Přesné obrábění je proces odstraňování materiálu z obrobku při dodržení těsných povrchových úprav. Přesný stroj má mnoho typů, včetně frézování, soustružení a obrábění elektrickým výbojem. Přesný stroj je dnes obecně řízen pomocí počítačových numerických ovládacích prvků (CNC).
Téměř všechny kovové výrobky používají přesné obrábění, stejně jako mnoho dalších materiálů, jako je plast a dřevo. Tyto stroje obsluhují specializovaní a vyškolení strojníci. Aby řezný nástroj vykonával svou práci, musí být posunut ve specifikovaných směrech, aby byl proveden správný řez. Tento primární pohyb se nazývá „rychlost řezání“. Obrobek lze také přesouvat, známý jako sekundární pohyb „posuvu“. Tyto pohyby a ostrost řezného nástroje společně umožňují práci přesného stroje.
Kvalitní přesné obrábění vyžaduje schopnost sledovat extrémně specifické plány vytvořené programy CAD (computer aided design) nebo CAM (computer aided manufacturing) programy jako AutoCAD a TurboCAD. Software může pomoci vytvořit komplexní 3-dimenzionální diagramy nebo obrysy potřebné k výrobě nástroje, stroje nebo předmětu. Tyto plány musí být dodrženy velmi podrobně, aby bylo zajištěno, že si výrobek zachová svoji celistvost. Přestože většina společností vyrábějících přesné obrábění pracuje s nějakou formou programů CAD/CAM, v počátečních fázích návrhu stále často pracují s ručně kreslenými skicami.
Přesné obrábění se používá na řadě materiálů včetně oceli, bronzu, grafitu, skla a plastů. V závislosti na velikosti projektu a použitých materiálech budou použity různé nástroje pro přesné obrábění. Lze použít jakoukoli kombinaci soustruhů, frézek, vrtacích lisů, pil a brusek a dokonce i vysokorychlostní robotiky. Letecký a kosmický průmysl může využívat vysokorychlostní obrábění, zatímco dřevozpracující průmysl může využívat fotochemické leptání a frézování. Chrlení z cyklu nebo určité množství konkrétní položky může být v řádu tisíců nebo jen několika. Přesné obrábění často vyžaduje programování CNC zařízení, což znamená, že jsou počítačově řízeny. CNC zařízení umožňuje dodržení přesných rozměrů v průběhu běhu produktu.
Frézování je obráběcí proces, při kterém se pomocí rotačních fréz odebírá materiál z obrobku posouváním (nebo podáváním) řezačky do obrobku v určitém směru. Fréza může být také držena v úhlu vzhledem k ose nástroje. Frézování pokrývá širokou škálu různých operací a strojů, od měřítek od malých jednotlivých dílů až po velké, vysoce výkonné gangové frézovací operace. Je to jeden z nejčastěji používaných procesů pro obrábění vlastních dílů na přesné tolerance.
Frézování lze provádět pomocí celé řady obráběcích strojů. Původní třídou obráběcích strojů na frézování byla frézka (často nazývaná mlýn). Po příchodu počítačového numerického řízení (CNC) se frézky vyvinuly do obráběcích center: frézky rozšířené o automatické výměny nástrojů, zásobníky nástrojů nebo karusely, schopnost CNC, chladicí systémy a skříně. Frézovací centra jsou obecně klasifikována jako vertikální obráběcí centra (VMC) nebo horizontální obráběcí centra (HMC).
Integrace frézování do soustružnických prostředí a naopak začala živými nástroji pro soustruhy a příležitostným používáním mlýnů pro soustružnické operace. To vedlo k nové třídě obráběcích strojů, víceúlohových strojů (MTM), které jsou účelově vytvořeny tak, aby usnadňovaly frézování a soustružení ve stejné pracovní obálce.
Přesné CNC obrábění umožňuje konstruktérům, týmům výzkumu a vývoje a výrobcům, kteří jsou závislí na získávání dílů, vytvářet složité součásti bez dalšího zpracování. Přesné CNC obrábění ve skutečnosti často umožňuje výrobu hotových dílů na jediném stroji.
Proces obrábění odebírá materiál a používá širokou škálu řezných nástrojů k vytvoření konečného a často velmi složitého návrhu součásti. Úroveň přesnosti je vylepšena použitím počítačového numerického řízení (CNC), které se používá k automatizaci řízení obráběcích nástrojů.
Role „CNC“ v přesném obrábění
Přesné CNC obrábění pomocí instrukcí programovaného programování umožňuje řezání a tvarování obrobku podle specifikací bez ručního zásahu obsluhy stroje.
Vezmeme -li model CAD (computer aided design) poskytnutý zákazníkem, odborný strojník k vytvoření pokynů pro obrábění součásti použije počítačově podporovaný výrobní software (CAM). Na základě modelu CAD software určí, jaké dráhy nástrojů jsou potřeba, a vygeneruje programovací kód, který stroju sdělí:
■ Jaké jsou správné otáčky a rychlosti posuvu
■ Kdy a kam přesunout nástroj a/nebo obrobek
■ Jak hluboko řezat
■ Kdy použít chladicí kapalinu
■ Jakékoli další faktory související s rychlostí, rychlostí posuvu a koordinací
Řadič CNC poté pomocí programovacího kódu řídí, automatizuje a monitoruje pohyby stroje.
Dnes je CNC integrovanou funkcí široké škály zařízení, od soustruhů, fréz a směrovačů až po drátové EDM (obrábění elektrickým výbojem), laserové a plazmové řezací stroje. Kromě automatizace obráběcího procesu a zvýšení přesnosti CNC eliminuje manuální úkoly a uvolňuje strojníky dohlížet na více strojů běžících současně.
Kromě toho, jakmile byla navržena dráha nástroje a stroj je naprogramován, může součást spustit libovolný početkrát. To poskytuje vysokou úroveň přesnosti a opakovatelnosti, což činí tento proces vysoce nákladově efektivním a škálovatelným.
Materiály, které jsou obráběny
Některé kovy, které se běžně opracovávají, zahrnují hliník, mosaz, bronz, měď, ocel, titan a zinek. Kromě toho lze také opracovávat dřevo, pěnu, sklolaminát a plasty, jako je polypropylen.
Ve skutečnosti lze s přesným CNC obráběním použít téměř jakýkoli materiál - samozřejmě v závislosti na aplikaci a jejích požadavcích.
Některé výhody přesného CNC obrábění
U mnoha malých dílů a komponentů, které se používají v široké škále vyráběných produktů, je přesnou volbou často přesné CNC obrábění.
Jak platí pro prakticky všechny metody řezání a obrábění, různé materiály se chovají odlišně a velikost a tvar součásti mají také velký vliv na proces. Obecně však proces přesného CNC obrábění nabízí výhody oproti jiným metodám obrábění.
Důvodem je, že CNC obrábění je schopno zajistit:
■ Vysoký stupeň složitosti součásti
■ Těsné tolerance, obvykle v rozmezí od ± 0,0002 "(± 0,00508 mm) do ± 0,0005" (± 0,0127 mm)
■ Výjimečně hladké povrchové úpravy, včetně vlastních povrchových úprav
■ Opakovatelnost, a to i při vysokých hlasitostech
Zatímco zkušený strojník může použít ruční soustruh k výrobě kvalitního dílu v množství 10 nebo 100, co se stane, když potřebujete 1 000 dílů? 10 000 dílů? 100 000 nebo milion dílů?
S přesným CNC obráběním můžete získat škálovatelnost a rychlost potřebnou pro tento typ velkoobjemové výroby. Vysoká opakovatelnost přesného CNC obrábění vám navíc dává součásti, které jsou od začátku do konce stejné, bez ohledu na to, kolik dílů vyrábíte.
Existuje několik velmi specializovaných metod CNC obrábění, včetně drátového EDM (obrábění elektrickým výbojem), aditivní obrábění a 3D laserový tisk. Například drátový EDM používá vodivé materiály -typicky kovy -a elektrické výboje k rozrušování obrobku do složitých tvarů.
Zde se však zaměříme na procesy frézování a soustružení - dvě subtraktivní metody, které jsou široce dostupné a často se používají pro přesné CNC obrábění.
Frézování vs. soustružení
Frézování je obráběcí proces, který používá rotační, válcový řezací nástroj k odebírání materiálu a vytváření tvarů. Frézovací zařízení, známé jako mlýn nebo obráběcí centrum, vytváří vesmír složitých geometrií součástí na některých z největších kovových předmětů.
Důležitou charakteristikou frézování je, že obrobek zůstává nehybný, zatímco se řezný nástroj otáčí. Jinými slovy, na mlýně se rotující řezný nástroj pohybuje kolem obrobku, který zůstává fixován na místě na loži.
Soustružení je proces řezání nebo tvarování obrobku na zařízení nazývaném soustruh. Soustruh obvykle roztáčí obrobek na svislé nebo vodorovné ose, zatímco pevný řezací nástroj (který se může, ale nemusí otáčet) se pohybuje podél naprogramované osy.
Nástroj nemůže část fyzicky obejít. Materiál se otáčí, což umožňuje nástroji provádět naprogramované operace. (Existuje podskupina soustruhů, ve kterých se nástroje točí kolem cívky s přívodem cívky, která zde však není zahrnuta.)
Při soustružení se na rozdíl od frézování obrobek otáčí. Zásoba dílů zapne vřeteno soustruhu a řezný nástroj se uvede do kontaktu s obrobkem.
Ruční vs. CNC obrábění
Zatímco mlýny i soustruhy jsou k dispozici v manuálních modelech, CNC stroje jsou vhodnější pro účely výroby malých dílů - nabízejí škálovatelnost a opakovatelnost pro aplikace vyžadující velkoobjemovou výrobu dílů s těsnou tolerancí.
Kromě nabídky jednoduchých 2osých strojů, ve kterých se nástroj pohybuje v osách X a Z, obsahuje přesné CNC zařízení víceosé modely, ve kterých se obrobek může také pohybovat. To je na rozdíl od soustruhu, kde je obrobek omezen na otáčení a nástroje se budou pohybovat, aby vytvořily požadovanou geometrii.
Tyto víceosé konfigurace umožňují výrobu složitějších geometrií v rámci jedné operace, aniž by obsluha stroje vyžadovala další práci. To nejen usnadňuje výrobu složitých dílů, ale také snižuje nebo eliminuje možnost chyby obsluhy.
Použití vysokotlaké chladicí kapaliny s přesným CNC obráběním navíc zajišťuje, že se třísky nedostanou do stavby, a to ani při použití stroje s vertikálně orientovaným vřetenem.
CNC mlýny
Různé frézky se liší velikostí, konfigurací os, posuvem, řeznou rychlostí, směrem posuvu frézování a dalšími charakteristikami.
Obecně však CNC mlýny využívají rotační vřeteno k odřezávání nežádoucího materiálu. Používají se k řezání tvrdých kovů, jako je ocel a titan, ale mohou být také použity s materiály, jako je plast a hliník.
CNC mlýny jsou stavěny pro opakovatelnost a lze je použít pro vše od prototypování až po velkoobjemovou výrobu. Špičkové přesné CNC frézy se často používají pro práce s těsnou tolerancí, jako je frézování jemných forem a forem.
Zatímco CNC frézování může zajistit rychlý obrat, frézované dokončování vytváří součásti s viditelnými značkami nástrojů. Může také vyrábět součásti s některými ostrými hranami a otřepy, takže pokud jsou hrany a otřepy pro tyto vlastnosti nepřijatelné, mohou být nutné další postupy.
Samozřejmě, nástroje na odstraňování otřepů naprogramované do sekvence odjehlí, i když obvykle dosáhnou maximálně 90% hotového požadavku, takže některé funkce pro finální ruční dokončování.
Pokud jde o povrchovou úpravu, existují nástroje, které na částech pracovního výrobku vytvoří nejen přijatelnou povrchovou úpravu, ale také zrcadlovou úpravu.
Typy CNC mlýnů
Dva základní typy frézek jsou známé jako vertikální obráběcí centra a horizontální obráběcí centra, kde je primární rozdíl v orientaci vřetena stroje.
Vertikální obráběcí centrum je mlýn, ve kterém je osa vřetena zarovnána ve směru osy Z. Tyto vertikální stroje lze dále rozdělit na dva typy:
■ Bed mills, ve kterých se vřeteno pohybuje rovnoběžně s vlastní osou, zatímco stůl se pohybuje kolmo na osu vřetena
■ Věžové mlýny, ve kterých je vřeteno nehybné a stůl je posunut tak, aby byl během řezání vždy kolmý a rovnoběžný s osou vřetena
V horizontálním obráběcím centru je osa vřetena frézy zarovnána ve směru osy Y. Horizontální struktura znamená, že tyto mlýny obvykle zabírají více místa na podlaze strojírny; jsou také obecně těžší a výkonnější než vertikální stroje.
Pokud je požadována lepší povrchová úprava, často se používá horizontální mlýn; to je proto, že orientace vřetena znamená, že třísky přirozeně odpadávají a lze je snadno odstranit. (Další výhodou je účinné odstraňování třísek, které prodlužuje životnost nástroje.)
Obecně převládají vertikální obráběcí centra, protože mohou být stejně výkonná jako horizontální obráběcí centra a zvládnou velmi malé části. Svislá centra mají navíc menší rozměry než horizontální obráběcí centra.
Víceosé CNC frézy
Přesná CNC frézovací centra jsou k dispozici s více osami. Tříosý mlýn využívá osy X, Y a Z pro širokou škálu prací. Se 4osým frézou se stroj může otáčet na svislé a vodorovné ose a pohybovat obrobkem, což umožňuje plynulejší obrábění.
Pětiosý mlýn má tři tradiční osy a dvě další rotační osy, což umožňuje otáčení obrobku při pohybu hlavy vřetena kolem něj. To umožňuje obrobit pět stran obrobku bez vyjmutí obrobku a resetování stroje.
CNC soustruhy
Soustruh - nazývaný také soustružnické centrum - má jedno nebo více vřeten a osy X a Z. Stroj se používá k otáčení obrobku kolem jeho osy k provádění různých operací řezání a tvarování, přičemž na obrobek je aplikována široká škála nástrojů.
CNC soustruhy, kterým se také říká soustruhy s živými akcemi, jsou ideální pro vytváření symetrických válcových nebo sférických částí. Stejně jako CNC mlýny mohou CNC soustruhy zvládat menší operace, jako je prototypování, ale lze je také nastavit pro vysokou opakovatelnost a podporovat velkoobjemovou výrobu.
CNC soustruhy lze také nastavit pro relativně hands-free výrobu, což je činí široce používanými v automobilovém, elektronickém, leteckém, robotickém a lékařském průmyslu.
Jak funguje CNC soustruh
U CNC soustruhu je do sklíčidla vřetena soustruhu vložena prázdná tyč základního materiálu. Toto sklíčidlo drží obrobek na místě, zatímco se vřeteno otáčí. Když vřeteno dosáhne požadované rychlosti, stacionární řezný nástroj se uvede do kontaktu s obrobkem, aby se odstranil materiál a dosáhlo správné geometrie.
CNC soustruh může provádět řadu operací, jako je vrtání, řezání závitů, vyvrtávání, vystružování, čelní obrábění a soustružení kuželů. Různé operace vyžadují výměnu nástrojů a mohou prodloužit náklady a čas instalace.
Když jsou dokončeny všechny požadované operace obrábění, součást je vyříznuta ze skladu pro další zpracování, je -li to potřeba. CNC soustruh je pak připraven operaci opakovat, přičemž mezi nimi je obvykle vyžadován malý nebo žádný další čas na nastavení.
CNC soustruhy mohou také pojmout řadu automatických podavačů tyčí, které snižují množství ruční manipulace se surovinami a poskytují výhody, jako jsou následující:
■ Snižte čas a úsilí nutné od obsluhy stroje
■ Podepřete čep, abyste snížili vibrace, které mohou negativně ovlivnit přesnost
■ Nechte obráběcí stroj pracovat při optimálních otáčkách vřetena
■ Minimalizujte časy přechodu
■ Snižte plýtvání materiálem
Typy CNC soustruhů
Existuje řada různých typů soustruhů, ale nejběžnější jsou 2osé CNC soustruhy a automatické soustruhy v čínském stylu.
Většina soustruhů CNC China používá jedno nebo dvě hlavní vřetena plus jedno nebo dvě zadní (nebo sekundární) vřetena, přičemž za první je zodpovědný rotační přenos. Hlavní vřeteno provádí primární obráběcí operaci pomocí vodicího pouzdra.
Některé soustruhy v čínském stylu jsou navíc vybaveny druhou nástrojovou hlavou, která funguje jako CNC mlýn.
S automatickým soustruhem na způsob CNC v Číně je základní materiál veden vřetenem s posuvnou hlavou do vodicího pouzdra. To umožňuje nástroji řezat materiál blíže k místu, kde je materiál podepřen, což činí čínský stroj obzvláště výhodným pro dlouhé, štíhlé soustružené díly a pro mikroobrábění.
Víceosá soustružnická centra CNC a soustruhy v čínském stylu mohou provádět více obráběcích operací pomocí jediného stroje. To z nich dělá cenově výhodnou volbu pro složité geometrie, které by jinak vyžadovaly více strojů nebo výměnu nástrojů pomocí zařízení, jako je tradiční CNC fréza.