Prelucrarea de precizie este un proces de îndepărtare a materialului de pe o piesă de prelucrat în timpul menținerii finisajelor de toleranță strânsă. Mașina de precizie are multe tipuri, inclusiv frezarea, strunjirea și prelucrarea cu descărcare electrică. O mașină de precizie de astăzi este în general controlată folosind un control numeric computerizat (CNC).
Aproape toate produsele din metal folosesc prelucrări de precizie, la fel ca multe alte materiale, cum ar fi plasticul și lemnul. Aceste mașini sunt operate de mașiniști specializați și instruiți. Pentru ca instrumentul de tăiat să-și facă treaba, acesta trebuie mutat în direcțiile specificate pentru a face tăierea corectă. Această mișcare primară se numește „viteza de tăiere”. Piesa de prelucrat poate fi, de asemenea, mutată, cunoscută sub numele de mișcare secundară de „alimentare”. Împreună, aceste mișcări și claritatea instrumentului de tăiere permit mașinii de precizie să funcționeze.
Prelucrarea de precizie de calitate necesită abilitatea de a urma planuri extrem de specifice realizate de programe CAD (proiectare asistată de computer) sau CAM (fabricație asistată de computer) precum AutoCAD și TurboCAD. Software-ul poate ajuta la producerea diagramelor sau schițelor tridimensionale complexe necesare pentru a produce un instrument, o mașină sau un obiect. Aceste planuri trebuie respectate cu detalii deosebite pentru a se asigura că un produs își păstrează integritatea. În timp ce majoritatea companiilor de prelucrare de precizie lucrează cu o anumită formă de programe CAD / CAM, ele încă lucrează adesea cu schițe desenate manual în fazele inițiale ale unui proiect.
Prelucrarea de precizie este utilizată pe mai multe materiale, inclusiv oțel, bronz, grafit, sticlă și materiale plastice, pentru a numi câteva. În funcție de dimensiunea proiectului și de materialele care urmează să fie utilizate, vor fi utilizate diverse scule de prelucrare de precizie. Poate fi utilizată orice combinație de strunguri, mașini de frezat, prese de găurit, ferăstraie și rectificatoare și chiar robotică de mare viteză. Industria aerospațială poate utiliza prelucrări de mare viteză, în timp ce o industrie de prelucrare a lemnului ar putea utiliza procese foto-chimice de gravare și frezare. Rezultatul unei alergări sau o anumită cantitate a unui anumit articol poate fi în mii sau poate fi doar câteva. Prelucrarea precisă necesită adesea programarea dispozitivelor CNC, ceea ce înseamnă că acestea sunt controlate numeric de computer. Dispozitivul CNC permite urmărirea dimensiunilor exacte pe parcursul derulării unui produs.
Frezarea este procesul de prelucrare a utilizării frezelor rotative pentru a îndepărta materialul dintr-o piesă de lucru avansând (sau alimentând) tăietorul în piesa de prelucrat într-o anumită direcție. Cutterul poate fi de asemenea ținut la un unghi față de axa sculei. Frezarea acoperă o mare varietate de operațiuni și mașini diferite, la cântare de la piese individuale mici până la operațiuni mari de frezare în bandă. Este unul dintre cele mai utilizate procese pentru prelucrarea pieselor personalizate la toleranțe precise.
Frezarea se poate face cu o gamă largă de mașini-unelte. Clasa inițială de mașini-unelte pentru frezare a fost mașina de frezat (adesea numită moară). După apariția controlului numeric al computerului (CNC), mașinile de frezat au evoluat în centre de prelucrare: mașini de frezat augmentate de schimbătoare automate de scule, magazii de scule sau carusele, capacitate CNC, sisteme de răcire și carcase. Centrele de frezare sunt în general clasificate ca centre de prelucrare verticale (VMC) sau centre de prelucrare orizontale (HMC).
Integrarea frezării în medii de strunjire și invers, a început cu scule live pentru strunguri și utilizarea ocazională a mori pentru operații de strunjire. Acest lucru a dus la o nouă clasă de mașini-unelte, mașini multitasking (MTM), care sunt special concepute pentru a facilita frezarea și strunjirea în același anvelopă de lucru.
Pentru inginerii de proiectare, echipele de cercetare și dezvoltare și producătorii care depind de aprovizionarea pieselor, prelucrarea CNC de precizie permite crearea de piese complexe fără prelucrări suplimentare. De fapt, prelucrarea CNC de precizie face adesea posibilă realizarea pieselor finite pe o singură mașină.
Procesul de prelucrare îndepărtează materialul și folosește o gamă largă de unelte de tăiere pentru a crea proiectul final și adesea extrem de complex al unei piese. Nivelul de precizie este îmbunătățit prin utilizarea controlului numeric al computerului (CNC), care este utilizat pentru automatizarea controlului instrumentelor de prelucrare.
Rolul "CNC" în prelucrarea de precizie
Utilizând instrucțiuni de programare codificate, prelucrarea CNC de precizie permite tăierea și modelarea unei piese de prelucrare conform specificațiilor, fără intervenția manuală a unui operator de mașină.
Luând un model de proiectare asistată de computer (CAD) furnizat de un client, un mașinist expert folosește software-ul de fabricație asistat de computer (CAM) pentru a crea instrucțiunile de prelucrare a piesei. Pe baza modelului CAD, software-ul determină ce căi de instrumente sunt necesare și generează codul de programare care spune mașinii:
■ Care sunt RPM-urile și ratele de alimentare corecte
■ Când și unde să mutați scula și / sau piesa de prelucrat
■ Cât de adânc este de tăiat
■ Când se aplică lichid de răcire
■ Orice alți factori legați de viteză, viteză de avans și coordonare
Un controler CNC utilizează apoi codul de programare pentru a controla, automatiza și monitoriza mișcările mașinii.
Astăzi, CNC este o caracteristică încorporată a unei game largi de echipamente, de la strunguri, freze și routere până la mașini EDM (prelucrare cu descărcare electrică), laser și mașini de tăiat cu plasmă. Pe lângă automatizarea procesului de prelucrare și îmbunătățirea preciziei, CNC elimină sarcinile manuale și îi eliberează pe mașiniști pentru a supraveghea mai multe mașini care rulează în același timp.
În plus, odată ce a fost proiectată o cale a sculei și a fost programată o mașină, aceasta poate rula o parte de câte ori. Acest lucru oferă un nivel ridicat de precizie și repetabilitate, ceea ce face ca procesul să fie extrem de rentabil și scalabil.
Materiale prelucrate
Unele metale care sunt prelucrate în mod obișnuit includ aluminiu, alamă, bronz, cupru, oțel, titan și zinc. În plus, lemnul, spuma, fibra de sticlă și materialele plastice, cum ar fi polipropilena, pot fi, de asemenea, prelucrate.
De fapt, aproape orice material poate fi utilizat cu prelucrarea CNC de precizie - desigur, în funcție de aplicație și cerințele sale.
Unele avantaje ale prelucrării CNC de precizie
Pentru multe dintre piesele mici și componentele care sunt utilizate într-o gamă largă de produse fabricate, prelucrarea CNC de precizie este adesea metoda de fabricație aleasă.
Așa cum este adevărat pentru practic toate metodele de tăiere și prelucrare, diferite materiale se comportă diferit, iar dimensiunea și forma unei componente au, de asemenea, un impact mare asupra procesului. Cu toate acestea, în general, procesul de prelucrare CNC de precizie oferă avantaje față de alte metode de prelucrare.
Acest lucru se datorează faptului că prelucrarea CNC este capabilă să furnizeze:
■ Un grad ridicat de complexitate a pieselor
■ Toleranțe strânse, de obicei de la ± 0,0002 "(± 0,00508 mm) la ± 0,0005" (± 0,0127 mm)
■ Finisaje de suprafață excepțional de netede, inclusiv finisaje personalizate
■ Repetabilitate, chiar și la volume mari
În timp ce un mecanicist calificat poate folosi un strung manual pentru a produce o piesă de calitate în cantități de 10 sau 100, ce se întâmplă atunci când aveți nevoie de 1.000 de piese? 10.000 de părți? 100.000 sau un milion de piese?
Cu prelucrarea CNC de precizie, puteți obține scalabilitatea și viteza necesare pentru acest tip de producție cu volum mare. În plus, repetabilitatea ridicată a prelucrării CNC de precizie vă oferă piese care sunt la fel de la început până la sfârșit, indiferent de câte piese produceți.
Există câteva metode foarte specializate de prelucrare CNC, inclusiv EDM pe sârmă (prelucrare cu descărcare electrică), prelucrarea aditivă și imprimarea cu laser 3D. De exemplu, EDM cu sârmă folosește materiale conductoare - de obicei metale - și descărcări electrice pentru a eroda o piesă de prelucrat în forme complexe.
Totuși, aici ne vom concentra asupra proceselor de frezare și strunjire - două metode de scădere care sunt disponibile pe scară largă și utilizate frecvent pentru prelucrarea CNC de precizie.
Frezare vs. strunjire
Frezarea este un proces de prelucrare care utilizează un instrument de tăiere rotativ, cilindric, pentru a îndepărta materialul și a crea forme. Echipamentul de frezat, cunoscut sub numele de moară sau centru de prelucrare, realizează un univers de geometrii complexe ale pieselor pe unele dintre cele mai mari obiecte metalice prelucrate.
O caracteristică importantă a frezării este că piesa de prelucrat rămâne staționară în timp ce instrumentul de tăiere se rotește. Cu alte cuvinte, pe o moară, instrumentul de tăiere rotativ se deplasează în jurul piesei de prelucrat, care rămâne fixată pe un pat.
Strunjirea este procesul de tăiere sau modelare a unei piese de prelucrat pe un echipament numit strung. De obicei, strungul rotește piesa de prelucrat pe o axă verticală sau orizontală în timp ce un instrument de tăiere fix (care poate sau nu se învârte) se deplasează de-a lungul axei programate.
Instrumentul nu poate ocoli fizic piesa. Materialul se rotește, permițând instrumentului să efectueze operațiile programate. (Există un subset de strunguri în care instrumentele se învârt în jurul unui fir alimentat cu bobină, totuși, care nu este acoperit aici.)
La strunjire, spre deosebire de frezare, piesa de prelucrat se rotește. Stocul de piese pornește axul strungului și instrumentul de tăiere este adus în contact cu piesa de prelucrat.
Prelucrare manuală vs. CNC
În timp ce ambele mori și strunguri sunt disponibile în modele manuale, mașinile CNC sunt mai potrivite pentru fabricarea pieselor mici - oferind scalabilitate și repetabilitate pentru aplicații care necesită producție de volum ridicat de piese cu toleranță strânsă.
În plus față de oferirea de mașini simple pe 2 axe în care instrumentul se mișcă în axele X și Z, echipamentele CNC de precizie includ modele cu mai multe axe în care se poate deplasa și piesa de prelucrat. Acest lucru este în contrast cu un strung în care piesa de prelucrat este limitată la filare și instrumentele se vor deplasa pentru a crea geometria dorită.
Aceste configurații multi-axe permit producerea de geometrii mai complexe într-o singură operație, fără a necesita lucrări suplimentare de către operatorul mașinii. Acest lucru nu numai că face mai ușoară producerea de piese complexe, dar reduce sau elimină șansa de eroare a operatorului.
În plus, utilizarea lichidului de răcire de înaltă presiune cu prelucrarea CNC de precizie asigură faptul că așchii nu intră în lucrări, chiar și atunci când se utilizează o mașină cu un ax orientat vertical.
Mori CNC
Diferite mașini de frezat variază în dimensiuni, configurații ale axelor, viteze de avans, viteză de tăiere, direcția de avans de frezare și alte caracteristici.
Cu toate acestea, în general, morile CNC utilizează toate un fus rotativ pentru a tăia materialul nedorit. Sunt folosite pentru tăierea metalelor dure precum oțelul și titanul, dar pot fi folosite și cu materiale precum plasticul și aluminiul.
Frezele CNC sunt construite pentru repetabilitate și pot fi utilizate pentru orice, de la prototipare până la producția de volum mare. Frezele CNC de înaltă precizie sunt adesea utilizate pentru lucrări de toleranță strânsă, cum ar fi frezarea matrițelor fine și a matrițelor.
În timp ce frezarea CNC poate oferi o schimbare rapidă, finisarea as-frezată creează piese cu semne vizibile ale sculelor. De asemenea, poate produce piese cu unele muchii ascuțite și bavuri, deci pot fi necesare procese suplimentare dacă marginile și bavurile sunt inacceptabile pentru acele caracteristici.
Desigur, instrumentele de debavurare programate în secvență vor debavora, deși atinge cel mult 90% din cerința finalizată, lăsând unele caracteristici pentru finisarea finală manuală.
În ceea ce privește finisarea suprafeței, există instrumente care vor produce nu numai o finisare acceptabilă a suprafeței, ci și o finisare asemănătoare oglinzii pe porțiuni ale produsului de lucru.
Tipuri de mori CNC
Cele două tipuri de bază ale mașinilor de frezat sunt cunoscute sub numele de centre de prelucrare verticale și centre de prelucrare orizontale, unde diferența principală este în orientarea axului mașinii.
Un centru de prelucrare vertical este o moară în care axa axului este aliniată pe direcția axei Z. Aceste mașini verticale pot fi împărțite în două tipuri:
■ Freze de pat, în care axul se mișcă paralel cu propria axă în timp ce masa se deplasează perpendicular pe axa axului
■ Mori de turelă, în care fusul este staționar și masa este deplasată astfel încât să fie întotdeauna perpendiculară și paralelă cu axa fusului în timpul operației de tăiere
Într-un centru de prelucrare orizontal, axa axului morii este aliniată pe direcția axei Y. Structura orizontală înseamnă că aceste mori tind să ocupe mai mult spațiu pe podeaua atelierului; sunt, de asemenea, în general mai grei și mai puternici decât mașinile verticale.
O moară orizontală este adesea utilizată atunci când este necesară o finisare mai bună a suprafeței; acest lucru se datorează faptului că orientarea axului înseamnă că așchiile de tăiere se desprind în mod natural și se îndepărtează cu ușurință. (Ca un beneficiu suplimentar, eliminarea eficientă a cipurilor ajută la creșterea duratei de viață a sculei.)
În general, centrele de prelucrare verticale sunt mai răspândite, deoarece pot fi la fel de puternice ca centrele de prelucrare orizontale și pot manipula piese foarte mici. În plus, centrele verticale au o amprentă mai mică decât centrele de prelucrare orizontale.
Freze CNC cu mai multe axe
Centrele de frezat CNC de precizie sunt disponibile cu axe multiple. O moară cu 3 axe utilizează axele X, Y și Z pentru o mare varietate de lucrări. Cu o freză cu 4 axe, mașina se poate roti pe o axă verticală și orizontală și poate muta piesa de prelucrat pentru a permite prelucrarea mai continuă.
O moară cu 5 axe are trei axe tradiționale și două axe rotative suplimentare, permițând rotirea piesei de prelucrat pe măsură ce capul fusului se mișcă în jurul ei. Acest lucru permite prelucrarea a cinci fețe ale unei piese de prelucrat fără a scoate piesa de prelucrat și a reseta mașina.
Strunguri CNC
Un strung - numit și centru de strunjire - are unul sau mai multe fusuri și axe X și Z. Mașina este utilizată pentru a roti o piesă de prelucrat pe axa sa pentru a efectua diverse operațiuni de tăiere și modelare, aplicând o gamă largă de unelte piesei de prelucrat.
Strungurile CNC, care se mai numesc strunguri de scule cu acțiune activă, sunt ideale pentru crearea de piese cilindrice sau sferice simetrice. La fel ca morile CNC, strungurile CNC pot gestiona operațiuni mai mici, cum ar fi prototiparea, dar pot fi, de asemenea, configurate pentru repetabilitate ridicată, susținând producția de volum mare.
Strungurile CNC pot fi, de asemenea, configurate pentru producție relativ fără mâini, ceea ce le face utilizate pe scară largă în industria auto, electronică, aerospațială, robotică și a dispozitivelor medicale.
Cum funcționează un strung CNC
Cu un strung CNC, o bară goală de material stoc este încărcată în mandrina axului strungului. Acest mandrină menține piesa de prelucrat în loc în timp ce axul se rotește. Când fusul atinge viteza necesară, un instrument de tăiere staționar este adus în contact cu piesa de prelucrat pentru a îndepărta materialul și pentru a obține geometria corectă.
Un strung CNC poate efectua o serie de operații, cum ar fi găurirea, filetarea, alezarea, alezarea, orientarea și strunjirea conică. Diferite operațiuni necesită schimbarea instrumentului și pot crește costul și timpul de configurare.
Când toate operațiunile de prelucrare necesare sunt finalizate, piesa este tăiată din stoc pentru prelucrare ulterioară, dacă este necesar. Strungul CNC este apoi gata să repete operațiunea, cu un timp de configurare suplimentar puțin sau deloc necesar de obicei între ele.
Strungurile CNC pot găzdui, de asemenea, o varietate de alimentatoare automate de bare, care reduc cantitatea de manipulare manuală a materiei prime și oferă avantaje precum următoarele:
■ Reduceți timpul și efortul necesar operatorului mașinii
■ Sprijiniți barstock-ul pentru a reduce vibrațiile care pot afecta negativ precizia
■ Lăsați mașina-unealtă să funcționeze la viteze optime ale axului
■ Minimizați timpul de schimbare
■ Reduceți deșeurile materiale
Tipuri de strunguri CNC
Există mai multe tipuri diferite de strunguri, dar cele mai frecvente sunt strungurile CNC cu 2 axe și strungurile automate în stil China.
Majoritatea strungurilor CNC China folosesc unul sau două fusuri principale plus unul sau două fusuri spate (sau secundare), cu transferul rotativ responsabil pentru primul. Fusul principal efectuează operația de prelucrare primară, cu ajutorul unei bucșe de ghidare.
În plus, unele strunguri în stil China sunt echipate cu un al doilea cap de scule care funcționează ca o moară CNC.
Cu un strung automat CNC în stil China, materialul stoc este introdus printr-un arbore cu cap glisant într-o bucșă de ghidare. Acest lucru permite instrumentului să taie materialul mai aproape de punctul în care materialul este susținut, ceea ce face ca utilajul din China să fie deosebit de benefic pentru piesele întunecate lungi și subțiri și pentru micromecanizare.
Centrele de strunjire CNC cu mai multe axe și strungurile în stil China pot realiza mai multe operații de prelucrare folosind o singură mașină. Acest lucru le face o opțiune rentabilă pentru geometrii complexe care altfel ar necesita mai multe mașini sau schimbări de scule folosind echipamente precum o moară tradițională CNC.