Precīzā apstrāde ir process, lai noņemtu materiālu no sagataves, turot apdari ar tuvu pielaidi.Precīzijas mašīnai ir daudz veidu, tostarp frēzēšana, virpošana un elektriskās izlādes apstrāde.Precīzas mašīnas mūsdienās parasti tiek vadītas, izmantojot datora ciparu vadības ierīces (CNC).
Gandrīz visos metāla izstrādājumos tiek izmantota precīza apstrāde, tāpat kā daudzi citi materiāli, piemēram, plastmasa un koks.Šīs mašīnas apkalpo specializēti un apmācīti mašīnisti.Lai griezējinstruments veiktu savu darbu, tas ir jāpārvieto pareizajā griezumā norādītajos virzienos.Šo primāro kustību sauc par "griešanas ātrumu".Apstrādājamo priekšmetu var arī pārvietot, ko sauc par "padeves" sekundāro kustību.Kopā šīs kustības un griezējinstrumenta asums ļauj precīzai mašīnai darboties.
Kvalitatīvai precīzai apstrādei ir nepieciešama spēja sekot īpaši specifiskiem projektiem, kas izveidoti, izmantojot CAD (datorizētā projektēšana) vai CAM (datorizētā ražošana) programmas, piemēram, AutoCAD un TurboCAD.Programmatūra var palīdzēt izveidot sarežģītas trīsdimensiju diagrammas vai kontūras, kas nepieciešamas, lai izgatavotu rīku, mašīnu vai objektu.Šie rasējumi ir jāievēro ļoti detalizēti, lai nodrošinātu, ka produkts saglabā savu integritāti.Lai gan lielākā daļa precīzās apstrādes uzņēmumu strādā ar kāda veida CAD/CAM programmām, tie joprojām bieži strādā ar rokām zīmētām skicēm dizaina sākuma fāzēs.
Precīzā apstrāde tiek izmantota vairākiem materiāliem, tostarp tēraudam, bronzai, grafītam, stiklam un plastmasai, lai nosauktu tikai dažus.Atkarībā no projekta apjoma un izmantojamajiem materiāliem tiks izmantoti dažādi precīzās apstrādes instrumenti.Var izmantot jebkuru virpu, frēzmašīnu, urbjmašīnu, zāģu un slīpmašīnu un pat ātrgaitas robotikas kombināciju.Aviācijas un kosmosa rūpniecībā var izmantot liela ātruma apstrādi, savukārt kokapstrādes instrumentu ražošanas nozare var izmantot fotoķīmisko kodināšanas un frēzēšanas procesus.No palaišanas vai noteiktas preces noteiktais daudzums var sasniegt tūkstošos vai būt tikai daži.Precīzai apstrādei bieži ir 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 tiek izmantoti rotējošie griezēji, lai noņemtu materiālu no sagataves, virzot (vai padodot) griezēju sagatavē noteiktā virzienā.Griezēju var arī turēt leņķī attiecībā pret instrumenta asi.Frēzēšana aptver plašu dažādu darbību un mašīnu klāstu, sākot no mazām atsevišķām detaļām līdz lielām, lieljaudas frēzēšanas darbībām.Tas ir viens no visbiežāk izmantotajiem procesiem pielāgotu detaļu apstrādei līdz precīzām pielaidēm.
Frēzēšanu var veikt ar plašu darbgaldu klāstu.Sākotnējā frēzēšanas darbgaldu klase bija frēzmašīna (bieži saukta par dzirnavām).Pēc datorizētās ciparvadības (CNC) parādīšanās frēzmašīnas attīstījās par apstrādes centriem: frēzmašīnām, 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 vidēs un otrādi, sākās ar strāvu virpu instrumentiem un neregulāru frēžu izmantošanu virpošanas operācijām.Tas noveda pie jaunas darbgaldu klases, daudzuzdevumu mašīnas (MTM), kas ir īpaši izstrādātas, lai atvieglotu frēzēšanu un virpošanu vienā darba aploksnē.
Projektēšanas inženieriem, pētniecības un attīstības komandām un ražotājiem, kas ir atkarīgi no detaļu piegādes, precīza CNC apstrāde ļauj izveidot sarežģītas detaļas bez papildu apstrādes.Faktiski precīza CNC apstrāde bieži vien ļauj gatavās detaļas izgatavot ar vienu mašīnu.
Apstrādes procesā tiek noņemts materiāls un tiek izmantots plašs griezējinstrumentu klāsts, lai izveidotu galīgo un bieži vien ļoti sarežģīto detaļas dizainu.Precizitātes līmenis tiek paaugstināts, izmantojot datoru ciparu vadību (CNC), ko izmanto, lai automatizētu apstrādes instrumentu vadību.
"CNC" loma precīzajā apstrādē
Izmantojot kodētas programmēšanas instrukcijas, precīza CNC apstrāde ļauj sagriezt un veidot sagatavi atbilstoši specifikācijām bez mašīnas operatora manuālas iejaukšanās.
Izmantojot klienta nodrošināto datorizētās projektēšanas (CAD) modeli, eksperts mašīnists izmanto datorizētas ražošanas programmatūru (CAM), lai izveidotu instrukcijas detaļas apstrādei.Pamatojoties uz CAD modeli, programmatūra nosaka, kādi instrumenta ceļi ir nepieciešami, un ģenerē programmēšanas kodu, kas mašīnai paziņo:
■ Kādi ir pareizie RPM un padeves ātrumi
■ Kad un kur pārvietot instrumentu un/vai sagatavi
■ Cik dziļi griezt
■ Kad uzklāt dzesēšanas šķidrumu
■ Jebkuri citi faktori, kas saistīti ar ātrumu, padeves ātrumu un koordināciju
Pēc tam CNC kontrolleris izmanto programmēšanas kodu, lai kontrolētu, automatizētu un uzraudzītu mašīnas kustības.
Mūsdienās CNC ir iebūvēta funkcija plašam aprīkojuma klāstam, sākot no virpām, frēzēm un maršrutētājiem līdz stieples EDM (elektriskās izlādes apstrādei), lāzera un plazmas griešanas mašīnām.Papildus apstrādes procesa automatizēšanai un precizitātes uzlabošanai CNC novērš manuālus uzdevumus un atbrīvo mašīnistus, lai pārraudzītu vairākas mašīnas, kas darbojas vienlaikus.
Turklāt, kad instrumenta ceļš ir izveidots un iekārta ir ieprogrammēta, tā var darbināt 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 koksni, putas, stiklšķiedru 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 mazām detaļām un komponentiem, ko izmanto plašā saražoto produktu klāstā, precīza CNC apstrāde bieži ir izvēlēta ražošanas metode.
Tāpat kā praktiski visām griešanas un apstrādes metodēm, dažādi materiāli darbojas atšķirīgi, un arī detaļas izmēri un forma ļoti ietekmē procesu.Tomēr kopumā precīzās CNC apstrādes process piedāvā priekšrocības salīdzinājumā ar citām apstrādes metodēm.
Tas ir tāpēc, ka CNC apstrāde spēj nodrošināt:
■ Augsta detaļu sarežģītības pakāpe
■ Stingras pielaides, kas parasti svārstās no ±0,0002" (±0,00508 mm) līdz ±0,0005" (±0,0127 mm)
■ Īpaši gluda virsmas apdare, tostarp pielāgota apdare
■ Atkārtojamība pat lielos skaļumos
Lai gan prasmīgs mašīnists var izmantot manuālo virpu, lai izgatavotu kvalitatīvu detaļu 10 vai 100 daudzumos, kas notiek, ja jums ir vajadzīgas 1000 detaļas?10 000 daļas?100 000 vai miljons detaļu?
Izmantojot precīzu CNC apstrādi, jūs varat iegūt mērogojamību un ātrumu, kas nepieciešams šāda veida liela apjoma ražošanai.Turklāt precīzās CNC apstrādes augstā atkārtojamība sniedz jums detaļas, kas ir vienādas no sākuma līdz beigām, neatkarīgi no tā, cik detaļu jūs ražojat.
Ir dažas ļoti specializētas CNC apstrādes metodes, tostarp stiepļu EDM (elektriskā izlādes apstrāde), piedevu apstrāde un 3D lāzerdruka.Piemēram, stiepļu EDM izmanto vadošus materiālus - parasti metālus - un elektrisko izlādi, lai sagatavi sadalītu 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 tiek izmantots rotējošs, cilindrisks griezējinstruments, lai noņemtu materiālu un izveidotu formas.Frēzēšanas iekārtas, kas pazīstamas kā dzirnavas vai apstrādes centrs, nodrošina sarežģītu detaļu ģeometriju visumu uz dažiem lielākajiem objektiem, kas apstrādāti metālā.
Svarīga frēzēšanas īpašība ir tāda, ka apstrādājamā detaļa paliek nekustīga, kamēr griezējinstruments griežas.Citiem vārdiem sakot, uz dzirnavām rotējošais griezējinstruments pārvietojas ap apstrādājamo priekšmetu, kas paliek fiksēts uz gultas.
Virpošana ir sagataves griešanas vai formēšanas process iekārtā, ko sauc par virpu.Parasti virpa griež apstrādājamo priekšmetu pa vertikālu vai horizontālu asi, kamēr fiksēts griezējinstruments (kas var griezties vai negriezties) pārvietojas pa ieprogrammēto asi.
Instruments nevar fiziski apiet daļu.Materiāls griežas, ļaujot instrumentam veikt ieprogrammētās darbības.(Ir virpu apakškopa, kurā instrumenti griežas ap spoli padotu stiepli, taču tas šeit nav apskatīts.)
Virpojot, atšķirībā no frēzēšanas, sagatave griežas.Detaļu krājums ieslēdz virpas vārpstu, un griezējinstruments nonāk saskarē ar sagatavi.
Manuālā pret CNC apstrādi
Lai gan manuālos modeļos ir pieejamas gan frēzes, gan virpas, CNC mašīnas ir piemērotākas mazu detaļu ražošanai, nodrošinot mērogojamību un atkārtojamību lietojumiem, kuros nepieciešama liela apjoma detaļu ražošana ar zemu pielaidi.
Papildus vienkāršām 2 asu mašīnām, kurās instruments pārvietojas pa X un Z asīm, precīzās CNC iekārtas ietver vairāku asu modeļus, kuros var pārvietoties arī apstrādājamā detaļa.Tas ir pretstatā virpai, kur apstrādājamā detaļa ir ierobežota līdz vērpšanai un instrumenti pārvietojas, lai izveidotu vēlamo ģeometriju.
Šīs vairāku asu konfigurācijas ļauj vienā operācijā izveidot sarežģītākas ģeometrijas, neprasot mašīnas operatora papildu darbu.Tas ne tikai atvieglo sarežģītu detaļu izgatavošanu, bet arī samazina vai novērš operatora kļūdu iespējamību.
Turklāt augstspiediena dzesēšanas šķidruma izmantošana ar precīzu CNC apstrādi nodrošina to, ka skaidas neietilpst darbos pat tad, ja tiek izmantota iekārta ar vertikāli orientētu vārpstu.
CNC frēzes
Dažādas frēzmašīnas atšķiras pēc to izmēriem, asu konfigurācijas, padeves ātruma, griešanas ātruma, frēzēšanas padeves virziena un citām īpašībām.
Tomēr kopumā visas CNC frēzes izmanto rotējošu vārpstu, lai nogrieztu nevēlamu materiālu.Tos izmanto cieto metālu, piemēram, tērauda un titāna, griešanai, taču tos var izmantot arī ar tādiem materiāliem kā plastmasa un alumīnijs.
CNC frēzes ir konstruētas atkārtojamībai, un tās var izmantot visam, sākot no prototipu izstrādes līdz liela apjoma ražošanai.Augstas klases precizitātes CNC frēzes bieži tiek izmantotas stingras pielaides darbiem, piemēram, smalku presformu un veidņu frēzēšanai.
Lai gan CNC frēzēšana var nodrošināt ātru apgriešanu, frēzēšanas laikā tiek izveidotas detaļas ar redzamām instrumentu pēdām.Tas var arī ražot detaļas ar dažām asām malām un urbumiem, tāpēc var būt nepieciešami papildu procesi, ja malas un urbumi nav pieņemami šīm funkcijām.
Protams, secībā ieprogrammētie atstarpju noņemšanas rīki atslābina, lai gan parasti tiek sasniegti ne vairāk kā 90% no gatavās prasības, atstājot dažas funkcijas galīgai roku apstrādei.
Kas attiecas uz virsmas apdari, ir instrumenti, kas nodrošinās ne tikai pieņemamu virsmas apdari, bet arī spoguļam līdzīgu apdari darba produkta daļām.
CNC frēžu veidi
Divi pamata frēzmašīnu veidi ir pazīstami kā vertikālie apstrādes centri un horizontālie apstrādes centri, kur galvenā atšķirība ir mašīnas vārpstas orientācijā.
Vertikālais apstrādes centrs ir frēze, kurā vārpstas ass ir izlīdzināta Z-ass virzienā.Šīs vertikālās mašīnas var iedalīt divos veidos:
■Vārpstas dzirnavas, kurās vārpsta pārvietojas paralēli savai asij, bet galds pārvietojas perpendikulāri vārpstas asij
■Tornveida dzirnavas, kurās vārpsta ir nekustīga un galds tiek pārvietots tā, lai griešanas darbības laikā tas vienmēr būtu perpendikulārs un paralēls vārpstas asij
Horizontālā apstrādes centrā frēzes vārpstas ass ir izlīdzināta Y ass virzienā.Horizontālā struktūra nozīmē, ka šīs dzirnavas parasti aizņem vairāk vietas uz mašīnbūves grīdas;tie parasti ir arī smagāki un jaudīgāki nekā vertikālās mašīnas.
Horizontālo frēzi 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 priekšrocība ir efektīva skaidu noņemšana, kas palīdz palielināt instrumenta kalpošanas laiku.)
Parasti vertikālie apstrādes centri ir izplatītāki, jo tie var būt tikpat spēcīgi kā horizontālie apstrādes centri un var apstrādāt ļoti mazas detaļas.Turklāt vertikālajiem centriem ir mazāks nospiedums nekā horizontālajiem apstrādes centriem.
Daudzasu CNC frēzes
Precīzi CNC frēzēšanas centri ir pieejami ar vairākām asīm.3 asu dzirnaviņas izmanto X, Y un Z asis dažādiem darbiem.Izmantojot 4 asu frēzi, iekārta var griezties pa vertikālo un horizontālo asi un pārvietot apstrādājamo priekšmetu, lai nodrošinātu nepārtrauktāku apstrādi.
5 asu frēzēm ir trīs tradicionālās asis un divas papildu rotācijas 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 virpošanas centru, ir viena vai vairākas vārpstas un X un Z asis.Mašīnu izmanto, lai pagrieztu apstrādājamo priekšmetu ap savu asi, lai veiktu dažādas griešanas un formēšanas darbības, apstrādājamai detaļai pielietojot plašu instrumentu klāstu.
CNC virpas, ko sauc arī par dzīvās darbības instrumentu virpām, ir ideāli piemērotas simetrisku cilindrisku vai sfērisku daļu izveidošanai.Tāpat kā CNC dzirnavas, CNC virpas var veikt mazākas darbības, piemēram, prototipu veidošanu, taču tās var arī iestatīt, lai nodrošinātu augstu atkārtojamību, atbalstot liela apjoma ražošanu.
CNC virpas var iestatīt arī salīdzinoši brīvroku ražošanai, tāpēc tās plaši izmanto automobiļu, elektronikas, kosmosa, robotikas un medicīnas ierīču nozarēs.
Kā darbojas CNC virpa
Izmantojot CNC virpu, virpas vārpstas patronā tiek ievietots tukša materiāla stienis.Šī patrona notur apstrādājamo priekšmetu vietā, kamēr vārpsta griežas.Kad vārpsta sasniedz vajadzīgo apgriezienu skaitu, stacionārs griezējinstruments saskaras ar sagatavi, lai noņemtu materiālu un sasniegtu pareizo ģeometriju.
Ar CNC virpu var veikt vairākas darbības, piemēram, urbšanu, vītņošanu, urbšanu, rīvēšanu, apšuvumu un konusveida virpošanu.Lai veiktu dažādas darbības, ir jāmaina instrumenti, un tas var palielināt izmaksas un iestatīšanas laiku.
Kad visas nepieciešamās apstrādes darbības ir pabeigtas, detaļa tiek izgriezta no noliktavas tālākai apstrādei, ja nepieciešams.Pēc tam CNC virpa ir gatava atkārtot darbību, parasti starplaikā ir nepieciešams neliels vai vispār nav nepieciešams papildu iestatīšanas laiks.
CNC virpas var ievietot arī dažādus automātiskos stieņu padevējus, kas samazina manuālo izejmateriālu apstrādi un nodrošina šādas priekšrocības:
■ Samaziniet mašīnas operatoram nepieciešamo laiku un pūles
■ Atbalstiet stieņa pamatni, lai samazinātu vibrācijas, kas var negatīvi ietekmēt precizitāti
■ Ļaujiet darbgaldam darboties ar optimāliem vārpstas apgriezieniem
■ Samaziniet pārslēgšanās laiku
■ Samaziniet materiālu atkritumu daudzumu
CNC virpu veidi
Ir vairāki dažādu veidu virpas, bet visizplatītākās ir 2 asu CNC virpas un Ķīnas stila automātiskās virpas.
Lielākajā daļā CNC Ķīnas virpu tiek izmantota viena vai divas galvenās vārpstas un viena vai divas aizmugurējās (vai sekundārās) vārpstas, un par pirmo ir atbildīgs rotācijas pārnesums.Galvenā vārpsta veic primāro apstrādes darbību, izmantojot vadošās bukses.
Turklāt dažas Ķīnas stila virpas ir aprīkotas ar otru instrumenta galvu, kas darbojas kā CNC frēze.
Izmantojot CNC Ķīnas stila automātisko virpu, izejmateriāls tiek padots caur bīdāmās galviņas vārpstu vadošajā buksē.Tas ļauj instrumentam griezt materiālu tuvāk vietai, kur materiāls tiek atbalstīts, padarot Ķīnas mašīnu īpaši noderīgu garām, slaidām virpotām daļām un mikroapstrādei.
Daudzasu CNC virpošanas centri un Ķīnas stila virpas var veikt vairākas apstrādes darbības, izmantojot vienu mašīnu.Tas padara tos par rentablu iespēju sarežģītām ģeometrijām, kurām pretējā gadījumā būtu nepieciešamas vairākas mašīnas vai jāmaina instrumenti, izmantojot tādas iekārtas kā tradicionālās CNC frēzes.