Прецизната машинска обработка е процес на отстранување на материјал од обработениот материјал за време на одржување на завршни обработки со тесна толеранција. Прецизната машина има многу видови, вклучувајќи глодање, стругање и машинска обработка со електрично празнење. Прецизната машина денес генерално се контролира со помош на компјутерски нумерички контроли (CNC).
Речиси сите метални производи користат прецизна обработка, како и многу други материјали како што се пластика и дрво. Овие машини ги ракуваат специјализирани и обучени машински работници. За алатот за сечење да ја заврши својата работа, тој мора да се движи во насоки наведени за да се направи правилното сечење. Ова примарно движење се нарекува „брзина на сечење“. Обработливиот дел може да се движи и, познато како секундарно движење на „довод“. Заедно, овие движења и острината на алатот за сечење овозможуваат прецизната машина да работи.
Квалитетната прецизна обработка бара способност за следење на екстремно специфични планови изработени со CAD (компјутерски потпомогнат дизајн) или CAM (компјутерски потпомогнато производство) програми како AutoCAD и TurboCAD. Софтверот може да помогне во производство на сложени, тродимензионални дијаграми или контури потребни за производство на алатка, машина или предмет. Овие планови мора да се почитуваат со голема прецизност за да се осигури дека производот го задржува својот интегритет. Иако повеќето компании за прецизна обработка работат со некоја форма на CAD/CAM програми, тие сепак често работат со рачно нацртани скици во почетните фази на дизајнот.
Прецизната обработка се користи на голем број материјали, вклучувајќи челик, бронза, графит, стакло и пластика, за да наведеме само неколку. Во зависност од големината на проектот и материјалите што ќе се користат, ќе се користат различни алатки за прецизна обработка. Може да се користи која било комбинација од стругови, фрезови, дупчалки, пили и брусилки, па дури и роботика со голема брзина. Аерокосмичката индустрија може да користи обработка со голема брзина, додека индустријата за производство на дрвени алатки може да користи фотохемиски процеси на гравирање и фрезирање. Изработката на серија, или одредена количина на кој било конкретен предмет, може да брои илјадници, или да биде само неколку. Прецизната обработка често бара програмирање на CNC уреди, што значи дека тие се компјутерски нумерички контролирани. CNC уредот овозможува следење на точни димензии во текот на целиот циклус на производот.
Глодањето е процес на обработка со употреба на ротациони секачи за отстранување материјал од обработениот дел со поместување (или внесување) на секачот во обработениот дел во одредена насока. Секачот може да се држи и под агол во однос на оската на алатот. Глодањето опфаќа широк спектар на различни операции и машини, на размери од мали поединечни делови до големи, тешки операции на групно глодање. Тоа е еден од најчесто користените процеси за обработка на прилагодени делови со прецизни толеранции.
Глодањето може да се врши со широк спектар на машински алатки. Оригиналната класа на машински алатки за глодање била машината за глодање (честопати наречена глодалка). По појавата на компјутерската нумеричка контрола (CNC), машините за глодање еволуирале во центри за обработка: машини за глодање збогатени со автоматски менувачи на алатки, магазини за алатки или вртелешки, CNC можности, системи за ладење и куќишта. Центрите за глодање генерално се класифицираат како вертикални центри за обработка (VMC) или хоризонтални центри за обработка (HMC).
Интеграцијата на глодањето во струговечките средини, и обратно, започна со работа со алати под напон за стругови и повремена употреба на глодалки за струговечки операции. Ова доведе до нова класа на машински алати, повеќезадачни машини (MTM), кои се наменски изградени за да го олеснат глодањето и стругањето во рамките на истата работна рамка.
За инженерите за дизајн, тимовите за истражување и развој и производителите кои зависат од снабдување со делови, прецизната CNC обработка овозможува создавање на сложени делови без дополнителна обработка. Всушност, прецизната CNC обработка често овозможува изработка на готовите делови на една машина.
Процесот на машинска обработка отстранува материјал и користи широк спектар на алатки за сечење за да се создаде конечниот, и честопати многу сложен, дизајн на делот. Нивото на прецизност се подобрува преку употреба на компјутерска нумеричка контрола (CNC), која се користи за автоматизирање на контролата на алатките за машинска обработка.
Улогата на „CNC“ во прецизната машинска обработка
Користејќи кодирани програмски инструкции, прецизната CNC обработка овозможува сечење и обликување на работното парче според спецификациите без рачна интервенција од страна на операторот на машината.
Користејќи модел на компјутерски потпомогнато дизајнирање (CAD) обезбеден од клиент, експерт за машинисти користи компјутерски потпомогнат софтвер за производство (CAM) за да ги креира упатствата за обработка на делот. Врз основа на CAD моделот, софтверот одредува кои патеки на алатот се потребни и генерира програмски код што ѝ кажува на машината:
■ Кои се точните вртежи во минута и стапки на полнење
■ Кога и каде да се помести алатот и/или работниот дел
■ Колку длабоко да се сече
■ Кога да се нанесе течноста за ладење со течност за ладење.
■ Сите други фактори поврзани со брзината, брзината на хранење и координацијата
Потоа, CNC контролерот го користи програмскиот код за контрола, автоматизирање и следење на движењата на машината.
Денес, CNC е вградена карактеристика на широк спектар на опрема, од стругови, глодалки и глодалки до жичена EDM (машинска обработка со електрично празнење), ласерски и машини за плазма сечење. Покрај автоматизирањето на процесот на обработка и зголемувањето на прецизноста, CNC ги елиминира рачните задачи и им дава слобода на машиновозачите да надгледуваат повеќе машини што работат истовремено.
Дополнително, откако ќе се дизајнира патеката на алатот и машината ќе се програмира, таа може да го користи делот без разлика кој број пати. Ова обезбедува високо ниво на прецизност и повторување, што пак го прави процесот многу исплатлив и скалабилен.
Материјали што се обработуваат машински
Некои метали што најчесто се обработуваат се алуминиум, месинг, бронза, бакар, челик, титаниум и цинк. Покрај тоа, може да се обработуваат и дрво, пена, фиберглас и пластика како што е полипропилен.
Всушност, речиси секој материјал може да се користи со прецизна CNC обработка - се разбира, во зависност од апликацијата и нејзините барања.
Некои предности на прецизната CNC обработка
За многу од малите делови и компоненти што се користат во широк спектар на произведени производи, прецизната CNC обработка е често методот на производство по избор.
Како што е случај со речиси сите методи на сечење и обработка, различните материјали се однесуваат различно, а големината и обликот на компонентата исто така имаат големо влијание врз процесот. Сепак, генерално, процесот на прецизна CNC обработка нуди предности во однос на другите методи на обработка.
Тоа е затоа што CNC обработката е способна да испорача:
■ Висок степен на сложеност на деловите
■ Толеранции на тесно, обично од ±0,0002" (±0,00508 mm) до ±0,0005" (±0,0127 mm)
■ Исклучително мазни површински завршни обработки, вклучувајќи и прилагодени завршни обработки
■ Повторливост, дури и при големи количини
Иако вешт машински работник може да користи рачен струг за да направи квалитетен дел во количини од 10 или 100, што се случува кога ви требаат 1.000 делови? 10.000 делови? 100.000 или милион делови?
Со прецизна CNC обработка, можете да ја добиете скалабилноста и брзината потребни за овој тип на производство со голем обем. Покрај тоа, високата повторување на прецизната CNC обработка ви дава делови кои се исти од почеток до крај, без разлика колку делови произведувате.
Постојат некои многу специјализирани методи на CNC обработка, вклучувајќи жичена EDM (машинска обработка со електрично празнење), адитивна обработка и 3D ласерско печатење. На пример, жичената EDM користи спроводливи материјали - обично метали - и електрични празнења за да го еродира работното парче во сложени форми.
Сепак, овде ќе се фокусираме на процесите на глодање и стружење — два субтрактивни методи кои се широко достапни и често се користат за прецизна CNC обработка.
Глодање наспроти стругање
Глодањето е процес на машинска обработка што користи ротирачка, цилиндрична алатка за сечење за отстранување материјал и создавање форми. Опремата за глодање, позната како глодалка или центар за обработка, постигнува универзум од сложени геометрии на делови на некои од најголемите предмети обработени од метал.
Важна карактеристика на глодањето е тоа што обработуваниот дел останува неподвижен додека алатката за сечење се врти. Со други зборови, на глодалка, ротирачката алатка за сечење се движи околу обработуваниот дел, кој останува фиксиран на место на подлога.
Стругањето е процес на сечење или обликување на обработлив дел на опрема наречена струг. Типично, стругот го врти обработениот дел по вертикална или хоризонтална оска, додека фиксна алатка за сечење (која може, но и не мора да се врти) се движи по програмираната оска.
Алатката не може физички да се движи околу делот. Материјалот ротира, дозволувајќи ѝ на алатката да ги извршува програмираните операции. (Постои подмножество стругови во кои алатките се вртат околу жица напојувана со калем, меѓутоа тоа не е опфатено овде.)
При стругање, за разлика од глодањето, обработуваниот дел се врти. Делот се врти на вретеното на стругот, а алатот за сечење е доведен во контакт со обработуваниот дел.
Рачна наспроти CNC обработка
Иако и мелниците и струговите се достапни во рачни модели, CNC машините се посоодветни за производство на мали делови - нудејќи скалабилност и повторување за апликации што бараат производство на голем обем на делови со тесна толеранција.
Покрај тоа што нудат едноставни машини со 2 оски во кои алатот се движи во X и Z оските, прецизната CNC опрема вклучува и модели со повеќе оски во кои може да се движи и обработуваниот дел. Ова е спротивно на струг каде што обработуваниот дел е ограничен на предење и алатите ќе се движат за да ја создадат посакуваната геометрија.
Овие конфигурации со повеќе оски овозможуваат производство на посложени геометрии во една операција, без да се бара дополнителна работа од страна на операторот на машината. Ова не само што го олеснува производството на сложени делови, туку и ја намалува или елиминира можноста за грешка на операторот.
Дополнително, употребата на течност за ладење под висок притисок со прецизна CNC обработка гарантира дека струготините нема да влезат во работата, дури и кога се користи машина со вертикално ориентирано вретено.
CNC глодалки
Различните машини за глодање се разликуваат по своите големини, конфигурации на оските, стапки на напојување, брзина на сечење, насока на напојување на глодањето и други карактеристики.
Сепак, генерално, сите CNC глодалки користат ротирачко вретено за сечење на непотребен материјал. Тие се користат за сечење тврди метали како што се челик и титаниум, но можат да се користат и со материјали како што се пластика и алуминиум.
CNC глодалките се изградени за повторување и можат да се користат за сè, од изработка на прототипови до производство во голем обем. Висококвалитетните прецизни CNC глодалки често се користат за работа со тесна толеранција, како што е глодање на фини калапи и калапи.
Иако CNC глодањето може да овозможи брз обрт, завршната обработка со глодање создава делови со видливи траги од алатки. Исто така, може да произведе делови со остри рабови и вдлабнатини, па затоа може да бидат потребни дополнителни процеси ако рабовите и вдлабнатините се неприфатливи за тие карактеристики.
Секако, алатките за отстранување на задебелувања програмирани во секвенцата ќе отстранат задебелувања, иако обично постигнуваат најмногу 90% од потребното завршено дело, оставајќи некои карактеристики за финална рачна завршна обработка.
Што се однесува до завршната обработка на површината, постојат алатки кои ќе произведат не само прифатлива завршна обработка на површината, туку и огледална завршница на делови од работниот производ.
Видови на CNC мелници
Двата основни типа на глодалки се познати како вертикални центри за обработка и хоризонтални центри за обработка, каде што примарната разлика е во ориентацијата на вретеното на машината.
Вертикален центар за обработка е глодалка во која оската на вретеното е порамнета во насока на Z-оската. Овие вертикални машини можат понатаму да се поделат на два вида:
■Мелечки со платформа, кај кои вретеното се движи паралелно со сопствената оска, додека масата се движи нормално на оската на вретеното
■Куловни мелници, кај кои вретеното е неподвижно, а масата е поместена така што секогаш е нормална и паралелна со оската на вретеното за време на операцијата на сечење
Во хоризонтален центар за обработка, оската на вретеното на мелницата е порамнета во насока на Y-оската. Хоризонталната структура значи дека овие мелници имаат тенденција да зафаќаат повеќе простор на подот на машинската работилница; тие се исто така генерално потешки по тежина и помоќни од вертикалните машини.
Хоризонталната глодалка често се користи кога е потребна подобра завршна обработка на површината; тоа е затоа што ориентацијата на вретеното значи дека струготините за сечење природно паѓаат и лесно се отстрануваат. (Како дополнителна придобивка, ефикасното отстранување на струготини помага да се продолжи животниот век на алатот.)
Генерално, вертикалните центри за обработка се позастапени бидејќи можат да бидат моќни како хоризонталните центри за обработка и можат да обработуваат многу мали делови. Покрај тоа, вертикалните центри имаат помала површина од хоризонталните центри за обработка.
Повеќеосни CNC глодалки
Прецизните CNC центри за глодање се достапни со повеќе оски. Глодалката со 3 оски ги користи оските X, Y и Z за широк спектар на работа. Со глодалката со 4 оски, машината може да ротира по вертикална и хоризонтална оска и да го движи работното парче за да овозможи поконтинуирана обработка.
Фезата со 5 оски има три традиционални оски и две дополнителни ротирачки оски, што овозможува обработениот дел да се ротира додека главата на вретеното се движи околу него. Ова овозможува обработка на пет страни од обработениот дел без отстранување на обработениот дел и ресетирање на машината.
CNC стругови
Стругот — исто така наречен центар за стругање — има едно или повеќе вретена и X и Z оски. Машината се користи за ротирање на обработениот дел околу неговата оска за извршување на разни операции на сечење и обликување, применувајќи широк спектар на алатки на обработениот дел.
CNC струговите, кои се нарекуваат и стругови со динамичко дејство, се идеални за креирање симетрични цилиндрични или сферични делови. Како и CNC глодалките, CNC струговите можат да се справат со помали операции како што е прототипирање, но исто така можат да се постават за висока повторување, поддржувајќи производство во голем обем.
CNC струговите можат да се постават и за производство со релативно слободни раце, што ги прави широко користени во автомобилската, електронската, воздухопловната, роботичката и медицинската индустрија.
Како работи CNC струг
Кај CNC струг, празна прачка од материјал се става во стегата на вретеното на стругот. Оваа стега го држи обработениот дел на место додека вретеното ротира. Кога вретеното ќе ја достигне потребната брзина, стационарна алатка за сечење се доведува во контакт со обработениот дел за да се отстрани материјалот и да се постигне точната геометрија.
CNC стругот може да извршува голем број операции, како што се дупчење, навојување, дупчење, развртување, обложување и конусно стружење. Различните операции бараат промена на алатките и можат да ги зголемат трошоците и времето на поставување.
Кога ќе се завршат сите потребни машински операции, делот се сече од магацинот за понатамошна обработка, доколку е потребно. CNC стругот потоа е подготвен да ја повтори операцијата, со малку или без дополнително време за поставување што обично е потребно помеѓу.
CNC струговите можат да примат и различни автоматски доводници на шипки, што го намалува количеството на рачно ракување со суровини и обезбедува предности како што се следниве:
■ Намалете го времето и напорот потребни за операторот на машината
■ Поддржете ја шипката за да ги намалите вибрациите што можат негативно да влијаат на прецизноста
■ Овозможете машинската алатка да работи со оптимални брзини на вретеното
■ Минимизирајте го времето на промена
■ Намалување на материјалниот отпад
Видови на CNC стругови
Постојат голем број различни видови стругови, но најчести се двооските CNC стругови и автоматските стругови во кинески стил.
Повеќето CNC стругови од Кина користат едно или две главни вретена плус едно или две задни (или секундарни) вретена, со ротационен пренос одговорен за првите. Главното вретено ја извршува примарната обработка, со помош на водилка.
Покрај тоа, некои стругови во кинески стил се опремени со втора глава на алат што работи како CNC мелница.
Со автоматски струг од типот на порцелан со CNC технологија, материјалот од порцеланот се внесува преку вретено со лизгачка глава во водилка. Ова ѝ овозможува на алатката да го сече материјалот поблиску до точката каде што е потпрен материјалот, што ја прави машината од порцелан особено корисна за долги, тенки стругани делови и за микрообработка.
Повеќеосните CNC стругови и струговите во кинески стил можат да извршат повеќекратни машински операции со користење на една машина. Ова ги прави економична опција за сложени геометрии кои инаку би барале повеќе машини или промени на алатки со користење на опрема како што е традиционалната CNC глодалка.