Прецизната обработка е процес за премахване на материал от детайла по време на задържане на толерантни покрития. Прецизната машина има много видове, включително фрезоване, струговане и обработка с електрически разряд. Днес една прецизна машина обикновено се управлява с помощта на компютърно цифрово управление (CNC).
Почти всички метални изделия използват прецизна обработка, както и много други материали като пластмаса и дърво. Тези машини се управляват от специализирани и обучени машинисти. За да може режещият инструмент да си свърши работата, той трябва да се премести в посочените посоки, за да се направи правилното рязане. Това основно движение се нарича "скорост на рязане". Заготовката може също да бъде преместена, известна като вторично движение на „подаване“. Заедно тези движения и остротата на режещия инструмент позволяват на прецизната машина да работи.
Качествената прецизна обработка изисква способността да се следват изключително специфични планове, направени от CAD (компютърно проектиран дизайн) или CAM (компютърно подпомагано производство) програми като AutoCAD и TurboCAD. Софтуерът може да помогне за създаването на сложни, триизмерни диаграми или очертания, необходими за производството на инструмент, машина или обект. Тези чертежи трябва да се спазват с много подробности, за да се гарантира, че продуктът запазва своята цялост. Докато повечето компании за прецизна обработка работят с някаква форма на CAD/CAM програми, те все още работят често с ръчно рисувани скици в началните фази на дизайна.
Прецизната обработка се използва за редица материали, включително стомана, бронз, графит, стъкло и пластмаси, за да назовем само няколко. В зависимост от размера на проекта и използваните материали ще се използват различни прецизни инструменти за обработка. Могат да се използват всякакви комбинации от стругове, фрези, преси за свредла, триони и шлифовъчни машини и дори високоскоростна роботика. Авиокосмическата индустрия може да използва високоскоростна обработка, докато дърводелската промишленост може да използва фотохимично ецване и фрезоване. Изхвърлянето на тираж или определено количество от всеки конкретен артикул може да наброява хиляди или да бъде само няколко. Прецизната обработка често изисква програмиране на CNC устройства, което означава, че те са компютърно числено управлявани. CNC устройството позволява да се следват точни размери през целия цикъл на продукта.
Фрезоването е процесът на обработка, при който се използват ротационни фрези за отстраняване на материал от детайла чрез напредване (или подаване) на фрезата в детайла в определена посока. Фрезата може също да се държи под ъгъл спрямо оста на инструмента. Фрезоването обхваща голямо разнообразие от различни операции и машини, на мащаби от малки отделни части до големи, тежкотоварни фрезови операции. Това е един от най -често използваните процеси за обработка на персонализирани части до точни допуски.
Фрезоването може да се извърши с широка гама металорежещи машини. Първоначалният клас металорежещи машини за фрезоване е фрезовата машина (често наричана мелница). След появата на компютърно цифрово управление (CNC) фрезовите машини се превърнаха в обработващи центрове: фрезови машини, допълнени от автоматични чейнджъри за инструменти, инструментални списания или въртележки, CNC възможности, системи за охлаждаща течност и заграждения. Фрезовите центрове обикновено се класифицират като вертикални обработващи центрове (VMC) или хоризонтални обработващи центрове (HMC).
Интегрирането на фрезоване в стругови среди и обратно, започна с инструменти на стругове за стругове и случайно използване на мелници за струговане. Това доведе до нов клас металорежещи машини, многозадачни машини (MTMs), които са специално създадени, за да улеснят фрезоването и завъртането в един и същ работен плик.
За инженерите по проектиране, екипите за научноизследователска и развойна дейност и производителите, които зависят от доставката на части, прецизната обработка с ЦПУ позволява създаването на сложни части без допълнителна обработка. Всъщност прецизната обработка с ЦПУ често прави възможно готовите части да бъдат направени на една машина.
Процесът на обработка премахва материал и използва широк спектър от режещи инструменти, за да създаде окончателния и често много сложен дизайн на част. Нивото на прецизност се повишава чрез използването на компютърно цифрово управление (CNC), което се използва за автоматизиране на управлението на обработващите инструменти.
Ролята на "CNC" в прецизната обработка
Използвайки кодирани инструкции за програмиране, прецизната обработка с ЦПУ позволява детайл да бъде изрязан и оформен по спецификации без ръчна намеса от оператор на машина.
Вземайки модел за компютърно проектиране (CAD), предоставен от клиент, експерт -машинист използва компютърен софтуер за производство (CAM), за да създаде инструкции за обработка на детайла. Въз основа на CAD модела, софтуерът определя какви пътища на инструменти са необходими и генерира програмния код, който казва на машината:
■ Какви са правилните обороти и скорости на подаване
■ Кога и къде да преместите инструмента и/или детайла
■ Колко дълбоко да се реже
■ Кога да нанесете охлаждаща течност
■ Всички други фактори, свързани със скоростта, скоростта на подаване и координацията
След това CNC контролер използва програмния код за управление, автоматизиране и наблюдение на движенията на машината.
Днес CNC е вградена функция на широка гама от оборудване, от стругове, фрези и фрези до тел EDM (обработка с електрически разряд), лазерни и плазмени машини за рязане. В допълнение към автоматизирането на процеса на обработка и повишаването на прецизността, CNC елиминира ръчните задачи и освобождава машинистите да наблюдават няколко машини, работещи едновременно.
Освен това, след като пътят на инструмента е проектиран и машината е програмирана, тя може да изпълнява част произволен брой пъти. Това осигурява високо ниво на прецизност и повторяемост, което от своя страна прави процеса високо рентабилен и мащабируем.
Материали, които се обработват
Някои метали, които обикновено се обработват, включват алуминий, месинг, бронз, мед, стомана, титан и цинк. В допълнение, дърво, пяна, фибростъкло и пластмаси като полипропилен също могат да бъдат обработени.
Всъщност почти всеки материал може да се използва с прецизна обработка с ЦПУ - разбира се, в зависимост от приложението и неговите изисквания.
Някои предимства на прецизната обработка с ЦПУ
За много от малките части и компоненти, които се използват в широк спектър от произведени продукти, прецизната обработка с ЦПУ често е избраният метод за производство.
Както важи за почти всички методи за рязане и обработка, различните материали се държат по различен начин, а размерът и формата на компонент също оказват голямо влияние върху процеса. Въпреки това, като цяло процесът на прецизна обработка с ЦПУ предлага предимства пред другите методи на обработка.
Това е така, защото обработката с ЦПУ е в състояние да осигури:
■ Висока степен на сложност на частите
■ Стегнати допуски, обикновено вариращи от ± 0,0002 "(± 0,00508 mm) до ± 0,0005" (± 0,0127 mm)
■ Изключително гладки повърхностни покрития, включително по поръчка
■ Повторяемост, дори при големи обеми
Докато опитен машинист може да използва ръчен струг, за да направи качествена част в количества от 10 или 100, какво се случва, когато имате нужда от 1000 части? 10 000 части? 100 000 или милион части?
С прецизна обработка с ЦПУ можете да получите мащабируемостта и скоростта, необходими за този вид производство с голям обем. В допълнение, високата повторяемост на прецизната обработка с ЦПУ ви дава части, които са еднакви от началото до края, без значение колко части произвеждате.
Има някои много специализирани методи за обработка с ЦПУ, включително тел EDM (обработка с електрически разряд), обработка с добавка и 3D лазерен печат. Например, тел EDM използва проводящи материали -обикновено метали -и електрически разряди, за да разяде детайла в сложни форми.
Тук обаче ще се съсредоточим върху процесите на фрезоване и струговане - два изваждащи се метода, които са широко достъпни и често се използват за прецизна обработка с ЦПУ.
Фрезоване срещу струговане
Фрезоването е процес на обработка, който използва въртящ се цилиндричен режещ инструмент за отстраняване на материал и създаване на форми. Фрезовото оборудване, известно като мелница или обработващ център, осъществява вселена от сложни геометрии на детайли върху някои от най -големите обекти, обработени с метал.
Важна характеристика на фрезоването е, че детайлът остава неподвижен, докато режещият инструмент се върти. С други думи, на мелница въртящият се режещ инструмент се движи около детайла, който остава фиксиран на място върху леглото.
Точенето е процес на изрязване или оформяне на детайл върху оборудване, наречено струг. Обикновено стругът върти детайла по вертикална или хоризонтална ос, докато фиксиран режещ инструмент (който може или не може да се върти) се движи по програмираната ос.
Инструментът не може физически да заобиколи частта. Материалът се върти, което позволява на инструмента да изпълнява програмираните операции. (Има подгрупа стругове, в които инструментите се въртят около проводник, захранван от макара, но това не е обхванато тук.)
При завъртане, за разлика от фрезоването, детайлът се върти. Запасът от детайли включва шпиндела на струга и режещият инструмент се докосва с детайла.
Ръчна или CNC обработка
Докато фрезите и струговете се предлагат в ръчни модели, машините с ЦПУ са по -подходящи за целите на производството на малки части - предлагат мащабируемост и повторяемост за приложения, изискващи голям обем производство на части с тесен толеранс.
В допълнение към предлагането на прости 2-осни машини, в които инструментът се движи по осите X и Z, прецизното CNC оборудване включва многоосни модели, в които детайлът също може да се движи. Това е в контраст със струг, където детайлът е ограничен до центрофугиране и инструментите ще се движат, за да създадат желаната геометрия.
Тези многоосни конфигурации позволяват производството на по-сложни геометрии в една операция, без да се изисква допълнителна работа от оператора на машината. Това не само улеснява производството на сложни части, но също така намалява или елиминира вероятността от грешка на оператора.
В допълнение, използването на охлаждаща течност под високо налягане с прецизна обработка с ЦПУ гарантира, че стружките не попадат в работата, дори когато се използва машина с вертикално ориентиран шпиндел.
CNC мелници
Различните фрези се различават по своите размери, конфигурации на осите, скорости на подаване, скорост на рязане, посока на подаване на фрезоване и други характеристики.
Като цяло обаче всички фрези с ЦПУ използват въртящ се шпиндел, за да отрежат нежелан материал. Те се използват за рязане на твърди метали като стомана и титан, но могат да се използват и с материали като пластмаса и алуминий.
Мелниците с ЦПУ са изградени за повторяемост и могат да се използват за всичко - от прототипиране до производство с голям обем. Висококачествени прецизни фрези с ЦПУ често се използват за работа с тесен толеранс, като например фрезоване на фини матрици и форми.
Докато фрезоването с ЦПУ може да осигури бърз обрат, завършеното с фрезоване създава части с видими следи от инструменти. Той може също така да произвежда части с някои остри ръбове и неравности, така че може да се наложат допълнителни процеси, ако ръбовете и неравностите са неприемливи за тези характеристики.
Разбира се, инструментите за отстраняване на мъгла, програмирани в последователността, ще премахнат драскотините, въпреки че обикновено постигат най -много 90% от готовото изискване, оставяйки някои функции за финално ръчно довършване.
Що се отнася до повърхностното покритие, има инструменти, които ще произведат не само приемливо покритие на повърхността, но и огледално покритие върху части от работния продукт.
Видове фрези с ЦПУ
Двата основни типа фрезови машини са известни като вертикални обработващи центрове и хоризонтални обработващи центрове, където основната разлика е в ориентацията на шпиндела на машината.
Вертикален обработващ център е мелница, в която оста на шпиндела е подравнена в посока на оста Z. Тези вертикални машини могат допълнително да бъдат разделени на два типа:
■ Мелници за легла, при които вретеното се движи успоредно на собствената си ос, докато масата се движи перпендикулярно на оста на шпиндела
■ Мелници за кули, в които шпинделът е неподвижен и масата се премества така, че винаги да е перпендикулярна и успоредна на оста на шпиндела по време на операцията за рязане
В хоризонтален обработващ център оста на шпиндела на мелницата е подравнена в посока на оста Y. Хоризонталната структура означава, че тези мелници са склонни да заемат повече място на пода на машинния цех; те също като цяло са по -тежки и по -мощни от вертикалните машини.
Хоризонтална мелница често се използва, когато се изисква по -добро покритие на повърхността; това е така, защото ориентацията на шпиндела означава, че режещите стружки естествено отпадат и лесно се отстраняват. (Като допълнително предимство, ефективното отстраняване на стружки помага за увеличаване на живота на инструмента.)
Като цяло вертикалните обработващи центрове са по -разпространени, защото могат да бъдат толкова мощни, колкото хоризонталните обработващи центрове и могат да обработват много малки части. Освен това вертикалните центрове имат по -малък отпечатък от хоризонталните обработващи центрове.
Многоосни фрези с ЦПУ
Прецизни фрезови центрове с ЦПУ се предлагат с множество оси. Триосна мелница използва осите X, Y и Z за голямо разнообразие от работи. С 4-осна мелница машината може да се върти по вертикална и хоризонтална ос и да премества детайла, за да позволи по-продължителна обработка.
5-осната мелница има три традиционни оси и две допълнителни въртящи се оси, което позволява завъртането на детайла, докато главата на шпиндела се движи около него. Това позволява да се обработват пет страни на детайла, без да се сваля детайла и да се нулира машината.
CNC стругове
Стругът - наричан още център за завъртане - има едно или повече вретена и оси X и Z. Машината се използва за завъртане на детайл по оста си за извършване на различни операции на рязане и оформяне, като се прилага широк набор от инструменти към детайла.
CNC стругове, които също се наричат стругове за струговане, са идеални за създаване на симетрични цилиндрични или сферични части. Подобно на мелниците с ЦПУ, струговете с ЦПУ могат да се справят с по -малки операции, като създаване на прототипи, но също така могат да бъдат настроени за висока повторяемост, като поддържат голям обем производство.
Струговете с ЦПУ могат също така да бъдат създадени за производство със свободни ръце, което ги прави широко използвани в автомобилната, електрониката, космическата промишленост, роботиката и медицинските изделия.
Как работи струг с ЦПУ
С струг с ЦПУ празна лента от запасен материал се зарежда в патронника на шпиндела на струга. Този патронник държи детайла на място, докато шпиндела се върти. Когато шпинделът достигне необходимата скорост, стационарен режещ инструмент се докосва с детайла, за да се отстрани материалът и да се постигне правилната геометрия.
Струг с ЦПУ може да изпълнява редица операции, като пробиване, резбоване, пробиване, разгъване, облицовка и конусно струговане. Различните операции изискват смяна на инструменти и могат да увеличат разходите и времето за настройка.
Когато всички необходими операции по обработка приключат, детайлът се изрязва от запаса за по -нататъшна обработка, ако е необходимо. След това стругът с ЦПУ е готов да повтори операцията, като между тях обикновено се изисква малко или никакво допълнително време за настройка.
Струговете с ЦПУ могат да побират и различни автоматични подаващи ленти, които намаляват количеството ръчно обработване на суровини и осигуряват предимства като следното:
■ Намалете времето и усилията, необходими на оператора на машината
■ Подкрепете стомана, за да намалите вибрациите, които могат да повлияят негативно на прецизността
■ Оставете машината да работи с оптимални обороти на шпиндела
■ Минимизирайте времето за смяна
■ Намалете материалните отпадъци
Видове стругове с ЦПУ
Има редица различни видове стругове, но най-често срещаните са 2-осни стругове с ЦПУ и автоматични стругове в китайски стил.
Повечето стругове с CNC за Китай използват един или два основни шпиндела плюс един или два задни (или вторични) шпиндела, с въртящ се трансфер, отговорен за първия. Основният шпиндел извършва основната операция на обработка с помощта на направляваща втулка.
В допълнение, някои стругове в китайски стил са оборудвани с втора глава за инструменти, която работи като мелница с ЦПУ.
С CNC автоматичен струг в китайски стил, материалът се подава през шпиндела с плъзгаща се глава в направляваща втулка. Това позволява на инструмента да отреже материала по -близо до точката, където материалът се поддържа, което прави китайската машина особено полезна за дълги, тънки струговани части и за микрообработка.
Многоосните центрове за струговане с ЦПУ и стругове в китайски стил могат да извършват множество операции на обработка с помощта на една машина. Това ги прави рентабилен вариант за сложни геометрии, които иначе биха изисквали множество промени на машини или инструменти, използвайки оборудване като традиционна мелница с ЦПУ.