Фрезеровка деталей на лазерном или токарном станке

ЛАЗЕР VS ФРЕЗЕР.

Фрезерная и лазерная резка и обработка. Сравнение.

При производстве различных изделий методом резки и гравировки встает задача выбора технологии. Современное оборудование предлагает множество способов:

— Гидроабразивная резка и гравировка,

— Плазменная резка,

— Лазерная резка и гравировка,

— Фрезерная резка и гравировка.

Каждый из способов имеет свои положительные и отрицательные стороны. Встает задача выбора технологии исходя из наиболее оптимального метода обработки конкретного материала.

В этой статье мы подробнее рассмотрим в сравнении наиболее распространенные способы резки и гравировки, которыми оборудовано наше производство и которые чаще всего встречаются на вооружении компаний близких нам по специфике. Одной из основных причин, по которой выбор пал именно на эти технологии — они наименее затратные, как по стоимости оборудования, так и по расходным материалам. И в совокупности закрывают  все основные задачи, стоящие перед нашим производством, по выпуску продукции представленной на нашем сайте.

Сравнивать будем, как уже ясно из названия статьи: лазерную резку и фрезерную резку.

Поскольку есть задачи, с которыми может справиться только одна из технологий, а другая её только дополнить, то рассматривая  преимущества и недостатки, следует остановиться на обработке материалов, которые подходят для обеих технологий.

Лазерная резка. Гравировка.

Этим способом можно быстро и точно разрезать тонколистовые материалы. С помощью СО2 газового лазера относительно небольшой мощности (для конкретики наши лазеры имеют мощность  40 Вт) можно быстро и точно разрезать листовые материалы органического происхождения: пластик, оргстекло, шпон древесины, фанеру, резину, картон, плотную бумагу, кожу. Лазерная резка позволяет получить любой внешний или внутренний угол с острыми гранями, качество реза во многом определяется физическими и химическими свойствами материала, его толщиной.

Оргстекло и акрил

Если требуется получить прозрачную полированную поверхность на торце оргстекла или акрила после реза, то этого можно добиться только лазерной резкой. Оргстекло и акрил мы режем лазером толщиной до 15 мм. Гравировка оргстекла дает превосходный результат в том случае, если это прозрачное литьевое или цветное оргстекло. Изображение получается белое и контрастное, возможность проработки очень мелких деталей. Гравировка экструзионного оргстекла получается с небольшим заглублением, но намного бледнее.

Дерево, ДСП, МДФ, фанера

Резка шпона дерева и фанеры лазером возможна для материалов не толще 5-7 мм. Торец при резке дерева получается темного цвета, по сути лазер обугливает края, но делает это очень ровно и смотрится это достаточно благородно. Гравировка на дереве и фанере получается несколько темнее основного фона, заглубление небольшое и определяется скоростью и мощностью лазера. Можно выполнить рисунок из очень тонких линий с хорошим контрастом и высоким разрешением.

Фигурная резка картона и дизайнерской бумаги тоже дает превосходный результат. Но так же дерево, края при резке могут слегка обгорать, всё зависит от конкретной бумаги картона, на некоторых это почти не заметно. Ну и главное правило: лучше всего применять лазерную резку для тёмной бумаги и картона.

Лазерная гравировка СО2 лазером на поверхности металлов возможна только с применением специальных паст, что накладывает множество ограничений при передаче изображения. Качественную гравировку на металле с проработкой мелких деталей с высоким разрешением можно выполнить только на твердотельном или оптоволоконном лазере. Но такие лазеры из-за низкой мощности (речь идёт о мощности  твердотельных лазеров, которые чаще всего встречаются на рекламных производствах, в том числе таких как наше, предназначение которых в основном – лазерная гравировка, бывают промышленные твердотельные лазеры гораздо большей мощности, способные выполнять и резку) не способны резать за исключением, пожалуй, фольги  и прочих тонких металлизированных материалов, но то, время за которое лазер выполнит резку, просто не целесообразно.

Лазерная резка металлов возможна только на специальном оборудовании с излучателями высокой мощности, до нескольких кВт, с подачей различных газов в зону реза. На таком оборудовании невозможно получить мелкие детали. Да и сами станки стоят очень дорого.

Отличный результат достигается с помощью СО2 лазера при гравировке на поверхности минерального стекла. Хороших результатов можно добиться и по поверхности из хрусталя.

Широко распространено изготовление на специальной резине печатей методом лазерной гравировки. Можно выполнить микротекст и внести другие степени защиты от подделки.

Огромным преимуществом лазерной технологии является возможность получить фотографическое изображение на различной поверхности методом гравировки.

Лазером нельзя резать ПВХ материалы и пленки из-за токсичных выделений при температурном воздействии, которые приводят к выходу из строя оборудования.

Фрезерная резка и гравировка.

Механическая обработка различных твердых материалов методом фрезеровки является одним из традиционных и старинных способов. На фрезерном станке с числовым программным управлением можно резать и гравировать различные материалы, как органического происхождения, так и металлы. Основные преимущества:

— отсутствие температурного воздействия,

—  возможность получения достаточно мелких деталей,

— гравировка на заданную глубину,

— чистовая обработка деталей любой сложности,

— большая толщина обрабатываемого  материала,

— качественный чистовой рез листового материала,

— обработка нескольких слоев  на заданную глубину,

— возможность получить торец реза под различным углом к поверхности.

Фрезерная резка позволяет работать с такими материалами как листовой алюминий и латунь, все пластики ПВХ, композитные материалы, толстая фанера более 15 мм, массив дерева, так же и со всеми материалами, которые обрабатываются лазером.

При фрезерной резке оргстекла, рез получается матовый, но зато можно выполнить рез под заданным углом и порезать акрил толщиной более 15 мм. Такой рез часто необходим в наружной и интерьерной рекламе, для последующей сборки или склейки объёмных моделей.

При фрезеровке фанеры и дерева рез получается цветом самого дерева, обугливания не происходит, если конечно правильно соблюдать параметры и не переборщить со скоростью вращения фрезы.

Методом фрезерной обработки можно получить качественное 2D изображение на любой поверхности металла, пластика или дерева, изготовить глубокий штамп или клише.

Изготовить объёмные модели, гербы, элементы декора. Для изготовления большей части продукции, представленной на нашем сайте, мы используем либо фрезерную или лазерную технологию.

Из недостатков можно выделить невозможность получить острый внутренний угол. В данном случае получается небольшой радиус, равный половине диаметра минимальной применяемой фрезы. Так же к недостаткам технологии можно отнести и смену инструмента (фрез) для получения качественного результата, наличие расходных материалов (фрезы и буры), в некоторых случаях большее время для обработки, чем лазером. Последнее больше относится к гравировке.

Итак, подведем итоги и ответим на основные вопросы в таблице ниже.

У кого больше спектр обрабатываемых материалов? Конечно у фрезера, и больше материалов и толще материалы может он порезать. Лазер (40 Вт) режет в основном не металлические материалы и не очень большой толщины (подробнее смотри выше)
У кого выше скорость резки материалов? Тут сложно сказать, совсем тонкие материалы быстрее порежет лазер, средней толщины плюс минус одинаково, толстые конечно фрезер, лазер многие толстые материалы может вообще не порезать.
Цена резки материалов Это понятие относительное, тут больше зависит от хозяина оборудования и политики компании. Но, в общем, в среднем по больнице, как говориться, резать дешевле на фрезе, особенно материалы средней и большой толщины.
Кто может выполнить наиболее сложные задачи по резке? Наше мнение, что это лазер, ему не важен, насколько сложен рез, внутренние углы, ему не надо место для захода фрезы, у него меньше допуски к расстоянию между резом. Хотя опять же, сравнивать надо масштабы, лазер хорошо справляется с мелкими узорами. Если это крупное изделие, то и фрезер всё вырежет без труда.
2D и 3D обработка Лидер явно фрезер. Хотя лазер может, например, делать гравировку  на глубину, но, пожалуй, и только. У фрезера возможности практически безграничны, особенно при хорошем наборе различных фрез.
Качество реза Здесь конечно сложно сравнивать, как солёное и красное, что лучше. Если нужен прозрачный край на оргстекле, то конечно только лазер. Если нужен бесцветный рез на дереве – только фрезер.  Лазер чаще всего может оставлять нагар, который требует последующий протирки. Фрезер может оставлять стружку, заусенцы, хотя это больше зависит от мастерства работника и времени обработки.

Про гидрообразную и плазменную резку можно  сказать лишь то, что данные технологии предназначены для крупных производств. Оборудование довольно дорого, имеет высокое энергопотребление, крупные габариты. При гидроабразивной резке используется расходный материал – специальный песок. 

Фрезеровка — это процесс обработки деталей специальной установкой. Этот вид работ очень широко распространён наравне с токарной обработкой или сверлением. Заготовка, которой придают форму на таком аппарате, может быть выполнена из различных материалов. Фреза представляет собой острый инструмент с зубчатыми колёсами. При запуске, изделие начинает вращаться с большой скоростью и стачивать в нужном месте поверхность заготовки.

Краткая история развития

Ранее за аппаратом постоянно стоял человек и управлял процессом обработки, по этой причине процент брака был большим. С развитием технологий и микропроцессорной техники создавались аппараты, которые уменьшили до минимума вероятность человеческого фактора. Сначала внедрялось программно-числовое управление, а в последнее время на станках фрезу (рабочий инструмент) заменили лазером. Такой способ снижает количество брака и позволяет точнее изготавливать деталь или выполнять фрезеровку отверстий.

В том числе современный станок, у которого рабочим инструментом является лазер, не требует токарной подготовки. Это привело к появлению нового термина «фрезерно-токарная обработка».

Виды фрезерования

В зависимости от применяемого устройства, возможно разделить фрезеровку на два вида:

  • Механическая;
  • лазерная.

Дополнительно существует классификация по следующим признакам:

  • Тип инструмента, который используется. Различают концевые, периферийные, фасонные и торцевые.
  • Движение фрезы относительно перемещения детали. Если направление подачи заготовки и вращения режущего инструмента совпадают, то такая фрезеровка называется попутной. При движении заготовки относительно вращения фрезы в противоположном направлении -встречной.
  • Местоположение основания обрабатываемой детали. Заготовка закрепляется горизонтально, вертикально или наклонно.

Механизмы для обработки металла

Фрезерная обработка металла происходит определённым способом. Способ выбирается в зависимости от типа аппарата, сложности необходимой геометрии детали, материала заготовки.

Производство на токарном станке

Фрезерование на токарном станке начинается с подбора рабочего инструмента, а затем выбранная фреза надёжно закрепляется. Производство детали происходит в несколько этапов:

  1. Включается на малое кручение шпиндельный элемент, и к инструменту придвигается заготовка с минимальным касанием;
  2. зафиксированная деталь на основании отводится в сторону, и останавливается крутящийся шпиндельный элемент;
  3. устанавливается нужная глубина фрезеровки;
  4. включается вращение шпиндельного элемента;
  5. перемещается вручную основание, на котором зафиксирована заготовка, до прикосновения с фрезой.

Чтобы фрезеровать заготовку, необходим набор из нескольких инструментов. Это нужно, чтобы улучшить качество получаемой стальной детали. В зависимости от необходимой точности резки выбирается размер фрезы.

Числовое программное управление

В специальных аппаратах рабочий выполняет роль оператора, который взаимодействует с устройством при помощи программного обеспечения. Таким образом, происходит повышение точности, производительности, уменьшение брака. Современные станки с ЧПУ позволяют осуществлять операцию фрезерования в трёх плоскостях.

Перед началом на таком станке работником создаётся трёхмерная компьютерная модель изделия. При запуске программы, устройством выполняется обрабатывание заготовки для получения требуемого результата. Для выполнения работ по фрезерованию металла на таком станке необходимо иметь больше специальных знаний, чем на обычном.

Лазерный рабочий инструмент

Лазерная обработка деталей используется только в устройствах с ЧПУ. Такие аппараты дорогие, но позволяют с максимальной точностью моделировать и изготавливать изделия. Это может быть необходимо для некоторых мелких деталей. В том числе значительно снижается время производства. Такие аппараты позволяют получать как обычные изделия со сложной геометрией, так и при художественной фрезеровке металла. Возможны сложности только с производством у детали круглой формы.

Фрезеровальные работы станком осуществляются двумя методами:

  • Заготовка выжигается с помощью теплового лазера. Следующим шагом шлифуется кромка.
  • Лазер во время шлифования несколько раз проходит над одним и тем же участком и стачивает плавно слои металла.

После обработки деталь имеет гладкую поверхность и поэтому нет необходимости её дополнительно шлифовать.

Фрезеровка изделий из титана

Титан сложнее обрабатывать, чем заготовки, например, из стали. Происходит это по той причине, что теплопроводимость у этого металла меньше, и поэтому во время обработки заготовка сильнее нагревается.

Специалисты, которые занимаются фрезеровочными работами, применяют следующие способы для качественной обработки титановой детали:

  • Максимально уменьшается область прикосновения заготовки и фрезы;
  • выбирается инструмент с острой режущей частью и у которого много зубцов;
  • вылетающие опилки должны быть небольшой толщины;
  • сначала выполняется дуговое фрезерование;
  • после того как инструмент прошёл по заготовке, снимается фаска под углом в 45 градусов;
  • применяется фреза, у которой большой задний угол;
  • внимательно наблюдается глубина всех осей, а при небольшой толщине детали уменьшается;
  • в диаметре инструмент не более 70% от подобранного глазом;
  • используются фрезы, работающие на высокой скорости.