Lavorazione CNC

La lavorazione CNC è un processo di produzione sottrattiva avanzato che lavora e manipola i materiali utilizzando macchine utensili controllate da computer. Programmi informatici guidano il funzionamento degli utensili da taglio e di altri componenti della macchina.  

Questo processo automatico e altamente preciso inizia con la progettazione assistita da computer (CAD) del pezzo, seguito dalla creazione del programma CNC, dalla configurazione della macchina, dal processo di lavorazione e, infine, dalle fasi di finitura. 

Oltre a essere un processo preciso in grado di raggiungere tolleranze ristrette, la lavorazione CNC è ripetibile, conveniente, meno soggetta a errori e molto versatile per progetti e materiali. 

La sua versatilità si estende alla varietà di operazioni disponibili: fresatura CNC, tornitura CNC, foratura CNC e altre. I processi possono essere utilizzati in combinazione a seconda della complessità del pezzo. 

Con così tante opzioni e capacità della lavorazione CNC, vale la pena coinvolgere professionisti della lavorazione CNC fin dall’inizio di un progetto di lavorazione per ottimizzare tempi, selezione dei materiali, costi e così via.

Continua a leggere per maggiori dettagli sulla lavorazione CNC e su come può aggiungere valore ai tuoi progetti. 

 

Che cos’è la lavorazione CNC?

La lavorazione a controllo numerico computerizzato (CNC) è un processo di produzione sottrattivo avanzato che i produttori apprezzano per la sua convenienza, precisione e accuratezza. Lo utilizzano per realizzare articoli pronti per il mercato e prototipiLeggi anche:Lavorazione smussata

Questo processo prevede un meccanismo specifico che consente ai programmi G-code di controllare operazioni precise di rimozione del materiale. 

Il G-code è uno speciale linguaggio di programmazione CNC utilizzato nelle macchine CNC. Si tratta di un “codice geometrico” che fornisce istruzioni alla macchina su posizione, velocità e tempo. 

La maggior parte delle lavorazioni CNC viene eseguita tramite operazioni di taglio convenzionali, ma esistono operazioni come il taglio laser, il taglio a getto d’acqua e l’elettroerosione (EDM), il cui collegamento è la precisione del controllo computerizzato. 

I componenti fondamentali delle macchine CNC sono i dispositivi di input, l’unità di controllo macchina (MCU), il sistema di azionamento, le macchine utensili, il sistema di feedback e l’unità di visualizzazione. Per le macchine convenzionali come il tornio CNC, ulteriori componenti includono la contropunta, la testa portapezzo, il mandrino e il sistema di raffreddamento. 

La lavorazione CNC è estremamente popolare per la sua capacità di produrre ripetutamente parti precise, gestire una varietà di operazioni in diversi Materialee operare in modo economicamente vantaggioso su larga scala. 

 

Storia della lavorazione CNC 

Le prime macchine a controllo numerico (NC) risalgono agli anni ‘1940, prima che i progressi tecnologici introducessero le moderne capacità di lavorazione CNC. Molti dei primi tentativi di lavorazione CNC sono ampiamente attribuiti a John Parsons e alla sua innovazione con le schede perforate. 

Carte perforate

La lavorazione CNC è stata inizialmente utilizzata per l’automazione delle fresatrici, con l’obiettivo di ridurre i tempi di progettazione e inserimento delle istruzioni in una fresatrice. Inizialmente, la necessità di un operatore esperto rappresentava una sfida importante. 

Ciò spinse il Massachusetts Institute of Technology (MIT) a sviluppare un linguaggio di programmazione per la generazione automatica di coordinate. 

Nel corso del tempo, i computer hanno fatto notevoli progressi e sono diventati più accessibili, rendendo la lavorazione CNC altamente efficiente, versatile e conveniente per Parti meccaniche di precisione CNC. 

 

Nozioni di base su una macchina CNC e sul processo di lavoro

Fondamentalmente, la macchina CNC è progettata per utilizzare un programma CNC per lavorare un componente. Il processo di produzione della macchina CNC può essere suddiviso in quattro fasi principali: progettazione del modello CAD, preparazione della macchina CNC, conversione del file CAD in un programma CNC e lavorazione meccanica. 

Durante queste fasi, diversi componenti della macchina lavorano insieme per raggiungere il risultato finale. Il controllo CNC legge il programma, gli assi della macchina si muovono nelle direzioni predefinite, gli utensili da taglio ruotano sul mandrino (ove applicabile), il tavolo di lavoro sostiene il pezzo in lavorazione e così via. 

Fase 1: progettazione del modello CAD 

Un modello CAD

Il primo passo è la generazione di un progetto CAD 3D, che contiene informazioni quali il tipo di geometria, la quantità di materiale da lavorare e le quote e tolleranze geometriche (GD&T). 

Fase 2: Conversione del file CAD

La fase successiva è la generazione del codice G per il modello CAD. È necessario fornire alla macchina CNC istruzioni comprensibili. Questo processo prevede l’utilizzo di un programma CAM (Computer-Aided Manufacturing), installato nel computer della macchina. La conversione, manuale o robotizzata, dipende dalla specifica macchina CNC. 

Fase 3: Preparazione della macchina CNC

Configurazione della macchina CNC

Quando si tratta di preparare la macchina CNC per il compito, ciò implica principalmente assicurarsi che il programma CNC sia caricato sulla macchina. 

Fase 4: Operazione di lavorazione

L’operazione di lavorazione è preceduta dall’impostazione del movimento di avvicinamento della macchina. La macchina CNC può quindi essere invitata ad eseguire il programma, utilizzando le istruzioni G-code per lavorare il pezzo. 

Ulteriori informazioni sulla programmazione CNC

La programmazione CNC si riferisce all’applicazione di una serie di comandi per dirigere il processo di lavorazione CNC. Il linguaggio di programmazione più diffuso per le macchine CNC è il codice G, noto anche come RS-274D. Nella maggior parte dei casi, i codici iniziano con la lettera “G” e ogni codice indica un particolare movimento della macchina. 

Di seguito sono riportati alcuni codici G comuni con i relativi significati: 

Alcuni codici G e significati

Oltre ai codici G, esistono i codici M o codici vari. Questi comandi sono destinati a operazioni non geometriche, come lo spegnimento della macchina e l’attivazione del refrigerante. 

Questi codici sono preceduti dalla lettera “M”. Ecco alcuni esempi:

M00 – Arresto del programma

M02 – Fine del programma

M05 – Arresto del mandrino

 

Tolleranze nella lavorazione CNC

Le specifiche di tolleranza sono fondamentali per una progettazione CAD completa per lavorazioni CNC. Il progettista deve comprendere le applicazioni e le implicazioni di costo delle principali categorie di tolleranza. 

Tolleranze di lavorazione più strette sono più costose perché difficili da raggiungere. Si raccomanda una tolleranza standard di almeno ±0.1 mm laddove non sia specificata alcuna tolleranza. In caso contrario, il progettista dovrebbe fornire un disegno 2D con le tre tolleranze. 

I principali tipi di tolleranza per definire le parti lavorate CNC sono le tolleranze dimensionali, le tolleranze geometriche (GD&T), le tolleranze di struttura superficiale, le tolleranze di adattamento e limite (sistema foro/albero) e le tolleranze basate sulla posizione e sui riferimenti.  

Tolleranze dimensionali

Si applica a diametro, spessore, lunghezza e altre dimensioni delle caratteristiche. La tolleranza angolare e quella lineare rientrano in questa categoria. Se non specificato nel disegno, l’operatore deve utilizzare la norma ISO 2768-1 per le tolleranze generali. 

Tabella 1: Tolleranze lineari nella lavorazione CNC

Tolleranze geometriche (GD&T)

La categoria GD&T viene utilizzata per l’orientamento, la posizione e la forma di una feature. Le tolleranze specifiche considerate sono la tolleranza di forma, la tolleranza di posizione, la tolleranza di orientamento e la tolleranza di eccentricità. 

La norma britannica BS 8888, correlata alla ISO 1101, definisce GD&T. 

Tolleranze della texture superficiale

Le tolleranze di finitura superficiale definiscono la finitura o la rugosità superficiale di un pezzo lavorato a CNC. Lo standard di riferimento per queste tolleranze è la norma BS EN ISO 1302, ora ISO 21920-1:2021. 

Tolleranze di adattamento e limiti (sistema foro/albero)

Queste tolleranze si riferiscono a due parti accoppiate e sono definite dalla norma BS EN ISO 286, precedentemente BS 4500. In questo caso si applicano accoppiamento con gioco, accoppiamento di transizione e accoppiamento con interferenza. 

Tabella 2: Una sezione della tabella di tolleranza ISO per i fori (fonte: https://www.tribology-abc.com/calculators/iso_holes.htm)

Tolleranze posizionali e basate sui dati

Queste tolleranze riguardano la posizione delle caratteristiche in relazione alle altre. 

 

Quali sono i vantaggi della lavorazione CNC?

CNC lavorazione di precisione I servizi CNC possono portare un’azienda a livelli inaspettati perché offrono numerosi vantaggi, dalla garanzia di risultati costanti con la massima precisione alla versatilità di fronte a esigenze diverse, fino al notevole risparmio di costi e tempi. Ecco un elenco dei vantaggi della lavorazione CNC. 

Precisione superiore 

La precisione delle macchine CNC è in genere il primo vantaggio che l’utente e il cliente dei pezzi notano rispetto alle tecnologie alternative o ai metodi di lavorazione più manuali. 

Grazie al controllo computerizzato, la lavorazione CNC può raggiungere tolleranze fino a ± 0.0025 mm! La lavorazione manuale non può nemmeno avvicinarsi a questo tipo di prestazioni. Pertanto, i risultati di lavorazione sono costanti indipendentemente dal numero di cicli di produzione. 

Risparmio di costi e tempo

La lavorazione CNC consente un notevole risparmio di costi e tempo. Una volta pronto il programma, la macchina fa il resto con il minimo sforzo umano. Poiché non ci sono errori umani da gestire, i pezzi vengono prodotti entro i tempi stabiliti. Si evitano anche i costi legati agli errori umani. 

Esistono anche vari modi per migliorare Costo di lavorazione CNC risparmi sui prodotti, tra cui;

• Ottimizzazione degli elementi di design 
• Scelta corretta dei materiali 
• Produzione in lotti
• Utilizzo di cambi utensili automatici
• Manutenzione preventiva e cura della macchina CNC

Versatile – Opzioni di materiali

Il produttore può utilizzare un’ampia gamma di materiali per la lavorazione CNC con notevole successo. Che si tratti di metalli come acciaio inossidabile, leghe di alluminio e leghe di titanio, o materie plastiche come poliammide, acrilico e PEEK, la lavorazione CNC è solitamente un’opzione leader per la produzione di componenti. 

 

Quali sono gli svantaggi/limiti della lavorazione CNC?

La lavorazione CNC è limitata dall’elevato costo iniziale, dalla lentezza e dalla necessità di formazione.

Costo iniziale elevato

Le macchine CNC sono costose da acquistare e anche i successivi costi di installazione possono essere scoraggianti. Tuttavia, è interessante notare che il costo per pezzo unitario per grandi lavorazioni CNC è solitamente gestibile per grandi produzioni. 

Lettura correlata: 

Lavorazione CNC in piccoli lotti

Processo relativamente lento

La lavorazione CNC può essere considerata lenta rispetto ad alternative come la pressofusione e lo stampaggio a iniezione. 

Requisiti di formazione

Richiesto macchinista CNC

Nonostante l’automazione, il processo di lavorazione CNC non è alla portata di tutti. I macchinisti sono professionisti riconosciuti con conoscenze matematiche, software per macchine utensili, manutenzione delle macchine e capacità di problem solving. 

Ciò è particolarmente vero per lavorazione multiasse, per esempio, 5 assi lavorazione. Anche Lavorazione CNC a 3 assi richiede un livello di competenza superiore a quello di un operaio medio. 

 

Principali tipologie di macchine CNC

Esistono vari tipi di macchine CNC, ciascuna progettata per compiti diversi, tra cui torni CNC, fresatrici CNC, rettificatrici CNC, trapani CNC e torni CNC a fantina mobile. Altri tipi di macchine sono le macchine a scarica elettrica (EDM), i tagliatori al plasma, i tagliatori laser, i tagliatori a getto d’acqua e le fresatrici CNC.  

Torni CNC

I torni CNC sono progettati per operazioni di tornitura, che prevedono la lavorazione di un pezzo rotante con un utensile da taglio fisso per produrre caratteristiche simmetriche. Esistono diverse categorie di torni CNC, a seconda dei vantaggi e delle caratteristiche offerte:

• Tornio a motore – Un tipo di tornio standard che utilizza un motore al posto di un sistema di trasmissione a puleggia
• Tornio da utensileria – Progettato per la realizzazione di utensili e stampi e lavori simili a basso volume e alta precisione nel Officina macchine CNC. 
• Tornio – Questo tipo ha un sistema di utensili distintivo per una produzione di parti più impeccabile

Un tornio a torretta

• Tornio veloce – Ha una configurazione semplice per lavori di tornitura rapidi ed efficienti
• Centro di tornitura CNC – Questo è più avanzato degli altri, con una torretta, capacità di fresatura e può avere una coppia di mandrini. Alcuni sono verticali e altri orizzontali. 

Mulini a controllo numerico 

Una fresa CNC rimuove il materiale da un pezzo utilizzando una fresa rotante per produrre geometrie semplici o complesse. È progettata per lavorare diversi tipi di materiali, dai metalli ai non metalli. 

Le due grandi categorie di fresatrici CNC sono i centri di lavoro verticali (VMC) e i centri di lavoro orizzontali (HMC). 

Centro di lavoro verticale (VMC) – Il mandrino è orientato verticalmente

Centro di lavoro orizzontale (HMC) – Il mandrino è orientato orizzontalmente

Centro di lavoro orizzontale (HMC)

Rettificatrici CNC

Una rettificatrice CNC è composta da una mola che rimuove il materiale da un pezzo in lavorazione con precisione, grazie all’ausilio di un controllo computerizzato. Questa macchina può eseguire operazioni di rettifica superficiale, rettifica cilindrica, rettifica senza centri, rettifica interna e rettifica speciale. 

Una rettificatrice CNC

Foratrici CNC

Una macchina foratrice CNC è progettata per realizzare fori precisi in un materiale. Può essere utile per creare componenti complessi. Leggi anche:Lavorazioni CNC complesse

Foratrice CNC

Torni CNC svizzeri 

Un tornio svizzero CNC è progettato per produrre parti piccole e complesse.  

Macchine a scarica elettrica (EDM) 

Questa tecnologia produce scintille elettriche che modellano il pezzo nella forma desiderata. È ideale per la lavorazione di materiali duri che i metodi convenzionali non sono in grado di lavorare. 

Taglierine al plasma 

Nel taglio al plasma CNC, un getto di gas ionizzato (plasma) ad alta velocità e controllato con precisione taglia materiali elettricamente conduttivi. 

Taglierina al plasma CNC

Taglierine laser 

Un laser cutter utilizza un laser potente e controllato per tagliare o incidere materiali. Un programma per computer controlla il movimento della testa laser, che dirige il laser per fondere o vaporizzare un materiale. 

Cutter a getto d’acqua

Un getto potente, solitamente combinato con abrasivi, è controllato da un computer per tagliare un materiale. Può tagliare granito, metallo, materiali compositi e legno. 

Router CNC

Le fresatrici CNC sono tipicamente utilizzate nell’industria della lavorazione del legno, dove eseguono tagli, incisioni e profili precisi. Possono essere utilizzate anche su altri materiali morbidi. 

Diverse operazioni di lavorazione CNC

Il numero di lavorazioni CNC è elevato perché i componenti possibili sono molteplici. Queste operazioni possono essere ampiamente classificate come tornitura, fresatura, foratura e altre. 

Operazioni di tornitura CNC

Queste operazioni sono definite da un pezzo rotante e un utensile da taglio fisso. L’utensile da taglio modifica la superficie del pezzo, rimuovendo materiale. Le operazioni di tornitura producono parti cilindriche o circolari, ad esempio alberi e barre. 

Un albero

Ecco un elenco di CNC tipi di tornitura;

• Noioso 
• Perforazione 
• Scanalatura/separazione
• Threading 
• Svolta 

Operazioni di fresatura CNC

In fresatura CNC, il pezzo in lavorazione è fermo mentre un utensile da taglio multi-punta si muove/ruota. L’utensile rotante rimuove il materiale dal pezzo in lavorazione con un movimento di distacco. 

Le operazioni di fresatura CNC sono perfette per realizzare tasche, sottosquadri e superfici piane sui pezzi. Come la tornitura CNC, la fresatura può essere utilizzata su una vasta gamma di materiali, tra cui metalli, plastica e legno. 

Le opzioni specifiche nella fresatura CNC sono:

• Fresatura di lastre (periferiche)
• Spianatura
• Fresatura semplice
• Fresatura angolare
• Fresatura di tasche

Lavorazione CNC per la foratura

La versatilità della lavorazione CNC è evidente nella sua capacità di realizzare fori, solitamente utilizzando una punta da trapano. Oltre all’approccio con punta da trapano, la foratura CNC è possibile anche tramite alesatura e barenatura. 

La foratura realizza il foro di base, mentre l’alesatura e la barenatura migliorano un foro esistente. Noioso CNC Riduce i difetti e la rugosità superficiale. È un processo molto lento, simile all’alesatura, la cui funzione è quella di migliorare la qualità superficiale e la precisione dimensionale del foro. Per saperne di più:Difetti di lavorazione

Altre operazioni di lavorazione CNC

Altre lavorazioni CNC esulano dalle categorie di base sopra evidenziate, ma sono ugualmente essenziali nella produzione CNC. Le più comuni sono:

• Lavorazione di scariche elettriche (EDM)
• Rettifica 
• Taglio laser CNC
• Taglio a getto d’acqua CNC 

Taglio a getto d’acqua CNC

• Taglio plasma CNC 
• Affilatura CNC
• Brocciatura CNC
• fresatura CNC

Leggi di più: 

Fresatura contro tornitura, 

 

Materiali per lavorazione CNC

Materiali di lavorazione CNC comprende metalli, plastica e soluzioni per lavorazione del vetroI componenti metallici sono generalmente preferiti per resistenza, durata, resistenza termica e durezza. I componenti in plastica lavorati meccanicamente vengono scelti per il loro peso ridotto, la resistenza chimica e l’isolamento elettrico. Leggi anche:Lavorabilità delle arti marziali

Leghe metalliche per lavorazione CNC

Le leghe metalliche CNC più comuni per le parti sono:

Leghe di alluminio

Le leghe di alluminio sono comuni nella lavorazione CNC perché offrono una buona lavorabilità, un elevato rapporto resistenza/peso, resistenza alla corrosione e conduttività. I ​​servizi di lavorazione CNC per questa lega si concentrano spesso su alluminio 5083, alluminio 6061, alluminio 7075 e alluminio 6082. 

Parti in alluminio lavorate a CNC

Acciaio legato

Oltre al carbonio, l’acciaio legato contiene altri elementi di lega che gli conferiscono maggiore durezza e durevolezza. Nonostante la scarsa resistenza alla corrosione e agli agenti chimici, gli acciai legati presentano buone proprietà meccaniche. Le varietà di acciaio legato utilizzate nelle lavorazioni CNC sono il 4140 e il 4340. 

Acciaio dolce 

Acciaio dolce è un altro nome per gli acciai a basso tenore di carbonio, una categoria di metalli saldabili e lavorabili. L’acciaio dolce è anche molto comune, in particolare il 1018 nelle lavorazioni CNC.

Acciaio inossidabile

I pezzi lavorati in lega di acciaio inossidabile sono rinomati per la loro robustezza e resistenza alla corrosione. Questi metalli sono anche saldabili e altamente lavorabili. Alcune opzioni popolari per lavorazione CNC dell’acciaio sono acciaio inossidabile 304, acciaio inossidabile 316, acciaio inossidabile 303 e acciaio inossidabile duplex 2205. 

Acciaio per utensili

L’acciaio per utensili è straordinariamente duro, con un’eccellente resistenza all’abrasione e al calore. Il materiale è utilizzato per realizzare matrici, stampi e altri utensili di produzione altamente affidabili. L’acciaio per utensili D2 e ​​l’acciaio per utensili A2 sono le opzioni più diffuse. 

Materie plastiche per lavorazione CNC

Le materie plastiche più comuni per la lavorazione CNC sono:

• ABS (acrilonitrile butadiene stirene) 
• Acetale/POM (poliossimetilene) 
• PC (policarbonato) 
• PMMA (polimetilmetacrilato) o acrilico 
• HDPE (polietilene ad alta densità)
• PEEK (polietere etere chetone)

Ognuna di queste e altre materie plastiche presenta vantaggi e limiti, quindi ci sono diverse considerazioni da fare prima di scegliere. I punti importanti da tenere a mente quando si sceglie una plastica per la lavorazione CNC sono:

1. Forma 
2. lavorabilità
3. resistenza alla temperatura
4. Ritiro
5. Costo 

 

Diverse applicazioni della lavorazione CNC 

La versatilità, la precisione, il rapporto costo-efficacia, Velocità di taglio e avanzamento della lavorazione CNC trovano applicazione in un’ampia gamma di settori, tra cui aerospaziale, automobilistico, sanitario e medico, elettronico, della difesa, energetico, dell’automazione e della robotica, marittimo e sportivo. 

Lavorazioni CNC per l’elettronica

Di seguito è riportata una tabella riassuntiva di queste applicazioni: 

Industria	Applicazioni di lavorazione CNC
Aeronautico	Parti del carrello di atterraggio, telai dei sedili, parti della cabina di pilotaggio, componenti del motore
Automotive	Testata, pistone, parti delle sospensioni, coperchio del cambio, volante
Sanità e medicina	Impianti ortopedici, dispositivi chirurgici e parti di apparecchiature di imaging
Elettronica	Dissipatori di calore, custodie
Difesa	Parti di veicoli, parti di armi
Energy	Attrezzature di perforazione, valvole
Automazione e robotica	Ingranaggi, telai di robot
Marino	Parti del motore, eliche
Sport	Skateboard, ingranaggi, teste di mazze da golf
Prodotti di consumo	Elettronica, elettrodomestici da cucina

 

Quanto costa la lavorazione CNC? 

Il costo della lavorazione CNC può essere misurato utilizzando il criterio per pezzo o per ora, ed è affidabile produzione a contratto I fornitori adottano entrambi i modelli di prezzo per i preventivi ai clienti. Ciascuno di questi approcci fornisce risultati diversi perché sono coinvolti molti fattori. 

I costi orari dipenderanno principalmente dall’ Tipi di macchine CNC utilizzato e la competenza associata. La tariffa per parte dipende da elementi come materie prime materiale, complessità del pezzo e volume di produzione. 

Naturalmente, ci sono delle fasce di prezzo, ma queste sono solo indicazioni di base. Al di sopra di queste soglie di partenza, il costo della lavorazione CNC varia notevolmente in base alla dimensione del lotto. ciclo di vita delle parti CNCe disponibilità/costo delle materie prime. 

Per una stima accurata del costo della lavorazione CNC, è meglio ottenere informazioni da un esperto Servizi di lavorazione CNC fornitore. 

 

Conclusione

La lavorazione CNC è il segno distintivo di molti settori, fornendo componenti precisi, durevoli ed esteticamente gradevoli per numerose applicazioni. L’industria aerospaziale, automobilistica, della difesa e della robotica sono solo alcuni dei settori che beneficiano di questa tecnologia. 

Che tu stia cercando pezzi lavorati CNC personalizzati o prodotti in serie, c’è sempre una soluzione per te. 

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