Precizna strojna obrada postupak je za uklanjanje materijala s obratka tijekom držanja završnih obrada tolerancije. Precizni stroj ima mnogo vrsta, uključujući glodanje, struganje i električnu obradu pražnjenjem. Danas se preciznim strojem općenito upravlja pomoću računalnih numeričkih kontrola (CNC).
Gotovo svi metalni proizvodi koriste preciznu strojnu obradu, kao i mnogi drugi materijali poput plastike i drva. Ovim strojevima upravljaju specijalizirani i obučeni strojari. Kako bi alat za rezanje obavio svoj posao, mora se pomicati u navedenim smjerovima kako bi se napravio pravilan rez. Ovo primarno gibanje naziva se "brzina rezanja". Obradak se također može pomicati, što je poznato kao sekundarno gibanje "hrane". Zajedno, ti pokreti i oštrina reznog alata omogućuju rad preciznog stroja.
Kvalitetna precizna obrada zahtijeva sposobnost da se prate iznimno specifični nacrti izrađeni u CAD (računalno potpomognut dizajn) ili CAM (računalno potpomognuta proizvodnja) programima poput AutoCAD -a i TurboCAD -a. Softver može pomoći u izradi složenih trodimenzionalnih dijagrama ili obrisa potrebnih za proizvodnju alata, stroja ili predmeta. Ovi se nacrti moraju poštivati s mnogo detalja kako bi se osiguralo da proizvod zadrži svoj integritet. Iako većina tvrtki za preciznu strojnu obradu radi s nekim oblikom CAD/CAM programa, one i dalje često rade s ručno nacrtanim skicama u početnim fazama dizajna.
Precizna obrada koristi se za brojne materijale, uključujući čelik, broncu, grafit, staklo i plastiku. Ovisno o veličini projekta i materijalima koji će se koristiti, koristit će se različiti precizni alati za obradu. Može se koristiti bilo koja kombinacija tokarilica, glodalica, bušilica, pila i brusilica, pa čak i robotika velike brzine. Zračno-svemirska industrija može koristiti strojnu obradu velike brzine, dok industrija za izradu drvenih alata može koristiti fotokemijsko jetkanje i glodanje. Izbacivanje iz serije ili određena količina bilo koje određene stavke može se brojati u tisućama, ili samo nekoliko. Precizna obrada često zahtijeva programiranje CNC uređaja, što znači da su računalno numerički upravljani. CNC uređaj omogućuje točno praćenje dimenzija tijekom trajanja proizvoda.
Glodanje je postupak obrade pomoću rotacijskih rezača za uklanjanje materijala s obratka napredovanjem (ili uvlačenjem) rezača u obradak u određenom smjeru. Rezač se također može držati pod kutom u odnosu na os alata. Glodanje pokriva širok raspon različitih operacija i strojeva, na mjerilima od malih pojedinačnih dijelova do velikih, teških glodanja. To je jedan od najčešće korištenih procesa za obradu prilagođenih dijelova do preciznih tolerancija.
Glodanje se može izvesti širokim rasponom alatnih strojeva. Izvorna klasa alatnih strojeva za glodanje bila je glodalica (često se naziva i mlin). Nakon pojave računalnog numeričkog upravljanja (CNC), glodalice su se razvile u obradne centre: glodalice povećane automatskim izmjenjivačima alata, spremnici alata ili vrtuljci, CNC mogućnosti, sustavi rashladne tekućine i kućišta. Glodalice su općenito klasificirane kao vertikalni obradni centri (VMC) ili horizontalni obradni centri (HMC).
Integracija glodanja u tokarsko okruženje, i obrnuto, započela je aktivnim alatima za tokarilice i povremenom uporabom mlinova za operacije tokarenja. To je dovelo do nove klase alatnih strojeva, višezadaćnih strojeva (MTM), koji su namjenski izrađeni kako bi olakšali glodanje i okretanje unutar iste radne omotnice.
Za inženjere dizajna, timove za istraživanje i razvoj i proizvođače koji ovise o nabavci dijelova, precizna CNC obrada omogućuje stvaranje složenih dijelova bez dodatne obrade. Zapravo, precizna CNC obrada često omogućuje izradu gotovih dijelova na jednom stroju.
Postupak obrade uklanja materijal i koristi širok raspon alata za rezanje kako bi se stvorio konačan, često vrlo složen dizajn dijela. Razina preciznosti poboljšana je upotrebom računalnog numeričkog upravljanja (CNC), koje se koristi za automatizaciju upravljanja alatnim strojevima.
Uloga "CNC -a" u preciznoj obradi
Koristeći kodirane upute za programiranje, precizna CNC obrada omogućuje rezanje i oblikovanje obratka prema specifikacijama bez ručne intervencije strojara.
Uzimajući model računalno podržanog dizajna (CAD) koji je dostavio kupac, stručni strojar koristi računalno potpomognuti proizvodni softver (CAM) za izradu uputa za obradu dijela. Na temelju CAD modela, softver određuje koje su putanje alata potrebne i generira programski kod koji govori stroju:
■ Koji su ispravni okretaji u minuti i brzine uvlačenja
■ Kada i kamo premjestiti alat i/ili obradak
■ Koliko duboko rezati
■ Kada nanijeti rashladnu tekućinu
■ Svi drugi čimbenici vezani za brzinu, brzinu pomaka i koordinaciju
CNC kontroler tada koristi programski kod za upravljanje, automatizaciju i praćenje kretanja stroja.
Danas je CNC ugrađena značajka širokog raspona opreme, od tokarilica, mlinova i glodalica do žičane EDM (strojna obrada s električnim pražnjenjem), laserskih i strojeva za rezanje plazmom. Osim što automatizira proces obrade i povećava preciznost, CNC uklanja ručne zadatke i oslobađa strojare da nadgledaju više strojeva koji rade u isto vrijeme.
Osim toga, nakon što je put alata dizajniran i stroj programiran, može pokrenuti dio neograničeni broj puta. To osigurava visoku razinu preciznosti i ponovljivosti, što proces čini visoko isplativim i skalabilnim.
Materijali koji se obrađuju
Neki metali koji se obično obrađuju uključuju aluminij, mesing, broncu, bakar, čelik, titan i cink. Osim toga, drvo, pjena, stakloplastika i plastika kao što je polipropilen također se mogu obrađivati.
Zapravo, gotovo svaki materijal može se koristiti za preciznu CNC obradu - naravno, ovisno o primjeni i njezinim zahtjevima.
Neke prednosti precizne CNC obrade
Za mnoge male dijelove i komponente koji se koriste u širokom rasponu proizvedenih proizvoda, precizna CNC obrada često je odabrana metoda proizvodnje.
Kao što vrijedi za gotovo sve metode rezanja i obrade, različiti se materijali ponašaju različito, a veličina i oblik komponente također imaju veliki utjecaj na proces. Međutim, općenito proces precizne CNC obrade nudi prednosti u odnosu na druge metode obrade.
To je zato što CNC strojna obrada može donijeti:
■ Visok stupanj složenosti dijela
■ Čvrsta odstupanja, obično u rasponu od ± 0,0002 "(± 0,00508 mm) do ± 0,0005" (± 0,0127 mm)
■ Izuzetno glatke površine, uključujući prilagođene završne obrade
■ Ponovljivost, čak i pri velikim količinama
Dok vješt strojar može upotrijebiti ručni tokarski stroj za izradu kvalitetnog dijela u količinama od 10 ili 100, što se događa kada vam je potrebno 1.000 dijelova? 10.000 dijelova? 100.000 ili milijun dijelova?
Preciznom CNC obradom možete postići skalabilnost i brzinu potrebnu za ovu vrstu velike proizvodnje. Osim toga, visoka ponovljivost precizne CNC obrade daje vam dijelove koji su svi isti od početka do kraja, bez obzira na to koliko dijelova proizvodite.
Postoje neke vrlo specijalizirane metode CNC obrade, uključujući žičanu EDM (električna obrada pražnjenjem), aditivnu obradu i 3D laserski ispis. Na primjer, žičani EDM koristi vodljive materijale -obično metale -i električna pražnjenja kako bi izradila komad u zamršenim oblicima.
No, ovdje ćemo se usredotočiti na procese glodanja i tokarenja - dvije oduzimajuće metode koje su široko dostupne i često se koriste za preciznu CNC obradu.
Glodanje vs tokarenje
Glodanje je proces obrade koji koristi rotirajući, cilindrični rezni alat za uklanjanje materijala i stvaranje oblika. Oprema za glodanje, poznata kao mlin ili obradni centar, ostvaruje svemir složene geometrije dijelova na nekim od najvećih predmeta obrađenih metalom.
Važna karakteristika glodanja je da radni komad ostaje nepomičan dok se alat za rezanje okreće. Drugim riječima, na mlinu se rotirajući rezni alat pomiče oko obratka, koji ostaje fiksiran na mjestu.
Okretanje je postupak rezanja ili oblikovanja obratka na opremi koja se naziva tokarski stroj. Obično se tokarski stroj okreće obradak na okomitoj ili vodoravnoj osi, dok se fiksni alat za rezanje (koji se može ili ne mora vrtjeti) pomiče duž programirane osi.
Alat ne može fizički zaobići dio. Materijal se rotira, dopuštajući alatu da izvrši programirane operacije. (Postoji podskup tokarilica u kojima se alati vrte oko žice s kalemom, međutim, to ovdje nije pokriveno.)
Za okretanje, za razliku od glodanja, radni komad se vrti. Dijelovi dijelova uključuju vreteno tokarilice i rezni alat dolazi u dodir s izratkom.
Ručna ili CNC obrada
Iako su mlinovi i tokarilice dostupni u ručnim modelima, CNC strojevi prikladniji su za potrebe proizvodnje malih dijelova - nude skalabilnost i ponovljivost za primjene koje zahtijevaju veliku količinu izrade dijelova s uskom tolerancijom.
Osim što nudi jednostavne dvoosne strojeve u kojima se alat kreće po osi X i Z, precizna CNC oprema uključuje i višeosne modele u kojima se radni komad također može pomicati. To je za razliku od tokarilice gdje je radni predmet ograničen na predenje, a alati će se pomicati kako bi stvorili željenu geometriju.
Ove konfiguracije s više osi omogućuju izradu složenijih geometrija u jednoj operaciji, bez potrebe za dodatnim radom rukovatelja strojem. To ne samo da olakšava proizvodnju složenih dijelova, već također smanjuje ili uklanja mogućnost pogreške operatera.
Osim toga, upotreba rashladne tekućine pod visokim tlakom s preciznom CNC obradom osigurava da strugotine ne uđu u radove, čak ni pri korištenju stroja s okomito usmjerenim vretenom.
CNC mlinovi
Različiti glodalice razlikuju se po veličini, konfiguraciji osi, brzinama pomaka, brzini rezanja, smjeru pomaka glodanja i drugim karakteristikama.
Međutim, općenito, svi CNC mlinovi koriste rotirajuće vreteno za rezanje neželjenog materijala. Koriste se za rezanje tvrdih metala poput čelika i titana, ali se mogu koristiti i za materijale poput plastike i aluminija.
CNC mlinovi izgrađeni su za ponavljanje i mogu se koristiti za sve, od izrade prototipa do velike količine proizvodnje. Vrhunski precizni CNC mlinovi često se koriste za radove uske tolerancije, poput glodanja finih matrica i kalupa.
Dok CNC glodanje može donijeti brzi zaokret, završno brušenje stvara dijelove s vidljivim oznakama alata. Također može proizvesti dijelove s nekim oštrim rubovima i neravninama, pa će možda biti potrebni dodatni procesi ako su rubovi i neravnine neprihvatljivi za te značajke.
Naravno, alati za uklanjanje ivice programirani u nizu će ukloniti naslage, iako obično postižu najviše 90% gotovog zahtjeva, ostavljajući neke značajke za završnu ručnu doradu.
Što se tiče površinske obrade, postoje alati koji će proizvesti ne samo prihvatljivu površinsku obradu, već i završnu obradu poput zrcala na dijelovima radnog proizvoda.
Vrste CNC mlinova
Dvije osnovne vrste glodalica poznate su kao vertikalni obradni centri i horizontalni obradni centri, gdje je primarna razlika u orijentaciji vretena stroja.
Okomiti obradni centar je mlin u kojem je os vretena poravnana u smjeru osi Z. Ovi vertikalni strojevi mogu se dalje podijeliti u dvije vrste:
■ mlinovi za krevet, u kojima se vreteno pomiče paralelno s vlastitom osi, dok se stol pomiče okomito na os vretena
■ Mlinovi kupola, u kojima vreteno miruje, a stol se pomiče tako da je uvijek okomit i paralelan s osi vretena tijekom operacije rezanja
U vodoravnom obradnom središtu, osovina vretena mlina poravnana je u smjeru osi Y. Vodoravna struktura znači da ti mlinovi zauzimaju više prostora na podu strojare; također su općenito teže i moćnije od vertikalnih strojeva.
Horizontalni mlin često se koristi kada je potrebna bolja površinska obrada; to je zato što orijentacija vretena znači da sječivo prirodno otpada i lako se uklanja. (Kao dodatna prednost, učinkovito uklanjanje strugotina pomaže produljiti vijek trajanja alata.)
Općenito, vertikalni obradni centri su prisutniji jer mogu biti snažni poput horizontalnih obradnih centara i mogu rukovati vrlo malim dijelovima. Osim toga, okomiti centri imaju manji otisak od vodoravnih obradnih centara.
Višeosni CNC mlinovi
Precizni CNC mlinski centri dostupni su s više osi. Mlin s tri osi koristi osi X, Y i Z za razne poslove. S 4-osnim mlinom stroj se može okretati po okomitoj i vodoravnoj osi te pomicati obradak kako bi se omogućila kontinuiranija obrada.
Mlin s 5 osi ima tri tradicionalne osi i dvije dodatne rotacijske osi, što omogućuje rotiranje obratka dok se glava vretena kreće oko njega. To omogućuje obradu pet strana obratka bez uklanjanja obratka i ponovnog postavljanja stroja.
CNC strugovi
Tokarski stroj - koji se naziva i središte za okretanje - ima jedno ili više vretena te osi X i Z. Stroj se koristi za rotiranje obratka oko svoje osi za obavljanje različitih operacija rezanja i oblikovanja, primjenom širokog raspona alata na izratku.
CNC tokarilice, koje se još nazivaju i strugovi za radnje s aktivnim djelovanjem, idealne su za stvaranje simetričnih cilindričnih ili sfernih dijelova. Poput CNC mlinova, CNC tokarilice mogu podnijeti manje operacije, poput izrade prototipa, ali se također mogu postaviti za visoku ponovljivost, podržavajući veliku proizvodnju.
CNC tokarilice također se mogu postaviti za relativno hands-free proizvodnju, što ih čini široko rasprostranjenima u automobilskoj, elektroničkoj, zrakoplovnoj, robotskoj i industriji medicinskih uređaja.
Kako radi CNC tokarilica
S CNC tokarilicom u steznu glavu vretena tokarilice stavlja se prazna šipka materijala. Ova stezna glava drži radni komad na mjestu dok se vreteno okreće. Kad vreteno postigne potrebnu brzinu, stacionarni rezni alat dovodi se u dodir s obratkom radi uklanjanja materijala i postizanja ispravne geometrije.
CNC tokarilica može izvesti brojne operacije, poput bušenja, navoja, bušenja, razvrtanja, okretanja i suženja. Različite operacije zahtijevaju izmjenu alata i mogu povećati troškove i vrijeme postavljanja.
Kad se dovrše sve potrebne obrade, dio se izrezuje iz zalihe radi daljnje obrade, ako je potrebno. CNC tokarski stroj tada je spreman za ponavljanje operacije, uz malo ili nimalo dodatnog vremena postavljanja koje je obično potrebno između.
CNC tokarilice također mogu primiti razne automatske ulagače šipki, koji smanjuju količinu ručnog rukovanja sirovinama i pružaju prednosti kao što su sljedeće:
■ Smanjite vrijeme i trud koji je potreban rukovatelju stroja
■ Podržite barstock za smanjenje vibracija koje mogu negativno utjecati na preciznost
■ Ostavite alatni stroj da radi pri optimalnim okretajima vretena
■ Smanjite vrijeme zamjene
■ Smanjite otpad materijala
Vrste CNC tokarilica
Postoji niz različitih vrsta tokarilica, no najčešće su to CNC-tokarilice s 2 osi i automatske tokarilice u kineskom stilu.
Većina CNC tokarilica u Kini koristi jedno ili dva glavna vretena plus jedno ili dva stražnja (ili sekundarna) vretena, s okretnim prijenosom odgovornim za prvo. Glavno vreteno obavlja primarnu obradu, uz pomoć čahure za vođenje.
Osim toga, neki strugovi u kineskom stilu opremljeni su drugom glavom alata koja radi kao CNC mlin.
S CNC automatskim tokarskim strojem u kineskom stilu, materijal se dovodi kroz vreteno s kliznom glavom u vodilicu. To omogućuje alatu za rezanje materijala bliže točki na kojoj je materijal oslonjen, što kineski stroj čini posebno korisnim za dugačke, vitke okrenute dijelove i za mikroobradu.
CNC tokarski centri s više osi i tokarilice u kineskom stilu mogu izvršiti višestruke obrade pomoću jednog stroja. To ih čini isplativom opcijom za složene geometrije koje bi inače zahtijevale više izmjena strojeva ili alata pomoću opreme, poput tradicionalnog CNC mlina.