Precizna obrada je postupak uklanjanja materijala s obratka tijekom završnih obrada s uskim tolerancijama. Precizni strojevi imaju mnogo vrsta, uključujući glodanje, tokarenje i elektroerozivnu obradu. Precizni stroj danas se općenito kontrolira pomoću računalno numeričkih upravljača (CNC).
Gotovo svi metalni proizvodi koriste preciznu strojnu obradu, kao i mnogi drugi materijali poput plastike i drva. Ove strojeve koriste specijalizirani i obučeni strojari. Da bi alat za rezanje obavljao svoj posao, mora se pomicati u određenim smjerovima kako bi se napravio ispravan rez. Ovo primarno kretanje naziva se "brzina rezanja". Obradak se također može pomicati, što je poznato kao sekundarno kretanje "namaka". Zajedno, ovi pokreti i oštrina alata za rezanje omogućuju preciznom stroju rad.
Kvalitetna precizna strojna obrada zahtijeva sposobnost praćenja izuzetno specifičnih nacrta izrađenih CAD (računalno potpomognuto projektiranje) ili CAM (računalno potpomognuta proizvodnja) programima poput AutoCAD-a i TurboCAD-a. Softver može pomoći u izradi složenih, trodimenzionalnih dijagrama ili skica potrebnih za izradu alata, stroja ili predmeta. Ovih se nacrta mora pridržavati s velikom detaljnošću kako bi se osiguralo da proizvod zadrži svoj integritet. Iako većina tvrtki za preciznu strojnu obradu radi s nekim oblikom CAD/CAM programa, u početnim fazama dizajna i dalje često rade s ručno crtanim skicama.
Precizna obrada koristi se na brojnim materijalima, uključujući čelik, broncu, grafit, staklo i plastiku, da spomenemo samo neke. Ovisno o veličini projekta i materijalima koji će se koristiti, koristit će se razni alati za preciznu obradu. Može se koristiti bilo koja kombinacija tokarilica, glodalica, bušilica, pila i brusilica, pa čak i robotika velike brzine. Zrakoplovna industrija može koristiti obradu velikom brzinom, dok industrija alata za obradu drveta može koristiti procese fotokemijskog jetkanja i glodanja. Izrada serije ili određene količine bilo kojeg određenog artikla može se mjeriti u tisućama ili biti samo nekoliko. Precizna obrada često zahtijeva programiranje CNC uređaja, što znači da su računalno numerički kontrolirani. CNC uređaj omogućuje praćenje točnih dimenzija tijekom cijele serije proizvoda.
Glodanje je proces obrade korištenjem rotacijskih rezača za uklanjanje materijala s obratka pomicanjem (ili uvlačenjem) rezača u obratak u određenom smjeru. Rezač se također može držati pod kutom u odnosu na os alata. Glodanje obuhvaća širok raspon različitih operacija i strojeva, od malih pojedinačnih dijelova do velikih, teških operacija glodanja u nizu. To je jedan od najčešće korištenih procesa za obradu prilagođenih dijelova do preciznih tolerancija.
Glodanje se može izvoditi širokim rasponom alatnih strojeva. Izvorna klasa alatnih strojeva za glodanje bila je glodalica (često nazivana glodalica). Nakon pojave računalnog numeričkog upravljanja (CNC), glodalice su se razvile u obradne centre: glodalice proširene automatskim izmjenjivačima alata, spremnicima alata ili karuselima, CNC mogućnostima, sustavima hlađenja i kućištima. Centri za glodanje općenito se klasificiraju kao vertikalni obradni centri (VMC) ili horizontalni obradni centri (HMC).
Integracija glodanja u okruženja tokarenja i obrnuto započela je s pogonskim alatima za tokarilice i povremenom upotrebom glodalica za tokarske operacije. To je dovelo do nove klase alatnih strojeva, višenamjenskih strojeva (MTM), koji su namjenski izrađeni za olakšavanje glodanja i tokarenja unutar istog radnog područja.
Za inženjere dizajna, istraživačko-razvojne timove i proizvođače koji ovise o nabavi dijelova, precizna CNC obrada omogućuje izradu složenih dijelova bez dodatne obrade. Zapravo, precizna CNC obrada često omogućuje izradu gotovih dijelova na jednom stroju.
Proces obrade uklanja materijal i koristi širok raspon alata za rezanje kako bi se stvorio konačni i često vrlo složen dizajn dijela. Razina preciznosti poboljšava se korištenjem računalnog numeričkog upravljanja (CNC), koje se koristi za automatizaciju upravljanja alatima za obradu.
Uloga "CNC-a" u preciznoj obradi
Korištenjem kodiranih programskih instrukcija, precizna CNC obrada omogućuje rezanje i oblikovanje obratka prema specifikacijama bez ručne intervencije operatera stroja.
Uzimajući model računalno potpomognutog dizajna (CAD) koji je dostavio kupac, stručni strojar koristi softver za računalno potpomognutu proizvodnju (CAM) za izradu uputa za obradu dijela. Na temelju CAD modela, softver određuje koje su putanje alata potrebne i generira programski kod koji stroju govori:
■ Koji su ispravni okretaji u minuti i brzine pomaka
■ Kada i gdje premjestiti alat i/ili obradak
■ Koliko duboko rezati
■ Kada nanositi rashladnu tekućinu
■ Svi ostali čimbenici povezani s brzinom, brzinom pomicanja i koordinacijom
CNC kontroler zatim koristi programski kod za upravljanje, automatizaciju i praćenje kretanja stroja.
Danas je CNC ugrađena značajka širokog spektra opreme, od tokarilica, glodalica i glodalica do žičane EDM (elektroerozijskih obrada), laserskih i plazma rezanja. Osim što automatizira proces obrade i povećava preciznost, CNC eliminira ručne zadatke i oslobađa strojare da nadgledaju više strojeva koji rade istovremeno.
Osim toga, nakon što je putanja alata dizajnirana i stroj programiran, može obraditi dio neograničen broj puta. To pruža visoku razinu preciznosti i ponovljivosti, što zauzvrat čini proces vrlo isplativim i skalabilnim.
Materijali koji se obrađuju strojno
Neki metali koji se obično obrađuju uključuju aluminij, mesing, broncu, bakar, čelik, titan i cink. Osim toga, mogu se obrađivati i drvo, pjena, stakloplastika i plastika poput polipropilena.
Zapravo, gotovo svaki materijal može se koristiti s preciznom CNC obradom - 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 metoda izrade izbora.
Kao što je slučaj s gotovo svim metodama rezanja i obrade, različiti materijali se 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 obrada može isporučiti:
■ Visok stupanj složenosti dijelova
■ Uske tolerancije, obično u rasponu od ±0,0002" (±0,00508 mm) do ±0,0005" (±0,0127 mm)
■ Iznimno glatke površinske obrade, uključujući prilagođene završne obrade
■ Ponovljivost, čak i pri velikim količinama
Dok vješt strojar može koristiti ručni tokarilicu za izradu kvalitetnog dijela u količinama od 10 ili 100 komada, što se događa kada vam treba 1000 dijelova? 10 000 dijelova? 100 000 ili milijun dijelova?
S preciznom CNC obradom možete dobiti skalabilnost i brzinu potrebnu za ovu vrstu proizvodnje velikih količina. 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 (elektroerozijsku obradu), aditivnu obradu i 3D laserski ispis. Na primjer, žičana EDM koristi vodljive materijale - obično metale - i električna pražnjenja za erodiranje obratka u zamršene oblike.
Međutim, ovdje ćemo se usredotočiti na procese glodanja i tokarenja - dvije subtraktivne metode koje su široko dostupne i često se koriste za preciznu CNC obradu.
Glodanje u odnosu na tokarenje
Glodanje je proces obrade koji koristi rotirajući, cilindrični alat za rezanje za uklanjanje materijala i stvaranje oblika. Oprema za glodanje, poznata kao glodalica ili obradni centar, ostvaruje niz složenih geometrija dijelova na nekim od najvećih predmeta obrađenih metalom.
Važna karakteristika glodanja je da obratak ostaje nepomičan dok se alat za rezanje okreće. Drugim riječima, na glodalici se rotirajući alat za rezanje kreće oko obratka, koji ostaje fiksiran na krevetu.
Tokarenje je proces rezanja ili oblikovanja obratka na opremi koja se naziva tokarski stroj. Tokarski stroj obično okreće obratak po vertikalnoj ili horizontalnoj osi dok se fiksni alat za rezanje (koji se može, ali i ne mora okretati) kreće duž programirane osi.
Alat se fizički ne može kretati oko dijela. Materijal se okreće, što omogućuje alatu izvođenje programiranih operacija. (Postoji podskup tokarilica u kojima se alati okreću oko žice koja se dovodi s kalema, međutim, to ovdje nije obuhvaćeno.)
Kod tokarenja, za razliku od glodanja, obradak se okreće. Obradak se okreće na vretenu tokarilice, a alat za rezanje dolazi u kontakt s obradkom.
Ručna vs. CNC obrada
Iako su i glodalice i tokarilice dostupne u ručnim modelima, CNC strojevi su prikladniji za proizvodnju malih dijelova - nudeći skalabilnost i ponovljivost za primjene koje zahtijevaju proizvodnju velikih količina dijelova s uskim tolerancijama.
Osim što nude jednostavne dvoosne strojeve u kojima se alat pomiče po osima X i Z, precizna CNC oprema uključuje višeosne modele u kojima se i obradak može pomicati. To je za razliku od tokarilice gdje je obradak ograničen na okretanje, a alati će se pomicati kako bi stvorili željenu geometriju.
Ove višeosne konfiguracije omogućuju proizvodnju složenijih geometrija u jednoj operaciji, bez potrebe za dodatnim radom operatera stroja. To ne samo da olakšava proizvodnju složenih dijelova, već i smanjuje ili eliminira mogućnost pogreške operatera.
Osim toga, korištenje visokotlačnog rashladnog sredstva kod precizne CNC obrade osigurava da strugotine ne uđu u obradu, čak ni pri korištenju stroja s vertikalno orijentiranim vretenom.
CNC glodalice
Različite glodalice razlikuju se po veličinama, konfiguracijama osi, brzinama pomaka, brzini rezanja, smjeru pomaka glodanja i drugim karakteristikama.
Međutim, općenito, CNC glodalice koriste rotirajuće vreteno za rezanje neželjenog materijala. Koriste se za rezanje tvrdih metala poput čelika i titana, ali se mogu koristiti i s materijalima poput plastike i aluminija.
CNC glodalice su napravljene za ponovljivost i mogu se koristiti za sve, od izrade prototipova do proizvodnje velikih količina. Visokokvalitetne precizne CNC glodalice često se koriste za radove s uskim tolerancijama, kao što je glodanje finih matrica i kalupa.
Iako CNC glodanje može omogućiti brzu obradu, završna obrada glodanjem stvara dijelove s vidljivim tragovima alata. Također može proizvesti dijelove s oštrim rubovima i neravninama, pa mogu biti potrebni dodatni procesi ako rubovi i neravnine nisu prihvatljivi za te značajke.
Naravno, alati za uklanjanje neravnina programirani u sekvencu će ukloniti neravnine, iako obično postižu najviše 90% gotovog zahtjeva, ostavljajući neke značajke za završnu ručnu obradu.
Što se tiče završne obrade površine, postoje alati koji će proizvesti ne samo prihvatljivu završnu obradu površine, već i zrcalni sjaj na dijelovima radnog proizvoda.
Vrste CNC glodalica
Dvije osnovne vrste glodalica poznate su kao vertikalni obradni centri i horizontalni obradni centri, gdje je primarna razlika u orijentaciji vretena stroja.
Vertikalni obradni centar je glodalica u kojoj je os vretena poravnata u smjeru Z-osi. Ovi vertikalni strojevi mogu se dalje podijeliti u dvije vrste:
■ Glodalice s ležajem, kod kojih se vreteno pomiče paralelno sa svojom osi, dok se stol pomiče okomito na os vretena
■ Revolverske glodalice, kod kojih je vreteno nepomično, a stol se pomiče tako da je uvijek okomit i paralelan s osi vretena tijekom operacije rezanja
U horizontalnom obradnom centru, os vretena glodalice je poravnata u smjeru osi Y. Horizontalna struktura znači da ove glodalice zauzimaju više prostora u strojarnici; također su općenito teže i snažnije od vertikalnih strojeva.
Horizontalna glodalica se često koristi kada je potrebna bolja završna obrada površine; to je zato što orijentacija vretena znači da strugotine prirodno otpadaju i lako se uklanjaju. (Kao dodatna prednost, učinkovito uklanjanje strugotina pomaže u povećanju vijeka trajanja alata.)
Općenito, vertikalni obradni centri su češći jer mogu biti jednako snažni kao horizontalni obradni centri i mogu obrađivati vrlo male dijelove. Osim toga, vertikalni centri imaju manji otisak od horizontalnih obradnih centara.
Višeosne CNC glodalice
Precizni CNC glodački centri dostupni su s više osi. Troosna glodalica koristi osi X, Y i Z za širok raspon poslova. S 4-osnom glodalicom, stroj se može okretati po vertikalnoj i horizontalnoj osi i pomicati obradak kako bi se omogućila kontinuiranija obrada.
5-osna glodalica ima tri tradicionalne osi i dvije dodatne rotacijske osi, što omogućuje rotaciju obratka dok se glava vretena pomiče oko njega. To omogućuje obradu pet strana obratka bez uklanjanja obratka i resetiranja stroja.
CNC tokarilice
Tokarilica - koja se naziva i tokarski centar - ima jedno ili više vretena te osi X i Z. Stroj se koristi za rotaciju obratka oko njegove osi kako bi se izvodile različite operacije rezanja i oblikovanja, primjenjujući širok raspon alata na obratak.
CNC tokarilice, koje se nazivaju i tokarilicama za obradu alata uživo, idealne su za izradu simetričnih cilindričnih ili sfernih dijelova. Poput CNC glodalica, CNC tokarilice mogu obavljati manje operacije poput izrade prototipova, ali se također mogu postaviti za visoku ponovljivost, podržavajući proizvodnju velikih količina.
CNC tokarilice se također mogu postaviti za relativno slobodnu proizvodnju, što ih čini široko korištenima u automobilskoj, elektroničkoj, zrakoplovnoj, robotskoj i industriji medicinskih uređaja.
Kako radi CNC tokarilica
Kod CNC tokarilice, prazna šipka materijala se ubacuje u steznu glavu vretena tokarilice. Ova stezna glava drži obratak na mjestu dok se vreteno okreće. Kada vreteno dostigne potrebnu brzinu, stacionarni alat za rezanje dovodi se u kontakt s obratkom kako bi se uklonio materijal i postigla ispravna geometrija.
CNC tokarilica može izvoditi niz operacija, kao što su bušenje, narezivanje navoja, provrtanje, razvrtanje, čeona obrada i tokarenje konusa. Različite operacije zahtijevaju izmjenu alata i mogu povećati troškove i vrijeme podešavanja.
Kada su sve potrebne operacije obrade završene, dio se izrezuje iz zaliha za daljnju obradu, ako je potrebno. CNC tokarilica je tada spremna za ponavljanje operacije, obično s malo ili nimalo dodatnog vremena potrebnog za podešavanje između.
CNC tokarilice također mogu primiti razne automatske dodavače šipki, što smanjuje količinu ručnog rukovanja sirovinama i pruža prednosti kao što su sljedeće:
■ Smanjite vrijeme i trud potreban operateru stroja
■ Poduprite šipku kako biste smanjili vibracije koje mogu negativno utjecati na preciznost
■ Omogućite alatnom stroju da radi pri optimalnim brzinama vretena
■ Smanjite vrijeme promjene
■ Smanjite otpad materijala
Vrste CNC tokarilica
Postoji niz različitih vrsta tokarilica, ali najčešće su dvoosne CNC tokarilice i automatske tokarilice kineskog tipa.
Većina CNC tokarilica u Kini koristi jedno ili dva glavna vretena plus jedno ili dva stražnja (ili sekundarna) vretena, s rotacijskim prijenosom odgovornim za prvo. Glavno vreteno izvodi primarnu operaciju obrade uz pomoć vodilice.
Osim toga, neki tokarilice kineskog tipa opremljene su drugom glavom alata koja radi kao CNC glodalica.
S CNC automatskim tokarilicom kineskog tipa, osnovni materijal se dovodi kroz vreteno klizne glave u vodilicu. To omogućuje alatu da reže materijal bliže točki gdje je materijal poduprt, što kineski stroj čini posebno korisnim za duge, vitke tokarene dijelove i za mikroobradu.
Višeosni CNC tokarski centri i tokarilice kineskog tipa mogu izvršiti više operacija obrade koristeći jedan stroj. To ih čini isplativom opcijom za složene geometrije koje bi inače zahtijevale više strojeva ili izmjene alata pomoću opreme poput tradicionalne CNC glodalice.