Natančna obdelava je postopek odstranjevanja materiala iz obdelovanca med držanjem zaključkov s tesno toleranco.Natančni stroj ima veliko vrst, vključno z rezkanjem, struženjem in električno obdelavo.Današnji natančni stroj se običajno krmili s pomočjo računalniških numeričnih krmilnikov (CNC).
Skoraj vsi kovinski izdelki uporabljajo natančno strojno obdelavo, tako kot mnogi drugi materiali, kot sta plastika in les.Te stroje upravljajo specializirani in usposobljeni strojniki.Da bi rezalno orodje opravljalo svoje delo, ga je treba premikati v določenih smereh za pravilen rez.To primarno gibanje se imenuje "hitrost rezanja".Obdelovanec je mogoče tudi premikati, kar je znano kot sekundarno gibanje "pomika".Ti gibi in ostrina rezalnega orodja skupaj omogočajo delovanje natančnega stroja.
Kakovostna natančna obdelava zahteva sposobnost sledenja izjemno specifičnim načrtom, ki jih izdelajo programi CAD (računalniško podprto načrtovanje) ali CAM (računalniško podprta proizvodnja), kot sta AutoCAD in TurboCAD.Programska oprema lahko pomaga pri izdelavi zapletenih, 3-dimenzionalnih diagramov ali obrisov, potrebnih 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 obdelava se uporablja na številnih materialih, vključno z jeklom, bronom, grafitom, steklom in plastiko, če jih naštejemo le nekatere.Glede na velikost projekta in uporabljene materiale bodo uporabljena različna precizna obdelovalna orodja.Uporabite lahko katero koli kombinacijo stružnic, rezkalnih strojev, vrtalnih stiskalnic, žag in brusilk ter celo visokohitrostne robotike.Letalska industrija lahko uporablja visokohitrostno obdelavo, medtem ko lahko industrija za izdelavo orodij za obdelavo lesa uporablja postopke fotokemičnega jedkanja in rezkanja.Izmetavanje iz serije ali določena količina katerega koli posameznega predmeta se lahko šteje za tisoče ali pa je le nekaj.Natančna obdelava pogosto zahteva programiranje CNC naprav, kar pomeni, da so računalniško numerično vodene.CNC naprava omogoča spremljanje natančnih dimenzij skozi celotno izvedbo izdelka.
Rezkanje je obdelovalni postopek uporabe rotacijskih rezalnikov za odstranjevanje materiala iz obdelovanca s pomikanjem (ali podajanjem) rezila v obdelovanec v določeni smeri.Rezalnik se lahko drži tudi pod kotom glede na os orodja.Rezkanje zajema široko paleto različnih operacij in strojev, na lestvicah od majhnih posameznih delov do velikih, težkih skupinskih rezkalnih operacij.To je eden najpogosteje uporabljenih postopkov za obdelavo delov po meri na natančne tolerance.
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: rezkalne stroje, dopolnjene z avtomatskimi menjalniki orodij, nabiralniki orodij ali vrtiljaki, zmožnostjo CNC, sistemi hladilne tekočine in ohišja.Rezkalni centri so na splošno razvrščeni kot vertikalni obdelovalni centri (VMC) ali horizontalni obdelovalni centri (HMC).
Integracija rezkanja v stružna okolja in obratno se je začela z živim orodjem za stružnice in občasno uporabo rezkalnikov za struženje.To je privedlo do novega razreda obdelovalnih strojev, večopravilnih strojev (MTM), ki so namensko izdelani za olajšanje rezkanja in struženja znotraj istega delovnega okvirja.
Za oblikovalske inženirje, ekipe za raziskave in razvoj in proizvajalce, ki so odvisni od nabave delov, natančna CNC obdelava omogoča ustvarjanje kompleksnih delov brez dodatne obdelave.Pravzaprav natančna CNC obdelava pogosto omogoča izdelavo končnih delov na enem samem stroju.
Postopek obdelave odstranjuje material in uporablja širok nabor 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 precizni obdelavi
Z uporabo kodiranih programskih navodil natančna CNC obdelava omogoča rezanje in oblikovanje obdelovanca po specifikacijah brez ročnega posredovanja upravljavca stroja.
Ob računalniško podprtem načrtovanju (CAD) modela, ki ga zagotovi stranka, strokovnjak strojnik uporablja 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:
■ Kakšni so pravilni vrtljaji in pomiki
■ Kdaj in kam premakniti orodje in/ali obdelovanec
■ Kako globoko rezati
■ Kdaj uporabiti hladilno tekočino
■ Vsi drugi dejavniki, povezani s hitrostjo, pomikom in koordinacijo
CNC krmilnik nato uporablja programsko kodo za nadzor, avtomatizacijo in spremljanje gibanja stroja.
Danes je CNC vgrajena značilnost široke palete opreme, od stružnic, mlinov in usmerjevalnikov do žičnih EDM (električna obdelava), laserskih in plazemskih rezalnih strojev.Poleg avtomatizacije postopka obdelave in izboljšanja natančnosti CNC odpravlja ročna opravila in osvobodi strojnike za nadzor več strojev, ki delujejo hkrati.
Poleg tega, ko je pot orodja načrtovana in stroj programiran, lahko del izvaja poljubno število krat.To zagotavlja visoko stopnjo natančnosti in ponovljivosti, zaradi česar je postopek zelo stroškovno učinkovit in razširljiv.
Materiali, ki so strojno obdelani
Nekatere kovine, ki se običajno obdelujejo, vključujejo aluminij, medenino, bron, baker, jeklo, titan in cink.Poleg tega je mogoče obdelati tudi les, peno, steklena vlakna in plastiko, kot je polipropilen.
Pravzaprav je pri natančno CNC obdelavi mogoče uporabiti skoraj vsak material – seveda, odvisno od aplikacije 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.
Kot velja za skoraj vse metode rezanja in obdelave, se različni materiali obnašajo različno, velik vpliv na proces pa imata tudi velikost in oblika komponente.Vendar pa na splošno postopek natančne CNC obdelave ponuja prednosti pred drugimi obdelovalnimi metodami.
To je zato, ker je CNC obdelava sposobna zagotoviti:
■ Visoka stopnja kompleksnosti dela
■ Tesne tolerance, običajno v razponu od ±0,0002" (±0,00508 mm) do ±0,0005" (±0,0127 mm)
■ Izjemno gladka površinska obdelava, vključno z obdelavo 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 dosežete razširljivost in hitrost, ki sta potrebna za to vrsto proizvodnje velikega obsega.Poleg tega vam visoka ponovljivost natančne CNC obdelave daje dele, ki so enaki od začetka do konca, ne glede na to, koliko delov izdelujete.
Obstaja nekaj zelo specializiranih metod CNC obdelave, vključno z žično EDM (obdelava z električnim praznjenjem), aditivno obdelavo in 3D laserskim tiskanjem.Na primer, žični EDM uporablja prevodne materiale - običajno kovine - in električne razelektritve za erodiranje obdelovanca 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 obdelovalni postopek, ki uporablja vrtljivo, cilindrično rezalno orodje za odstranjevanje materiala in ustvarjanje oblik.Rezkalna oprema, znana kot mlin ali obdelovalni center, dosega vesolje kompleksnih geometrij delov na nekaterih največjih predmetih, obdelanih iz kovine.
Pomembna značilnost rezkanja je, da obdelovanec ostane nepremičen, medtem ko se rezalno orodje vrti.Z drugimi besedami, na mlinu se vrteče 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 ne more fizično obiti dela.Material se vrti, kar orodju omogoča izvajanje programiranih operacij.(Obstaja podskupina stružnic, pri katerih se orodja vrtijo okoli žice, ki se napaja na tuljavo, 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 v primerjavi s CNC obdelavo
Medtem ko so rezkarji 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 s tesnimi tolerancami.
Poleg ponudbe enostavnih 2-osnih strojev, pri katerih se orodje premika po osi 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 izdelavo bolj zapletenih geometrij v eni operaciji, ne da bi zahtevalo dodatno delo operaterja stroja.To ne le olajša izdelavo zapletenih delov, ampak tudi zmanjša ali odpravi možnost napak operaterja.
Poleg tega uporaba visokotlačne hladilne tekočine z natančno CNC obdelavo zagotavlja, da odrezki ne pridejo v delo, tudi če uporabljate stroj z navpično usmerjenim vretenom.
CNC rezkarji
Različni rezkalni stroji se razlikujejo po svojih velikostih, konfiguracijah osi, pomikih, hitrosti rezanja, smeri podajanja rezkanja in drugih značilnostih.
Vendar pa na splošno vsi CNC rezkarji uporabljajo vrtljivo vreteno za odrezovanje 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 zgrajeni za ponovljivost in se lahko uporabljajo za vse, od izdelave prototipov do proizvodnje velike količine.Visokokakovostni natančni CNC rezkarji se pogosto uporabljajo za delo s tesnimi tolerancami, kot so rezkanje finih matric in kalupov.
Medtem ko lahko CNC rezkanje zagotovi hiter obrat, končna obdelava z rezkanjem ustvarja dele z vidnimi oznakami orodja.Prav tako lahko proizvede dele z nekaj ostrimi robovi in zadrgami, zato bodo morda potrebni dodatni postopki, če so robovi in zarezi za te lastnosti nesprejemljivi.
Seveda bodo orodja za odstranjevanje iglic, programirana v zaporedju, razigla, čeprav običajno dosežejo največ 90 % končne zahteve, kar pusti nekaj funkcij za končno ročno končno obdelavo.
Kar zadeva površinsko obdelavo, obstajajo orodja, ki ne bodo dala le sprejemljive površinske končne obdelave, temveč tudi zrcalno površino na delih delovnega izdelka.
Vrste CNC rezkalnikov
Dve osnovni vrsti rezkalnih strojev sta znani kot vertikalni obdelovalni centri in horizontalni obdelovalni centri, kjer je glavna razlika v usmerjenosti vretena stroja.
Vertikalni obdelovalni center je rezkar, pri katerem je os vretena poravnana v smeri osi Z.Te navpične stroje lahko nadalje razdelimo na dve vrsti:
■Slojni rezkarji, pri katerih se vreteno premika vzporedno s svojo osjo, medtem ko se miza giblje pravokotno na os vretena
■Revolverski rezkarji, pri katerih vreteno miruje in se miza premika tako, da je med rezom vedno pravokotna in vzporedna z osjo vretena
V vodoravnem obdelovalnem centru je os vretena mlina poravnana v smeri osi Y.Horizontalna struktura pomeni, da ti mlini običajno zavzamejo več prostora na tleh strojnice;so tudi na splošno 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 odrezki naravno odpadejo in se zlahka odstranijo.(Kot dodatna prednost učinkovito odstranjevanje odrezkov pomaga podaljšati življenjsko dobo orodja.)
Na splošno so vertikalni obdelovalni centri bolj razširjeni, ker so lahko tako zmogljivi kot horizontalni obdelovalni centri in lahko obdelujejo zelo majhne dele.Poleg tega imajo vertikalni centri manjši odtis kot horizontalni obdelovalni centri.
Večosni CNC rezkarji
Natančni CNC rezkalni centri so na voljo z več osemi.3-osni mlin uporablja osi X, Y in Z za najrazličnejše delo.S 4-osnim rezkarjem 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 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 na njegovi osi za izvajanje različnih operacij rezanja in oblikovanja, pri čemer na obdelovanec uporablja široko paleto orodij.
CNC stružnice, ki jih imenujemo tudi stružnice z orodjem v živo, so idealne za ustvarjanje 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, ki podpirajo proizvodnjo velike količine.
CNC stružnice je mogoče nastaviti tudi za relativno prostoročno proizvodnjo, zaradi česar se pogosto uporabljajo v avtomobilski industriji, elektroniki, vesoljski industriji, robotiki in industriji medicinskih naprav.
Kako deluje CNC stružnica
Pri CNC stružnici se slepa 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 nepremično rezalno orodje pripelje v stik z obdelovancem, da odstrani material in doseže pravilno geometrijo.
CNC stružnica lahko izvaja številne operacije, kot so vrtanje, vrezovanje navojev, vrtanje, vrtanje, obrnjeno in konusno struženje.Različne operacije zahtevajo menjavo orodja in lahko povečajo stroške in čas nastavitve.
Ko so končani vsi zahtevani postopki obdelave, se del izreže iz zaloge za nadaljnjo obdelavo, če je potrebno.CNC stružnica je nato pripravljena za ponovitev operacije, vmes pa je običajno potrebno malo ali nič dodatnega časa nastavitve.
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 trud, ki ga potrebuje upravljavec stroja
■ Podprite palico, da zmanjšate vibracije, ki lahko negativno vplivajo na natančnost
■ Pustite, da stroj deluje pri optimalnih vrtljajih vretena
■ Skrajšajte čas preklopa
■ Zmanjšajte materialne odpadke
Vrste CNC stružnic
Obstaja več različnih vrst stružnic, najpogostejše pa so 2-osni CNC stružnice in avtomatske stružnice v kitajskem slogu.
Večina kitajskih stružnic CNC uporablja eno ali dve glavni vreteni plus eno ali dve zadnji (ali sekundarni) vreteni, pri čemer je za prvo odgovoren rotacijski prenos.Glavno vreteno izvaja primarno obdelovalno operacijo s pomočjo vodilne puše.
Poleg tega so nekatere stružnice v kitajskem slogu opremljene z drugo orodno glavo, ki deluje kot CNC rezkar.
S CNC avtomatsko stružnico v kitajskem slogu se osnovni material dovaja skozi vreteno drsne glave v vodilno pušo.To omogoča, da orodje reže material bližje točki, kjer je material podprt, zaradi česar je kitajski stroj še posebej koristen za dolge, vitke stružene dele in za mikroobdelavo.
Večosni CNC stružni centri in stružnice v kitajskem slogu lahko izvedejo več obdelovalnih operacij z enim samim strojem.Zaradi tega so stroškovno učinkovita možnost za kompleksne geometrije, ki bi sicer zahtevale več strojev ali menjavo orodja z uporabo opreme, kot je tradicionalni CNC rezkar.