Natančna obdelava je postopek odstranjevanja materiala z obdelovanca med držanjem zaključkov s toleranco.Natančni stroj ima veliko vrst, vključno z rezkanjem, struženjem in obdelavo z električnim praznjenjem.Današnji natančni stroj se običajno krmili z uporabo računalniških numeričnih krmilnikov (CNC).
Skoraj vsi kovinski izdelki uporabljajo natančno strojno obdelavo, tako kot številni drugi materiali, kot sta plastika in les.Te stroje upravljajo specializirani in usposobljeni strojniki.Da bi rezalno orodje opravilo svoje delo, ga je treba premikati v smeri, ki so določene za pravilen rez.To primarno gibanje se imenuje "rezalna hitrost".Obdelovanec je mogoče tudi premikati, kar je znano kot sekundarno gibanje "pomikanja".Ti gibi in ostrina rezalnega orodja skupaj omogočajo delovanje natančnega stroja.
Kakovostna natančna obdelava zahteva sposobnost sledenja izredno specifičnim načrtom, izdelanim s programi CAD (računalniško podprto načrtovanje) ali CAM (računalniško podprta proizvodnja), kot sta AutoCAD in TurboCAD.Programska oprema lahko pomaga izdelati zapletene tridimenzionalne diagrame ali obrise, potrebne za izdelavo orodja, stroja ali predmeta.Te načrte je treba upoštevati zelo natančno, da zagotovimo, da izdelek ohrani svojo celovitost.Medtem ko večina podjetij za natančno obdelavo dela z neko obliko programov CAD/CAM, še vedno pogosto delajo z ročno narisanimi skicami v začetnih fazah načrtovanja.
Natančna strojna obdelava se uporablja na številnih materialih, vključno z jeklom, bronom, grafitom, steklom in plastiko, če naštejemo le nekatere.Odvisno od velikosti projekta in uporabljenih materialov bodo uporabljena različna precizna obdelovalna orodja.Uporabi se lahko katera koli kombinacija stružnic, rezkalnikov, vrtalnih strojev, žag in brusilnikov ter celo hitra robotika.Letalska industrija lahko uporablja strojno obdelavo z visoko hitrostjo, medtem ko lahko industrija za izdelavo orodij za les uporablja postopke fotokemičnega jedkanja in rezkanja.Izdelava serije ali določena količina katerega koli posameznega artikla se lahko šteje na tisoče ali le nekaj.Natančna obdelava pogosto zahteva programiranje CNC naprav, kar pomeni, da so računalniško numerično krmiljene.CNC naprava omogoča sledenje natančnim dimenzijam skozi celotno izvedbo izdelka.
Rezkanje je postopek obdelave z uporabo rotacijskih rezalnikov za odstranjevanje materiala z obdelovanca s premikanjem (ali podajanjem) rezkarja v obdelovanec v določeni smeri.Rezalnik lahko držite tudi pod kotom glede na os orodja.Rezkanje zajema široko paleto različnih operacij in strojev, v obsegu od majhnih posameznih delov do velikih, težkih skupinskih rezkalnih operacij.Je eden najpogosteje uporabljenih postopkov za obdelavo delov po meri do natančnih toleranc.
Rezkanje se lahko izvaja 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 so bili nadgrajeni s samodejnimi menjalniki orodij, zalogovniki orodij ali vrtiljaki, zmogljivostjo CNC, hladilnimi sistemi in ohišji.Rezkalni centri so na splošno razvrščeni kot vertikalni obdelovalni centri (VMC) ali horizontalni obdelovalni centri (HMC).
Integracija rezkanja v okolja struženja in obratno se je začela z aktivnim orodjem za stružnice in občasno uporabo rezkarjev za operacije struženja.To je vodilo do novega razreda strojnih orodij, večopravilnih strojev (MTM), ki so namensko izdelani za olajšanje rezkanja in struženja v istem delovnem obsegu.
Za oblikovalske inženirje, skupine za raziskave in razvoj ter proizvajalce, ki so odvisni od nabave delov, omogoča natančna CNC obdelava ustvarjanje kompleksnih delov brez dodatne obdelave.Pravzaprav natančna CNC obdelava pogosto omogoča izdelavo končnih delov na enem samem stroju.
Postopek strojne obdelave odstrani material in uporabi široko paleto rezalnih orodij za ustvarjanje končne in pogosto zelo zapletene zasnove dela.Raven natančnosti je povečana z uporabo računalniškega numeričnega krmiljenja (CNC), ki se uporablja za avtomatsko krmiljenje obdelovalnih orodij.
Vloga "CNC" pri precizni obdelavi
Natančna CNC obdelava z uporabo kodiranih navodil za programiranje omogoča rezanje in oblikovanje obdelovanca po specifikacijah brez ročnega posredovanja operaterja stroja.
Izkušeni strojnik vzame model računalniško podprtega načrtovanja (CAD), ki ga zagotovi stranka, in uporabi programsko opremo za računalniško podprto proizvodnjo (CAM), da ustvari navodila za obdelavo dela.Na podlagi modela CAD programska oprema določi, katere poti orodja so potrebne, in ustvari programsko kodo, ki pove stroju:
■ Kateri 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 koordinacijo
Krmilnik CNC nato uporablja programsko kodo za nadzor, avtomatizacijo in spremljanje premikov stroja.
Danes je CNC vgrajena značilnost širokega nabora opreme, od stružnic, mlinov in rezkalnikov do žične EDM (obdelava z električnim praznjenjem), laserskih in plazemskih rezalnih strojev.Poleg avtomatizacije obdelovalnega procesa in povečanja natančnosti CNC odpravlja ročna opravila in strojnikom omogoča nadzor nad več stroji, ki delujejo hkrati.
Poleg tega, ko je pot orodja zasnovana in stroj programiran, lahko zažene del poljubno število krat.To zagotavlja visoko stopnjo natančnosti in ponovljivosti, zaradi česar je postopek stroškovno zelo učinkovit in razširljiv.
Materiali, ki so strojno obdelani
Nekatere kovine, ki se običajno obdelujejo, so aluminij, medenina, bron, baker, jeklo, titan in cink.Poleg tega je mogoče strojno obdelati les, peno, steklena vlakna in plastiko, kot je polipropilen.
Pravzaprav je skoraj vsak material mogoče uporabiti pri natančni CNC obdelavi — seveda odvisno od aplikacije in njenih zahtev.
Nekatere prednosti natančne CNC obdelave
Za številne majhne dele in komponente, ki se uporabljajo v številnih proizvedenih izdelkih, je natančna CNC obdelava pogosto izbrana metoda izdelave.
Kot velja za skoraj vse metode rezanja in obdelave, se različni materiali obnašajo različno, velikost in oblika komponente pa prav tako močno vplivata na proces.Vendar ima na splošno postopek natančne CNC obdelave prednosti pred drugimi metodami obdelave.
To je zato, ker je CNC obdelava sposobna zagotoviti:
■ Visoka stopnja kompleksnosti delov
■ Ozke tolerance, običajno v razponu od ±0,0002" (±0,00508 mm) do ±0,0005" (±0,0127 mm)
■ Izjemno gladke površine, vključno z zaključki po meri
■ Ponovljivost, tudi pri velikih glasnostih
Medtem ko lahko izkušen strojnik z ročno stružnico izdela kakovosten del v količinah 10 ali 100, kaj se zgodi, ko potrebujete 1000 delov?10.000 delov?100.000 ali milijon delov?
Z natančno CNC obdelavo lahko dobite razširljivost in hitrost, ki sta potrebni za to vrsto proizvodnje velikih količin.Poleg tega vam visoka ponovljivost natančne CNC obdelave daje dele, ki so vsi enaki od začetka do konca, ne glede na to, koliko delov izdelujete.
Obstaja nekaj zelo specializiranih metod CNC obdelave, vključno z žično EDM (obdelavo z električnim praznjenjem), aditivno obdelavo in 3D laserskim tiskanjem.Žična elektroerozija na primer uporablja prevodne materiale — običajno kovine — in električne razelektritve, da razjede obdelovanec v zapletene oblike.
Vendar se bomo tukaj osredotočili na postopke rezkanja in struženja – dve subtraktivni metodi, ki sta široko dostopni in se pogosto uporabljata za natančno CNC obdelavo.
Rezkanje proti struženju
Rezkanje je postopek obdelave, ki uporablja vrteče se cilindrično rezalno orodje za odstranjevanje materiala in ustvarjanje oblik.Oprema za rezkanje, znana kot mlin ali obdelovalni center, doseže vesolje zapletenih geometrij delov na nekaterih največjih kovinskih predmetih.
Pomembna značilnost rezkanja je, da obdelovanec miruje, medtem ko se rezalno orodje vrti.Z drugimi besedami, na mlinu se vrteče se rezalno orodje premika okoli obdelovanca, ki ostane pritrjen na postelji.
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 podmnožica stružnic, pri katerih se orodja vrtijo okoli žice, ki se podaja na kolut, vendar to tukaj ni zajeto.)
Pri struženju se za razliko od rezkanja obdelovanec vrti.Zaloga delov se obrne na vreteno stružnice in rezalno orodje pride v stik z obdelovancem.
Ročna in CNC obdelava
Medtem ko so tako mlini kot stružnice na voljo v ročnih modelih, so CNC-stroji primernejši za namene izdelave majhnih delov – ponujajo razširljivost in ponovljivost za aplikacije, ki zahtevajo velikoserijsko proizvodnjo delov z nizko toleranco.
Poleg ponudbe enostavnih 2-osnih strojev, pri katerih se orodje premika po oseh X in Z, precizna CNC oprema vključuje večosne modele, pri katerih se lahko premika tudi obdelovanec.To je v nasprotju s stružnico, kjer je obdelovanec omejen na vrtenje in se orodja premikajo, da ustvarijo želeno geometrijo.
Te večosne konfiguracije omogočajo proizvodnjo bolj zapletenih geometrij v eni sami operaciji, ne da bi zahtevali dodatno delo upravljavca stroja.To ne le olajša izdelavo kompleksnih delov, ampak tudi zmanjša ali odpravi možnost napake operaterja.
Poleg tega uporaba visokotlačnega hladilnega sredstva z natančno CNC obdelavo zagotavlja, da ostružki ne pridejo v delo, tudi če uporabljate stroj z navpično usmerjenim vretenom.
CNC rezkarji
Različni rezkalni stroji se razlikujejo po svojih velikostih, konfiguracijah osi, hitrosti podajanja, hitrosti rezanja, smeri podajanja pri rezkanju in drugih značilnostih.
Vendar na splošno vsi CNC rezkarji uporabljajo vrtljivo vreteno za rezanje neželenega materiala.Uporabljajo se za rezanje trdih kovin, kot sta jeklo in titan, lahko pa se uporabljajo tudi za materiale, kot sta plastika in aluminij.
CNC rezkarji so izdelani za ponovljivost in jih je mogoče uporabiti za vse, od izdelave prototipov do velike količine proizvodnje.Visokokakovostni natančni CNC rezkarji se pogosto uporabljajo za dela s tesno toleranco, kot je rezkanje finih matric in kalupov.
Medtem ko lahko CNC rezkanje zagotovi hiter preobrat, končna obdelava ob rezkanju ustvari dele z vidnimi sledovi orodja.Lahko tudi proizvaja dele z nekaterimi ostrimi robovi in robovi, zato bodo morda potrebni dodatni postopki, če so robovi in robovi nesprejemljivi za te lastnosti.
Seveda bodo orodja za razigljevanje, ki so programirana v zaporedju, razigljevala, čeprav običajno dosežejo največ 90 % zahtevane končne obdelave, nekaj funkcij pa ostane za končno ročno končno obdelavo.
Kar zadeva končno obdelavo površine, obstajajo orodja, ki bodo ustvarila ne le sprejemljivo končno obdelavo površine, ampak tudi zrcalno končno obdelavo na delih delovnega izdelka.
Vrste CNC rezkarjev
Dve osnovni vrsti rezkalnih strojev sta znani kot vertikalni obdelovalni centri in horizontalni obdelovalni centri, kjer je primarna razlika v orientaciji vretena stroja.
Vertikalni obdelovalni center je rezkar, v katerem je os vretena poravnana v smeri osi Z.Te vertikalne stroje lahko nadalje razdelimo na dve vrsti:
■ Postalni mlini, pri katerih se vreteno premika vzporedno z lastno osjo, miza pa se premika pravokotno na os vretena.
■Revolverski mlini, pri katerih vreteno miruje, miza pa se premika tako, da je med postopkom rezanja vedno pravokotna in vzporedna z osjo vretena
V horizontalnem obdelovalnem centru je os vretena mlina poravnana v smeri osi Y.Horizontalna struktura pomeni, da ti mlini običajno zavzamejo več prostora v strojnici;na splošno so tudi težji in močnejši od navpičnih strojev.
Horizontalni mlin se pogosto uporablja, kadar je potrebna boljša površinska obdelava;to je zato, ker usmerjenost vretena pomeni, da rezalni ostružki naravno odpadejo in se zlahka odstranijo.(Kot dodatna prednost učinkovito odstranjevanje ostružkov pomaga podaljšati življenjsko dobo orodja.)
Na splošno so vertikalni obdelovalni centri bolj razširjeni, ker so lahko enako močni kot horizontalni obdelovalni centri in lahko obdelujejo zelo majhne dele.Poleg tega imajo vertikalni centri manjši odtis kot horizontalni obdelovalni centri.
Večosni CNC rezkarji
Precizni CNC rezkalni centri so na voljo z več osmi.3-osni rezkar uporablja osi X, Y in Z za najrazličnejša dela.S 4-osnim rezkalnikom se lahko stroj vrti po navpični in vodoravni osi ter premika obdelovanec, da omogoči bolj neprekinjeno obdelavo.
5-osni rezkar ima tri tradicionalne osi in dve dodatni rotacijski osi, ki omogočata vrtenje obdelovanca, ko se glava vretena premika okoli njega.To omogoča strojno obdelavo petih strani obdelovanca brez odstranitve obdelovanca in ponastavitve stroja.
CNC stružnice
Stružnica - imenovana tudi stružni center - ima eno ali več vreten ter osi X in Z.Stroj se uporablja za vrtenje obdelovanca okoli njegove osi za izvajanje različnih operacij rezanja in oblikovanja, pri čemer se na obdelovanec uporablja širok nabor orodij.
CNC stružnice, ki jih imenujemo tudi stružnice z orodjem v živo, so idealne za izdelavo simetričnih cilindričnih ali sferičnih delov.Tako kot CNC rezkarji lahko tudi CNC stružnice izvajajo manjše operacije, kot je izdelava prototipov, vendar jih je mogoče nastaviti za visoko ponovljivost, kar podpira velikoserijsko proizvodnjo.
CNC stružnice je mogoče nastaviti tudi za razmeroma prostoročno proizvodnjo, zaradi česar se pogosto uporabljajo v avtomobilski, elektronski, vesoljski industriji, industriji robotike in medicinskih pripomočkov.
Kako deluje CNC stružnica
Pri CNC stružnici se prazna palica osnovnega materiala naloži v vpenjalno glavo vretena stružnice.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, vrezovanje navojev, vrtanje, povrtavanje, čeljenje in struženje stožcev.Različne operacije zahtevajo menjavo orodja in lahko povečajo stroške in čas nastavitve.
Ko so vsi zahtevani strojni postopki končani, se del izreže iz zaloge za nadaljnjo obdelavo, če je potrebno.CNC stružnica je nato pripravljena za ponovitev operacije, pri čemer je vmes običajno potreben malo ali nič dodatnega časa za nastavitev.
CNC stružnice lahko sprejmejo tudi različne avtomatske podajalnike palic, ki zmanjšajo količino ročnega ravnanja s surovinami in zagotavljajo prednosti, kot so naslednje:
■ Zmanjšajte čas in napor upravljavca stroja
■ Podprite palico, da zmanjšate tresljaje, ki lahko negativno vplivajo na natančnost
■ Pustite, da stroj deluje pri optimalnih vrtljajih vretena
■ Zmanjšajte čas menjave
■ Zmanjšajte materialne odpadke
Vrste CNC stružnic
Obstaja veliko različnih vrst stružnic, vendar so najpogostejše 2-osne CNC stružnice in avtomatske stružnice kitajskega tipa.
Večina CNC kitajskih stružnic uporablja eno ali dve glavni vreteni in eno ali dve zadnji (ali sekundarni) vreteni, pri čemer je za prvo odgovoren rotacijski prenos.Glavno vreteno izvaja primarno obdelavo s pomočjo vodilne puše.
Poleg tega so nekatere kitajske stružnice opremljene z drugo orodno glavo, ki deluje kot CNC rezkar.
Pri avtomatski stružnici CNC kitajskega tipa se osnovni material dovaja skozi vreteno z drsno glavo v vodilno pušo.To omogoča orodju, da reže material bližje točki, kjer je material podprt, zaradi česar je kitajski stroj še posebej uporaben za dolge, vitke stružene dele in za mikroobdelavo.
Večosni CNC stružni centri in kitajske stružnice lahko z enim samim strojem izvedejo več operacij obdelave.Zaradi tega so stroškovno učinkovita možnost za kompleksne geometrije, ki bi sicer zahtevale več strojev ali menjavo orodij z uporabo opreme, kot je tradicionalni CNC rezkar.