Pemesinan CNC Dijelaskan: Manufaktur Presisi untuk Bagian Logam dan Plastik
Pemesinan CNC adalah teknologi manufaktur subtraktif paling umum saat ini dan cara yang sangat fleksibel dan kuat untuk memproduksi bagian logam dan plastik khusus. Menggunakan model CAD, mesin CNC secara presisi menghapus bahan dari blok padat dengan berbagai alat potong.
Secara keseluruhan, pemesinan CNC menghasilkan bagian dengan toleransi yang ketat dan properti bahan yang mengesankan. Ini cocok untuk pekerjaan tunggal dan produksi volume rendah hingga menengah (hingga 1.000 bagian), karena repeatabilitasnya yang tinggi. Namun, ini datang dengan lebih banyak keterbatasan desain daripada cetak 3D , sebab sebagian dari sifat subtraktif dari teknologi ini.
Dalam panduan pengantar ini, kami memberikan gambaran umum tentang prinsip dasar teknologi ini dan bagaimana ini berkaitan dengan manfaat dan keterbatasan utama. Kami juga menjelaskan perbedaan utama antara dua pengaturan mesin CNC utama: milling dan turning.
Panduan manufaktur & desain pemesinan CNC
Bonus penting: unduh panduan gratis kami tentang pemesinan CNC dan pelajari semua yang perlu Anda ketahui tentang teknologi subtraktif ini dalam lebih dari 40 halaman.
Bagaimana pemesinan CNC bekerja? Mari kita bicarakan milling dan turning
Dua jenis utama sistem pemesinan CNC (kontrol numerik komputer) adalah milling dan turning . Karena karakteristik setiap jenis mesin, milling dan turning masing-masing secara unik ideal untuk memproduksi geometri yang berbeda.
Mari kita uraikan bagaimana bagian diproduksi menggunakan dua pengaturan mesin yang berbeda ini.
Bagaimana CNC milling bekerja?
CNC milling adalah arsitektur mesin CNC yang paling populer. Faktanya, istilah CNC milling sering dianggap setara dengan pemesinan CNC. Mesin CNC milling menggunakan alat potong berputar untuk menghapus bahan dari bagian yang dipasang pada tempat cetak mesin.
Hampir semua sistem CNC milling memiliki 3 derajat kebebasan linear: sumbu X, Y dan Z. Sistem yang lebih canggih memiliki 5 derajat kebebasan pemesinan melalui rotasi tempat cetak dan/atau kepala alat (sumbu A dan B). Mesin 5 sumbu dapat memproduksi bagian dengan kompleksitas geometri yang tinggi dan mungkin menghilangkan kebutuhan untuk beberapa langkah mesin.
Berikut adalah gambaran umum bagaimana mesin CNC milling mengubah model CAD menjadi bagian khusus.
Operator mengonversi model CAD menjadi serangkaian perintah untuk ditafsirkan oleh mesin CNC (G-code).
Blok bahan—ini disebut kosong atau workpiece—dipotong menurut ukuran dan ditempatkan pada platform pembangunan, menggunakan pegangan atau dengan memasangnya secara langsung pada tempat cetak.
Penting untuk menempatkan dan menyelaraskan workpiece dengan presisi untuk memproduksi bagian yang akurat. Anda dapat menggunakan alat metrologi khusus (touch probes) untuk membantu dengan penempatan dan penyelarasan.
Alat potong khusus, berputar dengan kecepatan sangat tinggi (ribuan RPM), menghapus bahan dari blok. Pertama, mesin menghapus bahan dengan cepat dengan akurasi lebih rendah untuk mencapai geometri perkiraan. Kemudian, ia melakukan beberapa lewat dengan akurasi lebih tinggi untuk menghasilkan bagian akhir.
Jika model memiliki fitur yang tidak dapat tercapai oleh alat potong dalam satu pengaturan, maka operator perlu membalik workpiece dan mengulangi langkah-langkah ini.
Setelah pemesinan, Anda perlu membuang burr bagian yang di-milling. Deburring adalah proses manual untuk menghapus cacat kecil dari bagian yang selesai. Cacat ini, yang umumnya ditemukan pada tepi tajam, berasal dari deformasi bahan selama pemesinan. Misalnya, saat bor keluar dari sisi jauh lubang through, ia akan meninggalkan noda yang perlu dibuang.
Selanjutnya, Anda ingin memeriksa dimensi kritis bagian jika toleransi ditentukan dalam gambar teknis. Setelah Anda menyelesaikan langkah ini, bagian Anda siap digunakan atau untuk pascaproses . Ada banyak yang dapat dijelajahi ketika datang ke pascaproses untuk bagian yang diproses CNC (milled dan turned), jadi kami merekomendasikan menyegarkan dan/atau meningkatkan pengetahuan Anda.
Bagaimana CNC turning bekerja?
Mesin CNC turning menggunakan alat potong statis untuk menghapus bahan dari bagian, yang dipasang pada chuk yang berputar. Ini adalah cara ideal untuk memproduksi bagian dengan simetri di sepanjang sumbu pusatnya. Partisi yang di-turning biasanya diproduksi lebih cepat dan dengan biaya lebih rendah daripada bagian yang di-milled.
Biasanya, sistem CNC turning—juga dikenal sebagai bubut—digunakan untuk menciptakan bagian silinder. Pusat pemesinan CNC multi-sumbu modern, dilengkapi dengan alat CNC milling, dapat memproduksi bagian non-silinder. Sistem ini menggabungkan produktivitas tinggi CNC turning dengan kemampuan CNC milling dan dapat memproduksi berbagai luas geometri dengan simetri rotasi, seperti camshaft dan impeller kompresor radial.
Berikut adalah gambaran umum bagaimana mesin CNC turning memproduksi bagian.
Operator menghasilkan G-code dari model CAD dan memuat mesin dengan silinder bahan stok (blank).
Bagian mulai berputar dengan kecepatan tinggi dan alat potong statis melacak profil, secara progresif menghapus bahan hingga Anda memiliki geometri yang dirancang.
Alat potong internal dan bor pusat dapat digunakan untuk memotong lubang di sepanjang sumbu pusat workpiece.
Jika Anda perlu membalik atau memindahkan bagian, maka Anda harus mengulangi proses ini. Sebaliknya, setelah Anda selesai memotong bahan, bagian harus siap digunakan atau diproses lebih lanjut.
Karena garis antara sistem CNC milling dan turning cenderue samar, bagian sisa panduan ini akan fokus terutama pada CNC milling, karena merupakan proses manufaktur yang lebih umum digunakan.
Panduan cepat parameter pemesinan CNC
Hampir semua parameter pemesinan ditentukan oleh operator mesin saat mereka menghasilkan G-code. Parameter utama yang ingin kami bahas adalah ukuran pembangunan dan akurasi mesin CNC.
Mesin CNC memiliki area pembangunan yang cukup besar, terutama dibandingkan dengan printer 3D. Sistem CNC milling dapat memesin bagian dengan dimensi hingga 2.000 x 800 x 100 mm (78” x 32” x 40”), dengan sistem CNC turning dapat memesin bagian dengan diameter hingga Ø 500 mm (Ø 20’’).
Anda dapat memproduksi bagian dengan akurasi tinggi dan toleransi ketat dengan pemesinan CNC. Mesin CNC bahkan dapat mencapai toleransi kurang dari setengah diameter rambut manusia rata-rata (± 0,025 mm atau .001’’). Jika tidak ada toleransi yang ditentukan dalam gambar teknis, maka operator biasanya akan memesin bagian dengan akurasi 0,125 mm (.005’’).
Alat potong paling umum untuk pemesinan CNC?
Untuk menciptakan berbagai luas geometri, mesin CNC menggunakan banyak alat potong yang berbeda. Berikut adalah beberapa alat pemesinan yang paling umum digunakan untuk milling.
Alat flat head, bull head dan ball head digunakan untuk memesin slot, ranah, rongga dan dinding vertikal lainnya. Karena masing-masing memiliki kemampuan geometri yang berbeda, mereka dapat memesin banyak jenis fitur yang berbeda. Alat ball head juga umum digunakan dalam pemesinan CNC 5 sumbu untuk memproduksi permukaan dengan kelengkungan dan geometri bebas.
Drills tentu saja adalah alat yang paling umum digunakan untuk membuat lubang dengan cepat dan efisien. Anda dapat menemukan semua ukuran bor standar di sini. Untuk membuat lubang dengan diameter non-standar, Anda dapat menggunakan alat plunging flat head (mengikuti jalur helical).
Diameter shaft dari slot cutters lebih kecil dari diameter tepi pemotongnya, yang memungkinkan alat milling ini untuk memotong T-slot dan undercut lainnya dengan menghapus bahan dari sisi dinding vertikal.
Threading taps digunakan untuk memproduksi lubang berselang. Untuk membuat selang, kontrol presisi pada kecepatan rotasi dan linear tap diperlukan. Bengkel mesin umumnya masih bergantung pada tapping manual.
Face milling cutters digunakan untuk menghapus bahan dari permukaan datar yang luas. Mereka memiliki diameter yang lebih besar dari alat end milling, jadi mereka memerlukan lebih sedikit lewat untuk memesin area yang besar. Ini mengurangi waktu pemesinan total untuk memproduksi bagian dengan permukaan datar. Operator sering melakukan langkah face milling selama siklus pemesinan untuk menyiapkan dimensi blok
Anda akan menemukan rentang yang sama luasnya alat potong yang digunakan dalam CNC turning, yang mencakup semua kebutuhan pemesinan Anda seperti pemotongan permukaan, pembuatan selang dan pemotongan ranah.
Pemesinan CNC bagian dengan kompleksitas geometri: apa keterbatasan desain?
Sementara pemesinan CNC menawarkan kebebasan desain yang mengesankan, mesin turning dan milling tidak dapat memproduksi setiap geometri. Berbeda dengan cetak 3D, semakin kompleks desain, semakin mahal untuk memesin. Ini disebabkan oleh langkah tambahan yang diperlukan untuk bagian yang lebih kompleks.
Keterbatasan utama yang terkait dengan pemesinan CNC berkaitan dengan geometri setiap alat potong individu. Geometri alat menentukan radius bagian, dan hampir semua alat potong CNC berbentuk silinder dan memiliki panjang pemotongan yang terbatas. Faktor-faktor ini membuat sudut dalam tajam sangat tantangan.
Akses ke alat adalah keterbatasan utama lainnya dengan pemesinan CNC. Misalnya, sistem 3 sumbu hanya dapat mencapai tingkat kompleksitas bagian tertentu. Jika Anda mendesain untuk mesin 3 sumbu, semua fitur bagian hanya akan dapat diakses secara langsung dari atas. Sistem 5 sumbu menawarkan fleksibilitas yang lebih unggul, karena sudut antara bagian dan alat dapat disesuaikan untuk mendapatkan akses ke area workpiece yang lebih sulit dicapai.
Sebagai tambahan, bagian dengan dinding tipis atau fitur halus lainnya sangat sulit untuk mesin CNC. Dinding tipis rentan terhadap getaran dan mungkin patah karena gaya turning atau milling. Kami merekomendasikan mendesain bagian logam dengan ketebalan dinding minimal 0,8 mm dan bagian plastik dengan ketebalan dinding 1,5 mm.
Memahami seberapa kompleks Anda dapat mendesain bagian Anda untuk berbagai jenis mesin, serta apa keterbatasan yang harus diingat, sangat penting untuk memastikan bagian Anda keluar sesuai dengan desain dan standar kualitas yang Anda cari. Untuk pedoman tambahan tentang bagaimana desain dapat menghemat banyak waktu dan uang pada pemesinan CNC, lihat artikel ini.
Apa saja karakteristik pemesinan CNC?
Kekuatan utama pemesinan CNC adalah kapasitasnya untuk secara konsisten memproduksi bagian yang kuat dari berbagai luas pilihan bahan. Mesin CNC dapat menangani hampir setiap bahan teknik.
Dibandingkan dengan cetak 3D, bagian yang diproduksi melalui pemesinan CNC memiliki properti fisik sepenuhnya isotropis yang identik dengan properti bahan massa dari mana mereka diproses.
Pemesinan CNC terutama melibatkan logam untuk prototipe dan produksi volume lebih besar. Umumnya lebih sulit untuk memesin plastik, karena mereka memiliki kekakuan dan suhu leleh yang lebih rendah, meskipun satu kasus penggunaan umum yang kami lihat nilainya adalah pemesinan CNC prototipe fungsional dari plastik sebelum memulai produksi volume lebih besar dengan injeksi cetak.
Berapa biaya bahan pemesinan CNC?
Ada banyak bahan yang tersedia untuk pemesinan CNC, yang berarti biaya bervariasi cukup banyak antara bahan. Setiap bahan datang dengan harga yang berbeda, dan properti fisik setiap bahan mempengaruhi biaya pemesinan keseluruhan.
Aluminum 6061 adalah opsi yang paling hemat jika Anda memilih memproduksi bagian logam, dengan biaya massa sekitar $25 untuk blank dengan dimensi 150 x 150 x 25 mm. ABS adalah opsi termurah, dengan biaya sekitar $17 untuk blank dengan ukuran yang sama. Dan dalam hal bagaimana kemudahan pemesinan mempengaruhi biaya, stainless steel adalah contoh yang baik. Ini jauh lebih keras dari aluminium dan oleh karena itu lebih sulit untuk diproses, meningkatkan biaya total.
Berikut adalah gambaran umum yang komprehensif tentang bahan paling populer yang kami tawarkan di platform Hubs dan karakteristik pentingnya.
Bahan
Karakteristik
Perbandingan biaya
Aluminum 6061
Rasio kuat-berat yang baik, kemudahan pemesinan yang luar biasa, kekerasan rendah
$
Stainless Steel 304
Properti mekanik yang luar biasa, tahan karatan & asam, relatif sulit diproses
$$$
Brass C360
Duktilitas tinggi, kemudahan pemesinan yang luar biasa, resistensi karatan yang baik
$$
ABS
Resistensi dampak yang luar biasa, properti mekanik yang baik, rentan terhadap pelarut
$$
Nylon (PA6 & PA66)
Properti mekanik yang luar biasa, ketahanan tinggi, resistensi kelembapan buruk
$$
POM (Delrin)
Kekakuan tinggi, properti termal & listrik yang luar biasa, relatif rapuh
$$
Bagaimana saya dapat mempelajari lebih lanjut tentang bahan untuk pemesinan CNC?
Ada banyak yang dapat dipelajari tentang semua bahan yang ditawarkan Hubs untuk pemesinan CNC. Untuk menelusuri lebih dalam bahan individual atau sekelompok bahan, lihat video khusus ini, tersedia di channel Youtube kami .
Pascaproses dan finishing permukaan untuk pemesinan CNC
Bagian yang diproses CNC yang langsung keluar dari mesin biasanya akan memiliki tanda alat yang terlihat, yang tidak selalu diinginkan tergantung pada persyaratan bagian Anda. Ada banyak metode pascaproses yang dapat digunakan untuk meningkatkan penampilan permukaan bagian dan meningkatkan resistensi aus, karatan dan kimia. Anodizing, bead blasting dan powder coating semuanya merupakan metode yang layak untuk finishing bagian khusus Anda.
Karena ini adalah panduan yang lebih umum, kami tidak akan membahas secara mendalam tentang pascaproses dan finishing permukaan. Anda dapat menjelajahi teknik dan finishing paling umum untuk pemesinan CNC dalam penjelas praktis ini.
Apa saja keuntungan dan kerugian pemesinan CNC?
Sementara pemesinan CNC adalah proses manufaktur yang layak dan bahkan ideal untuk banyak aplikasi yang meluas dari prototipe hingga produksi skala menengah bagian akhir, ini tidak tanpa kekurangannya. Dalam bagian ini, kami membahas manfaat dan keterbatasan proses pemesinan subtraktif ini.
Pemesinan CNC menawarkan akurasi dan repeatabilitas yang luar biasa. Baik milling maupun turning dapat memproduksi bagian dengan toleransi yang sangat ketat, yang membuat CNC ideal untuk aplikasi high-end seperti di industri penerbangan, aviasi dan otomotif. Hampir semua bahan yang digunakan dalam pemesinan CNC memiliki properti fisik yang luar biasa dan sepenuhnya isotropis dan cocok untuk sebagian besar aplikasi teknik.
Secara umum, pemesinan CNC adalah proses manufaktur yang paling hemat biaya untuk memproduksi bagian logam volume rendah hingga menengah. Ini berarti Anda dapat menggunakan CNC untuk satu prototipe atau untuk memproduksi hingga 1.000 unit.
Sementara manfaat ini membuat pemesinan CNC menjadi opsi yang menarik bagi insinyur, sifat subtraktif dari teknologi ini membuat geometri yang lebih kompleks sangat mahal atau bahkan tidak dapat diproduksi.
Waktu produksi untuk pemesinan CNC cenderung lebih lama dibandingkan dengan cetak 3D juga, karena waktu produksi rata-rata untuk CNC adalah 10 hari dibandingkan dengan 2-5 hari yang jauh lebih rendah untuk cetak 3D. Mesin CNC tidak tersedia secara luas seperti printer 3D, karena mereka memerlukan pengetahuan ahli untuk dioperasikan secara efektif.
Apa saja aturan praktis Hubs untuk pemesinan CNC?
Mari kita uraikan parameter kunci yang dipertimbangkan untuk pemesinan CNC baik bagian logam maupun plastik khusus.
Parameter CNC kunci
Apa yang dikatakan Hubs
Akurasi dimensi
Tipikal: ± 0,125 mm (.005’’) Maksimum: ± 0,02 mm (.0008’’)
Ketebalan dinding minimal
Logam: 0,75 mm (0,030") Plastik: 1,5 mm (0,060")
Ukuran pembangunan maksimum
Milling: 2000 x 800 x 100 mm (78’’ x 32’’ x 40’’) Turning: Ø 500 mm (Ø 20’’)
Pertanyaan yang sering diajukan
Apa aplikasi terbaik pemesinan CNC?
Pemesinan CNC ideal untuk pekerjaan manufaktur satu-off dan untuk produksi volume rendah hingga menengah beberapa ratus hingga 1000 bagian. Kami merekomendasikan menggunakan pemesinan CNC untuk memproduksi prototipe logam Anda, karena merupakan opsi paling kompetitif harga. Juga, Anda harus memilih pemesinan CNC ketika bagian Anda perlu memiliki toleransi yang sangat ketat.
Apa alat potong pemesinan CNC yang paling umum?
Mesin CNC menggunakan berbagai alat potong untuk mencapai berbagai luas geometri bagian. Alat-alat ini meliputi bor, slot cutters, threading taps, face milling cutters dan alat flat head, bull head dan ball head.
Industri apa yang paling banyak menggunakan pemesinan CNC?
Pemesinan CNC adalah proses manufaktur subtraktif yang banyak digunakan. Sebagian besar industri bergantung pada CNC, termasuk penerbangan, otomotif, aviasi, transportasi dan sektor integral lainnya. Bagian pesawat, misalnya, harus diproduksi dengan presisi yang besar untuk memastikan seluruh mesin berfungsi sempurna sesuai dengan desain.
Apakah pemesinan CNC sepenuhnya terotomatisasi?
Pemesinan CNC, untuk sebagian besar, terotomatisasi dan bergantung pada perangkat lunak yang diprogram sebelumnya. Perangkat lunak CAD menetapkan dimensi sebuah bagian, yang digunakan mesin CNC untuk memproduksi bagian fisik. Secara umum, sangat sedikit intervensi manusia yang diperlukan, meskipun beberapa proses kompleks mungkin memerlukan pasangan tangan manual tambahan jika desain bagian secara unik kompleks. Secara keseluruhan, otomatisasi hampir lengkap membuat pemesinan CNC menjadi proses manufaktur yang dapat diulang dan dapat dipercaya.
