Presisjonsbearbeiding er en prosess for å fjerne materiale fra et arbeidsstykke under nøyaktig toleranse. Presisjonsmaskinen har mange typer, inkludert fresing, svingning og elektrisk utladning. En presisjonsmaskin i dag styres generelt ved hjelp av en datamaskin numeriske kontroller (CNC).
Nesten alle metallprodukter bruker presisjonsbearbeiding, det samme gjør mange andre materialer som plast og tre. Disse maskinene drives av spesialiserte og utdannede maskinister. For at skjæreverktøyet skal gjøre jobben sin, må det flyttes i de angitte retningene for å gjøre det riktige kuttet. Denne primære bevegelsen kalles "skjærehastigheten." Emnet kan også flyttes, kjent som den sekundære bevegelsen til "feed". Til sammen lar disse bevegelsene og skarpheten til skjæreverktøyet presisjonsmaskinen operere.
Presisjonsbearbeiding av høy kvalitet krever muligheten til å følge ekstremt spesifikke tegninger laget av CAD (datamaskinassistert design) eller CAM (datamaskinassistert produksjon) programmer som AutoCAD og TurboCAD. Programvaren kan hjelpe til med å lage de komplekse, tredimensjonale diagrammer eller konturer som er nødvendige for å produsere et verktøy, en maskin eller et objekt. Disse tegningene må følges med store detaljer for å sikre at et produkt beholder sin integritet. Mens de fleste presisjonsbearbeidingsbedrifter jobber med en eller annen form for CAD/CAM-programmer, jobber de fremdeles ofte med håndtegnede skisser i de første fasene av et design.
Presisjonsbearbeiding brukes på en rekke materialer, inkludert stål, bronse, grafitt, glass og plast for å nevne noen. Avhengig av prosjektets størrelse og materialene som skal brukes, vil forskjellige presisjonsbearbeidingsverktøy bli brukt. Enhver kombinasjon av dreiebenker, fresemaskiner, boremaskiner, sager og slipemaskiner, og til og med høyhastighets robotikk kan brukes. Luftfartsindustrien kan bruke maskinering med høy hastighet, mens en trebearbeidingsindustri kan bruke fotokjemisk etsing og fresing. Det å slippe ut av et løp, eller en bestemt mengde av en bestemt vare, kan telle i tusenvis, eller være bare noen få. Presisjonsbearbeiding krever ofte programmering av CNC -enheter, noe som betyr at de er datamaskinstyrt numerisk. CNC -enheten gjør det mulig å følge eksakte dimensjoner under hele produktkjøringen.
Fresing er bearbeidingsprosessen for å bruke roterende kuttere for å fjerne materiale fra et arbeidsstykke ved å føre (eller mate) kutteren inn i arbeidsstykket i en bestemt retning. Kutteren kan også holdes i en vinkel i forhold til verktøyets akse. Fresing dekker et stort utvalg av forskjellige operasjoner og maskiner, på skalaer fra små enkeltdeler til store, kraftige gjengfresinger. Det er en av de mest brukte prosessene for bearbeiding av tilpassede deler til presise toleranser.
Fresing kan gjøres med et bredt spekter av maskinverktøy. Den opprinnelige klassen med verktøy for fresing var fresemaskinen (ofte kalt en kvern). Etter ankomsten av datamaskin numerisk kontroll (CNC), utviklet fresemaskinene seg til bearbeidingssentre: fresemaskiner forsterket med automatiske verktøyvekslere, verktøymagasiner eller karuseller, CNC -evne, kjølevæskesystemer og skap. Fresesentre er generelt klassifisert som vertikale bearbeidingssentre (VMC -er) eller horisontale bearbeidingssentre (HMC -er).
Integreringen av fresing i svingmiljøer, og omvendt, begynte med strømførende verktøy for dreiebenker og sporadisk bruk av kverner for svingoperasjoner. Dette førte til en ny klasse med maskinverktøy, multitasking-maskiner (MTM), som er spesialbygd for å lette fresing og vending innenfor samme arbeidsomslag.
For designingeniører, FoU -team og produsenter som er avhengige av delinnkjøp, gir presis CNC -bearbeiding mulighet for å lage komplekse deler uten ytterligere behandling. Faktisk gjør presisjons CNC -bearbeiding ofte det mulig for ferdige deler å bli laget på en enkelt maskin.
Bearbeidingsprosessen fjerner materiale og bruker et bredt spekter av skjæreverktøy for å lage den endelige, og ofte svært komplekse, utformingen av en del. Presisjonsnivået forbedres ved bruk av datamaskin numerisk kontroll (CNC), som brukes til å automatisere kontrollen av maskinverktøyene.
Rollen som "CNC" i presisjonsbearbeiding
Ved hjelp av kodede programmeringsinstruksjoner, gjør presisjons CNC -bearbeiding at et emne kan kuttes og formes til spesifikasjoner uten manuell inngrep av en maskinfører.
Ved å ta en datamaskinassistert design (CAD) modell levert av en kunde, bruker en ekspert maskinist datamaskinassistert produksjonsprogramvare (CAM) for å lage instruksjonene for bearbeiding av delen. Basert på CAD -modellen, bestemmer programvaren hvilke verktøybaner som trengs og genererer programmeringskoden som forteller maskinen:
■ Hva er riktige turtall og matingshastigheter
■ Når og hvor du skal flytte verktøyet og/eller arbeidsstykket
■ Hvor dypt å kutte
■ Når påføres kjølevæske
■ Eventuelle andre faktorer knyttet til hastighet, matehastighet og koordinering
En CNC -kontroller bruker deretter programmeringskoden til å kontrollere, automatisere og overvåke maskinens bevegelser.
I dag er CNC en innebygd funksjon i et bredt spekter av utstyr, fra dreiebenker, møller og rutere til ledning EDM (elektrisk utladning), laser og plasmaskjæremaskiner. I tillegg til å automatisere bearbeidingsprosessen og øke presisjonen, eliminerer CNC manuelle oppgaver og frigjør maskinister til å overvåke flere maskiner som kjører samtidig.
I tillegg, når en verktøysbane er designet og en maskin er programmert, kan den kjøre en del mange ganger. Dette gir et høyt nivå av presisjon og repeterbarhet, noe som igjen gjør prosessen svært kostnadseffektiv og skalerbar.
Materialer som er bearbeidet
Noen metaller som vanligvis blir bearbeidet inkluderer aluminium, messing, bronse, kobber, stål, titan og sink. I tillegg kan tre, skum, glassfiber og plast som polypropylen også bearbeides.
Faktisk kan omtrent alt materiale brukes med presisjons CNC -bearbeiding - selvfølgelig, avhengig av applikasjonen og dens krav.
Noen fordeler med presisjons CNC -bearbeiding
For mange av de små delene og komponentene som brukes i et bredt spekter av produserte produkter, er presisjons CNC -bearbeiding ofte den foretrukne fabrikasjonsmetoden.
Som det gjelder for praktisk talt alle skjære- og bearbeidingsmetoder, oppfører forskjellige materialer seg annerledes, og størrelsen og formen på en komponent har også stor innvirkning på prosessen. Imidlertid gir prosessen med presisjons CNC -bearbeiding generelt fordeler i forhold til andre bearbeidingsmetoder.
Det er fordi CNC -maskinering er i stand til å levere:
■ Høy grad av kompleksitet
■ Tette toleranser, vanligvis fra ± 0,0002 "(± 0,00508 mm) til ± 0,0005" (± 0,0127 mm)
■ Eksepsjonelt glatte overflatebehandlinger, inkludert tilpassede overflater
■ Repeterbarhet, selv ved høye volumer
Selv om en dyktig maskinist kan bruke en manuell dreiebenk for å lage en kvalitetsdel i mengder på 10 eller 100, hva skjer når du trenger 1000 deler? 10.000 deler? 100 000 eller en million deler?
Med presisjons CNC-bearbeiding kan du få skalerbarhet og hastighet som trengs for denne typen produksjon med store volumer. I tillegg gir den høye repeterbarheten av presisjons CNC -bearbeiding deg deler som er like fra start til slutt, uansett hvor mange deler du produserer.
Det er noen veldig spesialiserte metoder for CNC -bearbeiding, inkludert wire EDM (elektrisk utladning), additiv maskinering og 3D -laserutskrift. For eksempel bruker wire EDM ledende materialer -vanligvis metaller -og elektriske utladninger for å tære et arbeidsstykke til intrikate former.
Imidlertid vil vi her fokusere på fresing og dreieprosesser - to subtraktive metoder som er allment tilgjengelige og ofte brukes til presisjons CNC -maskinering.
Fresing vs. dreining
Fresing er en bearbeidingsprosess som bruker et roterende, sylindrisk skjæreverktøy for å fjerne materiale og lage former. Fresutstyr, kjent som en mølle eller et bearbeidingssenter, oppnår et univers av komplekse delgeometrier på noen av de største objektene som er bearbeidet metall.
En viktig egenskap ved fresing er at arbeidsstykket forblir stasjonært mens skjæreverktøyet snurrer. Med andre ord, på en kvern beveger det roterende skjæreverktøyet seg rundt arbeidsstykket, som forblir festet på plass på en seng.
Dreie er prosessen med å kutte eller forme et arbeidsstykke på utstyr som kalles en dreiebenk. Vanligvis snurrer dreiebenken arbeidsstykket på en vertikal eller horisontal akse mens et fast skjæreverktøy (som eventuelt roterer) beveger seg langs den programmerte aksen.
Verktøyet kan ikke fysisk gå rundt delen. Materialet roterer, slik at verktøyet kan utføre de programmerte operasjonene. (Det er en delmengde av dreiebenker der verktøyene snurrer rundt en tråd som er matet med spole, men som ikke er dekket her.)
I vending, i motsetning til fresing, spinner arbeidsstykket. Delmassen slår på dreiebenkens spindel og skjæreverktøyet bringes i kontakt med arbeidsstykket.
Manuell mot CNC -maskinering
Selv om både møller og dreiebenker er tilgjengelige i manuelle modeller, er CNC -maskiner mer passende for produksjon av små deler - og tilbyr skalerbarhet og repeterbarhet for applikasjoner som krever høy volumproduksjon av tette toleransedeler.
I tillegg til å tilby enkle 2-aksede maskiner der verktøyet beveger seg i X- og Z-aksene, inneholder presisjons-CNC-utstyr flere-aksemodeller der arbeidsstykket også kan bevege seg. Dette er i kontrast til en dreiebenk der arbeidsstykket er begrenset til spinning og verktøyene vil bevege seg for å lage ønsket geometri.
Disse konfigurasjonene med flere akser muliggjør produksjon av mer komplekse geometrier i en enkelt operasjon, uten å kreve ekstra arbeid fra maskinføreren. Dette gjør det ikke bare lettere å produsere komplekse deler, men reduserer eller eliminerer også sjansen for operatørfeil.
I tillegg sikrer bruk av høytrykks kjølevæske med presisjons CNC-bearbeiding at flis ikke kommer inn i verket, selv når du bruker en maskin med en vertikalt orientert spindel.
CNC -freser
Ulike fresemaskiner varierer i størrelser, aksekonfigurasjoner, matehastigheter, skjærehastighet, fresemateretning og andre egenskaper.
Generelt bruker imidlertid CNC -kverner alle en roterende spindel for å kutte bort uønsket materiale. De brukes til å kutte harde metaller som stål og titan, men kan også brukes med materialer som plast og aluminium.
CNC -møller er bygget for repeterbarhet og kan brukes til alt fra prototyping til produksjon av store volumer. High-end presisjons CNC-kverner brukes ofte til tett toleransearbeid, for eksempel fresing av fine dyser og former.
Mens CNC-fresing kan levere rask snuoperasjon, skaper bearbeiding etter fresing deler med synlige verktøymerker. Det kan også produsere deler med noen skarpe kanter og grader, så ytterligere prosesser kan være nødvendig hvis kanter og grater er uakseptable for disse funksjonene.
Selvfølgelig vil avgraderingsverktøy som er programmert i sekvensen avgrime, selv om de vanligvis oppnår 90% av det ferdige kravet, og etterlater noen funksjoner for den endelige håndbehandlingen.
Når det gjelder overflatebehandling, er det verktøy som ikke bare gir en akseptabel overflatebehandling, men også en speillignende finish på deler av arbeidsproduktet.
Typer av CNC -freser
De to grunnleggende typene for fresemaskiner er kjent som vertikale bearbeidingssentre og horisontale bearbeidingssentre, hvor den primære forskjellen er i orienteringen til maskinspindelen.
Et vertikalt bearbeidingssenter er en mølle der spindelaksen er innrettet i en Z-akseretning. Disse vertikale maskinene kan videre deles inn i to typer:
■ Sengemøller, der spindelen beveger seg parallelt med sin egen akse mens bordet beveger seg vinkelrett på spindelens akse
■ Tårnfreser, hvor spindelen er stasjonær og bordet flyttes slik at den alltid er vinkelrett og parallell med spindelaksen under skjæreoperasjonen
I et horisontalt bearbeidingssenter er møllens spindelakse justert i en Y-akseretning. Den horisontale strukturen betyr at disse fabrikkene har en tendens til å ta mer plass på verkstedgulvet; de er også generelt tyngre i vekt og kraftigere enn vertikale maskiner.
En horisontal mølle brukes ofte når det kreves en bedre overflatebehandling; det er fordi spindelens orientering betyr at skjæreflisene naturlig faller bort og lett fjernes. (Som en ekstra fordel bidrar effektiv fjerning av flis til å øke verktøyets levetid.)
Generelt er vertikale bearbeidingssentre mer utbredt fordi de kan være like kraftige som horisontale bearbeidingssentre og kan håndtere svært små deler. I tillegg har vertikale sentre et mindre fotavtrykk enn horisontale bearbeidingssentre.
Flerakse CNC-freser
Presisjons CNC -fresesentre er tilgjengelig med flere akser. En 3-akset mølle bruker X-, Y- og Z-aksene for et bredt spekter av arbeider. Med en 4-akset kvern kan maskinen rotere på en vertikal og horisontal akse og flytte emnet for å muliggjøre mer kontinuerlig bearbeiding.
En 5-akset kvern har tre tradisjonelle akser og to ekstra rotasjonsakser, slik at arbeidsstykket kan roteres når spindelhodet beveger seg rundt det. Dette gjør det mulig å bearbeide fem sider av et arbeidsstykke uten å fjerne arbeidsstykket og tilbakestille maskinen.
CNC dreiebenker
En dreiebenk - også kalt et dreiesenter - har en eller flere spindler og X- og Z -akser. Maskinen brukes til å rotere et arbeidsstykke på aksen for å utføre forskjellige skjære- og formingsoperasjoner, ved å bruke et bredt spekter av verktøy på arbeidsstykket.
CNC -dreiebenker, som også kalles verktøy for dreiebenk, er ideelle for å lage symmetriske sylindriske eller sfæriske deler. I likhet med CNC -freser kan CNC -dreiebenker håndtere mindre operasjoner, slik som prototyper, men kan også settes opp for høy repeterbarhet, og støtter produksjon av høyt volum.
CNC-dreiebenker kan også settes opp for relativt håndfri produksjon, noe som gjør dem mye brukt i bilindustrien, elektronikk, romfart, robotikk og medisinsk utstyr.
Hvordan fungerer en CNC -dreiebenk
Med en CNC -dreiebenk blir en tom stang med lagermateriale lastet inn i chucken på dreiebenkens spindel. Denne chucken holder arbeidsstykket på plass mens spindelen roterer. Når spindelen når den nødvendige hastigheten, bringes et stasjonært skjæreverktøy i kontakt med arbeidsstykket for å fjerne materiale og oppnå riktig geometri.
En CNC -dreiebenk kan utføre en rekke operasjoner, for eksempel boring, gjenging, kjedelig, romning, vending og konisk dreining. Ulike operasjoner krever verktøyendringer og kan øke kostnadene og oppsettstiden.
Når alle nødvendige bearbeidingsoperasjoner er fullført, blir delen om nødvendig kuttet fra lageret for videre behandling. CNC -dreiebenken er deretter klar til å gjenta operasjonen, med liten eller ingen ekstra oppsettstid som vanligvis kreves i mellom.
CNC -dreiebenker kan også romme en rekke automatiske stangmatere, som reduserer mengden manuell håndtering av råvarer og gir fordeler som følgende:
■ Reduser tiden og innsatsen som kreves av maskinføreren
■ Støtt stangen for å redusere vibrasjoner som kan påvirke presisjonen negativt
■ La maskinverktøyet fungere med optimale spindelhastigheter
■ Minimer overgangstider
■ Reduser materialavfall
Typer CNC -dreiebenker
Det finnes en rekke forskjellige typer dreiebenker, men de vanligste er 2-aksede CNC-dreiebenker og automatiske dreiebenker i Kina-stil.
De fleste CNC Kina dreiebenker bruker en eller to hovedspindler pluss en eller to bak (eller sekundære) spindler, med roterende overføring ansvarlig for den første. Hovedspindelen utfører den primære bearbeidingsoperasjonen ved hjelp av en føringsbøsning.
I tillegg er noen dreiebenker i Kina utstyrt med et andre verktøyhode som fungerer som en CNC-kvern.
Med en automatisk dreiebenk i CNC-stil blir matematerialet ført gjennom en glidende hodespindel inn i en føringsbøsning. Dette gjør at verktøyet kan kutte materialet nærmere punktet der materialet støttes, noe som gjør Kina -maskinen spesielt gunstig for lange, slanke vendte deler og for mikromaskinering.
CNC-dreiesentre med flere akser og dreiebenker i Kina-stil kan utføre flere bearbeidingsoperasjoner ved hjelp av en enkelt maskin. Dette gjør dem til et kostnadseffektivt alternativ for komplekse geometrier som ellers ville kreve flere maskiner eller verktøyendringer ved hjelp av utstyr som en tradisjonell CNC-fres.