Přesné obrábění je proces odstranění materiálu z obrobku během držení úzké tolerance. Precision stroj má mnoho typů, včetně frézování, otáčení a elektrického vypouštění. Přesnější stroj je dnes obecně ovládán 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 jsou provozovány specializovanými a vyškolenými stroji. Aby mohl řezací nástroj vykonávat svou práci, musí být přesunut pokyny zadaným, aby se správný řez. Tento primární pohyb se nazývá „řezná rychlost“. Obrobku lze také přesunout, známé jako sekundární pohyb „krmiva“. Tyto pohyby a ostrost řezného nástroje společně umožňují provozovat přesný stroj.
Přesné obrábění kvality vyžaduje schopnost dodržovat extrémně specifické plány vytvořené programy CAD (Computer Aided Design) nebo CAM (počítačově podporovanou výrobou), jako jsou AutoCAD a Turbocad. Tento software může pomoci vytvořit komplexní, trojrozměrné diagramy nebo obrysy potřebné k výrobci nástroje, stroje nebo objektu. Tyto plány musí být dodržovány s velkým detailem, aby se zajistilo, že si produkt zachová svou integritu. Zatímco většina přesných obráběcích společností pracuje s nějakou formou programů CAD/CAM, stále často pracují s ručně kreslenými náčrtky v počátečních fázích designu.
Přesné obrábění se používá na řadě materiálů včetně oceli, bronzu, grafitu, skla a plastů, abychom jmenovali alespoň některé. V závislosti na velikosti projektu a materiálech, které mají být použity, budou použity různé nástroje pro přesné obrábění. Lze použít jakoukoli kombinaci soustruhů, frézovacích strojů, lisů vrtáků, pily a brusky a dokonce i vysokorychlostní robotiky. Letecký průmysl může používat obrábění s vysokou rychlostí, zatímco průmysl výroby nástrojů na dřevo může používat foto-chemické leptání a frézování. Chvění z běhu nebo konkrétního množství jakékoli konkrétní položky může číslo v tisících nebo jen pár. Přesné obrábění často vyžaduje programování zařízení CNC, což znamená, že jsou počítačově numericky ovládány. Zařízení CNC umožňuje dodržovat přesné rozměry během běhu produktu.
Frézování je proces obrábění používání otočných řezaček k odstranění materiálu z obrobku postupujícím (nebo krmením) řezacího kojence do obrobku určitým směrem. Řezačka může být také držena pod úhlem vzhledem k ose nástroje. Frézování pokrývá širokou škálu různých operací a strojů, na stupnicích od malých jednotlivých částí po velké, těžkoprávné frézování gangů. Je to jeden z nejčastěji používaných procesů pro obrábění vlastních dílů k přesným tolerancím.
Frézování lze provést s širokou škálou strojních strojů. Původní třídou strojních strojů pro frézování byl frézovací stroj (často nazývaný mlýn). Po příchodu počítačové numerické ovládání (CNC) se frézovací stroje vyvinuly do obráběcích středisek: frézovací stroje rozšířené automatickými měničemi nástrojů, nástrojovými časopisy nebo kolotočkou, schopností CNC, chladicí systémy a kryty. Frézovací centra jsou obecně klasifikována jako vertikální obráběcí centra (VMC) nebo horizontální obráběcí centra (HMC).
Integrace frézování do prostředí otáčení a naopak, začala živými nástroji pro soustruhy a příležitostným používáním mlýnů pro obracející se operace. To vedlo k nové třídě strojních strojů, multitaskingových strojů (MTMS), které mají účelem usnadnit frézování a otáčení do stejné pracovní obálky.
Pro designérské inženýry, týmy výzkumu a vývoje a výrobců, kteří závisí na sourcingu částí, umožňuje Precision CNC obrábění vytvoření složitých dílů bez dalšího zpracování. Ve skutečnosti přesné obrábění CNC často umožňuje, aby hotové díly byly vyrobeny na jednom stroji.
Proces obrábění odstraňuje materiál a používá širokou škálu řezných nástrojů k vytvoření konečného a často vysoce složitého návrhu části. Úroveň přesnosti je vylepšena pomocí počítačového numerického ovládání (CNC), které se používá k automatizaci řízení nástrojů obrábění.
Role „CNC“ při přesném obrábění
Pomocí kódovaných programovacích pokynů umožňuje Precision CNC obrábění řezání a tvarování obrobku na specifikace bez manuálního zásahu operátorem stroje.
Odborné strojky, které poskytuje model počítače podporovaného designu (CAD) poskytovaného zákazníkem, používá k vytvoření pokynů pro obrábění součásti. Na základě modelu CAD software určuje, jaké cesty nástroje jsou potřebné, a generuje programovací kód, který říká stroji:
■ Jaké jsou správné RPM a sazby krmiva
■ Kdy a kde přesunout nástroj a/nebo obrobku
■ Jak hluboko řečeno
■ Kdy použít chladicí kapalinu
■ Jakékoli další faktory související s rychlostí, rychlostí krmiva a koordinaci
Řadič CNC poté používá programovací kód k řízení, automatizaci a sledování pohybů stroje.
Dnes je CNC vestavěnou funkcí široké škály zařízení, od soustruhů, mlýnů a směrovačů až po drátěné EDM (elektrické vypouštěcí obrábění), laserové a plazmové řezací stroje. Kromě automatizace procesu obrábění a zvýšení přesnosti CNC eliminuje manuální úkoly a osvobozuje stroje, aby dohlíželi na několik strojů běžících současně.
Kromě toho, jakmile je navržena cesta nástroje a stroj je naprogramován, může spustit část libovolný počet. To poskytuje vysokou úroveň přesnosti a opakovatelnosti, což zase činí proces vysoce efektivní a škálovatelný.
Materiály, které jsou obrobeny
Mezi některé kovy, které jsou běžně obrobeny, patří hliník, mosaz, bronz, měď, ocel, titan a zinek. Kromě toho lze také zpracovat dřevo, pěna, skleněné vlákno a plasty, jako je polypropylen.
Ve skutečnosti lze téměř jakýkoli materiál použít s přesným obráběním CNC - samozřejmě v závislosti na aplikaci a jejích požadavcích.
Některé výhody přesného obrábění CNC
Pro mnoho malých částí a komponent, které se používají v široké škále vyráběných produktů, je přesný obrábění CNC často výrobní metodou volby.
Jak platí prakticky pro všechny metody řezání a obrábění, různé materiály se chovají odlišně a velikost a tvar komponenty má také velký dopad na tento proces. Obecně však proces přesného obrábění CNC nabízí výhody oproti jiným metodám obrábění.
Je to proto, že obrábění CNC je schopné dodat:
■ Vysoký stupeň složitosti součásti
■ Těsné tolerance, obvykle v rozmezí od ± 0,0002 "(± 0,00508 mm) do ± 0,0005" (± 0,0127 mm)
■ Výjimečně hladké povrchové povrchové úpravy, včetně vlastních povrchů
■ Opakovatelnost, dokonce i při vysokých objemech
Zatímco kvalifikovaný strojník může použít manuální soustruh, aby se kvalitní roli v množství 10 nebo 100, co se stane, když potřebujete 1 000 dílů? 10 000 dílů? 100 000 nebo milion dílů?
Při přesném obrábění CNC můžete získat škálovatelnost a rychlost potřebnou pro tento typ produkce s vysokým objemem. Kromě toho vám vysoká opakovatelnost přesného obrábění CNC vám dává díly, které jsou všechny stejné od začátku do konce, bez ohledu na to, kolik dílů vyrábíte.
Existuje několik velmi specializovaných metod obrábění CNC, včetně drátu EDM (elektrické vypouštěcí obrábění), aditivního obrábění a 3D laserového tisku. Například Wire EDM používá vodivé materiály -obvykle kovy - -a elektrické výboje, aby erodovaly obrobku do složitých tvarů.
Zde se však zaměříme na procesy frézování a otáčení - dvě subtraktivní metody, které jsou široce dostupné a často používané pro přesné obrábění CNC.
Frézování vs. otáčení
Frézování je proces obrábění, který používá k odstranění materiálu a vytváření tvarů rotujícího řezacího nástroje. Frézovací zařízení, známé jako mlýn nebo obráběcí centrum, dosahuje vesmíru složitých geometrií součástí na některých z největších objektů obráběných kovů.
Důležitou charakteristikou frézování je, že obrobek zůstává stacionární, zatímco se otočí řezací nástroj. Jinými slovy, na mlýně se rotující řezací nástroj pohybuje kolem obrobku, který zůstává na místě na ložii.
Otočení je proces řezání nebo formování obrobku na zařízení zvaném soustruh. Soustruh se obvykle otáčí obrobku na svislé nebo vodorovné ose, zatímco se podél naprogramované osy pohybuje pevný řezací nástroj (který se může nebo nemusí otáčet).
Nástroj nemůže fyzicky obejít část. Materiál se otáčí, což umožňuje nástroji provádět programované operace. (Existuje podskupina soustruhů, ve kterých se nástroje otáčí kolem drátu krmeného cívkou, ale zde není pokryta.)
Na rozdíl od frézování se obrození točí. Akcie součásti zapíná vřetena soustruhu a nástroj pro řezání je přiveden do styku s obrobkem.
Manuál vs. CNC obrábění
Zatímco v manuálních modelech jsou k dispozici jak mlýny, tak soustruhy, stroje CNC jsou vhodnější pro účely výroby malých dílů - nabízejí škálovatelnost a opakovatelnost pro aplikace vyžadující vysoký objem výroby těsných částí tolerance.
Kromě nabídky jednoduchých 2-osnových strojů, ve kterých se nástroj pohybuje v osy X a Z, zahrnují přesné zařízení CNC s více osou, ve kterých se obrobek může také pohybovat. To je na rozdíl od soustruhu, kde je obrobku omezeno na točení a nástroje se budou pohybovat k vytvoření požadované geometrie.
Tyto víceosé konfigurace umožňují výrobu složitějších geometrií v jedné operaci, aniž by vyžadovaly další práci operátora stroje. To nejen usnadňuje výrobu složitých částí, ale také snižuje nebo eliminuje šanci na chybu operátora.
Kromě toho použití vysokotlaké chladicí kapaliny s přesným obráběním CNC zajišťuje, že se čipy nedostanou do prací, a to i při použití stroje s vertikálně orientovaným vřetenem.
CNC Mills
Různé frézovací stroje se liší v jejich velikostech, konfiguracích os, rychlosti krmiva, řezné rychlosti, směr krmiva a dalších charakteristikách.
Obecně však CNC mlýny používají rotující vřeteno k odříznutí nežádoucího materiálu. Používají se k řezání tvrdých kovů, jako je ocel a titan, ale lze je také použít s materiály, jako je plast a hliník.
CNC mlýny jsou vytvořeny pro opakovatelnost a lze je použít pro vše od prototypování po vysokou objemovou produkci. HIG-End Precision CNC Mills se často používají pro těsné toleranční práce, jako je frézování jemných zemí a plísní.
Zatímco frézování CNC může poskytovat rychlý obrat, As-Milled Finish vytváří díly s viditelnými značkami nástrojů. Může také produkovat díly s některými ostrými hranami a otřesy, takže pokud jsou okraje a otřepy pro tyto funkce nepřijatelné, mohou být vyžadovány další procesy.
Samozřejmě, že deburingové nástroje naprogramované do sekvence budou samozřejmě odhalit, ačkoli obvykle dosahují 90% dokončeného požadavku nanejvýš a ponechávají některé funkce pro konečné dokončení rukou.
Pokud jde o povrchovou úpravu, existují nástroje, které vytvoří nejen přijatelnou povrchovou úpravu, ale také zrcadlově podobný povrch na částech pracovního produktu.
Typy mlýnů CNC
Dva základní typy frézovacích strojů jsou známé jako vertikální obráběcí centra a horizontální obráběcí centra, kde primární rozdíl je v orientaci strojního vřetena.
Svislé obráběcí centrum je mlýn, ve kterém je osa vřetena zarovnána ve směru osy Z. Tyto vertikální stroje lze dále rozdělit na dva typy:
■ Mills postele, ve kterých se vřeteno pohybuje rovnoběžně s vlastní osou, zatímco stůl se pohybuje kolmo k ose vřetena
■ Mills Turret Mills, ve kterých je vřeteno stacionární a tabulka se pohybuje tak, aby byla vždy kolmá a rovnoběžná s osou vřetena během řezné operace
V horizontálním obráběcím centru je osa vřetena mlýna zarovnána ve směru osy y. Horizontální struktura znamená, že tyto mlýny mají tendenci zabírat více místa na podlaze stroje; Mají také obvykle těžší hmotnost a silnější než svislé stroje.
Horizontální mlýn se často používá, když je vyžadována lepší povrchová úprava; Je to proto, že orientace vřetena znamená, že řezací žetony přirozeně odpadnou a snadno se odstraní. (Jako další výhoda, efektivní odstranění čipů pomáhá zvyšovat životnost nástroje.)
Obecně platí, že vertikální obráběcí centra jsou častější, protože mohou být stejně výkonná jako horizontální obráběcí centra a zvládnout velmi malé části. Kromě toho mají vertikální centra menší stopu než horizontální obráběcí centra.
Multi-osy CNC Mills
Precision CNC Mill Centers jsou k dispozici s více osy. 3-osy mlýn využívá osy X, Y a Z pro širokou škálu práce. S čtyřosým mlýnem se stroj může otáčet na svislé a vodorovné ose a přesunout obrobku, aby umožnil nepřetržitější obrábění.
Pětiosý mlýn má tři tradiční osy a dvě další rotační osy, což umožňuje otáčení obrobku, jak se kolem něj pohybuje vřetena. To umožňuje, aby se pět stran obrobení obrobilo bez odstranění obrobku a resetování stroje.
CNC soustruhy
Kůr - také nazývaný střed otáčení - má jednu nebo více vřeten a osy x a z. Stroj se používá k otáčení obrobku na jeho ose pro provádění různých operací řezání a tvarování a aplikuje širokou škálu nástrojů na obrobku.
CNC soustruhy, které se také nazývají soustruhy živých akčních nástrojů, jsou ideální pro vytváření symetrických válcových nebo sférických částí. Stejně jako Mills CNC, i soustruhy CNC mohou zvládnout menší operace, jako je prototypování, ale lze je také nastavit pro vysokou opakovatelnost, což podporuje vysokou objemovou produkci.
CNC soustruhy mohou být také nastaveny pro relativně hands-free výrobu, díky čemuž jsou široce používány v automobilovém průmyslu, elektronice, leteckém, robotice a lékařském průmyslu.
Jak funguje soustruh CNC
S CNC soustruhem se do sklíčidla vřetena soustruhu naloží prázdná tyč materiálu. Toto sklíčidlo drží obrobku na místě, zatímco se vřeteno otáčí. Když vřeteno dosáhne požadované rychlosti, je stacionární řezací nástroj přiveden do styku s obrobkem, aby se odstranil materiál a dosáhl správné geometrie.
Kůr CNC může provádět řadu operací, jako je vrtání, navlékání, nudné, vytahování, směřování a otočení zúžení. Různé operace vyžadují změny nástroje a mohou prodloužit náklady a čas nastavení.
Po dokončení všech požadovaných obráběcích operací je v případě potřeby část vyříznuta z zásoby pro další zpracování. Kůr CNC je poté připraven k opakování operace, přičemž mezi nimi je obvykle nutná malá nebo žádná další doba nastavení.
Kódy CNC mohou také pojmout různé automatické podavače baru, které snižují množství manipulace s manuálními surovinami a poskytují výhody, jako je následující:
■ Snižte čas a úsilí požadované od operátora stroje
■ Podporujte barstock ke snížení vibrací, které mohou negativně ovlivnit přesnost
■ Umožněte přítoku stroje při optimální rychlosti vřetena
■ Minimalizujte časy přeměny
■ Snižte odpad materiálu
Typy soustruhů CNC
Existuje řada různých typů soustruhů, ale nejběžnější jsou 2 osy CNC soustruhy a automatické soustruhy v čínském stylu.
Většina čínských soustruhů CNC používá jednu nebo dvě hlavní vřetena plus jedna nebo dvě záda (nebo sekundární) vřetena, přičemž za bývalé rotační přenos je zodpovědný. Hlavní vřeteno provádí primární obráběcí operaci s pomocí vodicího pouzdra.
Kromě toho jsou některé soustruhy v čínském stylu vybaveny druhou hlavou nástroje, která funguje jako mlýn CNC.
S automatickým soustruhem ve stylu CNC v Číně je zásobní materiál přiváděn posuvnou hlavou vřeteno do vodicího pouzdra. To umožňuje nástroji snížit materiál blíže k bodu, kdy je materiál podporován, což činí čínský stroj obzvláště prospěšný pro dlouhé, štíhlé díly a pro mikromachining.
Multi-osy CNC se soustruhy a soustruhy ve stylu Číny mohou provádět více obráběcích operací pomocí jediného počítače. Díky tomu jsou nákladově efektivní možností pro složité geometrie, které by jinak vyžadovaly více strojů nebo změn nástrojů pomocí zařízení, jako je tradiční mlýn CNC.