Precizna obrada je proces uklanjanja materijala sa radnog komada tokom držanja završnih slojeva usko tolerancije.Precizna mašina ima mnogo tipova, uključujući glodanje, struganje i mašinsku obradu sa električnim pražnjenjem.Današnja precizna mašina se uglavnom kontroliše pomoću kompjuterskih numeričkih kontrola (CNC).
Gotovo svi metalni proizvodi koriste preciznu mašinsku obradu, kao i mnogi drugi materijali kao što su plastika i drvo.Ovim mašinama upravljaju specijalizovani i obučeni mašinisti.Da bi alat za rezanje obavio svoj posao, mora se pomicati u smjerovima navedenim kako bi se napravio ispravan rez.Ovo primarno kretanje naziva se "brzina rezanja".Radni komad se takođe može pomerati, poznato kao sekundarno kretanje "povlačenja".Zajedno, ovi pokreti i oštrina reznog alata omogućavaju preciznoj mašini da radi.
Kvalitetna precizna obrada zahtijeva sposobnost praćenja izuzetno specifičnih nacrta napravljenih od strane CAD (računarski podržan dizajn) ili CAM (računarski potpomognute proizvodnje) programa kao što su AutoCAD i TurboCAD.Softver može pomoći u izradi složenih, 3-dimenzionalnih dijagrama ili obrisa potrebnih za proizvodnju alata, stroja ili objekta.Ovi nacrti se moraju pridržavati sa velikim detaljima kako bi se osiguralo da proizvod zadrži svoj integritet.Dok većina kompanija za preciznu mašinsku obradu radi sa nekim oblikom CAD/CAM programa, one i dalje često rade sa ručno nacrtanim skicama u početnim fazama dizajna.
Precizna obrada se koristi na brojnim materijalima uključujući čelik, bronzu, grafit, staklo i plastiku, da spomenemo samo neke.Ovisno o veličini projekta i materijalima koji će se koristiti, koristit će se različiti precizni alati za strojnu obradu.Može se koristiti bilo koja kombinacija strugova, glodalica, bušilica, testera i brusilica, pa čak i robotike velike brzine.Vazdušna industrija može koristiti mašinsku obradu velikom brzinom, dok industrija za izradu alata za drvo može koristiti fotohemijsko jetkanje i procese glodanja.Izbacivanje iz serije, ili određena količina bilo koje određene stavke, može se brojati u hiljadama, ili biti samo nekoliko.Precizna obrada često zahtijeva programiranje CNC uređaja što znači da su kompjuterski numerički kontrolirani.CNC uređaj omogućava da se prate tačne dimenzije tokom celog rada proizvoda.
Glodanje je proces obrade pomoću rotacionih glodala za uklanjanje materijala iz radnog predmeta napredovanjem (ili uvlačenjem) rezača u radni komad u određenom smjeru.Rezač se takođe može držati pod uglom u odnosu na osu alata.Glodanje pokriva širok spektar različitih operacija i mašina, na skali od malih pojedinačnih delova do velikih, teških operacija grupnog glodanja.To je jedan od najčešće korištenih procesa za obradu prilagođenih dijelova do preciznih tolerancija.
Glodanje se može obaviti sa širokim spektrom alatnih mašina.Prvobitna klasa alatnih mašina za glodanje bila je glodalica (često nazivana mlin).Nakon pojave kompjuterske numeričke kontrole (CNC), glodalice su evoluirale u obradne centre: glodalice proširene automatskim izmjenjivačima alata, magacinima alata ili vrtuljcima, CNC mogućnošću, sistemima rashladne tekućine i kućištima.Centri za glodanje se općenito klasificiraju kao vertikalni obradni centri (VMC) ili horizontalni obradni centri (HMC).
Integracija glodanja u okruženja za struganje, i obrnuto, započela je sa aktivnim alatom za strugove i povremenom upotrebom glodala za operacije tokarenja.To je dovelo do nove klase alatnih mašina, mašina za više zadataka (MTM), koje su namenski napravljene da olakšaju glodanje i struganje unutar istog radnog okvira.
Za dizajnerske inženjere, timove za istraživanje i razvoj i proizvođače koji zavise od izvora dijelova, precizna CNC obrada omogućava stvaranje složenih dijelova bez dodatne obrade.Zapravo, precizna CNC obrada često omogućava izradu gotovih dijelova na jednoj mašini.
Proces obrade uklanja materijal i koristi širok spektar alata za rezanje za kreiranje konačnog, i često vrlo složenog dizajna dijela.Nivo preciznosti je poboljšan upotrebom kompjuterske numeričke kontrole (CNC), koja se koristi za automatizaciju upravljanja alatima za obradu.
Uloga "CNC" u preciznoj obradi
Koristeći kodirane instrukcije za programiranje, precizna CNC obrada omogućava da se radni komad seče i oblikuje prema specifikacijama bez ručne intervencije operatera mašine.
Uzimajući model kompjuterski potpomognutog dizajna (CAD) koji je obezbedio kupac, stručni mašinista koristi softver za kompjuterski potpomognutu proizvodnju (CAM) da kreira uputstva za mašinsku obradu dela.Na osnovu CAD modela, softver određuje koje su putanje alata potrebne i generiše programski kod koji govori mašini:
■ Koji su ispravni broj okretaja i brzine uvlačenja
■ Kada i gdje premjestiti alat i/ili radni komad
■ Koliko duboko rezati
■ Kada nanositi rashladnu tečnost
■ Bilo koji drugi faktor koji se odnosi na brzinu, brzinu kretanja i koordinaciju
CNC kontroler zatim koristi programski kod za kontrolu, automatizaciju i praćenje kretanja mašine.
Danas je CNC ugrađena karakteristika širokog spektra opreme, od strugova, glodalica i rutera do žičanih EDM (električnim pražnjenjem), laserskih i plazma mašina za rezanje.Pored automatizacije procesa obrade i povećanja preciznosti, CNC eliminiše ručne zadatke i oslobađa mašiniste da nadgledaju više mašina koje rade u isto vreme.
Osim toga, nakon što je dizajnirana putanja alata i programirana mašina, može pokrenuti dio neograničen broj puta.Ovo obezbeđuje visok nivo preciznosti i ponovljivosti, što zauzvrat čini proces visoko isplativim i skalabilnim.
Materijali koji su mašinski obrađeni
Neki metali koji se obično mašinski obrađuju uključuju aluminijum, mesing, bronzu, bakar, čelik, titanijum i cink.Osim toga, drvo, pjena, fiberglas i plastika kao što je polipropilen također se mogu strojno obrađivati.
Zapravo, gotovo svaki materijal može se 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 izbora.
Kao što je slučaj sa gotovo svim metodama rezanja i strojne obrade, različiti materijali se ponašaju različito, a veličina i oblik komponente također imaju veliki utjecaj na proces.Međutim, generalno, proces precizne CNC obrade nudi prednosti u odnosu na druge metode obrade.
To je zato što CNC obrada može isporučiti:
■ Visok stepen složenosti dijela
■ Uske tolerancije, obično u rasponu od ±0,0002" (±0,00508 mm) do ±0,0005" (±0,0127 mm)
■ Izuzetno glatke završne obrade, uključujući završne obrade po mjeri
■ Ponovljivost, čak i pri velikim količinama
Dok vješt strojar može koristiti ručni strug za izradu kvalitetnog dijela u količinama od 10 ili 100, što se događa kada vam treba 1.000 dijelova?10.000 delova?100.000 ili milion delova?
Uz preciznu CNC obradu, možete dobiti skalabilnost i brzinu potrebnu za ovu vrstu proizvodnje velikog obima.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 specijalizovane metode CNC obrade, uključujući žičanu EDM (električnu obradu), aditivnu obradu i 3D lasersko štampanje.Na primjer, žičani EDM koristi provodljive materijale — obično metale — i električna pražnjenja da erodiraju radni komad u zamršene oblike.
Međutim, ovdje ćemo se fokusirati na procese glodanja i struganja — dvije subtraktivne metode koje su široko dostupne i često se koriste za preciznu CNC obradu.
Glodanje naspram tokarenja
Glodanje je proces obrade koji koristi rotirajući, cilindrični rezni alat 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 rezni alat okreće.Drugim riječima, na mlinu, rotirajući rezni alat se kreće oko radnog komada, koji ostaje fiksiran na mjestu.
Tokarenje je proces rezanja ili oblikovanja radnog komada na opremi koja se zove strug.Tipično, strug vrti radni komad na okomitoj ili horizontalnoj osi dok se fiksni rezni alat (koji se može, a ne mora okretati) kreće duž programirane ose.
Alat ne može fizički obići dio.Materijal se rotira, omogućavajući alatu da izvrši programirane operacije.(Postoji podskup strugova u kojima se alati okreću oko žice napajane na kalem, međutim, to ovdje nije pokriveno.)
Kod tokarenja, za razliku od glodanja, radni komad se okreće.Zaliha dijela se okreće na vretenu tokarilice i rezni alat se dovodi u kontakt sa obratkom.
Ručna vs. CNC obrada
Dok su i glodalice i strugovi dostupni u ručnim modelima, CNC mašine su prikladnije za potrebe proizvodnje malih delova — nudeći skalabilnost i ponovljivost za aplikacije koje zahtevaju proizvodnju velikih količina delova sa uskom tolerancijom.
Osim što nudi jednostavne 2-osne strojeve u kojima se alat kreće po X i Z osi, precizna CNC oprema uključuje modele s više osa u kojima se radni komad također može pomicati.Ovo je u suprotnosti sa strugom gdje je radni komad ograničen na okretanje i alati će se pomicati kako bi stvorili željenu geometriju.
Ove višeosne konfiguracije omogućavaju proizvodnju složenijih geometrija u jednoj operaciji, bez potrebe za dodatnim radom od strane operatera mašine.Ovo ne samo da olakšava proizvodnju složenih delova, već i smanjuje ili eliminiše mogućnost greške operatera.
Osim toga, korištenje rashladne tekućine pod visokim pritiskom s preciznom CNC obradom osigurava da strugotine ne uđu u rad, čak i kada se koristi mašina s vertikalno orijentiranim vretenom.
CNC glodalice
Različite mašine za glodanje razlikuju se po svojim veličinama, konfiguraciji osovine, brzinama pomaka, brzini rezanja, smjeru pomaka glodanja i drugim karakteristikama.
Međutim, općenito, svi CNC glodali koriste rotirajuće vreteno za rezanje neželjenog materijala.Koriste se za rezanje tvrdih metala kao što su čelik i titan, ali se mogu koristiti i za materijale kao što su plastika i aluminij.
CNC glodalice su napravljene za ponovljivost i mogu se koristiti za sve, od izrade prototipa do proizvodnje velikog obima.Visoko precizne CNC glodalice se često koriste za rad s uskim tolerancijama kao što je glodanje finih kalupa i kalupa.
Dok CNC glodanje može pružiti brzi obrt, završna obrada kao glodanje stvara dijelove s vidljivim tragovima alata.Također može proizvesti dijelove s oštrim rubovima i izbočinama, tako da mogu biti potrebni dodatni procesi ako su rubovi i neravnine neprihvatljivi za te karakteristike.
Naravno, alati za skidanje ivica programirani u sekvenci će skidati ivice, iako obično postižu najviše 90% gotovih zahtjeva, ostavljajući neke karakteristike za završnu ručnu završnu obradu.
Što se tiče završne obrade površine, postoje alati koji će proizvesti ne samo prihvatljivu završnu obradu, već i zrcalnu završnu obradu dijelova radnog proizvoda.
Vrste CNC glodala
Dvije osnovne vrste glodalica su poznate kao vertikalni obradni centri i horizontalni obradni centri, gdje je primarna razlika u orijentaciji vretena stroja.
Vertikalni obradni centar je mlin u kojem je os vretena poravnata u smjeru Z-ose.Ove vertikalne mašine se dalje mogu podeliti u dve vrste:
■Glodovi s ležajem, kod kojih se vreteno kreće paralelno sa vlastitom osom dok se stol kreće okomito na osu vretena
■Turet glodalice, kod kojih vreteno miruje, a sto se pomera tako da je uvek okomito i paralelno sa osom vretena tokom operacije rezanja
U horizontalnom obradnom centru, osovina vretena glodala je poravnata u smjeru Y osi.Horizontalna struktura znači da ovi mlinovi imaju tendenciju da zauzmu više prostora na podu mašinske radionice;takođe su generalno teže i snažnije od vertikalnih mašina.
Horizontalni mlin se često koristi kada je potrebna bolja obrada površine;to je zato što orijentacija vretena znači da strugotine prirodno otpadaju i lako se uklanjaju.(Kao dodatna prednost, efikasno uklanjanje strugotine pomaže da se produži vijek trajanja alata.)
Općenito, vertikalni obradni centri su rasprostranjeniji jer mogu biti moćni kao horizontalni obradni centri i mogu rukovati vrlo malim dijelovima.Osim toga, vertikalni centri imaju manji otisak nego horizontalni obradni centri.
Višeosni CNC glodali
Precizni CNC centri za mljevenje dostupni su sa više osa.Mlin sa 3 ose koristi osi X, Y i Z za širok spektar radova.Sa 4-osnim mlinom, mašina se može rotirati po vertikalnoj i horizontalnoj osi i pomicati radni komad kako bi omogućila kontinuiraniju obradu.
Mlin sa 5 osa ima tri tradicionalne ose i dve dodatne rotacione ose, što omogućava rotaciju radnog komada dok se glava vretena kreće oko njega.Ovo omogućava da se obradi pet strana radnog komada bez uklanjanja radnog komada i resetovanja mašine.
CNC strugovi
Strug - koji se naziva i centar za okretanje - ima jedno ili više vretena i X i Z osi.Mašina se koristi za rotaciju radnog predmeta oko njegove ose za obavljanje različitih operacija rezanja i oblikovanja, primjenom širokog spektra alata na radni komad.
CNC strugovi, koji se još nazivaju i strugovi za alate pod naponom, idealni su za stvaranje simetričnih cilindričnih ili sfernih dijelova.Poput CNC glodala, CNC strugovi mogu podnijeti manje operacije poput izrade prototipa, ali se također mogu podesiti za visoku ponovljivost, podržavajući proizvodnju velikog obima.
CNC strugovi se također mogu podesiti za proizvodnju bez ruku, što ih čini široko korištenim u automobilskoj, elektronici, svemirskoj industriji, robotici i industriji medicinskih uređaja.
Kako radi CNC strug
Sa CNC strugom, prazna šipka od osnovnog materijala se ubacuje u steznu glavu vretena strugova.Ova stezna glava drži radni komad na mjestu dok se vreteno okreće.Kada vreteno dostigne potrebnu brzinu, stacionarni rezni alat se dovodi u kontakt sa obratkom kako bi se uklonio materijal i postigla ispravna geometrija.
CNC strug može izvoditi brojne operacije, kao što su bušenje, narezivanje navoja, bušenje, razvrtanje, oblaganje i točenje konusa.Različite operacije zahtijevaju promjenu alata i mogu povećati troškove i vrijeme podešavanja.
Kada su sve potrebne operacije obrade završene, dio se izrezuje iz zalihe radi dalje obrade, ako je potrebno.CNC strug je tada spreman za ponavljanje operacije, sa malo ili nimalo dodatnog vremena za podešavanje koje je obično potrebno između.
CNC strugovi također mogu prihvatiti razne automatske dodavače šipki, koji smanjuju količinu ručnog rukovanja sirovinama i pružaju prednosti kao što su sljedeće:
■ Smanjite vrijeme i trud potrebno od rukovaoca stroja
■ Poduprite šipku kako biste smanjili vibracije koje mogu negativno utjecati na preciznost
■ Dozvolite alatnoj mašini da radi pri optimalnim brzinama vretena
■ Minimizirajte vrijeme promjene
■ Smanjite materijalni otpad
Vrste CNC strugova
Postoji više različitih tipova strugova, ali najčešće su 2-osni CNC strugovi i automatski strugovi u kineskom stilu.
Većina kineskih CNC strugova koristi jedno ili dva glavna vretena plus jedno ili dva stražnja (ili sekundarna) vretena, pri čemu je rotacijski prijenos odgovoran za prvo.Glavno vreteno obavlja primarnu operaciju obrade, uz pomoć vodeće čahure.
Osim toga, neki strugovi u kineskom stilu dolaze opremljeni drugom glavom alata koja radi kao CNC mlin.
Sa CNC automatskim strugom u kineskom stilu, osnovni materijal se dovodi kroz vreteno s kliznom glavom u vodeću čahuru.Ovo omogućava alatu da seče materijal bliže tački na kojoj je materijal oslonjen, što čini kinesku mašinu posebno korisnom za dugačke, vitke tokane delove i za mikro mašinsku obradu.
Višeosni CNC centri za struganje i strugovi u kineskom stilu mogu izvršiti višestruke operacije obrade koristeći jednu mašinu.To ih čini isplativom opcijom za složene geometrije koje bi inače zahtijevale više strojeva ili izmjene alata koristeći opremu kao što je tradicionalni CNC mlin.