Precyzyjne obróbki to proces usuwania materiału z przedmiotu obrabianego podczas trzymania bliskiej tolerancji. Maszyna precyzyjna ma wiele rodzajów, w tym frezowanie, obracanie i obróbkę elektryczną. Dzisiejszy maszyna jest dziś ogólnie kontrolowana przy użyciu sterowania numerycznym komputerowym (CNC).
Prawie wszystkie produkty metalowe wykorzystują precyzyjne obróbki, podobnie jak wiele innych materiałów, takich jak plastik i drewno. Maszyny te są obsługiwane przez wyspecjalizowanych i przeszkolonych mechaników. Aby narzędzie tnące wykonało swoje zadanie, należy je przenieść w określonych kierunkach, aby wykonać prawidłowe cięcie. Ten pierwotny ruch nazywa się „prędkością cięcia”. Obrabia można również przesunąć, znany jako wtórny ruch „pasz”. Razem te ruchy i ostrość narzędzia trawienia pozwalają na działanie maszyny precyzyjnej.
Precyzja wysokiej jakości obróbka wymaga możliwości przestrzegania wyjątkowo specyficznych planów CAD (komputerowo wspomagane projektowaniem) lub CAM (komputerowo wspomagane produkcją), takie jak AutoCAD i Turbocad. Oprogramowanie może pomóc w tworzeniu złożonych, trójwymiarowych diagramów lub zarysów potrzebnych w celu producenta narzędzia, maszyny lub obiektu. Te plany muszą być przestrzegane z dużymi szczegółami, aby upewnić się, że produkt zachowuje jego integralność. Podczas gdy większość precyzyjnych firm zajmujących się obróbką obróbką pracuje z jakąś formą programów CAD/CAM, nadal często pracują ze ręcznie rysowanymi szkicami w początkowych fazach projektu.
Precyzyjne obróbka jest używana na wielu materiałach, w tym stal, brąz, grafit, szkło i tworzywa sztuczne, aby wymienić tylko kilka. W zależności od wielkości projektu i materiałów do użycia, zostaną użyte różne precyzyjne narzędzia obróbki. Można zastosować dowolną kombinację tokarstw, maszyn do mielenia, pras, piły i szlifierów, a nawet szybkich robotyki. Przemysł lotniczy może wykorzystywać obróbkę o dużej prędkości, podczas gdy branża wytwarzania stolarki może stosować foto-chemiczne procesy trawienia i mielenia. Uduszanie się z biegu lub określonej ilości dowolnego konkretnego elementu może liczyć w tysiącach lub być tylko kilkoma. Precyzyjne obróbka często wymaga programowania urządzeń CNC, co oznacza, że są one sterowane numerycznie komputer. Urządzenie CNC umożliwia stosowanie dokładnych wymiarów podczas przebiegu produktu.
Miechanie to proces obróbki używania obrotowych noży do usuwania materiału z przedmiotu obrabianego poprzez awans (lub karmienie) noża do przedmiotu obrabianego w określonym kierunku. Forka może być również utrzymywana pod kątem względem osi narzędzia. Mierzycie obejmuje szeroką gamę różnych operacji i maszyn, na skalach od małych poszczególnych części po duże, ciężkie operacje frezowania gangów. Jest to jeden z najczęściej używanych procesów do obróbki niestandardowych części do precyzyjnych tolerancji.
Miechanie można wykonać za pomocą szerokiej gamy narzędzi maszynowych. Oryginalną klasą narzędzi maszynowych do mielenia była maszyna do mielenia (często nazywana młynem). Po nadejściu komputerowego sterowania numerycznego (CNC) maszyny mielenia ewoluowały w centra obróbki: maszyny do mielenia rozszerzone przez automatyczne zmieniacze narzędzi, magazyny narzędziowe lub karuzele, możliwości CNC, systemy płynu chłodzące i obudowy. Centra mielenia są zazwyczaj klasyfikowane jako pionowe centra obróbki (VMC) lub poziome centra obróbki (HMC).
Integracja frezowania w środowiskach skręcających i odwrotnie, rozpoczęła się od narzędzi na żywo do tokarstw i okazjonalnym użyciem młynów do obracania operacji. Doprowadziło to do nowej klasy narzędzi, maszyn wielozadaniowych (MTM), które są specjalnie zbudowane w celu ułatwienia frezowania i obracania się w tej samej kopercie roboczej.
W przypadku inżynierów projektowych, zespołów badawczo -rozwojowych oraz producentów, którzy zależą od części pozyskiwania, precyzyjne obróbki CNC pozwala na tworzenie złożonych części bez dodatkowego przetwarzania. W rzeczywistości precyzyjne obróbka CNC często umożliwia wykonanie gotowych części na jednym komputerze.
Proces obróbki usuwa materiał i wykorzystuje szeroką gamę narzędzi tnących do stworzenia ostatecznego i często bardzo złożonego projektu części. Poziom precyzji jest wzmacniany dzięki zastosowaniu komputerowego sterowania numerycznego (CNC), który służy do automatyzacji sterowania narzędziami obróbki.
Rola „CNC” w precyzyjnym obróbce
Korzystając z zakodowanych instrukcji programowania, Precision CNC Magęowanie pozwala na wycięcie i kształt obrabiania do specyfikacji bez ręcznej interwencji przez operatora maszyny.
Biorąc model projektowania wspomaganego komputerowo (CAD) dostarczonym przez klienta, ekspert mechanik korzysta z komputerowego oprogramowania produkcyjnego (CAM) do tworzenia instrukcji obróbki części. Na podstawie modelu CAD oprogramowanie określa, jakie ścieżki narzędzi są potrzebne i generuje kod programowania, który informuje maszynę:
■ Jakie są prawidłowe RPM i stawki paszowe
■ Kiedy i gdzie przesunąć narzędzie i/lub przedmiot obrabiany
■ Jak głęboko wycinać
■ Kiedy nakładać chłodziwo
■ Wszelkie inne czynniki związane z prędkością, szybkością i koordynacją
Następnie kontroler CNC używa kodu programowania do sterowania, automatyzacji i monitorowania ruchów urządzenia.
Dzisiaj CNC jest wbudowaną cechą szerokiej gamy urządzeń, od tokarstw, młynów i routerów po przewody EDM (obróbka elektryczna), lasera i maszyn do cięcia plazmy. Oprócz automatyzacji procesu obróbki i zwiększenia precyzji, CNC eliminuje ręczne zadania i uwalnia mechaników do nadzorowania wielu maszyn działających jednocześnie.
Ponadto po zaprojektowaniu ścieżki narzędzia i zaprogramowaniu maszyny może uruchamiać część dowolną liczbę razy. Zapewnia to wysoki poziom precyzji i powtarzalności, co z kolei sprawia, że proces ten jest bardzo opłacalny i skalowalny.
Materiały, które są obrabiane
Niektóre metale, które są powszechnie obrabiane, obejmują aluminium, mosiądz, brąz, miedź, stal, tytan i cynk. Ponadto można również wykonać drewno, pianę, włókno szklane i tworzywa sztuczne, takie jak polipropylen.
W rzeczywistości niemal każdy materiał można użyć z precyzyjnym obróbką CNC - oczywiście w zależności od zastosowania i jej wymagań.
Niektóre zalety precyzyjnej obróbki CNC
W przypadku wielu małych części i komponentów stosowanych w szerokiej gamie wytwarzanych produktów precyzyjna obróbka CNC jest często wybraną metodą produkcji.
Jak to prawda, praktycznie wszystkie metody cięcia i obróbki, różne materiały zachowują się inaczej, a rozmiar i kształt komponentu również mają duży wpływ na proces. Jednak ogólnie proces precyzyjnej obróbki CNC oferuje zalety w porównaniu z innymi metodami obróbki.
Jest tak, ponieważ obróbka CNC jest w stanie dostarczyć:
■ Wysoki stopień złożoności części
■ Ścisłe tolerancje, zwykle od ± 0,0002 "(± 0,00508 mm) do ± 0,0005" (± 0,0127 mm)
■ wyjątkowo gładkie wykończenia powierzchni, w tym niestandardowe wykończenia
■ Powtarzalność, nawet przy dużych objętościach
Podczas gdy wykwalifikowany mechanik może użyć ręcznej tokarki, aby uzyskać część wysokiej jakości ilości 10 lub 100, co się stanie, gdy potrzebujesz 1000 części? 10 000 części? 100 000 czy milion części?
Dzięki precyzyjnemu obróbce CNC możesz uzyskać skalowalność i prędkość potrzebną do tego rodzaju produkcji o dużej objętości. Ponadto wysoka powtarzalność precyzyjnej obróbki CNC daje części, które są takie same od początku do końca, bez względu na to, ile części produkujesz.
Istnieje kilka bardzo wyspecjalizowanych metod obróbki CNC, w tym druciane EDM (obróbka elektryczna), obróbka addytywna i druk laserowy 3D. Na przykład Wire EDM wykorzystuje materiały przewodzące -zazwyczaj metalowe -i zrzuty elektryczne w celu zerowania przedmiotu w skomplikowane kształty.
Jednak tutaj skupimy się na procesach mielenia i obracania - dwóch metod odejmowania, które są szeroko dostępne i często stosowane do precyzyjnego obróbki CNC.
Mielenie vs. obracanie
Miechanie to proces obróbki, który wykorzystuje obracające się, cylindryczne narzędzie tnące do usuwania materiału i tworzenia kształtów. Sprzęt do mielenia, znany jako młyn lub centrum obróbki, osiąga wszechświat złożonych geometrii części na jednych z największych obiektów obrabianych metalów.
Ważną cechą mielenia jest to, że obrabia pozostaje nieruchoma, podczas gdy narzędzie tnące obraca się. Innymi słowy, na młynie obracające się narzędzie tnące porusza się wokół przedmiotu obrabianego, który pozostaje na miejscu na łóżku.
Obrócenie to proces cięcia lub kształtowania przedmiotu na sprzęcie zwanym tokarką. Zazwyczaj tokarka obraca przedmiot na osi pionowej lub poziomej, podczas gdy stałe narzędzie tnące (które może się wirować) porusza się wzdłuż zaprogramowanej osi.
Narzędzie nie może fizycznie obejść części. Materiał obraca się, umożliwiając narzędziu wykonywanie zaprogramowanych operacji. (Istnieje podzbiór tokarstw, w których narzędzia obracają się wokół drutu karmionego szpulem, jednak nie jest tu zakryty).
Zwracając się, w przeciwieństwie do mielenia, przedmiot obrabia obraca się. Część zapasów włącza wrzeciono tokarki, a narzędzie tnące jest skontaktowane z przedmiotem obrabianym.
Obróbka ręczna kontra CNC
Podczas gdy zarówno młyny, jak i tokarki są dostępne w modelach ręcznych, maszyny CNC są bardziej odpowiednie do celów produkcji małych części - oferując skalowalność i powtarzalność dla zastosowań wymagających dużej ilości produkcji ciasnych części tolerancji.
Oprócz oferowania prostych 2-osiowych maszyn, w których narzędzie porusza się w osiach X i Z, precyzyjne urządzenia CNC zawierają modele wielopasmowe, w których przedmiot obrabia może również poruszać. Jest to w przeciwieństwie do tokarki, w której obrabia jest ograniczona do wirowania, a narzędzia poruszają się, aby stworzyć pożądaną geometrię.
Te konfiguracje wielopasmowe pozwalają na produkcję bardziej złożonych geometrii w jednej operacji, bez wymagania dodatkowej pracy operatora maszyny. To nie tylko ułatwia wytwarzanie złożonych części, ale także zmniejsza lub eliminuje ryzyko błędu operatora.
Ponadto zastosowanie płynu chłodzącego pod wysokim ciśnieniem z precyzyjną obróbką CNC zapewnia, że układy nie dostają się do prac, nawet przy użyciu maszyny z wrzecionem zorientowanym pionowo.
CNC Mills
Różne maszyny do mielenia różnią się pod względem rozmiarów, konfiguracji osi, prędkości zasilania, prędkości cięcia, kierunku podawania frezowania i innych cech.
Jednak ogólnie Młyny CNC wykorzystują obracające się wrzeciono do odcięcia niechcianego materiału. Służą one do wycinania twardych metali, takich jak stal i tytan, ale mogą być również stosowane z materiałami takimi jak plastik i aluminium.
Młyny CNC są zbudowane do powtarzalności i mogą być używane do wszystkiego, od prototypowania po produkcję o dużej objętości. Wysokiej klasy precyzyjne młyny CNC są często używane do ścisłej tolerancji, takich jak drobne matryce i formy.
Podczas gdy frezowanie CNC może zapewnić szybki zwrot, wykończenie w odniesieniu do MILLOWE tworzy części z widocznymi śladami narzędzi. Może również wytwarzać części z niektórymi ostrymi krawędziami i burrami, więc mogą być wymagane dodatkowe procesy, jeśli krawędzie i zadziory są nie do przyjęcia dla tych funkcji.
Oczywiście rozebrane narzędzia zaprogramowane w sekwencji będą się deburrować, chociaż zwykle osiągają 90% gotowych wymagań, pozostawiając pewne funkcje do ostatniego wykończenia.
Jeśli chodzi o wykończenie powierzchni, istnieją narzędzia, które przyniosą nie tylko akceptowalne wykończenie powierzchni, ale także lustrzane wykończenie na części produktu roboczego.
Rodzaje młynów CNC
Dwa podstawowe rodzaje frezowania są znane jako pionowe centra obróbki i poziome centra obróbki, w których podstawową różnicą jest orientacja wrzeciona maszynowego.
Pionowe centrum obróbki to młyn, w którym oś wrzeciona jest wyrównana w kierunku osi Z. Te pionowe maszyny można dalej podzielić na dwa typy:
■ Młyny łóżka, w których wrzeciono porusza się równolegle do własnej osi, podczas gdy stół porusza się prostopadle do osi wrzeciona
■ Młyny do wieży, w których wrzeciono jest stacjonarne, a stół jest przesuwany tak, aby zawsze był prostopadły i równoległy do osi wrzeciona podczas operacji cięcia
W poziomym środku obróbki oś wrzeciona młyna jest wyrównana w kierunku osi Y. Struktura pozioma oznacza, że młyny te zajmują więcej miejsca na podłodze maszynowej; Mają również na ogół cięższą wagę i mocniejszy niż maszyny pionowe.
Młyn poziomy jest często używany, gdy wymagane jest lepsze wykończenie powierzchni; To dlatego, że orientacja wrzeciona oznacza, że wiórki tnące naturalnie odpadają i są łatwo usuwane. (Jako dodatkowa korzyść, wydajne usuwanie chipów pomaga zwiększyć żywotność narzędzia).
Ogólnie rzecz biorąc, pionowe centra obróbki są bardziej powszechne, ponieważ mogą być tak potężne jak poziome centra obróbki i mogą obsługiwać bardzo małe części. Ponadto centra pionowe mają mniejszy ślad niż poziome centra obróbki.
Multi-ais CNC Mills
Precyzja CNC Mill Centers są dostępne z wieloma osiami. 3-osiowy młyn wykorzystuje osie X, Y i Z do szerokiej gamy prac. Dzięki 4-osiowej młynie maszyna może obracać się na osi pionowej i poziomej i poruszać przedmiotem, aby umożliwić bardziej ciągłe obróbki.
5-osiowy młyn ma trzy tradycyjne osie i dwa dodatkowe osie obrotowe, umożliwiając obrót przedmiotu obrabianego podczas poruszania się wokół niego głowicy wrzeciona. Umożliwia to obrabianie pięciu stron przedmiotu obrabianego bez usuwania przedmiotu i resetowania maszyny.
Tokarki CNC
Tokarka - zwana również centrum obrotowym - ma jeden lub więcej wrzecion i osi X i Z. Maszyna służy do obracania przedmiotu obrabianego na osi do wykonywania różnych operacji cięcia i kształtowania, stosując szeroki zakres narzędzi do przedmiotu obrabianego.
Tokarki CNC, które są również nazywane tokarkami na narzędzia akcji na żywo, są idealne do tworzenia symetrycznych części cylindrycznych lub sferycznych. Podobnie jak CNC Mills, tokarki CNC mogą obsługiwać mniejsze operacje, takie jak prototypowanie, ale można je również ustawić w celu uzyskania wysokiej powtarzalności, obsługującej produkcję o dużej objętości.
Tokarki CNC można również skonfigurować do stosunkowo bez użycia rąk, co sprawia, że są szeroko stosowane w branży motoryzacyjnej, elektronicznej, lotniczej, robotyki i urządzeń medycznych.
Jak działa tokarka CNC
Za pomocą tokarki CNC pusty pasek materiału standardowego jest ładowany do wrzeciona tokarki. Ten chuck trzyma przedmiot obrabiany na miejscu, podczas gdy wrzeciono się obraca. Gdy wrzeciono osiągnie wymaganą prędkość, stacjonarne narzędzie tnące jest wciągnięte z przedmiotem obrabianym w celu usunięcia materiału i osiągnięcia prawidłowej geometrii.
Tokarka CNC może wykonywać wiele operacji, takich jak wiercenie, gwintowanie, nudne, rozwiercone, skierowane do przodu i zwężanie się. Różne operacje wymagają zmian narzędzi i mogą zwiększyć koszty i konfigurację.
Po zakończeniu wszystkich wymaganych operacji obróbki, część jest wycinana z zapasów w celu dalszego przetwarzania, w razie potrzeby. Tokarka CNC jest następnie gotowa do powtórzenia operacji, z niewielkim lub żadnym dodatkowym czasem konfiguracji zwykle wymaganym pomiędzy nimi.
Tokarki CNC mogą również pomieścić różne automatyczne podajniki barów, które zmniejszają ilość ręcznego obsługi surowców i zapewniają zalety, takie jak następujące:
■ Skróć czas i wysiłek wymagany od operatora maszyny
■ Wspieraj barstok, aby zmniejszyć wibracje, które mogą negatywnie wpłynąć na precyzję
■ Pozwól maszynowi działać przy optymalnych prędkościach wrzeciona
■ Minimalizuj czasy zmiany
■ Zmniejsz odpady materiałowe
Rodzaje tokarów CNC
Istnieje wiele różnych rodzajów tokarstw, ale najczęstsze są 2-osiowe tokarki CNC i automatyczne tokarki w stylu chińskim.
Większość tokarstw CNC China używa jednego lub dwóch głównych wrzecion plus jeden lub dwa wrzeciona z tyłu (lub wtórne), z transferem obrotowym odpowiedzialnym za to pierwsze. Główne wrzeciono wykonuje podstawową operację obróbki za pomocą tulei prowadzącej.
Ponadto niektóre tokarki w stylu chińskim są wyposażone w drugą głowę narzędzi, która działa jako młyn CNC.
Dzięki automatycznej tokarce w stylu CNC w stylu chińskiego materiał zapasowy jest zasilany przez przesuwane wrzeciono głowy do tulei prowadzącej. Umożliwia to narzędzie do przecięcia materiału bliżej punktu, w którym materiał jest obsługiwany, dzięki czemu chińska maszyna jest szczególnie korzystna dla długich, smukłych części i do mikroobrazowania.
Centra zwrotne CNC z wieloma osiami i tokarki w stylu chińskim mogą wykonać wiele operacji obróbki za pomocą jednego maszyny. To czyni je opłacalną opcją dla złożonych geometrii, która w innym przypadku wymagałaby wielu maszyn lub zmian narzędzi za pomocą urządzeń takich jak tradycyjny młyn CNC.