Precīzā apstrāde ir process, kurā materiāls tiek noņemts no sagataves, turot tuvu pielaidi. Precīzijas mašīnai ir daudz veidu, ieskaitot frēzēšanu, virpošanu un elektriskās izlādes apstrādi. Precīzu mašīnu mūsdienās parasti kontrolē, izmantojot datora ciparu vadības ierīces (CNC).
Gandrīz visi metāla izstrādājumi izmanto precīzu apstrādi, tāpat kā daudzi citi materiāli, piemēram, plastmasa un koks. Šīs mašīnas vada specializēti un apmācīti mehāniķi. Lai griezējinstruments varētu veikt savu darbu, tas jāpārvieto norādītajos virzienos, lai veiktu pareizu griezumu. Šo primāro kustību sauc par "griešanas ātrumu". Sagatavi var arī pārvietot, kas pazīstama kā "padeves" sekundārā kustība. Kopā šīs kustības un griezējinstrumenta asums ļauj darboties precīzai mašīnai.
Kvalitatīvai precīzai apstrādei nepieciešama spēja ievērot ārkārtīgi specifiskus rasējumus, ko veido CAD (datorizēts dizains) vai CAM (datorizēta ražošana) programmas, piemēram, AutoCAD un TurboCAD. Programmatūra var palīdzēt izveidot sarežģītas trīsdimensiju diagrammas vai kontūras, kas nepieciešamas, lai izgatavotu instrumentu, mašīnu vai objektu. Šie rasējumi ir jāievēro ļoti detalizēti, lai nodrošinātu produkta integritātes saglabāšanu. Lai gan lielākā daļa precīzas apstrādes uzņēmumu strādā ar kāda veida CAD/CAM programmām, tie joprojām bieži strādā ar rokām uzzīmētām skicēm projektēšanas sākumposmā.
Precīzu apstrādi izmanto vairākiem materiāliem, ieskaitot tēraudu, bronzu, grafītu, stiklu un plastmasu. Atkarībā no projekta apjoma un izmantotajiem materiāliem tiks izmantoti dažādi precīzas apstrādes instrumenti. Var izmantot jebkuru virpu, frēzmašīnu, urbjmašīnu, zāģu un slīpmašīnu kombināciju un pat ātrgaitas robotiku. Aviācijas un kosmosa rūpniecība var izmantot liela ātruma apstrādi, bet kokapstrādes instrumentu ražošanas nozare var izmantot fotoķīmiskās kodināšanas un frēzēšanas procesus. Izsūkšanās no izlaišanas vai konkrēta vienuma konkrēts daudzums var būt tūkstošos vai tikai daži. Precīzai apstrādei bieži nepieciešama CNC ierīču programmēšana, kas nozīmē, ka tās tiek kontrolētas ar datoru. CNC ierīce ļauj precīzi ievērot izmērus visā produkta darbības laikā.
Frēzēšana ir apstrādes process, kurā izmanto rotējošos griezējus materiāla noņemšanai no sagataves, virzot (vai padevējot) griezēju sagatavē noteiktā virzienā. Griezēju var turēt arī leņķī attiecībā pret instrumenta asi. Frēzēšana aptver plašu dažādu darbību un mašīnu klāstu, sākot no mazām atsevišķām detaļām līdz lielām, lieljaudas grupveida frēzēšanas operācijām. Tas ir viens no visbiežāk izmantotajiem procesiem pielāgotu detaļu apstrādei līdz precīzām pielaidēm.
Frēzēšanu var veikt ar plašu darbgaldu klāstu. Sākotnējā frēzmašīnu klase bija frēzmašīna (bieži saukta par dzirnavām). Pēc datorskaitliskās vadības (CNC) parādīšanās frēzmašīnas kļuva par apstrādes centriem: frēzmašīnas, ko papildināja automātiskie instrumentu mainītāji, instrumentu žurnāli vai karuseļi, CNC iespējas, dzesēšanas šķidruma sistēmas un korpusi. Frēzēšanas centrus parasti klasificē kā vertikālos apstrādes centrus (VMC) vai horizontālos apstrādes centrus (HMC).
Frēzēšanas integrācija virpošanas vidē un otrādi sākās ar virpošanas darbarīkiem un neregulāru dzirnavu izmantošanu virpošanas darbiem. Tā rezultātā tika izveidota jauna darbgaldu klase-daudzuzdevumu mašīnas (MTM), kas ir īpaši paredzētas, lai atvieglotu frēzēšanu un pagriešanu vienā darba ietvarā.
Projektēšanas inženieriem, pētniecības un izstrādes komandām un ražotājiem, kas ir atkarīgi no detaļu iegādes, precīza CNC apstrāde ļauj izveidot sarežģītas detaļas bez papildu apstrādes. Faktiski precīza CNC apstrāde bieži vien ļauj izgatavot gatavās detaļas vienā mašīnā.
Apstrādes procesā tiek noņemts materiāls un tiek izmantots plašs griezējinstrumentu klāsts, lai izveidotu galīgo un bieži vien ļoti sarežģīto detaļas dizainu. Precizitātes līmenis tiek uzlabots, izmantojot datoru ciparu vadību (CNC), ko izmanto, lai automatizētu apstrādes instrumentu vadību.
"CNC" loma precīzā apstrādē
Izmantojot kodētas programmēšanas instrukcijas, precīza CNC apstrāde ļauj sagatavi sagriezt un veidot atbilstoši specifikācijām bez mašīnas operatora manuālas iejaukšanās.
Izmantojot klienta sniegto datorizētā dizaina (CAD) modeli, eksperts mehāniķis izmanto datorizētas ražošanas programmatūru (CAM), lai izveidotu instrukcijas detaļas apstrādei. Pamatojoties uz CAD modeli, programmatūra nosaka nepieciešamos rīku ceļus un ģenerē programmēšanas kodu, kas mašīnai norāda:
■ Kādi ir pareizie RPM un padeves ātrumi
■ Kad un kur pārvietot instrumentu un/vai sagatavi
■ Cik dziļi griezt
■ Kad lietot dzesēšanas šķidrumu
■ citi faktori, kas saistīti ar ātrumu, padeves ātrumu un koordināciju
Pēc tam CNC kontrolieris izmanto programmēšanas kodu, lai kontrolētu, automatizētu un uzraudzītu mašīnas kustības.
Mūsdienās CNC ir iebūvēta plaša aprīkojuma klāsta iezīme, sākot no virpām, dzirnavām un maršrutētājiem līdz stiepļu EDM (elektriskās izlādes apstrādes), lāzeru un plazmas griešanas mašīnām. Papildus apstrādes procesa automatizēšanai un precizitātes uzlabošanai CNC novērš manuālus uzdevumus un atbrīvo mašīnistus pārraudzīt vairākas vienlaicīgi strādājošas mašīnas.
Turklāt, tiklīdz ir izstrādāts instrumenta ceļš un mašīna ir ieprogrammēta, tā var palaist daļu neierobežotu skaitu reižu. Tas nodrošina augstu precizitātes un atkārtojamības līmeni, kas savukārt padara procesu ļoti rentablu un mērogojamu.
Materiāli, kas tiek apstrādāti
Daži metāli, kurus parasti apstrādā, ir alumīnijs, misiņš, bronza, varš, tērauds, titāns un cinks. Turklāt var apstrādāt arī koku, putas, stikla šķiedru un plastmasu, piemēram, polipropilēnu.
Faktiski gandrīz jebkuru materiālu var izmantot ar precīzu CNC apstrādi - protams, atkarībā no pielietojuma un tā prasībām.
Dažas precīzas CNC apstrādes priekšrocības
Daudzām mazajām detaļām un sastāvdaļām, kuras tiek izmantotas plašā ražojumu klāstā, precīza CNC apstrāde bieži ir izvēles metode.
Tāpat kā praktiski visās griešanas un apstrādes metodēs, dažādi materiāli uzvedas atšķirīgi, un detaļas izmēram un formai ir arī liela ietekme uz procesu. Tomēr kopumā precīzas CNC apstrādes process piedāvā priekšrocības salīdzinājumā ar citām apstrādes metodēm.
Tas ir tāpēc, ka CNC apstrāde spēj nodrošināt:
■ Liela detaļu sarežģītības pakāpe
■ Stingras pielaides, kas parasti svārstās no ± 0,0002 "(± 0,00508 mm) līdz ± 0,0005" (± 0,0127 mm)
■ Īpaši gluda virsmas apdare, ieskaitot pielāgotu apdari
■ Atkārtojamība pat pie liela skaļuma
Lai gan kvalificēts mašīnists var izmantot manuālu virpu, lai izgatavotu kvalitatīvu detaļu 10 vai 100 daudzumos, kas notiek, ja jums ir nepieciešamas 1000 detaļas? 10 000 daļas? 100 000 vai miljons detaļu?
Izmantojot precīzu CNC apstrādi, jūs varat iegūt mērogojamību un ātrumu, kas vajadzīgs šāda veida liela apjoma ražošanai. Turklāt augstas precizitātes CNC apstrādes atkārtojamība nodrošina detaļas, kas ir vienādas no sākuma līdz beigām, neatkarīgi no tā, cik detaļu jūs ražojat.
Ir dažas ļoti specializētas CNC apstrādes metodes, tostarp stieples EDM (elektriskās izlādes apstrāde), piedevu apstrāde un 3D lāzerdruka. Piemēram, stieples EDM izmanto vadošus materiālus -parasti metālus -un elektriskās izlādes, lai sagrautu sagatavi sarežģītās formās.
Tomēr šeit mēs koncentrēsimies uz frēzēšanas un virpošanas procesiem - divām atņemšanas metodēm, kas ir plaši pieejamas un bieži tiek izmantotas precīzai CNC apstrādei.
Frēzēšana pret virpošanu
Frēzēšana ir apstrādes process, kurā izmanto rotējošu, cilindrisku griezējinstrumentu, lai noņemtu materiālu un izveidotu formas. Frēzēšanas iekārta, kas pazīstama kā dzirnavas vai apstrādes centrs, dažos no lielākajiem metāla apstrādātajiem priekšmetiem nodrošina sarežģītu detaļu ģeometriju.
Svarīga frēzēšanas iezīme ir tā, ka griešanas rīks griežas laikā sagatave paliek nekustīga. Citiem vārdiem sakot, dzirnavās rotējošais griezējinstruments pārvietojas ap sagatavi, kas paliek nostiprināta vietā uz gultas.
Virpošana ir apstrādājamā izstrādājuma griešanas vai veidošanas process iekārtā, ko sauc par virpu. Parasti virpa rotē sagatavi pa vertikālu vai horizontālu asi, kamēr fiksēts griezējinstruments (kurš var griezties vai nevar griezties) pārvietojas pa ieprogrammēto asi.
Instruments fiziski nevar apiet detaļu. Materiāls griežas, ļaujot instrumentam veikt ieprogrammētās darbības. (Ir virpu apakškopa, kurā instrumenti griežas ap stiepli, kas tiek padota ar spoli, taču tas šeit nav apskatīts.)
Virpojot, atšķirībā no frēzēšanas, sagatave griežas. Detaļu krājums ieslēdz virpas vārpstu, un griezējinstruments saskaras ar sagatavi.
Manuāla un CNC apstrāde
Lai gan dzirnavas un virpas ir pieejamas manuālos modeļos, CNC mašīnas ir vairāk piemērotas mazu detaļu ražošanai, piedāvājot mērogojamību un atkārtojamību lietojumiem, kuriem nepieciešama liela apjoma stingru pielaidi.
Papildus tam, ka tiek piedāvātas vienkāršas 2 asu mašīnas, kurās instruments pārvietojas pa X un Z asīm, precīzajā CNC aprīkojumā ietilpst vairāku asu modeļi, kuros sagatavi var arī pārvietot. Tas ir pretstatā virpai, kur sagatavi aprobežojas tikai ar vērpšanu, un instrumenti kustēsies, lai izveidotu vēlamo ģeometriju.
Šīs daudzu asu konfigurācijas ļauj izgatavot sarežģītākas ģeometrijas vienā darbībā, neprasot mašīnas operatoram papildu darbu. Tas ne tikai atvieglo sarežģītu detaļu ražošanu, bet arī samazina vai novērš operatora kļūdas iespēju.
Turklāt augstspiediena dzesēšanas šķidruma izmantošana ar precīzu CNC apstrādi nodrošina, ka šķembas neiekļūst darbos pat tad, ja tiek izmantota mašīna ar vertikāli orientētu vārpstu.
CNC dzirnavas
Dažādas frēzmašīnas atšķiras pēc to lieluma, asu konfigurācijas, padeves ātruma, griešanas ātruma, frēzēšanas padeves virziena un citām īpašībām.
Tomēr parasti visas CNC dzirnavas izmanto rotējošu vārpstu, lai nogrieztu nevēlamu materiālu. Tos izmanto cieto metālu, piemēram, tērauda un titāna, griešanai, bet var izmantot arī ar tādiem materiāliem kā plastmasa un alumīnijs.
CNC dzirnavas ir veidotas atkārtojamībai, un tās var izmantot visam, sākot no prototipu izstrādes līdz liela apjoma ražošanai. Augstas klases precizitātes CNC dzirnavas bieži izmanto stingriem pielaides darbiem, piemēram, smalku presformu un veidņu frēzēšanai.
Lai gan CNC frēzēšana var nodrošināt ātru apgriezienu, frēzēšana rada detaļas ar redzamām instrumenta pēdām. Tas var arī izgatavot detaļas ar dažām asām malām un nelīdzenumiem, tādēļ var būt nepieciešami papildu procesi, ja malas un urbumi šīm īpašībām nav pieņemami.
Protams, atdalīšanas rīki, kas ieprogrammēti secībā, atslāņojas, lai gan parasti sasniedz ne vairāk kā 90% no gatavās prasības, atstājot dažas funkcijas galīgajai roku apstrādei.
Runājot par virsmas apdari, ir instrumenti, kas radīs ne tikai pieņemamu virsmas apdari, bet arī spoguļveida apdari darba izstrādājuma daļām.
CNC dzirnavu veidi
Divi galvenie frēzmašīnu veidi ir pazīstami kā vertikālie apstrādes centri un horizontālie apstrādes centri, kur galvenā atšķirība ir mašīnas vārpstas orientācija.
Vertikālais apstrādes centrs ir dzirnavas, kurās vārpstas ass ir izlīdzināta Z ass virzienā. Šīs vertikālās mašīnas var iedalīt divos veidos:
■ gultņu dzirnavas, kurās vārpsta pārvietojas paralēli savai asij, bet galds pārvietojas perpendikulāri vārpstas asij
■ tornīšu dzirnavas, kurās vārpsta ir nekustīga un galds tiek pārvietots tā, lai griešanas laikā tā vienmēr būtu perpendikulāra un paralēla vārpstas asij
Horizontālā apstrādes centrā dzirnavu vārpstas ass ir izlīdzināta Y ass virzienā. Horizontālā struktūra nozīmē, ka šīs dzirnavas parasti aizņem vairāk vietas mašīnbūves grīdā; tie parasti ir arī smagāki un jaudīgāki nekā vertikālās mašīnas.
Horizontālās dzirnavas bieži izmanto, ja nepieciešama labāka virsmas apdare; tas ir tāpēc, ka vārpstas orientācija nozīmē, ka griešanas skaidas dabiski nokrīt un ir viegli noņemamas. (Kā papildu ieguvums efektīva mikroshēmu noņemšana palīdz palielināt instrumenta kalpošanas laiku.)
Parasti vertikālie apstrādes centri ir vairāk izplatīti, jo tie var būt tikpat jaudīgi kā horizontālie apstrādes centri un var apstrādāt ļoti mazas detaļas. Turklāt vertikālajiem centriem ir mazāks nospiedums nekā horizontālajiem apstrādes centriem.
Daudzasu CNC dzirnavas
Precīzi CNC dzirnavu centri ir pieejami ar vairākām asīm. Trīs asu dzirnavas izmanto X, Y un Z asis visdažādākajiem darbiem. Ar 4 asu frēzmašīnu mašīna var griezties pa vertikālu un horizontālu asi un pārvietot sagatavi, lai nodrošinātu nepārtrauktāku apstrādi.
5 asu dzirnavām ir trīs tradicionālās asis un divas papildu rotējošās asis, kas ļauj pagriezt sagatavi, kad vārpstas galva pārvietojas ap to. Tas ļauj apstrādāt piecas sagataves malas, nenoņemot sagatavi un neatiestatot iekārtu.
CNC virpas
Virpai, ko sauc arī par pagrieziena centru, ir viena vai vairākas vārpstas un X un Z asis. Mašīnu izmanto, lai pagrieztu sagatavi pa savu asi, lai veiktu dažādas griešanas un formēšanas darbības, pieliekot sagatavei plašu instrumentu klāstu.
CNC virpas, ko sauc arī par darbarīku darbvirsmām, ir ideāli piemērotas simetrisku cilindrisku vai sfērisku detaļu izveidei. Tāpat kā CNC dzirnavas, CNC virpas var apstrādāt mazākas darbības, piemēram, prototipēšanu, bet tās var arī uzstādīt, lai nodrošinātu augstu atkārtojamību, atbalstot liela apjoma ražošanu.
CNC virpas var uzstādīt arī salīdzinoši brīvroku ražošanai, tāpēc tās plaši izmanto automobiļu, elektronikas, kosmosa, robotikas un medicīnas ierīču nozarēs.
Kā darbojas CNC virpa
Izmantojot CNC virpu, tukša izejmateriālu josla tiek ievietota virpas vārpstas patronā. Šis patrona notur sagatavi vietā, kamēr vārpsta griežas. Kad vārpsta sasniedz vajadzīgo apgriezienu skaitu, stacionārs griezējinstruments saskaras ar sagatavi, lai noņemtu materiālu un panāktu pareizu ģeometriju.
CNC virpa var veikt vairākas darbības, piemēram, urbt, vītņot, urbt, slīpēt, pagriezt un konusveida pagriezt. Dažādām darbībām ir jāmaina rīki, un tās var palielināt izmaksas un iestatīšanas laiku.
Kad visas nepieciešamās apstrādes darbības ir pabeigtas, detaļa tiek nogriezta no krājuma tālākai apstrādei, ja nepieciešams. Pēc tam CNC virpa ir gatava atkārtot darbību, un starp tiem parasti nav vajadzīgs papildu iestatīšanas laiks.
CNC virpas var ievietot arī dažādus automātiskos stieņu padevējus, kas samazina izejvielu manuālu apstrādi un nodrošina tādas priekšrocības kā:
■ Samaziniet mašīnas operatora laiku un pūles
■ Atbalstiet stieņus, lai samazinātu vibrācijas, kas var negatīvi ietekmēt precizitāti
■ Ļaujiet darbgaldam darboties ar optimālu vārpstas apgriezienu skaitu
■ Samaziniet pārejas laiku
■ Samaziniet materiālu atkritumus
CNC virpu veidi
Ir vairāki dažāda veida virpas, taču visizplatītākās ir 2 asu CNC virpas un Ķīnas stila automātiskās virpas.
Lielākajā daļā CNC Ķīnas virpu tiek izmantota viena vai divas galvenās vārpstas, kā arī viena vai divas aizmugurējās (vai sekundārās) vārpstas, un rotējošā pārvietošana ir atbildīga par pirmo. Galvenā vārpsta veic primāro apstrādi, izmantojot vadošo uzmavu.
Turklāt dažas Ķīnas stila virpas ir aprīkotas ar otru instrumenta galvu, kas darbojas kā CNC dzirnavas.
Izmantojot CNC Ķīnas stila automātisko virpu, izejmateriāls caur bīdāmo galvas vārpstu tiek ievadīts virzošajā buksē. Tas ļauj instrumentam sagriezt materiālu tuvāk vietai, kur materiāls tiek atbalstīts, padarot Ķīnas mašīnu īpaši izdevīgu garām, slaidām, pagrieztām detaļām un mikromehāniskai apstrādei.
Daudzasu CNC virpošanas centri un Ķīnas stila virpas var veikt vairākas apstrādes darbības, izmantojot vienu mašīnu. Tas padara tos par rentablu risinājumu sarežģītām ģeometrijām, kurām citādi būtu nepieciešamas vairākas mašīnas vai instrumentu nomaiņa, izmantojot tādas iekārtas kā tradicionālās CNC frēzmašīnas.