Precision Machining este un proces de îndepărtare a materialului dintr-o piesă de prelucrat în timpul menținerii finisajelor cu toleranță strânsă.Mașina de precizie are multe tipuri, inclusiv frezare, strunjire și prelucrare 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 prelucrare 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 unealta de tăiere să-și facă treaba, aceasta trebuie mutată în direcțiile specificate pentru a efectua 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 sculei de tăiere permit funcționarea mașinii de precizie.
Prelucrarea de precizie de calitate necesită abilitatea de a urma planuri extrem de specifice realizate de programe CAD (computer aided design) sau CAM (computer aided manufacturing) precum AutoCAD și TurboCAD.Software-ul poate ajuta la producerea diagramelor sau contururilor complexe, tridimensionale, necesare pentru a produce o unealtă, o mașină sau un obiect.Aceste planuri trebuie respectate cu mare detaliu 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 o serie de materiale, inclusiv oțel, bronz, grafit, sticlă și materiale plastice, pentru a numi câteva.În funcție de dimensiunea proiectului și de materialele care vor fi utilizate, se vor folosi diverse scule de prelucrare de precizie.Poate fi utilizată orice combinație de strunguri, mașini de frezat, prese de găurit, ferăstrău și polizoare și chiar robotică de mare viteză.Industria aerospațială poate folosi prelucrarea cu viteză mare, în timp ce industria de prelucrare a sculelor pentru prelucrarea lemnului ar putea folosi procese fotochimice de gravare și frezare.Producția dintr-o serie sau o anumită cantitate dintr-un anumit articol se poate număra la mii sau poate fi doar câteva.Prelucrarea de precizie necesită adesea programarea dispozitivelor CNC, ceea ce înseamnă că acestea sunt controlate numeric de calculator.Dispozitivul CNC permite ca dimensiunile exacte să fie urmărite pe toată durata rulării unui produs.
Frezarea este procesul de prelucrare prin care se utilizează freze rotative pentru a îndepărta materialul dintr-o piesă de prelucrat prin avansarea (sau alimentarea) frezei în piesa de prelucrat într-o anumită direcție.Dispozitivul de tăiere poate fi de asemenea ținut sub un unghi față de axa sculei.Frezarea acoperă o mare varietate de operațiuni și mașini diferite, la scară de la piese individuale mici până la operațiuni mari, grele de frezare în grup.Este unul dintre cele mai frecvent 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 (numită adesea moara).După apariția controlului numeric computerizat (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 mediile de strunjire și invers, a început cu sculele active pentru strunguri și utilizarea ocazională a morilor pentru operațiuni de strunjire.Acest lucru a condus la o nouă clasă de mașini-unelte, mașini multitasking (MTM), care sunt construite special pentru a facilita frezarea și strunjirea în același ansamblu 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 procesare suplimentară.De fapt, prelucrarea CNC de precizie face adesea posibil ca piesele finite să fie realizate pe o singură mașină.
Procesul de prelucrare îndepărtează materialul și folosește o gamă largă de scule de tăiere pentru a crea designul final, și adesea foarte complex, al unei piese.Nivelul de precizie este îmbunătățit prin utilizarea controlului numeric computerizat (CNC), care este utilizat pentru a automatiza controlul sculelor de prelucrare.
Rolul „CNC” în prelucrarea de precizie
Folosind instrucțiuni de programare codificate, prelucrarea CNC de precizie permite tăierea și modelarea unei piese de prelucrat conform specificațiilor fără intervenția manuală a operatorului mașinii.
Luând un model de proiectare asistată de computer (CAD) furnizat de un client, un mașinist expert folosește un software de fabricație asistată de computer (CAM) pentru a crea instrucțiunile pentru prelucrarea piesei.Pe baza modelului CAD, software-ul determină ce trasee de scule sunt necesare și generează codul de programare care spune mașinii:
■ Care sunt turațiile și ratele de avans corecte
■ Când și unde să mutați unealta și/sau piesa de prelucrat
■ Cât de adânc să tăiați
■ Când se aplică lichid de răcire
■ Orice alți factori legate de viteză, viteza 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, mori și routere la mașini de electroeroziune cu sârmă (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 eliberează mașiniștii să supravegheze mai multe mașini care funcționează în același timp.
În plus, odată ce traseul sculei a fost proiectat și o mașină este programată, aceasta poate rula o piesă de orice număr de ori.Acest lucru oferă un nivel ridicat de precizie și repetabilitate, ceea ce, la rândul său, face ca procesul să fie extrem de rentabil și scalabil.
Materiale care sunt prelucrate
Unele metale care sunt prelucrate în mod obișnuit includ aluminiu, alamă, bronz, cupru, oțel, titan și zinc.În plus, lemnul, spuma, fibră de sticlă și materialele plastice, cum ar fi polipropilena, pot fi de asemenea prelucrate.
De fapt, aproape orice material poate fi utilizat cu prelucrare CNC de precizie - desigur, în funcție de aplicație și de cerințele acesteia.
Câteva avantaje ale prelucrării CNC de precizie
Pentru multe dintre piesele și componentele mici care sunt utilizate într-o gamă largă de produse fabricate, prelucrarea CNC de precizie este adesea metoda de fabricație preferată.
Așa cum este adevărat pentru aproape toate metodele de tăiere și prelucrare, diferitele 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.
Asta pentru că prelucrarea CNC este capabilă să furnizeze:
■ Un grad ridicat de complexitate a pieselor
■ Toleranțe strânse, de obicei variind de la ±0,0002" (±0,00508 mm) la ±0,0005" (±0,0127 mm)
■ Finisaje excepțional de netede ale suprafețelor, inclusiv finisaje personalizate
■ Repetabilitate, chiar și la volume mari
În timp ce un mecanic calificat poate folosi un strung manual pentru a realiza 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 piese?100.000 sau un milion de piese?
Cu prelucrarea CNC de precizie, puteți obține scalabilitatea și viteza necesare pentru acest tip de producție de mare volum.În plus, repetabilitatea ridicată a prelucrării CNC de precizie vă oferă piese care sunt toate la fel de la început până la sfârșit, indiferent de câte piese produceți.
Există câteva metode foarte specializate de prelucrare CNC, inclusiv EDM cu sârmă (prelucrare cu descărcare electrică), prelucrare aditivă și imprimare cu laser 3D.De exemplu, electroeroziunea cu sârmă folosește materiale conductoare - de obicei metale - și descărcări electrice pentru a eroda piesa de prelucrat în forme complicate.
Cu toate acestea, aici ne vom concentra pe procesele de frezare și strunjire - două metode 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 folosește o unealtă de tăiere rotativă, cilindrică, pentru a îndepărta materialul și a crea forme.Echipamentul de frezare, cunoscut sub numele de moara sau centru de prelucrare, realizeaza un univers de geometrii complexe de piese pe unele dintre cele mai mari obiecte din metal prelucrate.
O caracteristică importantă a frezării este că piesa de prelucrat rămâne staționară în timp ce unealta de tăiere se rotește.Cu alte cuvinte, pe o moară, unealta de tăiere rotativă 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 o unealtă de tăiere fixă (care poate fi rotită sau nu) se deplasează de-a lungul axei programate.
Instrumentul nu poate parcurge fizic piesa.Materialul se rotește, permițând instrumentului să efectueze operațiunile programate.(Există un subset de strunguri în care uneltele se rotesc în jurul unui fir alimentat cu bobină, însă, care nu este acoperit aici.)
La strunjire, spre deosebire de frezare, piesa de prelucrat se rotește.Piesa de stocare pornește axul strungului și unealta de tăiere este adusă în contact cu piesa de prelucrat.
Prelucrare manuală vs. CNC
În timp ce atât frezele, cât și strungurile sunt disponibile în modele manuale, mașinile CNC sunt mai potrivite pentru scopurile producției de piese mici - oferind scalabilitate și repetabilitate pentru aplicațiile care necesită producție de volum mare de piese cu toleranță strânsă.
Pe lângă faptul că oferă mașini simple cu 2 axe în care unealta se mișcă în axele X și Z, echipamentele CNC de precizie includ modele cu mai multe axe în care piesa de prelucrat se poate deplasa și ea.Acest lucru este în contrast cu un strung în care piesa de prelucrat este limitată la filare și sculele se vor mișca pentru a crea geometria dorită.
Aceste configurații cu mai multe axe permit producerea de geometrii mai complexe într-o singură operație, fără a necesita muncă suplimentară din partea operatorului mașinii.Acest lucru nu numai că face mai ușoară producția de piese complexe, dar și reduce sau elimină șansa de eroare a operatorului.
În plus, utilizarea lichidului de răcire de înaltă presiune cu prelucrare CNC de precizie asigură că așchiile nu intră în fabrică, chiar și atunci când se utilizează o mașină cu un ax orientat vertical.
mori CNC
Diferitele mașini de frezat variază în ceea ce privește dimensiunile, configurațiile axelor, vitezele de avans, viteza de tăiere, direcția de avans al frezei și alte caracteristici.
Cu toate acestea, în general, morile CNC folosesc toate un ax rotativ pentru a tăia materialul nedorit.Sunt folosite pentru tăierea metalelor dure, cum ar fi oțelul și titanul, dar pot fi utilizate și cu materiale precum plasticul și aluminiul.
Morile CNC sunt construite pentru repetabilitate și pot fi utilizate pentru orice, de la prototipare la producție de volum mare.Morile CNC de precizie de înaltă calitate sunt adesea folosite pentru lucrări cu toleranță strânsă, cum ar fi frezarea matrițelor fine și matrițelor.
În timp ce frezarea CNC poate oferi o schimbare rapidă, finisarea frezată creează piese cu semne vizibile de scule.De asemenea, poate produce piese cu unele margini ascuțite și bavuri, așa că pot fi necesare procese suplimentare dacă marginile și bavurile sunt inacceptabile pentru aceste caracteristici.
Desigur, sculele de debavurare programate în secvență vor debavura, deși, de obicei, realizează cel mult 90% din cerințele de finisare, lăsând unele caracteristici pentru finisarea manuală finală.
În ceea ce privește finisarea suprafeței, există unelte care vor produce nu numai un finisaj acceptabil al suprafeței, ci și un finisaj asemănător oglinzii pe porțiuni din produsul de lucru.
Tipuri de mori CNC
Cele două tipuri de bază de mașini de frezat sunt cunoscute ca 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 în direcția axei Z.Aceste mașini verticale pot fi împărțite în continuare în două tipuri:
■More de pat, în care fusul se mișcă paralel cu propria axă în timp ce masa se deplasează perpendicular pe axa fusului
■Mori cu turelă, în care axul 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 în direcția axei Y.Structura orizontală înseamnă că aceste mori tind să ocupe mai mult spațiu în atelierul de mașini;sunt, de asemenea, în general mai grele ca greutate și mai puternice decât mașinile verticale.
O moară orizontală este adesea folosită atunci când este necesară o finisare mai bună a suprafeței;asta pentru că orientarea axului înseamnă că așchiile de tăiere cad în mod natural și sunt îndepărtate cu ușurință.(Ca un avantaj suplimentar, îndepărtarea eficientă a așchiilor 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 freză CNC de precizie sunt disponibile cu mai multe axe.O freză 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 o prelucrare 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 axului se mișcă în jurul ei.Acest lucru permite prelucrarea a cinci părți ale unei piese de prelucrat fără a îndepărta piesa de prelucrat și a reseta mașina.
strunguri CNC
Un strung - numit și centru de strunjire - are unul sau mai multe axe și axe X și Z.Mașina este folosită pentru a roti o piesă de prelucrat pe axa sa pentru a efectua diverse operații de tăiere și modelare, aplicând o gamă largă de unelte piesei de prelucrat.
Strungurile CNC, care mai sunt numite și strunguri de scule cu acțiune reală, 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 o 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 industriile auto, electronică, aerospațială, robotică și dispozitive medicale.
Cum funcționează un strung CNC
Cu un strung CNC, o bară goală de material stoc este încărcată în mandrina axului strungului.Acest mandrina ține piesa de prelucrat pe loc în timp ce axul se rotește.Când axul atinge viteza necesară, o unealtă de tăiere staționară este adusă în contact cu piesa de prelucrat pentru a îndepărta materialul și a obține geometria corectă.
Un strung CNC poate efectua o serie de operații, cum ar fi găurirea, filetarea, alezarea, alezarea, fațarea și strunjirea conică.Operațiunile diferite necesită schimbări de scule și pot crește costurile 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 operația, cu un timp de configurare suplimentar mic sau deloc necesar 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 bara pentru a reduce vibrațiile care pot afecta negativ precizia
■ Lăsaţi maşina unealtă să funcţioneze la viteze optime ale axului
■ Minimizarea timpilor de schimbare
■ Reduceți risipa de materiale
Tipuri de strunguri CNC
Există o serie de tipuri diferite de strunguri, dar cele mai comune sunt strunguri CNC cu 2 axe și strunguri automate în stil China.
Majoritatea strungurilor CNC China folosesc unul sau două arbori principale plus unul sau două arbori din spate (sau secundare), cu transfer rotativ responsabil pentru primul.Axul principal realizează operația de prelucrare primară, cu ajutorul unei bucșe de ghidare.
În plus, unele strunguri în stil chinezesc sunt echipate cu un al doilea cap de sculă care funcționează ca o moară CNC.
Cu un strung automat CNC în stil China, materialul de stoc este alimentat printr-un ax cu cap glisant într-o bucșă de ghidare.Acest lucru permite instrumentului să taie materialul mai aproape de punctul în care este susținut, ceea ce face ca mașina din China să fie deosebit de benefică pentru piese strunjite lungi și subțiri și pentru microprelucrare.
Centrele de strunjire CNC cu mai multe axe și strungurile în stil chinezesc pot realiza mai multe operațiuni 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 CNC tradițională.