto dai programmi CAM.

Fresatura e tornitura CNC: un confronto diretto

Molti clienti confondono la tornitura CNC con la fresatura CNC, tuttavia, comprendere le differenze di base può aiutare a fare una distinzione. Di seguito un confronto in tre aspetti:

1. Modi di movimento fondamentalmente diversi

• La tornitura CNC si basa sul principio " movimento del pezzo, utensile fermo " e il principio di funzionamento è che il pezzo ruota a 500-3000 giri/min mentre l'utensile si muove lungo gli assi X e Z.
• Fresatura CNC In questo processo, "movimento utensile, pezzo fermo", l'utensile ruota a 1000-10000 giri/min mentre si muove anche lungo gli assi X, Y e Z.

2. Capacità di creazione di forme geometriche

La tabella seguente illustra le differenze nella capacità di lavorazione dei due processi:

3. Lavorazione di materiali compositi

I moderni centri di tornitura CNC ad alta precisione (centri di fresatura e tornitura CNC) integrano due tecnologie, aggiungendo le funzioni degli assi Y e C. Possono completare la lavorazione di parti rotanti e caratteristiche asimmetriche in un'unica configurazione, riducendo l'accumulo di errori di 0,02-0,05 mm e diminuendo i tempi di produzione. Si tratta di attrezzature fondamentali per i servizi di tornitura CNC di precisione.

Se dovete lavorare pezzi che combinano simmetria rotazionale e asimmetria, il centro di tornitura CNC ad alta precisione di JS Precision offre una soluzione integrata che elimina la necessità di diverse operazioni di serraggio. Questo aumenterà la precisione del pezzo. Dovete solo fornirci disegni completi e noi possiamo sviluppare un piano di lavorazione composito.

Fresatura e tornitura CNC: come fare la scelta giusta?

Dopo aver discusso le differenze nei processi e nelle tecnologie composite, la domanda più importante è: "Come scegliere?". La chiave qui è la compatibilità del componente. Di seguito alcune regole di selezione.

Regola d'oro nella scelta della tornitura CNC

Scegli la tornitura CNC se sono soddisfatte le seguenti condizioni:

• La forma del nucleo della parte è cilindrica o conica , ad esempio alberi e manicotti.
• Le filettature interne ed esterne devono essere lavorate con precisione, in particolare secondo le specifiche M2-M50.
• L'attenzione è rivolta alla produzione di massa , che richiede maggiore efficienza e minori costi di manodopera.

Regola d'oro per la scelta della fresatura CNC

Solo quando sono soddisfatte le seguenti condizioni, prendere in considerazione l'utilizzo della fresatura CNC:

• La parte contiene piani, scanalature, cavità complesse o superfici curve 3D , ad esempio staffe e gusci.
• Le caratteristiche devono essere "scolpite" da un pezzo grezzo solido anziché creare prima un pezzo grezzo rotante.
• Progetti con caratteristiche asimmetriche e discrete , come fori e sporgenze multidirezionali.

Le migliori pratiche per l'incertezza

Quando si ha a che fare con componenti complessi, è consigliabile contattare JS Precision il prima possibile. I nostri ingegneri eseguiranno analisi di producibilità, consigliando processi efficienti in base alla forma del componente, al materiale e alle dimensioni del lotto, e potranno anche ottimizzare la progettazione per ridurre i costi.

Che abbiate bisogno di lavorazioni di tornitura CNC su larga scala o di fresature CNC complesse, JS Precision è orgogliosa di offrire soluzioni di fresatura e tornitura CNC di precisione in base alle vostre esigenze. Dovete solo inviarci i disegni, consentirci di effettuare le selezioni migliori per voi e fornirvi un preventivo il prima possibile.

Figura 3: Fresatura e tornitura CNC: in base alla forma, al materiale e alle dimensioni del lotto dei pezzi, consigliare processi efficienti.

Oltre l'acciaio: quali materiali può gestire la tornitura CNC di precisione?

Molti clienti si chiedono se la tornitura di precisione CNC possa lavorare materiali speciali. In realtà, questa tecnologia può essere applicata a un'ampia gamma di metalli, plastiche ingegneristiche e materiali compositi.

Il regno del metallo

• Grado aerospaziale: le leghe resistenti alle alte temperature, come le leghe di titanio (Ti-6Al-4V) e Inconel 718, richiedono utensili speciali in metallo duro per affrontare l'incrudimento.
• Grado medico: i materiali biocompatibili prevedono l'uso di acciaio inossidabile 316L e leghe di titanio come Ti-6Al-4V, con fluidi da taglio di grado medico per evitare contaminazioni.
• Grado industriale: comprende leghe di alluminio come 6061, 7075, leghe di rame, acciaio al carbonio, acciaio inossidabile 304, 316, ecc. a basso costo e con ampie applicazioni.

Tra i materiali plastici tecnici e compositi adatti ad applicazioni di isolamento, resistenza all'usura e alla corrosione figurano PEEK, Dellin, nylon e PTFE.

Sfide e soluzioni

Le sfide nella lavorazione di materiali diversi includono la scarsa conduttività termica, che porta a temperature elevate nel caso delle leghe di titanio, i trucioli che possono incastrarsi nel caso dell'acciaio inossidabile e la maggiore suscettibilità alla deformazione della plastica. Percorsi utensile e parametri vengono regolati con JS Precision per garantire la qualità della tornitura CNC di precisione.

Se avete bisogno di pezzi torniti CNC di precisione per la lavorazione di materiali speciali, che si tratti di superleghe resistenti alle alte temperature o di materiali plastici tecnici resistenti alla corrosione, i servizi di tornitura CNC di precisione di JS Precision sono la soluzione ideale. Vantiamo una vasta esperienza nella lavorazione dei materiali per garantire che la qualità dei pezzi soddisfi gli standard del settore.

All'interno di un centro di tornitura CNC ad alta precisione: il cuore della produzione moderna

La precisione nella tornitura CNC dipende da un centro di tornitura CNC ad alta precisione. I suoi componenti chiave e il rispettivo funzionamento sono illustrati di seguito:

1. Mandrino: è il cuore della potenza di rotazione, la cui rigidità e precisione determinano direttamente la qualità della lavorazione. Dotato di un mandrino con cuscinetti ceramici ad alta precisione , errore di eccentricità radiale ≤ ± 0,001 mm, gamma di velocità 100-6000 giri/min, il nostro macchinario garantisce la coassialità di rotazione del pezzo.

2. Torretta: può ospitare da 8 a 12 utensili diversi, inclusi utensili per tornitura esterna e alesatura interna, per cambi utensile rapidi e automatizzati con un tempo di cambio utensile di 0,5-1 secondo. Può essere utilizzata per completare processi complessi come la tornitura di diametri esterni e l'alesatura di fori interni. L'efficienza aumenta notevolmente.

3. Guide lineari e viti a ricircolo di sfere: garantiscono la linearità e la precisione di posizionamento del movimento dell'utensile. Utilizza guide lineari e viti a ricircolo di sfere ad alta precisione. L'errore di parallelismo delle guide è ≤ 0,002 mm/m, mentre l'errore del passo della vite è compensato e calibrato al laser.

4. Sistema CNC: è il "cervello" della macchina , che interpreta il codice G e invia segnali per pilotare ogni singolo movimento della macchina. Utilizziamo sistemi di fascia alta Fanuc o Siemens con risposta rapida e monitoraggio online, a supporto della diagnosi dei guasti.

5. Struttura del letto: il letto in ghisa di alta qualità (HT300) assorbe efficacemente le vibrazioni ed è sottoposto a due trattamenti di invecchiamento per ridurre la deformazione da stress interno, garantendo un funzionamento stabile a lungo termine della macchina utensile. Il degrado della precisione è ≤±0,005 mm dopo 5 anni o più.

Caso di studio: come JS Precision ha fatto risparmiare il 40% su un assembly complesso

La teoria da sola non basta, quindi vorrei illustrare un caso di studio reale per dimostrare come applichiamo le tecnologie di tornitura di precisione CNC e di fresatura-tornitura composita per risolvere i problemi pratici dei clienti e far loro risparmiare denaro.

Punti critici del cliente

Un anno fa, siamo stati contattati da un produttore di apparecchiature ottiche. Un componente fondamentale del suo strumento di misurazione laser era stato originariamente progettato per essere assemblato da cinque parti tornite CNC di precisione indipendenti, tra cui manicotti, boccole, perni di collegamento, ecc., tramite quattro viti.

Questo componente presentava tre gravi problemi:

• Gli errori cumulativi delle parti assemblate insieme più/meno 0,02 mm si sommano a più/meno 0,1 mm su cinque parti, con il disallineamento del percorso del raggio laser che porta a prestazioni ottiche instabili; solo l'85% dei prodotti è riuscito a superare lo standard.
• Il processo di assemblaggio richiedeva due operai dedicati, ciascuno in grado di assemblare solo 50 set al giorno, con un aumento dei costi di manodopera di 5.000 dollari al mese.
• La struttura di collegamento a vite non è dotata di resistenza strutturale, il che può causare l'allentamento delle parti durante il trasporto, con conseguente tasso di reclami del 10%.

Soluzione di precisione JS

Dopo aver ricevuto i disegni, i nostri ingegneri hanno innanzitutto condotto un'analisi dettagliata della producibilità e hanno scoperto che i punti di collegamento di queste 5 parti potevano essere integrati senza lavorazioni separate. Pertanto, per una soluzione di produzione integrata, consigliamo un centro di tornitura CNC ad alta precisione dotato di funzionalità di fresatura e tornitura a 5 assi:

Il pezzo in lavorazione deve prima essere tornito a controllo numerico per il corpo rotante, quindi utilizzare le funzioni asse Y e asse C della macchina utensile per fresare i piani richiesti e posizionare i fori di collegamento, e infine eseguire le filettature. Questo risolve completamente il problema in un unico serraggio, senza ulteriori assemblaggi.

Per garantire la precisione del percorso ottico del laser, abbiamo anche ottimizzato i parametri di taglio aumentando la velocità del mandrino a 3000 giri/min e utilizzando utensili in carburo a grana ultrafine per ridurre l'impatto delle vibrazioni causate durante il taglio sulla precisione del pezzo.

Nel frattempo, abbiamo introdotto una fase di misurazione online nel processo di lavorazione. Per ogni 10 pezzi lavorati, una sonda verificherà le dimensioni critiche per garantire che l'errore sia contenuto entro ±0,005 mm.

Risultati e dati

Grazie all'implementazione della soluzione, il cliente ha realizzato valori aziendali chiave:

• Il numero di componenti è stato ridotto da 5 a 1 singola parte integrata, il processo di assemblaggio è stato completamente eliminato insieme alla necessità di personale dedicato all'assemblaggio.
• I costi di produzione totali sono stati ridotti del 40% (inclusa una riduzione totale della manodopera di 5.000 dollari al mese), con una riduzione del 15% degli sprechi di materiale grazie al minor numero di componenti. Il numero di componenti è stato ridotto dal 5% al 3,25%.
• Resistenza dei componenti migliorata fino al 25% (dimostrata da prove di trazione: forza di rottura aumentata da 500 N a 625 N), evitando problemi legati all'allentamento durante il trasporto e migliorando il tasso di superamento delle prestazioni ottiche dell'apparecchiatura al 99,5%.
• Il ciclo produttivo è stato ridotto da 3 settimane (1 settimana per la lavorazione + 2 settimane per l'assemblaggio) a meno di una settimana, consentendo così al cliente di rispondere più rapidamente alle richieste del mercato. Il volume degli ordini è aumentato del 20% in 3 mesi.

Figura 4: manicotto di tornitura CNC di precisione

Quali settori si affidano alla tornitura CNC di precisione?

La tornitura CNC di precisione ha vaste applicazioni e molti settori industriali la utilizzano per la produzione di componenti fondamentali. Di seguito è riportata un'introduzione ai principali settori applicativi e ai componenti torniti CNC di precisione .

1. Aerospaziale: le parti precise e affidabili di cui necessita, tra cui i tenoni delle pale del motore, i componenti del carrello di atterraggio e i nuclei delle valvole idrauliche, richiedono una produzione precisa per consentire il normale funzionamento in ambienti estremi.

2. Dispositivi medici: richiedono elevata biocompatibilità e precisione, come gli alberi di giunzione dei robot chirurgici, le viti ossee, gli impianti dentali e gli ingranaggi delle pompe per insulina, il che influisce sulla sicurezza delle apparecchiature.

3. Industria automobilistica: i rotori dei turbocompressori, gli alberi del cambio e gli ugelli del sistema di iniezione del carburante, durevoli e producibili in serie, incidono direttamente sia sulle prestazioni del veicolo sia sul consumo di carburante.

4. Semiconduttori e ottica: richiedono parti di precisione a livello di micron, come supporti per wafer, cilindri per lenti ottiche e cavità laser, per evitare di compromettere le prestazioni delle apparecchiature.

5. Difesa ed energia: richiede componenti in grado di resistere a condizioni operative difficili, tra cui alberi di precisione per la guida dei missili, cuscinetti per droni e nuclei delle valvole per petrolio e gas per garantire la stabilità nel funzionamento delle apparecchiature.

Domande frequenti

D1: Quali tolleranze può normalmente mantenere la tornitura CNC ad alta precisione?

Generale ±0,025 mm e nelle applicazioni aerospaziali , ±0,005 mm o migliore nelle applicazioni più impegnative, a seconda delle dimensioni del pezzo e del materiale.

D2: È possibile lavorare una stessa parte utilizzando sia il processo di tornitura che quello di fresatura CNC?

Sì, è molto comune. Il corpo principale della parte rotante, in genere, viene realizzato tramite tornitura CNC, mentre le caratteristiche asimmetriche come piani e fori vengono lavorate tramite fresatura CNC.

D3: Quali formati di file devo fornire per un preventivo di tornitura CNC?

Preferiamo file STEP o IGES 3D, insieme a disegni PDF/DWG 2D. Nel file, è necessario specificare dimensioni e tolleranze chiave per garantire la precisione dei nostri prezzi.

D4: Quali sono i vantaggi dell'utilizzo di un centro di tornitura multiasse?

I centri di tornitura multiasse possono completare tutte le operazioni di lavorazione in un'unica configurazione, riducendo l'accumulo di errori, accorciando i tempi di consegna e consentendo la produzione di parti con geometrie più complesse .

D5: Quali materiali non sono adatti alla tornitura CNC?

I materiali altamente elastici, come la gomma morbida, e i materiali molto fragili e duri, come la ceramica, solitamente non possono essere lavorati con la tornitura CNC tradizionale a causa di potenziali problemi di qualità.

D6: Come posso ridurre il costo dei miei pezzi torniti CNC?

I costi possono essere ridotti ottimizzando la progettazione, ad esempio evitando tolleranze molto strette, scegliendo materiali appropriati e consentendo la produzione in serie per distribuire i costi di avviamento.

D7: Qual è il ruolo del refrigerante nel processo di tornitura CNC?

Il refrigerante lubrifica, riduce la temperatura di taglio e allontana i trucioli, prolungando così la durata dell'utensile e garantendo la qualità della superficie del pezzo.

D8: In che cosa differisce la fresatura a 5 assi dalla fresatura a 3 assi?

Nella fresatura a 5 assi, l'utensile può avvicinarsi al pezzo da qualsiasi angolazione. Ciò consente di lavorare anche superfici molto complesse senza doverle riposizionare. Ciò consente una maggiore precisione ed efficienza rispetto alla fresatura a 3 assi.

Riepilogo

Nell'ambito della produzione di precisione, la scelta consapevole tra fresatura e tornitura CNC costituisce la base per il successo del progetto, il controllo dei costi e il raggiungimento di prestazioni superiori. Decisioni del genere richiedono una profonda conoscenza tecnica, unita a un'attenzione particolare anche per i minimi dettagli.

Che il tuo progetto sia un elegante corpo rotante o un poliedro complesso, il team di esperti di JS Precision e i suoi avanzati centri di tornitura CNC ad alta precisione e le attrezzature di fresatura sono pronti a fornirti una soluzione completa di servizi di tornitura CNC di precisione.

Basta con le supposizioni, lascia che siano gli esperti a guidarti. Forniscici le tue specifiche per i componenti e noi realizzeremo per te componenti torniti CNC di precisione e di alta qualità, aiutando i tuoi progetti a procedere con preventivi rapidi e cicli di produzione ridotti.