Precizna mašinska obrada je postupak uklanjanja materijala sa obratka tokom držanja završnih obrada tolerancije. Precizna mašina ima mnogo vrsta, uključujući glodanje, struganje i električnu obradu pražnjenjem. Današnjom preciznom mašinom generalno se upravlja pomoću računarske numeričke kontrole (CNC).
Gotovo svi metalni proizvodi koriste preciznu mehaničku obradu, kao i mnogi drugi materijali, poput plastike i drva. Ovim mašinama upravljaju specijalizirani i obučeni majstori. Da bi alat za rezanje obavio svoj posao, mora se pomicati u navedenim smjerovima kako bi se napravio pravilan rez. Ovo primarno kretanje naziva se "brzina rezanja". Obradak se također može pomicati, što je poznato kao sekundarno kretanje "hrane". Zajedno, ovi pokreti i oštrina alata za rezanje omogućuju rad precizne mašine.
Kvalitetna precizna mašinska obrada zahtijeva sposobnost da se prate izuzetno specifični nacrti izrađeni u CAD (kompjuterski podržanom dizajnu) ili CAM (računarski podržanoj proizvodnji) programima poput AutoCAD -a i TurboCAD -a. Softver može pomoći u izradi složenih trodimenzionalnih dijagrama ili obrisa potrebnih za proizvodnju alata, stroja ili predmeta. Ovi se nacrti moraju pridržavati s velikim detaljima kako bi se osiguralo da proizvod zadrži svoj integritet. Iako većina kompanija za preciznu obradu radi s nekim oblikom CAD/CAM programa, one i dalje često rade s ručno nacrtanim skicama u početnim fazama dizajna.
Precizna obrada koristi se na brojnim materijalima, uključujući čelik, broncu, grafit, staklo i plastiku. Ovisno o veličini projekta i materijalima koji će se koristiti, koristit će se različiti precizni alati za obradu. Može se koristiti bilo koja kombinacija tokarilica, glodalica, bušilica, pila i brusilica, pa čak i robotika velike brzine. Vazdušno-kosmička industrija može koristiti strojnu obradu velikih brzina, dok industrija drvenih alata može koristiti foto-hemijsko jetkanje i glodanje. Izbacivanje iz serije ili određena količina određene stavke može se brojati u hiljadama, ili samo nekoliko. Precizna obrada često zahtijeva programiranje CNC uređaja, što znači da su računarski numerički upravljani. CNC uređaj omogućuje praćenje točnih dimenzija tijekom cijelog trajanja proizvoda.
Glodanje je postupak obrade pomoću rotacijskih rezača za uklanjanje materijala s obratka napredovanjem (ili ubacivanjem) rezača u obradak u određenom smjeru. Rezač se takođe može držati pod uglom u odnosu na osu alata. Glodanje pokriva širok spektar različitih operacija i strojeva, na mjerilima od malih pojedinačnih dijelova do velikih, glomaznih glodalica za velika opterećenja. To je jedan od najčešće korištenih procesa za obradu prilagođenih dijelova do preciznih tolerancija.
Glodanje se može izvesti širokim rasponom alatnih strojeva. Originalna klasa alatnih strojeva za glodanje bila je glodalica (često se naziva i mlin). Nakon pojave računarske numeričke kontrole (CNC), glodalice su se razvile u obradne centre: glodalice povećane automatskim izmjenjivačima alata, spremišta alata ili vrtuljci, CNC mogućnosti, sustavi rashladne tekućine i kućišta. Centri za glodanje općenito su klasificirani kao vertikalni obradni centri (VMC) ili horizontalni obradni centri (HMC).
Integracija glodanja u tokarsko okruženje, i obrnuto, započela je upotrebom alata pod naponom za tokarilice i povremenom upotrebom mlinova za operacije tokarenja. To je dovelo do nove klase alatnih strojeva, višezadaćnih strojeva (MTMs), koji su namjenski napravljeni kako bi olakšali glodanje i okretanje unutar istog radnog omota.
Za inženjere dizajna, istraživačko -razvojne timove i proizvođače koji zavise od nabavke dijelova, precizna CNC obrada omogućava stvaranje složenih dijelova bez dodatne obrade. Zapravo, precizna CNC obrada često omogućuje izradu gotovih dijelova na jednoj mašini.
Postupak obrade uklanja materijal i koristi širok raspon alata za rezanje za stvaranje konačnog, često vrlo složenog dizajna dijela. Nivo preciznosti se povećava upotrebom računarske numeričke kontrole (CNC), koja se koristi za automatizaciju upravljanja alatima za obradu.
Uloga "CNC -a" u preciznoj obradi
Koristeći kodirane upute za programiranje, precizna CNC obrada omogućuje rezanje i oblikovanje obratka prema specifikacijama bez ručne intervencije strojara.
Uzimajući CAD model računarski podržanog dizajna koji je dostavio kupac, stručni mehaničar koristi računarski podržani proizvodni softver (CAM) za izradu uputstava za obradu dijela. Na osnovu CAD modela, softver određuje koje su putanje alata potrebne i generira programski kod koji govori mašini:
■ Koji su ispravni obrtaji i brzine uvlačenja
■ Kada i gdje premjestiti alat i/ili obradak
■ Koliko duboko seći
■ Kada nanijeti rashladno sredstvo
■ Svi drugi faktori vezani za brzinu, brzinu pomaka i koordinaciju
CNC kontroler tada koristi programski kod za upravljanje, automatizaciju i praćenje kretanja stroja.
Danas je CNC ugrađena značajka širokog raspona opreme, od tokarilica, glodalica i glodalica do žičane EDM (strojna obrada električnim pražnjenjem), laserskih i plazma strojeva. Osim što automatizira proces obrade i povećava preciznost, CNC eliminira ručne zadatke i oslobađa strojare da nadgledaju više mašina koje rade istovremeno.
Osim toga, nakon što je dizajnirana putanja alata i programirana mašina, može pokrenuti dio neograničeni broj puta. Ovo pruža visok nivo preciznosti i ponovljivosti, što zauzvrat čini proces visoko isplativim i skalabilnim.
Materijali koji se obrađuju
Neki metali koji se obično obrađuju uključuju aluminij, mesing, broncu, bakar, čelik, titan i cink. Osim toga, drvo, pjena, stakloplastika i plastika, poput polipropilena, također se mogu obrađivati.
Zapravo, gotovo svaki materijal može se koristiti za preciznu CNC obradu - naravno, ovisno o primjeni i njenim zahtjevima.
Neke prednosti precizne CNC obrade
Za mnoge male dijelove i komponente koji se koriste u širokom rasponu proizvedenih proizvoda, precizna CNC obrada često je odabrani način proizvodnje.
Kao što vrijedi za gotovo sve metode rezanja i obrade, različiti se materijali ponašaju različito, a veličina i oblik komponente također imaju veliki utjecaj na proces. Međutim, općenito proces precizne CNC obrade nudi prednosti u odnosu na druge metode obrade.
To je zato što CNC obrada može pružiti:
■ Visok stepen složenosti delova
■ Čvrsta odstupanja, obično u rasponu od ± 0,0002 "(± 0,00508 mm) do ± 0,0005" (± 0,0127 mm)
■ Izuzetno glatke površine, uključujući prilagođene završne obrade
■ Ponovljivost, čak i pri velikim količinama
Dok vješt strojar može koristiti ručni tokarski stroj za izradu kvalitetnog dijela u količinama od 10 ili 100, što se događa kada vam je potrebno 1.000 dijelova? 10.000 delova? 100.000 ili milion delova?
Preciznom CNC obradom možete postići skalabilnost i brzinu potrebnu za ovu vrstu velike proizvodnje. Osim toga, visoka ponovljivost precizne CNC obrade daje vam dijelove koji su svi isti od početka do kraja, bez obzira na to koliko dijelova proizvodite.
Postoje neke vrlo specijalizirane metode CNC obrade, uključujući žičanu EDM (električna obrada pražnjenjem), aditivnu obradu i 3D lasersko ispisivanje. Na primjer, žičani EDM koristi provodljive materijale -tipično metale -i električna pražnjenja za nagrizanje obratka u zamršene oblike.
Međutim, ovdje ćemo se usredotočiti na procese glodanja i struganja - dvije oduzimajuće metode koje su široko dostupne i često se koriste za preciznu CNC obradu.
Glodanje nasuprot tokarenju
Glodanje je proces obrade koji koristi rotirajući, cilindrični alat za rezanje za uklanjanje materijala i stvaranje oblika. Oprema za glodanje, poznata kao mlin ili obradni centar, ostvaruje univerzum složenih geometrija dijelova na nekim od najvećih predmeta obrađenih metalom.
Važna karakteristika glodanja je da radni komad ostaje nepomičan dok se alat za rezanje okreće. Drugim riječima, na mlinu se rotirajući alat za rezanje kreće oko radnog komada, koji ostaje fiksiran na svom mjestu.
Okretanje je postupak rezanja ili oblikovanja obratka na opremi koja se naziva tokarski stroj. Obično se tokarski stroj okreće obradak na okomitoj ili vodoravnoj osi, dok se fiksirani alat za rezanje (koji se može ili ne mora vrtjeti) pomiče duž programirane osi.
Alat ne može fizički zaobići dio. Materijal se rotira, dopuštajući alatu da izvodi programirane operacije. (Postoji podskup strugova u kojima se alati okreću oko žice s kalemom, međutim, to ovdje nije pokriveno.)
Za okretanje, za razliku od glodanja, radni predmet se vrti. Dijelovi dijelova uključuju vreteno tokarilice i rezni alat dolazi u kontakt s obratkom.
Ručna ili CNC obrada
Dok su mlinovi i tokarilice dostupni u ručnim modelima, CNC strojevi su prikladniji za potrebe proizvodnje malih dijelova - nudeći skalabilnost i ponovljivost za aplikacije koje zahtijevaju veliku količinu proizvodnje dijelova s uskom tolerancijom.
Osim što nudi jednostavne dvoosne strojeve u kojima se alat kreće po osi X i Z, precizna CNC oprema uključuje višeosne modele u kojima se radni komad također može pomicati. To je za razliku od tokarilice gdje je radni predmet ograničen na predenje, a alati će se pomicati kako bi stvorili željenu geometriju.
Ove višeosne konfiguracije omogućuju proizvodnju složenijih geometrija u jednoj operaciji, bez potrebe za dodatnim radom rukovaoca strojem. Ovo ne samo da olakšava proizvodnju složenih dijelova, već također smanjuje ili uklanja mogućnost greške operatera.
Osim toga, upotreba rashladne tekućine pod visokim tlakom s preciznom CNC obradom osigurava da strugotine ne dođu u pogon, čak i kada se koristi stroj s vertikalno usmjerenim vretenom.
CNC mlinovi
Različite glodalice razlikuju se po veličini, konfiguraciji osi, brzinama pomaka, brzini rezanja, smjeru pomaka glodalice i drugim karakteristikama.
Međutim, općenito, svi CNC mlinovi koriste rotirajuće vreteno za rezanje neželjenog materijala. Koriste se za rezanje tvrdih metala poput čelika i titana, ali se mogu koristiti i za materijale poput plastike i aluminija.
CNC mlinovi izgrađeni su za ponavljanje i mogu se koristiti za sve, od prototipiranja do velike količine proizvodnje. Vrhunski precizni CNC mlinovi često se koriste za radove uske tolerancije, poput glodanja finih matrica i kalupa.
Dok CNC glodanje može donijeti brzi zaokret, završno brušenje stvara dijelove s vidljivim oznakama alata. Također može proizvesti dijelove s nekim oštrim rubovima i zarezima, pa će možda biti potrebni dodatni procesi ako su rubovi i zarezi neprihvatljivi za te karakteristike.
Naravno, alati za uklanjanje ivice programirani u nizu će ukloniti ivice, iako obično postižu najviše 90% gotovog zahtjeva, ostavljajući neke karakteristike za završnu ručnu obradu.
Što se tiče površinske obrade, postoje alati koji će proizvesti ne samo prihvatljivu površinsku obradu, već i završnu obradu nalik ogledalu na dijelovima radnog proizvoda.
Vrste CNC mlinova
Dvije osnovne vrste glodalica poznate su kao vertikalni obradni centri i horizontalni obradni centri, gdje je primarna razlika u orijentaciji vretena stroja.
Vertikalni obradni centar je mlin u kojem je osovina vretena poravnana u smjeru osi Z. Ove vertikalne mašine mogu se dalje podijeliti u dvije vrste:
■ mlinovi za krevete, u kojima se vreteno pomiče paralelno s vlastitom osi, dok se stol pomiče okomito na os vretena
■ Mlinovi kupola, kod kojih vreteno miruje, a stol se pomiče tako da je uvijek okomit i paralelan s osi vretena tijekom operacije rezanja
U horizontalnom obradnom centru, osovina vretena mlina je poravnana u smjeru osi Y. Horizontalna struktura znači da ovi mlinovi zauzimaju više prostora na podu mašinske radionice; oni su općenito teži i moćniji od vertikalnih mašina.
Horizontalni mlin se često koristi kada je potrebna bolja završna obrada površine; to je zato što orijentacija vretena znači da sjeckani dio prirodno otpada i lako se uklanja. (Kao dodatna prednost, efikasno uklanjanje strugotina pomaže produžiti vijek trajanja alata.)
Općenito, vertikalni obradni centri su zastupljeniji jer mogu biti snažni poput horizontalnih obradnih centara i mogu rukovati vrlo malim dijelovima. Osim toga, vertikalni centri imaju manji otisak od horizontalnih obradnih centara.
Višeosni CNC mlinovi
Precizni CNC mlinski centri dostupni su s više osi. Mlin s tri osi koristi osi X, Y i Z za razne poslove. Kod četveroosne glodalice mašina se može okretati po okomitoj i vodoravnoj osi i pomicati obradak kako bi se omogućila kontinuiranija obrada.
Mlin s 5 osi ima tri tradicionalne osi i dvije dodatne rotacijske osi, što omogućuje rotiranje obratka dok se glava vretena kreće oko njega. Ovo omogućava obradu pet strana obratka bez uklanjanja obratka i ponovnog postavljanja mašine.
CNC strugovi
Strug - koji se naziva i centar za okretanje - ima jedno ili više vretena i osi X i Z. Stroj se koristi za rotiranje obratka oko svoje osi za obavljanje različitih operacija rezanja i oblikovanja, primjenom širokog raspona alata na izratku.
CNC tokarilice, koje se još nazivaju i strugovi za radnje s aktivnim djelovanjem, idealne su za stvaranje simetričnih cilindričnih ili sfernih dijelova. Kao i CNC mlinovi, CNC tokarilice mogu podnijeti manje operacije, poput prototipiranja, ali se također mogu postaviti za visoku ponovljivost, podržavajući veliku proizvodnju.
CNC tokarilice također se mogu postaviti za relativno hands-free proizvodnju, što ih čini široko korištenima u automobilskoj, elektroničkoj, zrakoplovnoj, robotskoj i medicinskoj industriji.
Kako radi CNC tokarilica
Kod CNC tokarilice prazna šipka materijala se stavlja u steznu glavu vretena tokarilice. Ova stezna glava drži radni komad na mjestu dok se vreteno okreće. Kad vreteno postigne potrebnu brzinu, stacionarni rezni alat dovodi se u dodir s obratkom radi uklanjanja materijala i postizanja ispravne geometrije.
CNC tokarilica može izvesti brojne operacije, poput bušenja, navoja, bušenja, razvrtanja, okretanja i suženja. Različite operacije zahtijevaju promjenu alata i mogu povećati troškove i vrijeme postavljanja.
Kad se završe sve potrebne operacije strojne obrade, dio se izrezuje iz zaliha radi daljnje obrade, ako je potrebno. CNC tokarski stroj je tada spreman za ponavljanje operacije, uz malo ili nimalo dodatnog vremena postavljanja koje je obično potrebno između.
CNC strugovi također mogu primiti razne automatske ulagače šipki, koji smanjuju količinu ručnog rukovanja sirovinama i pružaju prednosti kao što su sljedeće:
■ Smanjite vrijeme i trud potreban rukovaocu stroja
■ Podržite barstock za smanjenje vibracija koje mogu negativno utjecati na preciznost
■ Pustite alatni stroj da radi pri optimalnim brzinama vretena
■ Smanjite vrijeme zamjene
■ Smanjite otpad materijala
Vrste CNC strugova
Postoji niz različitih vrsta tokarilica, ali najčešće su to dvoosne CNC tokarilice i automatske tokarilice u kineskom stilu.
Većina CNC tokarilica u Kini koristi jedno ili dva glavna vretena plus jedno ili dva stražnja (ili sekundarna) vretena, pri čemu je za prvo odgovorno rotacijsko prebacivanje. Glavno vreteno obavlja primarnu operaciju obrade, uz pomoć čahure za vođenje.
Osim toga, neki strugovi u kineskom stilu opremljeni su drugom glavom alata koja radi kao CNC mlin.
S CNC automatskim tokarskim strojem u kineskom stilu, materijal se dovodi kroz vreteno s kliznom glavom u vodilicu. Ovo omogućava alatu da reže materijal bliže tački na kojoj je materijal oslonjen, što kinesku mašinu čini posebno korisnom za dugačke, vitke okrenute dijelove i za mikro -obradu.
CNC tokarski centri s više osi i tokarilice u kineskom stilu mogu izvršiti više operacija obrade pomoću jedne mašine. To ih čini isplativom opcijom za složene geometrije koje bi inače zahtijevale više zamjena strojeva ili alata pomoću opreme, poput tradicionalnog CNC mlina.