Presné obrábanie je proces odstraňovania materiálu z obrobku pri udržiavaní povrchových úprav s úzkou toleranciou.Presný stroj má mnoho typov, vrátane frézovania, sústruženia a elektrického výbojového obrábania.Presný stroj je dnes vo všeobecnosti riadený pomocou počítačového numerického riadenia (CNC).
Takmer všetky kovové výrobky využívajú presné obrábanie, rovnako ako mnoho iných materiálov, ako je plast a drevo.Tieto stroje obsluhujú špecializovaní a vyškolení strojníci.Aby rezací nástroj vykonával svoju prácu, musí sa pohybovať v špecifikovaných smeroch, aby sa vykonal správny rez.Tento primárny pohyb sa nazýva „rýchlosť rezania“.Obrobok sa môže tiež pohybovať, čo je známe ako sekundárny pohyb "posuvu".Spoločne tieto pohyby a ostrosť rezného nástroja umožňujú prevádzku presného stroja.
Kvalitné presné obrábanie si vyžaduje schopnosť sledovať mimoriadne špecifické plány vytvorené programami CAD (počítačom podporovaný dizajn) alebo CAM (počítačom podporovaná výroba), ako sú AutoCAD a TurboCAD.Softvér môže pomôcť vytvoriť zložité, 3-rozmerné diagramy alebo obrysy potrebné na výrobu nástroja, stroja alebo objektu.Tieto plány musia byť dodržané veľmi podrobne, aby sa zabezpečilo, že si produkt zachová svoju integritu.Zatiaľ čo väčšina spoločností zaoberajúcich sa presným obrábaním pracuje s nejakou formou CAD/CAM programov, stále často pracujú s ručne kreslenými náčrtmi v počiatočných fázach návrhu.
Presné obrábanie sa používa na množstvo materiálov vrátane ocele, bronzu, grafitu, skla a plastov, aby sme vymenovali aspoň niektoré.V závislosti od veľkosti projektu a použitých materiálov sa použijú rôzne nástroje na presné obrábanie.Môže byť použitá akákoľvek kombinácia sústruhov, frézok, vŕtačiek, píl a brúsok a dokonca aj vysokorýchlostných robotov.Letecký priemysel môže využívať vysokorýchlostné obrábanie, zatiaľ čo priemysel výroby nástrojov na spracovanie dreva môže využívať fotochemické leptanie a frézovanie.Chrlenie série alebo konkrétne množstvo akejkoľvek konkrétnej položky sa môže rátať na tisíce alebo ich môže byť len niekoľko.Presné obrábanie často vyžaduje programovanie CNC zariadení, čo znamená, že sú počítačovo numericky riadené.CNC zariadenie umožňuje dodržať presné rozmery počas celej prevádzky produktu.
Frézovanie je obrábací proces využívajúci rotačné frézy na odstraňovanie materiálu z obrobku posúvaním (alebo podávaním) frézy do obrobku v určitom smere.Fréza môže byť tiež držaná v uhle vzhľadom na os nástroja.Frézovanie zahŕňa širokú škálu rôznych operácií a strojov, na mierkach od malých jednotlivých dielov až po veľké, vysokovýkonné skupinové frézovanie.Je to jeden z najčastejšie používaných procesov na obrábanie zákazkových dielov na presné tolerancie.
Frézovanie je možné vykonávať širokou škálou obrábacích strojov.Pôvodnou triedou obrábacích strojov na frézovanie bola fréza (často nazývaná mlyn).Po nástupe počítačového numerického riadenia (CNC) sa frézky vyvinuli na obrábacie centrá: frézky rozšírené o automatické meniče nástrojov, zásobníky nástrojov alebo karusely, možnosti CNC, chladiace systémy a kryty.Frézovacie centrá sa vo všeobecnosti klasifikujú ako vertikálne obrábacie centrá (VMC) alebo horizontálne obrábacie centrá (HMC).
Integrácia frézovania do prostredia sústruženia a naopak sa začala živými nástrojmi pre sústruhy a príležitostným používaním fréz na sústružnícke operácie.To viedlo k novej triede obrábacích strojov, multitaskingových strojov (MTM), ktoré sú účelovo skonštruované na uľahčenie frézovania a sústruženia v rámci rovnakej pracovnej oblasti.
Konštruktérom, výskumným a vývojovým tímom a výrobcom, ktorí sú závislí na získavaní dielov, umožňuje presné CNC obrábanie vytvárať zložité diely bez dodatočného spracovania.V skutočnosti presné CNC obrábanie často umožňuje výrobu hotových dielov na jednom stroji.
Proces obrábania odstraňuje materiál a používa širokú škálu rezných nástrojov na vytvorenie konečného a často veľmi zložitého dizajnu dielu.Úroveň presnosti je zvýšená použitím počítačového numerického riadenia (CNC), ktoré sa používa na automatizáciu riadenia obrábacích nástrojov.
Úloha "CNC" v presnom obrábaní
Pomocou kódovaných programovacích pokynov umožňuje presné CNC obrábanie rezať a tvarovať obrobok podľa špecifikácií bez manuálneho zásahu operátora stroja.
Odborný strojník použije počítačom podporovaný výrobný softvér (CAM) na vytvorenie inštrukcií na obrábanie dielu na základe modelu počítačom podporovaného návrhu (CAD) poskytnutého zákazníkom.Na základe modelu CAD softvér určí, aké dráhy nástroja sú potrebné, a vygeneruje programovací kód, ktorý stroju povie:
■ Aké sú správne otáčky a rýchlosti posuvu
■ Kedy a kam presunúť nástroj a/alebo obrobok
■ Ako hlboko rezať
■ Kedy použiť chladiacu kvapalinu
■ Akékoľvek ďalšie faktory súvisiace s rýchlosťou, rýchlosťou posuvu a koordináciou
Riadiaca jednotka CNC potom používa programovací kód na riadenie, automatizáciu a monitorovanie pohybov stroja.
Dnes je CNC zabudovanou súčasťou širokej škály zariadení, od sústruhov, fréz a smerovačov až po drôtové EDM (elektrické obrábanie), laserové a plazmové rezacie stroje.Okrem automatizácie procesu obrábania a zvyšovania presnosti CNC eliminuje manuálne úlohy a umožňuje strojníkom dohliadať na viacero strojov bežiacich súčasne.
Okrem toho, akonáhle je dráha nástroja navrhnutá a stroj je naprogramovaný, môže obrábať súčiastku ľubovoľne veľakrát.To poskytuje vysokú úroveň presnosti a opakovateľnosti, vďaka čomu je proces vysoko nákladovo efektívny a škálovateľný.
Materiály, ktoré sú opracované
Niektoré kovy, ktoré sa bežne opracujú, zahŕňajú hliník, mosadz, bronz, meď, oceľ, titán a zinok.Okrem toho je možné obrábať aj drevo, penu, sklolaminát a plasty ako polypropylén.
V skutočnosti je možné pri precíznom CNC obrábaní použiť takmer akýkoľvek materiál — samozrejme, v závislosti od aplikácie a jej požiadaviek.
Niektoré výhody presného CNC obrábania
Pre mnohé z malých dielov a komponentov, ktoré sa používajú v širokej škále vyrábaných produktov, je často preferovanou výrobnou metódou presné CNC obrábanie.
Ako je to v podstate pri všetkých metódach rezania a obrábania, rôzne materiály sa správajú odlišne a veľký vplyv na proces má aj veľkosť a tvar súčiastky.Vo všeobecnosti však proces presného CNC obrábania ponúka výhody oproti iným metódam obrábania.
Je to preto, že CNC obrábanie je schopné poskytnúť:
■ Vysoký stupeň zložitosti dielov
■ Prísne tolerancie, typicky v rozsahu od ±0,0002" (±0,00508 mm) do ±0,0005" (±0,0127 mm)
■ Výnimočne hladké povrchové úpravy vrátane vlastných úprav
■ Opakovateľnosť aj pri vysokej hlasitosti
Zatiaľ čo zručný strojník môže použiť ručný sústruh na výrobu kvalitného dielu v množstve 10 alebo 100, čo sa stane, keď potrebujete 1 000 dielov?10 000 dielov?100 000 alebo milión dielov?
S presným CNC obrábaním môžete získať škálovateľnosť a rýchlosť potrebnú pre tento typ veľkoobjemovej výroby.Navyše vysoká opakovateľnosť presného CNC obrábania vám dáva diely, ktoré sú od začiatku do konca rovnaké, bez ohľadu na to, koľko dielov vyrábate.
Existuje niekoľko veľmi špecializovaných metód CNC obrábania, vrátane drôtového EDM (elektrické výbojové obrábanie), aditívneho obrábania a 3D laserovej tlače.Napríklad drôtové EDM používa vodivé materiály – zvyčajne kovy – a elektrické výboje na erodovanie obrobku do zložitých tvarov.
Tu sa však zameriame na procesy frézovania a sústruženia — dve subtraktívne metódy, ktoré sú široko dostupné a často používané na presné CNC obrábanie.
Frézovanie vs. sústruženie
Frézovanie je proces obrábania, ktorý využíva rotačný, valcový rezný nástroj na odoberanie materiálu a vytváranie tvarov.Frézovacie zariadenie, známe ako fréza alebo obrábacie centrum, dosahuje celý rad zložitých geometrií častí na niektorých z najväčších kovových predmetov.
Dôležitou charakteristikou frézovania je, že obrobok zostáva nehybný, kým sa rezný nástroj otáča.Inými slovami, na fréze sa rotujúci rezný nástroj pohybuje okolo obrobku, ktorý zostáva fixovaný na mieste na lôžku.
Sústruženie je proces rezania alebo tvarovania obrobku na zariadení nazývanom sústruh.Sústruh zvyčajne otáča obrobok na vertikálnej alebo horizontálnej osi, zatiaľ čo pevný rezný nástroj (ktorý sa môže alebo nemusí otáčať) sa pohybuje pozdĺž naprogramovanej osi.
Nástroj nemôže fyzicky obísť súčiastku.Materiál sa otáča, čo umožňuje nástroju vykonávať naprogramované operácie.(Existuje podskupina sústruhov, v ktorých sa nástroje otáčajú okolo drôtu napájaného cievkou, ktorý tu však nie je zahrnutý.)
Pri sústružení sa na rozdiel od frézovania obrobok otáča.Súčiastka sa otáča na vretene sústruhu a rezný nástroj sa dostáva do kontaktu s obrobkom.
Manuálne vs. CNC obrábanie
Zatiaľ čo frézy aj sústruhy sú dostupné v ručných modeloch, CNC stroje sú vhodnejšie na účely výroby malých dielov – ponúkajú škálovateľnosť a opakovateľnosť pre aplikácie vyžadujúce veľkoobjemovú výrobu dielov s úzkou toleranciou.
Okrem ponuky jednoduchých 2-osových strojov, v ktorých sa nástroj pohybuje v osiach X a Z, presné CNC vybavenie zahŕňa viacosové modely, v ktorých sa môže pohybovať aj obrobok.To je na rozdiel od sústruhu, kde je obrobok obmedzený na točenie a nástroje sa pohybujú, aby vytvorili požadovanú geometriu.
Tieto viacosové konfigurácie umožňujú výrobu zložitejších geometrií v jednej operácii bez toho, aby si obsluha stroja vyžadovala ďalšiu prácu.To nielen uľahčuje výrobu zložitých dielov, ale tiež znižuje alebo eliminuje možnosť chyby operátora.
Použitie vysokotlakového chladiva s presným CNC obrábaním navyše zaisťuje, že sa triesky nedostanú do závodu ani pri použití stroja s vertikálne orientovaným vretenom.
CNC frézy
Rôzne frézky sa líšia veľkosťou, konfiguráciou osí, rýchlosťou posuvu, rýchlosťou rezu, smerom posuvu frézovania a ďalšími charakteristikami.
Vo všeobecnosti však všetky CNC frézy využívajú rotujúce vreteno na odrezanie nežiaduceho materiálu.Používajú sa na rezanie tvrdých kovov, ako je oceľ a titán, ale možno ich použiť aj s materiálmi, ako sú plasty a hliník.
CNC frézy sú postavené na opakovateľnosť a možno ich použiť na všetko od prototypovania až po veľkoobjemovú výrobu.Špičkové presné CNC frézy sa často používajú na prácu s tesnou toleranciou, ako je frézovanie jemných matríc a foriem.
Zatiaľ čo CNC frézovanie môže poskytnúť rýchle obrátky, ako frézované dokončovanie vytvára diely s viditeľnými značkami nástroja.Môže tiež produkovať časti s ostrými hranami a otrepami, takže ak sú hrany a otrepy pre tieto prvky neprijateľné, môžu byť potrebné ďalšie procesy.
Samozrejme, odihlovacie nástroje naprogramované do sekvencie odihlujú, aj keď zvyčajne dosahujú maximálne 90 % dokončenej požiadavky, pričom niektoré funkcie ponechajú na konečnú ručnú úpravu.
Čo sa týka povrchovej úpravy, existujú nástroje, ktoré vytvoria nielen prijateľnú povrchovú úpravu, ale aj zrkadlovú úpravu častí pracovného produktu.
Typy CNC fréz
Dva základné typy frézok sú známe ako vertikálne obrábacie centrá a horizontálne obrábacie centrá, pričom primárny rozdiel je v orientácii vretena stroja.
Vertikálne obrábacie centrum je fréza, v ktorej je os vretena zarovnaná v smere osi Z.Tieto vertikálne stroje možno ďalej rozdeliť do dvoch typov:
■Lôžkové frézy, v ktorých sa vreteno pohybuje rovnobežne so svojou vlastnou osou, zatiaľ čo stôl sa pohybuje kolmo na os vretena
■Revolverové frézy, v ktorých je vreteno nehybné a stôl sa pohybuje tak, aby bol počas rezania vždy kolmý a rovnobežný s osou vretena
V horizontálnom obrábacom centre je os vretena frézy zarovnaná v smere osi Y.Horizontálna konštrukcia znamená, že tieto mlyny majú tendenciu zaberať viac miesta na podlahe strojárskej dielne;sú tiež vo všeobecnosti ťažšie a výkonnejšie ako vertikálne stroje.
Horizontálna fréza sa často používa, keď sa vyžaduje lepšia povrchová úprava;je to preto, že orientácia vretena znamená, že rezné triesky prirodzene odpadávajú a sú ľahko odstránené.(Ako ďalšiu výhodu, efektívne odstraňovanie triesok pomáha predĺžiť životnosť nástroja.)
Vo všeobecnosti sú vertikálne obrábacie centrá rozšírenejšie, pretože môžu byť rovnako výkonné ako horizontálne obrábacie centrá a dokážu spracovať veľmi malé diely.Vertikálne centrá majú navyše menší pôdorys ako horizontálne obrábacie centrá.
Viacosové CNC frézy
Presné CNC frézovacie centrá sú k dispozícii s viacerými osami.3-osová fréza využíva osi X, Y a Z pre širokú škálu prác.So 4-osovou frézou sa môže stroj otáčať na zvislej a vodorovnej osi a posúvať obrobok, aby umožnil plynulejšie obrábanie.
5-osová fréza má tri tradičné osi a dve ďalšie rotačné osi, ktoré umožňujú otáčanie obrobku pri pohybe hlavy vretena okolo neho.To umožňuje obrábať päť strán obrobku bez vyberania obrobku a prestavovania stroja.
CNC sústruhy
Sústruh – tiež nazývaný sústružnícke centrum – má jedno alebo viac vretien a osi X a Z.Stroj sa používa na otáčanie obrobku okolo jeho osi na vykonávanie rôznych rezných a tvarovacích operácií, pričom sa na obrobok aplikuje široká škála nástrojov.
CNC sústruhy, ktoré sa tiež nazývajú sústruhy so živým pohybom, sú ideálne na vytváranie symetrických valcových alebo guľových častí.Podobne ako CNC frézy, aj CNC sústruhy dokážu zvládnuť menšie operácie, ako je prototypovanie, ale môžu byť tiež nastavené na vysokú opakovateľnosť a podporujú veľkoobjemovú výrobu.
CNC sústruhy môžu byť tiež nastavené na výrobu relatívne bez použitia rúk, vďaka čomu sú široko používané v automobilovom, elektronickom, leteckom, robotickom a medicínskom priemysle.
Ako funguje CNC sústruh
Pri CNC sústruhu sa do skľučovadla vretena sústruhu vloží prázdna tyč zásobného materiálu.Toto skľučovadlo drží obrobok na mieste, zatiaľ čo sa vreteno otáča.Keď vreteno dosiahne požadovanú rýchlosť, stacionárny rezný nástroj sa dostane do kontaktu s obrobkom, aby sa odstránil materiál a dosiahla sa správna geometria.
CNC sústruh môže vykonávať množstvo operácií, ako je vŕtanie, závitovanie, vyvrtávanie, vystružovanie, čelné sústruženie a sústruženie kužeľom.Rôzne operácie vyžadujú zmeny nástroja a môžu zvýšiť náklady a čas nastavenia.
Po dokončení všetkých požadovaných obrábacích operácií sa diel v prípade potreby odreže zo zásoby na ďalšie spracovanie.CNC sústruh je potom pripravený zopakovať operáciu, pričom medzitým je zvyčajne potrebný malý alebo žiadny dodatočný čas nastavenia.
CNC sústruhy môžu tiež obsahovať rôzne automatické podávače tyčí, ktoré znižujú množstvo ručnej manipulácie so surovinami a poskytujú výhody, ako napríklad:
■ Znížte čas a úsilie potrebné na obsluhu stroja
■ Podoprite tyč, aby ste znížili vibrácie, ktoré môžu negatívne ovplyvniť presnosť
■ Nechajte obrábací stroj pracovať pri optimálnych otáčkach vretena
■ Minimalizujte časy výmeny
■ Znížte plytvanie materiálom
Typy CNC sústruhov
Existuje množstvo rôznych typov sústruhov, ale najbežnejšie sú 2-osové CNC sústruhy a automatické sústruhy v čínskom štýle.
Väčšina sústruhov CNC China používa jedno alebo dve hlavné vretená plus jedno alebo dve zadné (alebo sekundárne) vretená, pričom za prvé je zodpovedný rotačný prenos.Hlavné vreteno vykonáva primárnu operáciu obrábania pomocou vodiaceho puzdra.
Okrem toho sú niektoré sústruhy v čínskom štýle vybavené druhou nástrojovou hlavou, ktorá funguje ako CNC fréza.
S CNC automatickým sústruhom v čínskom štýle je zásobný materiál privádzaný cez posuvné vreteno hlavy do vodiaceho puzdra.To umožňuje nástroju rezať materiál bližšie k bodu, kde je materiál podopretý, vďaka čomu je stroj China obzvlášť výhodný pre dlhé, štíhle sústružené diely a pre mikroobrábanie.
Viacosové CNC sústružnícke centrá a sústruhy v čínskom štýle môžu vykonávať viacero obrábacích operácií pomocou jedného stroja.To z nich robí cenovo výhodnú možnosť pre zložité geometrie, ktoré by si inak vyžadovali viacero strojov alebo výmeny nástrojov pomocou zariadení, ako je tradičná CNC fréza.