Presné obrábanie je proces na odstránenie materiálu z obrobku počas držania dokončení blízkej tolerancie. Precízny stroj má mnoho typov vrátane frézovania, otáčania a obrábania elektrického výboja. Presný stroj sa dnes všeobecne riadi pomocou počítačových číselných ovládacích prvkov (CNC).
Takmer všetky kovové výrobky používajú presné obrábanie, rovnako ako mnoho iných materiálov, ako sú plast a drevo. Tieto stroje sú prevádzkované špecializovanými a vyškolenými strojmi. Aby bol nástroj na rezanie, musí sa presunúť v pokynoch určených, aby sa dosiahol správny rez. Tento primárny pohyb sa nazýva „rezanie rýchlosti“. Obrobok sa môže presunúť, známy ako sekundárny pohyb „krmiva“. Tieto pohyby a ostrosť nástroja na rezanie umožňujú prevádzke presného stroja.
Presné obrábanie kvality si vyžaduje schopnosť sledovať mimoriadne špecifické plány, ktoré vytvorili programy CAD (počítač podporované) alebo CAM (počítačová výroba), ako sú AutoCAD a Turbocad. Softvér môže pomôcť vytvoriť zložité, trojrozmerné diagramy alebo obrysy potrebné na výrobu nástroja, stroja alebo objektu. Tieto plány sa musia dodržiavať s veľkým detailom, aby sa zabezpečilo, že produkt si zachováva jeho integritu. Zatiaľ čo väčšina precíznych obrábaní spoločností pracuje s niektorými formami programov CAD/CAM, stále často pracujú s ručne nakreslenými náčrtmi v počiatočných fázach dizajnu.
Presné obrábanie sa používa na mnohých materiáloch vrátane ocele, bronzu, grafitu, skla a plastov. V závislosti od veľkosti projektu a materiálov, ktoré sa majú použiť, sa použijú rôzne nástroje pre presné obrábanie. Môže sa použiť akákoľvek kombinácia sústruhov, frézovacích strojov, vŕtacích lisov, píl a mlyncov a dokonca aj vysokorýchlostných robotík. Letecký priemysel môže používať obrábanie s vysokou rýchlosťou, zatiaľ čo priemysel výroby dreva môže používať foto-chemické leptanie a mletie procesy. Krmivo z behu alebo špecifické množstvo akejkoľvek konkrétnej položky sa môže počítať v tisícoch alebo len pár. Presné obrábanie si často vyžaduje programovanie CNC zariadení, čo znamená, že sú počítačovo číselne ovládané. Zariadenie CNC umožňuje sledovanie presných rozmerov počas spustenia produktu.
Frézovanie je proces obrábania použitia rotačných nožov na odstránenie materiálu z obrobku postupom (alebo kŕmením) rezača do obrobku v určitom smere. Rezačka môže byť tiež držaná pod uhlom vzhľadom na os nástroju. Frézovanie pokrýva širokú škálu rôznych operácií a strojov na stupniciach od malých jednotlivých častí po veľké, vysokohorské gangové mletie. Je to jeden z najbežnejšie používaných procesov na obrábanie vlastných častí na presné tolerancie.
Frézovanie je možné vykonať so širokou škálou strojových strojov. Pôvodnou triedou obrábacích strojov na frézovanie bol frézovací stroj (často nazývaný mlyn). Po príchode počítačovej numerickej kontroly (CNC) sa frézovacie stroje vyvinuli na obrábkové centrá: frézovacie stroje rozšírené automatickými meničmi nástrojov, časopismi alebo karuselom, schopnosťou CNC, chladiacimi systémami a krytmi. Frézovacie strediská sa vo všeobecnosti klasifikujú ako vertikálne obrábacie centrá (VMC) alebo horizontálne obrábkové centrá (HMC).
Integrácia mletia do otáčania prostredí a naopak, začala živým nástrojom pre sústruhy a občasným využívaním mlynov na otáčanie operácií. To viedlo k novej triede obrábacích strojov, multitaskingových strojov (MTM), ktoré sú účelové na uľahčenie mletia a otáčania v rámci tej istej pracovnej obálky.
Pre dizajnérových inžinierov, tímov výskumu a vývoja a výrobcov, ktorí závisia od získavania prvkov, presné obrábanie CNC umožňuje vytváranie zložitých častí bez ďalšieho spracovania. Presné obrábanie CNC v skutočnosti často umožňuje výrobu hotových častí na jednom stroji.
Proces obrábania odstraňuje materiál a používa širokú škálu rezných nástrojov na vytvorenie konečného a často veľmi zložitého návrhu časti. Úroveň presnosti je vylepšená použitím počítačového numerického riadenia (CNC), ktorý sa používa na automatizáciu riadenia obrábiacich nástrojov.
Úloha „CNC“ pri presnom obrábaní
Pomocou kódovaných programovacích pokynov umožňuje presné obrábanie CNC narezanie a tvarovanie obrobku bez manuálneho zásahu operátorom stroja.
Odborný stroj, ktorý vezme model podporovaného počítačového dizajnu (CAD), ktorý poskytuje zákazník, používa na vytvorenie pokynov na obrábanie tejto časti softvér na výrobu počítača (CAM). Na základe modelu CAD softvér určuje, aké cesty nástrojov sú potrebné, a generuje programovací kód, ktorý hovorí stroja:
■ Aké sú správne RPM a sadzby posuvu
■ Kedy a kde presunúť nástroj a/alebo obrobok
■ Ako hlboko k rezaniu
■ Kedy aplikovať chladivo
■ Akékoľvek ďalšie faktory týkajúce sa rýchlosti, rýchlosti posuvu a koordinácie
Ovládač CNC potom používa programovací kód na riadenie, automatizáciu a monitorovanie pohybov stroja.
Dnes je CNC vstavanou vlastnosťou širokej škály zariadení, od sústruhov, mlynov a smerovačov po drôtené EDM (obrábanie elektrického výboja), laser a stroje na rezanie plazmy. Okrem automatizácie procesu obrábania a vylepšenia presnosti, CNC eliminuje manuálne úlohy a oslobodzuje strojov, aby dohliadali na viacero strojov, ktoré bežali súčasne.
Okrem toho, keď je navrhnutá cesta nástroja a je naprogramovaný stroj, môže spustiť časť ľubovoľne niekoľkokrát. Poskytuje to vysokú úroveň presnosti a opakovateľnosti, vďaka ktorej je tento proces vysoko nákladovo efektívny a škálovateľný.
Materiály, ktoré sú opracované
Niektoré kovy, ktoré sú bežne opracované, zahŕňajú hliník, mosadz, bronz, meď, oceľ, titán a zinok. Okrem toho je možné opracovať aj drevo, pena, laminát a plasty, ako je polypropylén.
V skutočnosti je možné použiť takmer akýkoľvek materiál s presným obrábaním CNC - samozrejme, v závislosti od aplikácie a jeho požiadaviek.
Niektoré výhody presného obrábania CNC
Pre mnohé z malých častí a komponentov, ktoré sa používajú v širokej škále vyrobených výrobkov, je presné obrábanie CNC často výrobným spôsobom výberu.
Ako platí pre prakticky všetky metódy rezania a obrábania, rôzne materiály sa správajú inak a veľkosť a tvar komponentu majú tiež veľký vplyv na tento proces. Vo všeobecnosti však proces presného obrábania CNC ponúka výhody oproti iným metódam obrábania.
Je to preto, že obrábanie CNC je schopné dodať:
■ Vysoký stupeň komplexnosti dielov
■ tesné tolerancie, zvyčajne v rozsahu od ± 0,0002 "(± 0,00508 mm) do ± 0,0005" (± 0,0127 mm)
■ Výnimočne hladké povrchové povrchové úpravy vrátane vlastných povrchových úprav
■ Opakovateľnosť, dokonca aj pri vysokých objemoch
Zatiaľ čo kvalifikovaný strojník môže použiť manuálny sústruh na vytvorenie kvalitnej súčasti v množstve 10 alebo 100, čo sa stane, keď potrebujete 1 000 dielov? 10 000 dielov? 100 000 alebo milión dielov?
Vďaka presnému obrábaniu CNC môžete získať škálovateľnosť a rýchlosť potrebnú pre tento typ výroby s veľkým objemom. Okrem toho vám vysoká opakovateľnosť presného obrábania CNC vám dáva časti, ktoré sú rovnaké od začiatku do konca, bez ohľadu na to, koľko častí vyrábate.
Existuje niekoľko veľmi špecializovaných spôsobov obrábania CNC, vrátane drôtov EDM (obrábanie elektrického výboja), aditívne obrábanie a 3D laserovú tlač. Napríklad drôt EDM používa vodivé materiály -zvyčajne kovy -a elektrické výboje na narušenie obrobku do zložitých tvarov.
Tu sa však zameriame na procesy frézovania a otáčania - dve subtraktívne metódy, ktoré sú široko dostupné a často používané na presné obrábanie CNC.
Frézovanie verzus otáčanie
Frézovanie je proces obrábania, ktorý na odstránenie materiálu a vytváranie tvarov používa rotujúci, valcový rezací nástroj. Frézovacie vybavenie, známe ako mlyn alebo obrábacie centrum, dosahuje vesmír zložitých geometrií časti na niektorých z najväčších predmetov opracovaných kovov.
Dôležitou charakteristikou frézovania je to, že obrobok zostáva stacionárny, zatiaľ čo nástroj na strihanie sa roztočí. Inými slovami, v mlyne sa rotujúca rezanie nástroja pohybuje okolo obrobku, ktorý zostáva pripevnený na mieste na posteli.
Otáčanie je proces rezania alebo formovania obrobku na vybavenie nazývané sústruh. Strúhne sa zvyčajne točí obrobok na zvislej alebo horizontálnej osi, zatiaľ čo pevný nástroj na rezanie (ktorý sa môže alebo nemusí otáčať) sa pohybuje pozdĺž naprogramovanej osi.
Nástroj nemôže fyzicky obísť časť. Materiál sa otáča a umožňuje nástroju vykonávať naprogramované operácie. (Existuje podskupina sústruhov, v ktorých sa nástroje točia okolo drôtu s kŕmením cievky, ktorá tu však nie je zakrytá.)
Pri otáčaní sa na rozdiel od mletia točí obrobok. Zásoba časť zapína vreteno sústruhu a nástroj na rezanie je privedený do kontaktu s obrobkom.
Manuál vs. obrábanie CNC
Zatiaľ čo mlyny aj sústruhy sú dostupné v manuálnych modeloch, stroje CNC sú vhodnejšie na účely výroby malých dielov - ponúka škálovateľnosť a opakovateľnosť pre aplikácie vyžadujúce vysokohorskú výrobu prísnych častí tolerancie.
Okrem ponúkania jednoduchých 2-osových strojov, v ktorých sa nástroj pohybuje v osi X a Z, presné vybavenie CNC obsahujú viacxové modely, v ktorých sa obrobok môže tiež pohybovať. Je to v rozpore s sústruhom, kde je obrobok obmedzený na točenie a nástroje sa presunú, aby vytvorili požadovanú geometriu.
Tieto konfigurácie viacerých osôb umožňujú výrobu zložitejších geometrií v jednej operácii bez toho, aby si vyžadovali ďalšiu prácu operátora stroja. To nielen uľahčuje výrobu zložitých častí, ale tiež znižuje alebo eliminuje pravdepodobnosť chyby operátora.
Okrem toho použitie vysokotlakovej chladiacej kvapaliny s presným obrábaním CNC zaisťuje, že čipy sa nedostanú do diel, a to aj pri využívaní stroja so vertikálne orientovaným vretenom.
CNC mlyny
Rôzne frézovacie stroje sa líšia v ich veľkostiach, konfiguráciách osi, rýchlostiach posuvu, rýchlosťou rezania, smerom frézovacieho krmiva a ďalšími charakteristikami.
Vo všeobecnosti však všetky mlyny CNC využívajú rotujúce vreteno na odrezanie nežiaduceho materiálu. Používajú sa na rezanie tvrdých kovov, ako je oceľ a titán, ale môžu sa používať aj s materiálmi, ako sú plast a hliník.
CNC mlyny sú vyrobené pre opakovateľnosť a môžu sa použiť pre všetko od prototypovania po vysokej výroby. Špičkové presné CNC mlyny sa často používajú na prácu v tolerancii, ako je frézovanie jemných matríc a foriem.
Zatiaľ čo frézovanie CNC dokáže poskytnúť rýchly obrat, dokončenie, ktoré je zamietnuté, vytvára diely s viditeľnými značkami nástrojov. Môže tiež vyrábať diely s ostrými hranami a prasknutiami, takže ak sú hrany a prasknutia pre tieto vlastnosti neprijateľné, môžu sa vyžadovať ďalšie procesy.
Samozrejme, deburingové nástroje naprogramované do sekvencie sa budú deburovať, hoci zvyčajne dosiahne najviac 90% dokončenej požiadavky, takže niektoré funkcie zostanú na konečnom dokončení rúk.
Pokiaľ ide o povrchovú úpravu, existujú nástroje, ktoré budú produkovať nielen prijateľnú povrchovú úpravu, ale aj zrkadlovú povrchovú úpravu na častiach pracovného produktu.
Typy CNC mlynov
Dva základné typy frézovacích strojov sú známe ako vertikálne obrábkové centrá a horizontálne obrábkové centrá, kde primárny rozdiel je v orientácii vretena stroja.
Vertikálne obrábanie je mlyn, v ktorom je os vretena zarovnaná v smere osi z. Tieto vertikálne stroje možno ďalej rozdeliť na dva typy:
■ Posteľné mlyny, v ktorých sa vreteno pohybuje rovnobežne s vlastnou osou, zatiaľ čo stôl sa pohybuje kolmo na os vretena
■ Veže, v ktorých je vreteno stojace a stôl sa pohybuje tak, že je vždy kolmý a rovnobežné s osou vretena počas reznej operácie
V horizontálnom obrábaní je os vretena mlyna zarovnaná v smere osi y. Horizontálna konštrukcia znamená, že tieto mlyny majú tendenciu zaberať viac priestoru na podlahe strojového obchodu; Všeobecne majú ťažšiu hmotnosť a sú silnejšie ako vertikálne stroje.
Horizontálny mlyn sa často používa, keď je potrebný lepší povrchový povrch; Je to preto, že orientácia vretena znamená, že rezné čipy prirodzene spadnú a ľahko sa odstránia. (Ako ďalšia výhoda, efektívne odstraňovanie čipov pomáha zvyšovať životnosť nástroja.)
Všeobecne platí, že vertikálne obrábkové strediská sú častejšie, pretože môžu byť také silné ako vodorovné obrábkové centrá a dokážu zvládnuť veľmi malé časti. Vertikálne centrá majú okrem toho menšiu stopu ako horizontálne obrábkové centrá.
Mullixové CNC mlyny
Presné strediská CNC mlyna sú k dispozícii s viacerými osami. 3-osový mlyn využíva sekery X, Y a Z pre širokú škálu práce. So 4-osovým mlynom sa stroj môže otáčať na zvislej a vodorovnej osi a pohybovať obrobkom, aby sa umožnilo nepretržitejšie obrábanie.
5-osový mlyn má tri tradičné osi a dve ďalšie otočné osi, čo umožňuje otáčanie obrobku, keď sa okolo neho pohybuje hlava vretena. To umožňuje opracovať päť strán obrobku bez odstránenia obrobku a resetovania stroja.
CNC sústruhy
Strúchne - tiež nazývané sústruženie - má jednu alebo viac vretená a x a z osi. Stroj sa používa na otáčanie obrobku na jeho osi na vykonávanie rôznych operácií rezania a tvarovania a na obrobku aplikuje širokú škálu nástrojov.
CNC sústruhy, ktoré sa tiež nazývajú sústruhové sústružené náradie, sú ideálne na vytváranie symetrických valcových alebo sférických častí. Rovnako ako CNC Mills, aj CNC sústruhy zvládajú menšie operácie, ako je napríklad prototypovanie, ale môžu byť nastavené aj pre vysokú opakovateľnosť, čo podporuje výrobu vysokej objemu.
CNC sústruhy môžu byť tiež nastavené na výrobu relatívne bez použitia rúk, vďaka čomu sú široko používané v priemysle automobilov, elektroniky, letectva, robotiky a zdravotníckych zariadení.
Ako funguje sústruh CNC
S sústruhom CNC sa do skľučenia vretena sústruhu nakladá slepá tyč zásobného materiálu. Tento Chuck drží obrobok na svojom mieste, zatiaľ čo vreteno sa otáča. Keď vreteno dosiahne požadovanú rýchlosť, stacionárny rezací nástroj sa dostane do kontaktu s obrobkom, aby sa odstránil materiál a dosiahol správnu geometriu.
CNC sústruh môže vykonávať množstvo operácií, ako je vŕtanie, závit, nuda, vystrýchanie, smerovanie a zúženie otáčania. Rôzne operácie vyžadujú zmeny nástroja a môžu zvýšiť čas a čas nastavenia.
Po dokončení všetkých požadovaných obrábaných operácií sa časť v prípade potreby zníži zo zásoby na ďalšie spracovanie. CNC sústruh je potom pripravený na opakovanie operácie, pričom medzi nimi je zvyčajne potrebný malý čas nastavenia.
CNC sústruhy môžu tiež umiestniť rôzne automatické podávače, ktoré znižujú množstvo manuálnej manipulácie s surovinami a poskytujú výhody, ako napríklad nasledujúce:
■ Znížte čas a úsilie požadované od prevádzkovateľa stroja
■ Podporte čiarku na zníženie vibrácií, ktoré môžu negatívne ovplyvniť presnosť
■ Umožnite strojnému stroju pracovať pri optimálnych rýchlostiach vretena
■ Minimalizujte časy vymenenia
■ Znížte odpad z materiálu
Typy sústruhov CNC
Existuje niekoľko rôznych druhov sústruhov, ale najbežnejšími sú 2-osové CNC sústruhy a automatické sústruhy v Číne.
Väčšina sústruhov CNC v Číne používa jedno alebo dve hlavné vretená plus jedno alebo dve zadné (alebo sekundárne) vretená, pričom za prvý prenos rotačným prenosom je zodpovedný za prvý. Hlavné vreteno vykonáva primárnu obrábanie operácie pomocou vodiaceho puzdra.
Okrem toho sú niektoré sústruhy v Číne vybavené druhou hlavou nástroja, ktorá funguje ako mlyn CNC.
S automatickým sústrom CNC v Číne je zásobný materiál privádzaný posuvným vretenom hlavy do vodiaceho puzdra. To umožňuje nástroju, aby sa materiál retrial bližšie k bodu, v ktorom je materiál podporovaný, vďaka čomu je čínsky stroj obzvlášť prospešný pre dlhé, štíhle otočené časti a pre mikromechinovanie.
Viacosové CNC sústružené strediská a sústruhy v Číne môžu pomocou jedného stroja vykonať viacnásobné obrábanie. Vďaka tomu je nákladovo efektívna možnosť pre zložité geometrie, ktoré by inak vyžadovali viac strojov alebo zmien nástroja pomocou vybavenia, ako je napríklad tradičný CNC mlyn.