Natančna strojna obdelava je postopek odstranjevanja materiala iz obdelovanca med zadrževanjem tesnih toleranc. Natančni stroj ima veliko vrst, vključno z rezkanjem, struženjem in električno obdelavo. Današnji natančni stroj se običajno upravlja z računalniškimi numeričnimi krmilniki (CNC).
Skoraj vsi kovinski izdelki uporabljajo natančno obdelavo, tako kot mnogi drugi materiali, kot sta plastika in les. S temi stroji upravljajo specializirani in usposobljeni strojniki. Da bi rezalno orodje opravilo svoje delo, ga je treba premakniti v določenih smereh za pravilen rez. To primarno gibanje se imenuje "hitrost rezanja". Obdelovanec lahko tudi premikate, kar je znano kot sekundarno gibanje "krme". Ti premiki in ostrina rezalnega orodja skupaj omogočajo delovanje natančnega stroja.
Kakovostna natančna obdelava zahteva sposobnost sledenja zelo specifičnim načrtom programov CAD (računalniško podprto oblikovanje) ali CAM (računalniško podprta proizvodnja), kot sta AutoCAD in TurboCAD. Programska oprema lahko pomaga pri izdelavi zapletenih, tridimenzionalnih diagramov ali orisov, potrebnih za izdelavo orodja, stroja ali predmeta. Tem načrtom je treba slediti zelo podrobno, da se zagotovi ohranitev integritete izdelka. Medtem ko večina podjetij za natančno obdelavo dela z neko obliko programov CAD/CAM, v začetnih fazah oblikovanja še vedno pogosto delajo z ročno narisanimi skicami.
Natančna obdelava se uporablja za številne materiale, vključno z jeklom, bronom, grafitom, steklom in plastiko. Glede na velikost projekta in uporabljene materiale bodo uporabljena različna natančna orodja za obdelavo. Uporabite lahko katero koli kombinacijo stružnic, rezkalnih strojev, vrtalnih stiskalnic, žag in brusilnih strojev ter celo visokohitrostno robotiko. Letalska industrija lahko uporablja obdelavo z visoko hitrostjo, industrija lesarskih orodij pa fotokemično jedkanje in rezkanje. Odstranjevanje izleta ali določena količina določenega artikla je lahko v tisočih ali pa le nekaj. Natančna obdelava pogosto zahteva programiranje CNC naprav, kar pomeni, da so računalniško numerično krmiljene. CNC naprava omogoča natančno spremljanje dimenzij med proizvodnjo.
Rezkanje je postopek obdelave z uporabo rotacijskih rezalnikov za odstranjevanje materiala iz obdelovanca z napredovanjem (ali podajanjem) rezalnika v obdelovanec v določeni smeri. Rezalnik lahko držite tudi pod kotom glede na os orodja. Rezkanje pokriva široko paleto različnih operacij in strojev, na lestvicah od majhnih posameznih delov do velikih, težkih rezkalnih operacij tolpe. To je eden najpogosteje uporabljenih postopkov za obdelavo delov po meri do natančnih odstopanj.
Rezkanje je mogoče opraviti s široko paleto obdelovalnih strojev. Prvotni razred obdelovalnih strojev za rezkanje je bil rezkalni stroj (pogosto imenovan mlin). Po pojavu računalniškega numeričnega krmiljenja (CNC) so se rezkalni stroji razvili v obdelovalne centre: rezkalni stroji, razširjeni s samodejnimi menjalniki orodij, revije za orodje ali vrtiljaki, zmogljivost CNC, sistemi hladilne tekočine in ohišja. Rezkalni centri so na splošno razvrščeni kot navpični obdelovalni centri (VMC) ali horizontalni obdelovalni centri (HMC).
Vključevanje rezkanja v stružilna okolja in obratno se je začelo z orodjem za stružnice v živo in občasno uporabo mlinov za struženje. To je privedlo do novega razreda obdelovalnih strojev, večopravilnih strojev (MTM), ki so namensko izdelani za lažje rezkanje in struženje v istem delovnem ovoju.
Za inženirje oblikovanja, raziskovalno -razvojne skupine in proizvajalce, ki so odvisni od nabave delov, natančna obdelava s CNC -jem omogoča izdelavo kompleksnih delov brez dodatne obdelave. Pravzaprav natančna CNC obdelava pogosto omogoča izdelavo končnih delov na enem stroju.
Postopek obdelave odstrani material in uporablja široko paleto rezalnih orodij za ustvarjanje končne in pogosto zelo zapletene zasnove dela. Raven natančnosti se poveča z uporabo računalniškega numeričnega krmiljenja (CNC), ki se uporablja za avtomatizacijo krmiljenja obdelovalnih orodij.
Vloga "CNC" pri natančni obdelavi
Z uporabo kodiranih navodil za programiranje natančna CNC obdelava omogoča rezanje in oblikovanje obdelovanca po specifikacijah brez ročnega posredovanja upravljavca stroja.
Strokovnjak s pomočjo računalniško podprtega modela (CAD), ki ga zagotovi stranka, uporablja računalniško podprto proizvodno programsko opremo (CAM) za izdelavo navodil za obdelavo dela. Na podlagi modela CAD programska oprema določi, katere poti orodij so potrebne, in ustvari programsko kodo, ki napravi pove:
■ Kakšni so pravilni vrtljaji in hitrosti podajanja
■ Kdaj in kam premakniti orodje in/ali obdelovanec
■ Kako globoko rezati
■ Kdaj uporabiti hladilno tekočino
■ Vsi drugi dejavniki, povezani s hitrostjo, hitrostjo podajanja in usklajevanjem
CNC krmilnik nato uporabi programsko kodo za nadzor, avtomatizacijo in spremljanje premikov stroja.
Danes je CNC vgrajena funkcija široke palete opreme, od stružnic, mlinov in usmerjevalnikov do žičnih EDM (obdelava z električnim praznjenjem), laserskih in plazemskih rezalnih strojev. Poleg avtomatizacije obdelovalnega procesa in povečanja natančnosti CNC odpravlja ročne naloge in strojnikom omogoča, da nadzirajo več strojev, ki delujejo hkrati.
Poleg tega lahko po izdelavi poti orodja in programiranju stroja del požene poljubno število. To zagotavlja visoko raven natančnosti in ponovljivosti, zaradi česar je postopek zelo stroškovno učinkovit in prilagodljiv.
Materiali, ki so obdelani
Nekatere kovine, ki se običajno obdelujejo, so aluminij, medenina, bron, baker, jeklo, titan in cink. Poleg tega je mogoče obdelati tudi les, peno, steklena vlakna in plastiko, kot je polipropilen.
Pravzaprav je za natančno obdelavo s CNC -jem mogoče uporabiti skoraj vse materiale - seveda odvisno od uporabe in njenih zahtev.
Nekatere prednosti natančne CNC obdelave
Za številne majhne dele in komponente, ki se uporabljajo v široki paleti proizvedenih izdelkov, je natančna CNC obdelava pogosto izbrana metoda izdelave.
Tako kot pri skoraj vseh metodah rezanja in obdelave se različni materiali obnašajo različno, velikost in oblika sestavnega dela pa imata tudi velik vpliv na postopek. Na splošno pa postopek natančne CNC obdelave ponuja prednosti pred drugimi načini obdelave.
To je zato, ker CNC obdelava lahko prinese:
■ Visoka stopnja kompleksnosti delov
■ Tesna odstopanja, običajno od ± 0,0002 "(± 0,00508 mm) do ± 0,0005" (± 0,0127 mm)
■ Izjemno gladke površine, vključno z zaključki po meri
■ Ponovljivost tudi pri velikih količinah
Medtem ko lahko usposobljeni strojnik uporablja ročni stružnico za izdelavo kakovostnega dela v količinah 10 ali 100, kaj se zgodi, ko potrebujete 1.000 delov? 10.000 delov? 100.000 ali milijon delov?
Z natančno obdelavo s CNC-jem lahko dosežete prilagodljivost in hitrost, ki je potrebna za to vrsto obsežne proizvodnje. Poleg tega vam visoka ponovljivost natančne CNC obdelave omogoča dele, ki so od začetka do konca enaki, ne glede na to, koliko delov izdelujete.
Obstaja nekaj zelo specializiranih metod CNC obdelave, vključno z žico EDM (obdelava z električnim praznjenjem), aditivno obdelavo in 3D laserskim tiskanjem. Na primer, žični EDM uporablja prevodne materiale -običajno kovine -in električne razelektritve, da erodira obdelovanec v zapletene oblike.
Vendar se bomo tukaj osredotočili na procese rezkanja in struženja - dve odštevalni metodi, ki sta široko dostopni in se pogosto uporabljata za natančno CNC obdelavo.
Rezkanje proti struženju
Rezkanje je postopek obdelave, pri katerem se z vrtljivim valjastim rezalnim orodjem odstrani material in ustvarijo oblike. Rezkalna oprema, znana kot mlin ali obdelovalni center, ustvarja vesolje kompleksnih geometrij delov na nekaterih največjih predmetih, obdelanih iz kovine.
Pomembna značilnost rezkanja je, da ostane obdelovanec nepremičen, medtem ko se rezalno orodje vrti. Z drugimi besedami, na mlinu se vrtljivo rezalno orodje premika okoli obdelovanca, ki ostane pritrjen na svojem mestu.
Struženje je postopek rezanja ali oblikovanja obdelovanca na opremi, imenovani stružnica. Običajno stružnica vrti obdelovanec na navpični ali vodoravni osi, medtem ko se fiksno rezalno orodje (ki se lahko vrti ali pa tudi ne) premika vzdolž programirane osi.
Orodje fizično ne more obiti dela. Material se vrti, kar orodju omogoča izvajanje programiranih operacij. (Obstaja podskupina stružnic, v katerih se orodje vrti okoli žice, ki se napaja s tuljavko, vendar to tukaj ni zajeto.)
Pri obračanju se za razliko od rezkanja obdelovanec vrti. Delni del vklopi vreteno stružnice in rezalno orodje pride v stik z obdelovancem.
Ročna in CNC obdelava
Medtem ko so mlini in stružnice na voljo v ročnih modelih, so CNC stroji primernejši za namene izdelave majhnih delov - ponujajo razširljivost in ponovljivost za aplikacije, ki zahtevajo veliko količino proizvodnje delov z nizko toleranco.
Poleg preprostih dvoosnih strojev, v katerih se orodje premika po osi X in Z, natančna CNC oprema vključuje večosne modele, v katerih se lahko obdelovanec tudi premika. To je v nasprotju s stružnico, kjer je obdelovanec omejen na predenje in se orodja premaknejo, da ustvarijo želeno geometrijo.
Te večosne konfiguracije omogočajo izdelavo bolj zapletenih geometrij v eni sami operaciji, ne da bi to zahtevalo dodatno delo upravljavca stroja. To ne le olajša izdelavo kompleksnih delov, ampak tudi zmanjša ali odpravi možnost napake upravljavca.
Poleg tega uporaba visokotlačne hladilne tekočine z natančno CNC obdelavo zagotavlja, da sekanci ne pridejo v delo, tudi če uporabljate stroj z navpično usmerjenim vretenom.
CNC mlini
Različni rezkalni stroji se razlikujejo po velikosti, konfiguraciji osi, hitrosti podajanja, hitrosti rezanja, smeri podajanja rezkanja in drugih značilnostih.
Na splošno pa vsi CNC mlini uporabljajo vrtljivo vreteno za rezanje neželenega materiala. Uporabljajo se za rezanje trdih kovin, kot sta jeklo in titan, lahko pa tudi za materiale, kot sta plastika in aluminij.
CNC mlini so izdelani za ponovljivost in se lahko uporabljajo za vse, od izdelave prototipov do velike količine proizvodnje. Vrhunski natančni CNC mlini se pogosto uporabljajo za tesno tolerančno delo, kot so rezkanje finih matric in kalupov.
Medtem ko CNC rezkanje lahko prinese hiter preobrat, rezkanje z rezkanjem ustvari dele z vidnimi oznakami orodja. Lahko proizvaja tudi dele z ostrimi robovi in zarezami, zato bodo morda potrebni dodatni postopki, če so robovi in zarezi za te lastnosti nesprejemljivi.
Seveda bodo orodja za odstranjevanje madežev, programirana v zaporedju, odstranila odrgnine, čeprav običajno dosežejo največ 90% končne zahteve, nekatere lastnosti pa ostanejo za končno ročno dodelavo.
Kar zadeva površinsko obdelavo, obstajajo orodja, ki ne bodo dala le sprejemljive površine, ampak tudi zrcalno površino na delih delovnega izdelka.
Vrste CNC mlinov
Dve osnovni vrsti rezkalnih strojev sta znani kot navpični obdelovalni centri in vodoravni obdelovalni centri, kjer je primarna razlika v orientaciji vretena stroja.
Navpični obdelovalni center je mlin, pri katerem je os vretena poravnana v smeri osi Z. Te navpične stroje lahko nadalje razdelimo na dve vrsti:
■ Posteljni mlini, pri katerih se vreteno premika vzporedno s svojo osjo, miza pa pravokotno na os vretena
■ Revolverji, pri katerih vreteno miruje, miza pa se premika tako, da je med rezanjem vedno pravokotna in vzporedna z osjo vretena
V vodoravnem obdelovalnem središču je os vretena mlina poravnana v smeri osi Y. Vodoravna struktura pomeni, da ti mlini običajno zavzamejo več prostora na strojni delavnici; so tudi na splošno težji in močnejši od navpičnih strojev.
Vodoravni mlin se pogosto uporablja, kadar je potrebna boljša površinska obdelava; to je zato, ker orientacija vretena pomeni, da rezalni sekanci naravno odpadejo in jih je enostavno odstraniti. (Kot dodatna prednost učinkovito odstranjevanje odrezkov pomaga podaljšati življenjsko dobo orodja.)
Na splošno so navpični obdelovalni centri bolj razširjeni, ker so lahko tako močni kot horizontalni obdelovalni centri in lahko obdelujejo zelo majhne dele. Poleg tega imajo navpični centri manjši odtis kot vodoravni obdelovalni centri.
Večosni CNC mlini
Natančni CNC mlinski centri so na voljo z več osmi. 3-osni mlin uporablja osi X, Y in Z za najrazličnejša dela. S 4-osnim mlinom se stroj lahko vrti po navpični in vodoravni osi ter premika obdelovanec, kar omogoča bolj neprekinjeno obdelavo.
5-osni mlin ima tri tradicionalne osi in dve dodatni rotacijski osi, ki omogočata vrtenje obdelovanca, ko se glava vretena premika okoli njega. To omogoča obdelavo petih strani obdelovanca brez odstranitve obdelovanca in ponastavitve stroja.
CNC stružnice
Strug - imenovan tudi obračalno središče - ima eno ali več vretenov ter osi X in Z. Stroj se uporablja za vrtenje obdelovanca okoli svoje osi za izvajanje različnih operacij rezanja in oblikovanja, pri čemer se na obdelovanec uporablja široko paleto orodij.
CNC stružnice, ki jim pravimo tudi stružnice za orodje z živim delovanjem, so idealne za ustvarjanje simetričnih valjastih ali sferičnih delov. Tako kot CNC mlini lahko CNC stružnice opravljajo manjše operacije, kot je izdelava prototipov, lahko pa jih nastavimo tudi za visoko ponovljivost, kar podpira veliko količino proizvodnje.
CNC stružnice je mogoče nastaviti tudi za relativno prostoročno proizvodnjo, zaradi česar se pogosto uporabljajo v avtomobilski, elektronski, vesoljski, robotski in medicinski industriji.
Kako deluje CNC stružnica
S CNC stružnico se v glavo vretena stružnice naloži prazna palica zaloge materiala. Ta vpenjalna glava drži obdelovanec na mestu, medtem ko se vreteno vrti. Ko vreteno doseže zahtevano hitrost, se mirujoče rezalno orodje pripelje v stik z obdelovancem, da se odstrani material in doseže pravilna geometrija.
CNC stružnica lahko izvaja številne operacije, kot so vrtanje, rezanje navojev, vrtanje, razvijanje, sušenje in struženje. Različne operacije zahtevajo menjavo orodja in lahko povečajo stroške in čas nastavitve.
Ko so vse zahtevane strojne operacije končane, se del po potrebi izreže iz zaloge za nadaljnjo obdelavo. CNC stružnica je nato pripravljena za ponovitev operacije, pri čemer je običajno vmes potreben malo ali nič dodatnega časa nastavitve.
CNC stružnice lahko sprejmejo tudi različne avtomatske podajalnike drogov, ki zmanjšujejo količino ročnega ravnanja s surovinami in zagotavljajo naslednje prednosti:
■ Zmanjšajte čas in trud upravljavca stroja
■ Podprite barstock za zmanjšanje vibracij, ki lahko negativno vplivajo na natančnost
■ Orodju omogočite, da deluje pri optimalnih vrtljajih vretena
■ Zmanjšajte čas menjave
■ Zmanjšajte materialne odpadke
Vrste stružnic CNC
Obstaja več različnih vrst stružnic, najpogostejše pa so 2-osni CNC stružnice in avtomatske stružnice v kitajskem slogu.
Večina CNC stružnic na Kitajskem uporablja eno ali dve glavni vreteni ter eno ali dve hrbtni (ali sekundarni) vreteni, pri čemer je za prvo odgovorno rotacijsko prenašanje. Glavno vreteno izvaja primarno obdelavo s pomočjo vodilne puše.
Poleg tega so nekatere stružnice v kitajskem slogu opremljene z drugo glavo orodja, ki deluje kot CNC mlin.
S CNC avtomatskim stružnico v kitajskem slogu se zalogovni material dovaja skozi vreteno z drsno glavo v vodilo. To orodju omogoča, da material razreže bližje mestu, kjer je material podprt, zato je kitajski stroj še posebej koristen za dolge, vitke stružene dele in za mikroobdelovanje.
Večosni CNC stružnični centri in stružnice v kitajskem slogu lahko izvedejo več obdelovalnih operacij z enim samim strojem. Zaradi tega so stroškovno učinkovita možnost za zapletene geometrije, ki bi sicer zahtevale več sprememb strojev ali orodja z uporabo opreme, kot je tradicionalni CNC mlin.