Precizna obrada je proces uklanjanja materijala s obratka tokom držanja završne obrade s preciznim tolerancijama. Precizne mašine imaju mnogo vrsta, uključujući glodanje, tokarenje i elektroerozivnu obradu. Precizne mašine se danas uglavnom kontroliraju pomoću kompjuterski numeričkih kontrola (CNC).
Gotovo svi metalni proizvodi koriste preciznu mašinsku obradu, kao i mnogi drugi materijali poput plastike i drveta. Ove mašine koriste specijalizovani i obučeni mašinisti. Da bi alat za rezanje obavljao svoj posao, mora se pomicati u određenim smjerovima kako bi se napravio ispravan rez. Ovo primarno kretanje se naziva "brzina rezanja". Radni komad se također može pomicati, što je poznato kao sekundarno kretanje "posmaka". Zajedno, ovi pokreti i oštrina alata za rezanje omogućavaju preciznoj mašini da radi.
Kvalitetna precizna mašinska obrada zahtijeva sposobnost praćenja izuzetno specifičnih nacrta napravljenih pomoću CAD (računarski potpomognuto projektovanje) ili CAM (računarski potpomognuta proizvodnja) programa kao što su AutoCAD i TurboCAD. Softver može pomoći u izradi složenih, trodimenzionalnih dijagrama ili skica potrebnih za proizvodnju alata, mašine ili predmeta. Ovi nacrti se moraju pridržavati s velikim detaljima kako bi se osiguralo da proizvod zadrži svoj integritet. Dok većina kompanija za preciznu mašinsku obradu radi s nekim oblikom CAD/CAM programa, one i dalje često rade s ručno crtanim skicama u početnim fazama dizajna.
Precizna obrada se koristi na brojnim materijalima, uključujući čelik, bronzu, grafit, staklo i plastiku, da nabrojimo samo neke. Ovisno o veličini projekta i materijalima koji se koriste, koristit će se različiti alati za preciznu obradu. Može se koristiti bilo koja kombinacija tokarilica, glodalica, bušilica, pila i brusilica, pa čak i robotika velike brzine. Zrakoplovna industrija može koristiti obradu velikom brzinom, dok industrija alata za obradu drveta može koristiti procese fotohemijskog nagrizanja i glodanja. Izrada serije ili određene količine bilo kojeg određenog artikla može se mjeriti u hiljadama ili biti samo nekoliko. Precizna obrada često zahtijeva programiranje CNC uređaja, što znači da su numerički kontrolirani računarom. CNC uređaj omogućava praćenje tačnih dimenzija tokom cijele serije proizvoda.
Glodanje je proces obrade korištenjem rotacijskih rezača za uklanjanje materijala s obratka pomicanjem (ili uvlačenjem) rezača u obratak u određenom smjeru. Rezač se također može držati pod uglom u odnosu na osu alata. Glodanje obuhvata širok spektar različitih operacija i mašina, od malih pojedinačnih dijelova do velikih, teških operacija glodanja u grupama. To je jedan od najčešće korištenih procesa za obradu prilagođenih dijelova do preciznih tolerancija.
Glodanje se može obavljati širokim spektrom alatnih mašina. Originalna klasa alatnih mašina za glodanje bila je glodalica (često nazivana glodalica). Nakon pojave računarskog numeričkog upravljanja (CNC), glodalice su evoluirale u obradne centre: glodalice proširene automatskim mjenjačima alata, magazinima alata ili karuselima, CNC mogućnostima, sistemima za hlađenje i kućištima. Centri za glodanje se uglavnom klasifikuju kao vertikalni obradni centri (VMC) ili horizontalni obradni centri (HMC).
Integracija glodanja u okruženja tokarenja i obrnuto, započela je s pogonskim alatima za tokarske strojeve i povremenom upotrebom glodalica za tokarske operacije. To je dovelo do nove klase alatnih strojeva, višenamjenskih strojeva (MTM), koji su namjenski konstruirani za olakšavanje glodanja i tokarenja unutar istog radnog opsega.
Za inženjere dizajna, istraživačko-razvojne timove i proizvođače koji zavise od nabavke dijelova, precizna CNC obrada omogućava izradu složenih dijelova bez dodatne obrade. U stvari, precizna CNC obrada često omogućava izradu gotovih dijelova na jednoj mašini.
Proces obrade uklanja materijal i koristi širok spektar alata za rezanje kako bi se stvorio konačni i često vrlo složen dizajn dijela. Nivo preciznosti se poboljšava korištenjem kompjuterske numeričke kontrole (CNC), koja se koristi za automatizaciju upravljanja alatima za obradu.
Uloga "CNC-a" u preciznoj obradi
Korištenjem kodiranih programskih instrukcija, precizna CNC obrada omogućava rezanje i oblikovanje radnog komada prema specifikacijama bez ručne intervencije operatera mašine.
Uzimajući CAD (računarski potpomognuto projektovanje) model koji je dostavio kupac, stručni mašinista koristi CAM (računarski potpomognuto programiranje) softver za proizvodnju kako bi kreirao instrukcije za obradu dijela. Na osnovu CAD modela, softver određuje koje su putanje alata potrebne i generira programski kod koji mašini govori:
■ Koji su ispravni okretaji u minuti i brzine pomaka
■ Kada i gdje pomicati alat i/ili radni komad
■ Koliko duboko rezati
■ Kada nanositi rashladnu tekućinu
■ Bilo koji drugi faktori vezani za brzinu, brzinu dodavanja i koordinaciju
CNC kontroler zatim koristi programski kod za kontrolu, automatizaciju i praćenje kretanja mašine.
Danas je CNC ugrađena karakteristika širokog spektra opreme, od tokarskih strojeva, glodalica i glodalica do žičane EDM (elektroerozione obrade), laserskih i plazma reznih strojeva. Osim što automatizira proces obrade i povećava preciznost, CNC eliminira ručne zadatke i oslobađa mehaničare da nadgledaju više strojeva koji rade istovremeno.
Osim toga, nakon što je putanja alata dizajnirana i mašina programirana, ona može obraditi dio neograničen broj puta. To pruža visok nivo preciznosti i ponovljivosti, što zauzvrat čini proces vrlo isplativim i skalabilnim.
Materijali koji se obrađuju mašinski
Neki metali koji se obično obrađuju uključuju aluminij, mesing, bronzu, bakar, čelik, titan i cink. Osim toga, mogu se obrađivati i drvo, pjena, fiberglas i plastika poput polipropilena.
U stvari, gotovo svaki materijal se može koristiti s preciznom CNC obradom - naravno, ovisno o primjeni i njenim zahtjevima.
Neke prednosti precizne CNC obrade
Za mnoge male dijelove i komponente koji se koriste u širokom spektru proizvedenih proizvoda, precizna CNC obrada je često metoda izrade izbora.
Kao što je slučaj sa gotovo svim metodama rezanja i obrade, različiti materijali se 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 isporučiti:
■ Visok stepen složenosti dijelova
■ Uske tolerancije, obično u rasponu od ±0,0002" (±0,00508 mm) do ±0,0005" (±0,0127 mm)
■ Izuzetno glatke površinske obrade, uključujući prilagođene završne obrade
■ Ponovljivost, čak i pri velikim količinama
Dok vješt mašinista može koristiti ručni strug za izradu kvalitetnog dijela u količinama od 10 ili 100 komada, šta se dešava kada vam je potrebno 1.000 dijelova? 10.000 dijelova? 100.000 ili milion dijelova?
Sa preciznom CNC obradom, možete dobiti skalabilnost i brzinu potrebnu za ovu vrstu proizvodnje velikih količina. 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 (elektroerozijsku obradu), aditivnu obradu i 3D lasersku štampu. Na primjer, žičana EDM koristi provodljive materijale - obično metale - i električna pražnjenja za erodiranje radnog komada u složene oblike.
Međutim, ovdje ćemo se fokusirati na procese glodanja i tokarenja - dvije subtraktivne metode koje su široko dostupne i često se koriste za preciznu CNC obradu.
Glodanje u odnosu na tokarenje
Glodanje je proces obrade koji koristi rotirajući, cilindrični alat za rezanje za uklanjanje materijala i stvaranje oblika. Oprema za glodanje, poznata kao glodalica ili obradni centar, postiže niz složenih geometrija dijelova na nekim od najvećih predmeta obrađenih od metala.
Važna karakteristika glodanja je da radni komad ostaje nepomičan dok se alat za rezanje okreće. Drugim riječima, na glodalici se rotirajući alat za rezanje kreće oko radnog komada, koji ostaje fiksiran na krevetu.
Tokarenje je proces rezanja ili oblikovanja radnog komada na opremi koja se naziva tokarski stroj. Tokarski stroj obično okreće radni komad po vertikalnoj ili horizontalnoj osi dok se fiksni alat za rezanje (koji se može, ali i ne mora okretati) kreće duž programirane osi.
Alat se ne može fizički kretati oko dijela. Materijal se okreće, omogućavajući alatu da izvodi programirane operacije. (Međutim, postoji podskup tokarilica u kojima se alati okreću oko žice koja se dovodi s kalema, ali to ovdje nije obuhvaćeno.)
Kod tokarenja, za razliku od glodanja, obradak se okreće. Zaliha se okreće na vretenu tokarskog stroja, a alat za rezanje dolazi u kontakt s obradkom.
Ručna vs. CNC obrada
Iako su i glodalice i strugovi dostupni u ručnim modelima, CNC mašine su prikladnije za proizvodnju malih dijelova - nudeći skalabilnost i ponovljivost za primjene koje zahtijevaju proizvodnju velikih količina dijelova s uskim tolerancijama.
Pored jednostavnih dvoosnih mašina u kojima se alat kreće po X i Z osama, precizna CNC oprema uključuje i višeosne modele u kojima se i obradak može pomicati. To je suprotno tokarilici gdje je obradak ograničen na okretanje, a alati će se pomicati kako bi stvorili željenu geometriju.
Ove višeosne konfiguracije omogućavaju proizvodnju složenijih geometrija u jednoj operaciji, bez potrebe za dodatnim radom operatera mašine. Ovo ne samo da olakšava proizvodnju složenih dijelova, već i smanjuje ili eliminiše mogućnost greške operatera.
Osim toga, upotreba rashladne tečnosti pod visokim pritiskom kod precizne CNC obrade osigurava da strugotine ne uđu u radni komad, čak ni kada se koristi mašina sa vertikalno orijentisanim vretenom.
CNC glodalice
Različite glodalice se razlikuju po veličinama, konfiguracijama osa, brzinama posmaka, brzini rezanja, smjeru posmaka pri glodanju i drugim karakteristikama.
Međutim, općenito, CNC glodalice koriste rotirajuće vreteno za rezanje neželjenog materijala. Koriste se za rezanje tvrdih metala poput čelika i titana, ali se mogu koristiti i s materijalima poput plastike i aluminija.
CNC glodalice su napravljene za ponovljivost i mogu se koristiti za sve, od izrade prototipova do proizvodnje velikih količina. Visokokvalitetne precizne CNC glodalice se često koriste za radove s malim tolerancijama, kao što je glodanje finih matrica i kalupa.
Iako CNC glodanje može omogućiti brzu obradu, završna obrada glodanjem stvara dijelove s vidljivim tragovima alata. Također može proizvesti dijelove s oštrim rubovima i neravninama, tako da mogu biti potrebni dodatni procesi ako rubovi i neravnine nisu prihvatljivi za te karakteristike.
Naravno, alati za skidanje neravnina programirani u sekvencu će skidati neravnine, iako obično postižu najviše 90% gotovog zahtjeva, ostavljajući neke karakteristike za završnu ručnu obradu.
Što se tiče završne obrade površine, postoje alati koji će proizvesti ne samo prihvatljivu završnu obradu površine, već i sjajnu površinu na dijelovima radnog proizvoda.
Vrste CNC glodalica
Dva osnovna tipa glodalica poznata su kao vertikalni obradni centri i horizontalni obradni centri, gdje je primarna razlika u orijentaciji vretena mašine.
Vertikalni obradni centar je glodalica u kojoj je osa vretena poravnata u smjeru Z-ose. Ove vertikalne mašine se dalje mogu podijeliti na dvije vrste:
■ Glodalice s ležajem, kod kojih se vreteno kreće paralelno sa svojom osom, dok se stol kreće okomito na osu vretena
■ Revolverske glodalice, kod kojih je vreteno nepomično, a stol se pomiče tako da je uvijek okomit i paralelan s osom vretena tokom operacije rezanja
U horizontalnom obradnom centru, osa vretena glodalice je poravnata u smjeru Y-ose. Horizontalna struktura znači da ove glodalice zauzimaju više prostora u mašinskoj radionici; također su općenito teže i snažnije od vertikalnih mašina.
Horizontalna glodalica se često koristi kada je potrebna bolja završna obrada površine; to je zato što orijentacija vretena znači da strugotine prirodno otpadaju i lako se uklanjaju. (Kao dodatna prednost, efikasno uklanjanje strugotina pomaže u povećanju vijeka trajanja alata.)
Općenito, vertikalni obradni centri su rasprostranjeniji jer mogu biti jednako snažni kao horizontalni obradni centri i mogu obrađivati vrlo male dijelove. Osim toga, vertikalni centri imaju manji otisak od horizontalnih obradnih centara.
Višeosne CNC glodalice
Precizni CNC glodački centri dostupni su s više osa. Troosna glodalica koristi X, Y i Z ose za širok spektar poslova. Kod četveroosne glodalice, mašina se može rotirati po vertikalnoj i horizontalnoj osi i pomicati obradak kako bi se omogućila kontinuiranija obrada.
Petoosna glodalica ima tri tradicionalne ose i dvije dodatne rotacijske ose, što omogućava rotaciju obratka dok se glava vretena kreće oko njega. To omogućava obradu pet strana obratka bez uklanjanja obratka i resetiranja mašine.
CNC tokarilice
Strug — koji se naziva i tokarski centar — ima jedno ili više vretena, te X i Z ose. Mašina se koristi za rotiranje obratka oko njegove ose kako bi se izvodile različite operacije rezanja i oblikovanja, primjenjujući širok spektar alata na obratak.
CNC strugovi, koji se nazivaju i strugovima za obradu alata uživo, idealni su za izradu simetričnih cilindričnih ili sfernih dijelova. Poput CNC glodalica, CNC strugovi mogu obavljati manje operacije poput izrade prototipova, ali se također mogu podesiti za visoku ponovljivost, podržavajući proizvodnju velikih količina.
CNC tokarilice se također mogu podesiti za relativno bezručnu proizvodnju, što ih čini široko korištenim u automobilskoj, elektroničkoj, zrakoplovnoj, robotskoj i industriji medicinskih uređaja.
Kako CNC tokarilica radi
Kod CNC tokarilice, prazna šipka osnovnog materijala se ubacuje u steznu glavu vretena tokarilice. Ova stezna glava drži obradak na mjestu dok se vreteno okreće. Kada vreteno dostigne potrebnu brzinu, stacionarni alat za rezanje se dovodi u kontakt s obradkom kako bi se uklonio materijal i postigla ispravna geometrija.
CNC strug može obavljati niz operacija, kao što su bušenje, narezivanje navoja, provrtanje, razvrtanje, čeono struganje i konusno tokarenje. Različite operacije zahtijevaju izmjenu alata i mogu povećati troškove i vrijeme podešavanja.
Kada se završe sve potrebne operacije obrade, dio se reže iz zaliha za daljnju obradu, ako je potrebno. CNC tokarski stroj je tada spreman za ponavljanje operacije, obično s malo ili nimalo dodatnog vremena potrebnog za podešavanje između.
CNC tokarilice također mogu primiti razne automatske dodavače šipki, što smanjuje količinu ručnog rukovanja sirovinama i pruža prednosti kao što su sljedeće:
■ Smanjite vrijeme i trud potreban operateru mašine
■ Poduprite šipku kako biste smanjili vibracije koje mogu negativno utjecati na preciznost
■ Omogućite alatnoj mašini da radi na optimalnim brzinama vretena
■ Minimizirajte vrijeme promjene
■ Smanjite otpad materijala
Vrste CNC tokarilica
Postoji niz različitih vrsta tokarskih strojeva, ali najčešći su dvoosni CNC tokarski strojevi i automatski tokarski strojevi kineskog tipa.
Većina CNC tokarilica u Kini koristi jedno ili dva glavna vretena plus jedno ili dva zadnja (ili sekundarna) vretena, pri čemu je rotacijski prijenos odgovoran za prvo. Glavno vreteno obavlja primarnu operaciju obrade uz pomoć vodeće čahure.
Osim toga, neki tokarski strojevi kineskog tipa opremljeni su drugom glavom alata koja funkcionira kao CNC glodalica.
Kod CNC automatskog tokarilice kineskog tipa, osnovni materijal se dovodi kroz vreteno klizne glave u vodilicu. To omogućava alatu da reže materijal bliže tački gdje je materijal oslonjen, što čini kinesku mašinu posebno korisnom za duge, vitke tokarene dijelove i za mikroobradu.
Višeosni CNC tokarski centri i tokarske mašine kineskog tipa mogu izvršiti više operacija obrade koristeći jednu mašinu. To ih čini isplativom opcijom za složene geometrije koje bi inače zahtijevale više mašina ili izmjenu alata pomoću opreme kao što je tradicionalna CNC glodalica.