Precizna strojna obrada je postupak uklanjanja materijala s obratka tijekom držanja završne obrade s malom tolerancijom.Precizni stroj ima mnogo vrsta, uključujući glodanje, tokarenje i obradu električnim pražnjenjem.Današnjim preciznim strojevima općenito se upravlja pomoću računalnih numeričkih kontrola (CNC).
Gotovo svi metalni proizvodi koriste preciznu strojnu obradu, kao i mnogi drugi materijali kao što su plastika i drvo.Ovim strojevima upravljaju specijalizirani i obučeni strojari.Kako bi alat za rezanje mogao obaviti svoj posao, mora se pomicati u navedenim smjerovima kako bi se napravio točan rez.Ovo primarno gibanje naziva se "brzina rezanja".Izradak se također može pomicati, poznato kao sekundarno gibanje "posmaka".Zajedno, ti pokreti i oštrina alata za rezanje omogućuju rad preciznog stroja.
Kvalitetna precizna strojna obrada zahtijeva sposobnost praćenja izuzetno specifičnih nacrta izrađenih pomoću programa CAD (proizvodnja potpomognuta računalom) ili CAM (proizvodnja potpomognuta računalom) kao što su AutoCAD i TurboCAD.Softver može pomoći u izradi složenih, trodimenzionalnih dijagrama ili obrisa potrebnih za proizvodnju alata, stroja ili predmeta.Ovi nacrti moraju se poštivati vrlo detaljno kako bi se osiguralo da proizvod zadrži svoj integritet.Iako većina tvrtki za preciznu strojnu obradu radi s nekim oblikom CAD/CAM programa, još uvijek često rade s ručno nacrtanim skicama u početnim fazama dizajna.
Precizna strojna 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 različiti alati za preciznu obradu.Može se koristiti bilo koja kombinacija tokarilica, glodalica, bušilica, pila i brusilica, pa čak i brza robotika.Zrakoplovna industrija može koristiti strojnu obradu velikom brzinom, dok industrija za izradu alata za drvo može koristiti fotokemijske procese jetkanja i glodanja.Izbacivanje serije ili određene količine bilo kojeg određenog artikla može se brojati u tisućama ili biti samo nekoliko njih.Precizna obrada često zahtijeva programiranje CNC uređaja što znači da su računalno numerički upravljani.CNC uređaj omogućuje praćenje točnih dimenzija tijekom cijelog izvođenja proizvoda.
Glodanje je proces obrade pomoću rotirajućih rezača za uklanjanje materijala s izratka pomicanjem (ili uvlačenjem) rezača u izratak u određenom smjeru.Rezač se također može držati pod kutom u odnosu na os alata.Glodanje pokriva širok raspon različitih operacija i strojeva, na skali od malih pojedinačnih dijelova do velikih, teških grupnih operacija mljevenja.To je jedan od najčešće korištenih procesa za strojnu obradu prilagođenih dijelova do preciznih tolerancija.
Glodanje se može izvesti sa širokim spektrom alatnih strojeva.Izvorna klasa alatnih strojeva za glodanje bila je glodalica (često se naziva i mlin).Nakon pojave računalnog numeričkog upravljanja (CNC), strojevi za glodanje razvili su se u centre za obradu: strojevi za glodanje pojačani automatskim izmjenjivačima alata, spremnicima alata ili karuselima, CNC mogućnostima, sustavima za hlađenje 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 aktivnim alatom za tokarilice i povremenom upotrebom glodala za operacije tokarenja.To je dovelo do nove klase alatnih strojeva, višezadaćnih strojeva (MTM), koji su namjenski izrađeni da olakšaju glodanje i tokarenje unutar istog radnog opsega.
Za inženjere dizajna, timove za istraživanje i razvoj i proizvođače koji ovise o nabavi dijelova, precizna CNC obrada omogućuje stvaranje složenih dijelova bez dodatne obrade.Zapravo, precizna CNC obrada često omogućuje izradu gotovih dijelova na jednom stroju.
Procesom strojne obrade uklanja se materijal i koristi širok raspon alata za rezanje za izradu konačnog, i često vrlo složenog dizajna dijela.Razina preciznosti je poboljšana upotrebom računalnog numeričkog upravljanja (CNC), koji se koristi za automatizaciju upravljanja alatima za obradu.
Uloga "CNC" u preciznoj obradi
Korištenjem kodiranih uputa za programiranje, precizna CNC obrada omogućuje rezanje i oblikovanje obratka prema specifikacijama bez ručne intervencije operatera stroja.
Uzimajući model računalno potpomognutog dizajna (CAD) koji daje kupac, stručni strojar koristi softver računalno potpomognute proizvodnje (CAM) za izradu uputa za strojnu obradu dijela.Na temelju CAD modela, softver određuje koje su staze alata potrebne i generira programski kod koji govori stroju:
■ Koji su točni okretaji u minuti i brzine dodavanja
■ Kada i gdje premjestiti alat i/ili obradak
■ Koliko duboko rezati
■ Kada primijeniti rashladno sredstvo
■ Bilo koji drugi čimbenici koji se odnose na brzinu, brzinu napredovanja i koordinaciju
CNC kontroler zatim koristi programski kod za kontrolu, automatizaciju i nadzor kretanja stroja.
Danas je CNC ugrađena značajka širokog spektra opreme, od tokarilica, glodalica i glodalica do žičane EDM (strojne obrade električnim pražnjenjem), lasera i strojeva za rezanje plazmom.Osim automatizacije procesa obrade i povećanja preciznosti, CNC eliminira ručne zadatke i oslobađa strojare da nadgledaju više strojeva koji rade u isto vrijeme.
Osim toga, nakon što je putanja alata dizajnirana i stroj programiran, može pokretati dio neograničeni broj puta.Ovo osigurava visoku razinu preciznosti i ponovljivosti, što zauzvrat čini proces visoko isplativim i skalabilnim.
Materijali koji se strojno obrađuju
Neki metali koji se obično obrađuju uključuju aluminij, mjed, broncu, bakar, čelik, titan i cink.Osim toga, drvo, pjena, stakloplastika i plastika kao što je polipropilen također se mogu strojno obrađivati.
Zapravo, gotovo svaki materijal može se koristiti s preciznom CNC obradom — naravno, ovisno o primjeni i njenim 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 izbor metode izrade.
Kao što vrijedi za gotovo sve metode rezanja i strojne obrade, različiti materijali ponašaju se 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 strojne 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 površine, uključujući završne obrade po narudžbi
■ Ponovljivost, čak i pri velikim glasnoćama
Dok vješti strojar može koristiti ručni tokarski stroj 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?
Uz preciznu CNC obradu, možete dobiti skalabilnost i brzinu potrebnu za ovu vrstu proizvodnje velikih količina.Osim toga, visoka ponovljivost precizne CNC obrade daje dijelove koji su svi isti od početka do kraja, bez obzira koliko dijelova proizvodite.
Postoje neke vrlo specijalizirane metode CNC strojne obrade, uključujući žičanu EDM (obrada električnim pražnjenjem), aditivnu obradu i 3D laserski ispis.Na primjer, žičana elektroerozija 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 vs. tokarenje
Glodanje je proces strojne obrade koji koristi rotirajući, cilindrični rezni alat za uklanjanje materijala i stvaranje oblika.Oprema za glodanje, poznata kao mlin ili obradni centar, postiže svemir složenih geometrija dijelova na nekim od najvećih metalnih objekata.
Važna karakteristika glodanja je da obradak ostaje nepomičan dok se rezni alat okreće.Drugim riječima, na glodalici se rotirajući alat za rezanje kreće oko obratka koji ostaje fiksiran na mjestu na postolju.
Tokarenje je proces rezanja ili oblikovanja obratka na opremi koja se zove tokarski stroj.Tipično, tokarski stroj okreće obradak na okomitoj ili vodoravnoj osi dok se fiksni alat za rezanje (koji se može ili ne mora okretati) pomiče duž programirane osi.
Alat ne može fizički obići dio.Materijal se okreće, omogućujući alatu da izvodi programirane operacije.(Postoji podskup tokarilica u kojima se alat okreće oko žice uvučene u kalem, no to ovdje nije pokriveno.)
Kod tokarenja, za razliku od glodanja, obradak se vrti.Zaliha se okreće na vretenu tokarilice i rezni alat dolazi u kontakt s obratkom.
Ručna naspram CNC obrade
Dok su i glodalice i tokarilice dostupni u ručnim modelima, CNC strojevi su prikladniji za potrebe proizvodnje malih dijelova — nudeći skalabilnost i ponovljivost za aplikacije koje zahtijevaju veliku količinu proizvodnje dijelova s malom tolerancijom.
Osim što nudi jednostavne dvoosne strojeve u kojima se alat pomiče u X i Z osi, precizna CNC oprema uključuje modele s više osi u kojima se izradak također može pomicati.To je u suprotnosti s tokarilom 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 rukovatelja stroja.Ovo ne samo da olakšava proizvodnju složenih dijelova, već također smanjuje ili eliminira mogućnost pogreške operatera.
Osim toga, korištenje visokotlačnog rashladnog sredstva s preciznom CNC obradom osigurava da strugotina ne uđe u rad, čak i kada se koristi stroj s okomito orijentiranim vretenom.
CNC glodalice
Različiti strojevi za glodanje razlikuju se po svojim veličinama, konfiguracijama osi, brzinama posmaka, brzini rezanja, smjeru posmaka glodanjem i drugim karakteristikama.
Međutim, općenito, sve CNC glodalice koriste rotirajuće vreteno za rezanje neželjenog materijala.Koriste se za rezanje tvrdih metala kao što su čelik i titan, ali se mogu koristiti i za materijale kao što su plastika i aluminij.
CNC glodalice napravljene su za ponovljivost i mogu se koristiti za sve, od izrade prototipa do velike količine proizvodnje.Visokokvalitetne precizne CNC glodalice često se koriste za radove s uskim tolerancijama kao što je glodanje finih matrica i kalupa.
Dok CNC glodanje može pružiti brzi obrt, završna obrada nakon glodanja stvara dijelove s vidljivim tragovima alata.Također može proizvesti dijelove s nekim oštrim rubovima i neravninama, pa mogu biti potrebni dodatni postupci ako su rubovi i neravnine neprihvatljivi za te značajke.
Naravno, alati za skidanje srha programirani u nizu će skidati srhe, iako obično postižu najviše 90% gotovih zahtjeva, ostavljajući neke značajke za konačnu ručnu završnu obradu.
Što se tiče završne obrade površine, postoje alati koji će proizvesti ne samo prihvatljivu završnu obradu površine, već i završnu obradu sličnu zrcalu na dijelovima radnog proizvoda.
Vrste CNC glodalica
Dvije osnovne vrste strojeva za glodanje 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, u kojima se vreteno pomiče paralelno s vlastitom osi, dok se stol pomiče okomito na os vretena
■Revolverski mlinovi, 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 Y-osi.Horizontalna struktura znači da ovi mlinovi zauzimaju više prostora u strojarnici;također su općenito teže i snažniji od okomitih strojeva.
Vodoravna glodalica često se 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 strugotine pomaže produžiti vijek trajanja alata.)
Općenito, okomiti obradni centri prevladavaju jer mogu biti jednako snažni kao horizontalni obradni centri i mogu obraditi vrlo male dijelove.Osim toga, vertikalni centri zauzimaju manji otisak od horizontalnih obradnih centara.
Višeosni CNC glodalice
Precizni CNC centri za glodanje dostupni su s više osi.Glodalica s 3 osi koristi osi X, Y i Z za širok izbor radova.S glodalom s 4 osi, stroj se može okretati oko vertikalne i vodoravne osi i pomicati obradak kako bi se omogućila kontinuiranija obrada.
Glodalica s 5 osi ima tri tradicionalne osi i dvije dodatne rotacijske osi, što omogućuje rotaciju obratka dok se glava vretena kreće oko njega.To omogućuje strojnu obradu pet strana obratka bez uklanjanja obratka i ponovnog postavljanja stroja.
CNC tokarilice
Tokarski stroj — koji se naziva i tokarski centar — ima jedno ili više vretena i X i Z osi.Stroj se koristi za rotiranje obratka oko njegove osi za izvođenje raznih operacija rezanja i oblikovanja, primjenom širokog raspona alata na obradak.
CNC tokarilice, koje se također nazivaju alatnim tokarilicama za rad, idealne su za izradu simetričnih cilindričnih ili sferičnih dijelova.Poput CNC glodalica, CNC tokarilice mogu podnijeti manje operacije kao što je izrada prototipa, ali se također mogu postaviti za visoku ponovljivost, podržavajući proizvodnju velikih količina.
CNC tokarilice također se mogu postaviti za proizvodnju relativno slobodnih ruku, što ih čini naširoko korištenim u industriji automobila, elektronike, zrakoplovstva, robotike i medicinskih uređaja.
Kako radi CNC strug
Kod CNC tokarilice, prazna šipka osnovnog materijala ubacuje se u steznu glavu vretena tokarilice.Ova stezna glava drži obradak na mjestu dok se vreteno okreće.Kada vreteno postigne potrebnu brzinu, nepomični alat za rezanje dolazi u kontakt s izratkom kako bi se uklonio materijal i postigla ispravna geometrija.
CNC tokarski stroj može izvoditi brojne operacije, kao što su bušenje, narezivanje navoja, bušenje, razvrtanje, navlačenje i tokarenje konusa.Različite operacije zahtijevaju izmjene alata i mogu povećati troškove i vrijeme postavljanja.
Kada su sve potrebne operacije strojne obrade dovršene, dio se izrezuje iz zalihe za daljnju obradu, ako je potrebno.CNC tokarilica je tada spremna za ponavljanje operacije, s malo ili nimalo potrebnog dodatnog vremena za podešavanje između.
CNC tokarilice također mogu prihvatiti razne automatske dodavače šipki, koji smanjuju količinu ručnog rukovanja sirovinama i pružaju prednosti kao što su sljedeće:
■ Smanjite vrijeme i trud koji su potrebni operateru stroja
■ Poduprite šipku kako biste smanjili vibracije koje mogu negativno utjecati na preciznost
■ Dopustite alatnom stroju da radi na optimalnim brzinama vretena
■ Minimizirajte vrijeme prijelaza
■ Smanjite rasipanje materijala
Vrste CNC tokarilica
Postoji nekoliko različitih vrsta tokarilica, ali najčešći su 2-osni CNC tokarilice i automatski tokarilice u kineskom stilu.
Većina CNC kineskih tokarilica koristi jedno ili dva glavna vretena plus jedno ili dva stražnja (ili sekundarna) vretena, s rotacijskim prijenosom odgovornim za prvo.Glavno vreteno obavlja primarnu operaciju strojne obrade, uz pomoć čahure za vođenje.
Osim toga, neki tokarilice u kineskom stilu opremljene su drugom glavom alata koja radi kao CNC glodalica.
S CNC automatskim tokarilom u kineskom stilu, sirovi materijal se dovodi kroz vreteno s kliznom glavom u čahuru za vođenje.To omogućuje alatu da reže materijal bliže točki na kojoj se materijal oslanja, što kineski stroj čini posebno korisnim za dugačke, vitke tokarene dijelove i mikrostrojnu obradu.
Višeosni CNC centri za tokarenje i tokarilice u kineskom stilu mogu izvršiti više operacija strojne obrade pomoću jednog stroja.To ih čini isplativom opcijom za složene geometrije koje bi inače zahtijevale više strojeva ili izmjene alata korištenjem opreme kao što je tradicionalna CNC glodalica.