Presisjonsmaskinering er en prosess for å fjerne materiale fra et arbeidsstykke under å holde nøye toleranse. Presisjonsmaskinen har mange typer, inkludert fresing, sving og elektrisk utladning. En presisjonsmaskin i dag styres vanligvis ved hjelp av en datamaskin numeriske kontroller (CNC).
Nesten alle metallprodukter bruker presisjonsmaskinering, og det samme gjør mange andre materialer som plast og tre. Disse maskinene drives av spesialiserte og trente maskinister. For at skjæreverktøyet skal gjøre jobben sin, må det flyttes i retninger som er spesifisert for å gjøre riktig kutt. Denne primære bevegelsen kalles "skjærehastigheten." Arbeidsstykket kan også flyttes, kjent som den sekundære bevegelsen til "fôr." Sammen lar disse bevegelsene og skarpheten til skjæreverktøyet presisjonsmaskinen fungere.
Kvalitetspresisjonsmaskinering krever muligheten til å følge ekstremt spesifikke tegninger laget av CAD (Computer Aided Design) eller CAM (Computer Aided Manufacturing) -programmer som AutoCAD og Turbocad. Programvaren kan bidra til å produsere de komplekse, tredimensjonale diagrammer eller konturer som trengs for å produsere et verktøy, maskin eller objekt. Disse tegningene må følges med stor detalj for å sikre at et produkt beholder sin integritet. Mens de fleste presisjonsmaskineringsselskaper jobber med en form for CAD/CAM-programmer, jobber de fortsatt 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 størrelsen på prosjektet og materialene som skal brukes, vil forskjellige precision -maskineringsverktøy brukes. Enhver kombinasjon av dreiebenker, fresemaskiner, borepresser, sager og kverner og til og med høyhastighetsrobotikk kan brukes. Luftfartsindustrien kan bruke maskinering med høy hastighet, mens en treverksverktøy-bransje kan bruke fotokjemiske etsnings- og freseprosesser. Kvernet ut av et løp, eller en bestemt mengde av et bestemt element, kan nummerere i tusenvis, eller være bare noen få. Presisjonsmaskinering krever ofte programmering av CNC -enheter som betyr at de er datamaskin numerisk kontrollert. CNC -enheten tillater eksakte dimensjoner som kan følges gjennom hele et produkt.
Fresing er maskineringsprosessen med å bruke roterende kuttere for å fjerne materiale fra et arbeidsstykke ved å fremme (eller mate) kutteren inn i arbeidsstykket i en viss retning. Kutteren kan også holdes i en vinkel i forhold til verktøyets akse. Fresing dekker et bredt utvalg av forskjellige operasjoner og maskiner, på skalaer fra små individuelle deler til store, tunge gjengfresende operasjoner. Det er en av de mest brukte prosessene for å bearbeide tilpassede deler til presise toleranser.
Fresing kan gjøres med et bredt spekter av maskinverktøy. Den opprinnelige klassen med maskinverktøy for fresing var fresemaskinen (ofte kalt en mølle). Etter bruk av datamaskin numerisk kontroll (CNC), utviklet fresemaskiner seg til maskineringssentre: fresemaskiner forsterket av automatiske verktøyskiftere, verktøymagasiner eller karuseller, CNC -evne, kjølevæskesystemer og kabinetter. Fresesentre er generelt klassifisert som vertikale maskineringssentre (VMC) eller horisontale maskineringssentre (HMC).
Integrasjonen av fresing i svingende miljøer, og omvendt, startet med live verktøy for dreiebenker og sporadisk bruk av fabrikker for å dreie driften. Dette førte til en ny klasse av maskinverktøy, multitasking-maskiner (MTMS), som er spesialbygget for å lette fresing og snu innenfor den samme arbeidskonvolutten.
For designingeniører, FoU -team og produsenter som er avhengige av delvis sourcing, tillater Precision CNC -maskinering å lage komplekse deler uten ekstra prosessering. Faktisk gjør presisjon CNC -maskinering ofte det mulig for ferdige deler å lages på en enkelt maskin.
Maskinprosessen fjerner materiale og bruker et bredt spekter av skjæreverktøy for å skape den endelige, og ofte svært komplekse designen av en del. Presisjonsnivået forbedres ved bruk av datamaskin numerisk kontroll (CNC), som brukes til å automatisere kontrollen av maskineringsverktøyene.
Rollen som "CNC" i presisjonsmaskinering
Ved å bruke kodede programmeringsinstruksjoner, kan Precision CNC -maskinering kuttes og formes og formes til spesifikasjoner uten manuell intervensjon av en maskinoperatør.
En ekspert maskinist bruker en Computer Aided Design (CAD) -modell levert av en kunde, og bruker datamaskinhjelpsprogramvare (CAM) for å lage instruksjonene for maskinering av delen. Basert på CAD -modellen bestemmer programvaren hvilke verktøystier som er nødvendig og genererer programmeringskoden som forteller maskinen:
■ Hva riktige omdreininger og fôrhastigheter er
■ Når og hvor du skal flytte verktøyet og/eller arbeidsstykket
■ Hvor dypt å kutte
■ Når du skal bruke kjølevæske
■ Eventuelle andre faktorer relatert til hastighet, fôrhastighet og koordinering
En CNC -kontroller bruker deretter programmeringskoden for å kontrollere, automatisere og overvåke bevegelsene til maskinen.
I dag er CNC et innebygd funksjon av et bredt spekter av utstyr, fra dreiebenker, fabrikker og rutere til lednings-EDM (elektrisk utladningsmaskinering), laser og plasmaskjæringsmaskiner. I tillegg til å automatisere maskineringsprosessen og forbedre presisjonen, eliminerer CNC manuelle oppgaver og frigjør maskinister for å føre tilsyn med flere maskiner som kjører samtidig.
I tillegg, når en verktøysti er designet og en maskin er programmert, kan den kjøre en del av noen ganger. Dette gir et høyt nivå av presisjon og repeterbarhet, som igjen gjør prosessen svært kostnadseffektiv og skalerbar.
Materialer som er maskinert
Noen metaller som ofte er maskinert inkluderer aluminium, messing, bronse, kobber, stål, titan og sink. I tillegg kan tre, skum, glassfiber og plast som polypropylen også maskineres.
Faktisk kan omtrent hvilket som helst materiale brukes med presisjon CNC -maskinering - selvfølgelig, avhengig av applikasjonen og dens krav.
Noen fordeler med presisjon CNC -maskinering
For mange av de små delene og komponentene som brukes i et bredt spekter av produserte produkter, er Precision CNC -maskinering ofte fremstillingsmetoden du velger.
Som det gjelder praktisk talt alle skjære- og maskineringsmetoder, oppfører forskjellige materialer seg annerledes, og størrelsen og formen til en komponent har også stor innvirkning på prosessen. Generelt gir imidlertid prosessen med presisjon CNC -maskinering fordeler i forhold til andre maskineringsmetoder.
Det er fordi CNC -maskinering er i stand til å levere:
■ En høy grad av delvis kompleksitet
■ Tette toleranser, typisk fra ± 0,0002 "(± 0,00508 mm) til ± 0,0005" (± 0,0127 mm)
■ Eksepsjonelt glatte overflatebehandlinger, inkludert tilpassede finish
■ repeterbarhet, selv ved høye volumer
Mens 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 Precision CNC-maskinering kan du få skalerbarhet og hastighet som trengs for denne typen høyvolumproduksjon. I tillegg gir den høye repeterbarheten av presisjon CNC -maskinering deg deler som alle er de samme fra start til slutt, uansett hvor mange deler du produserer.
Det er noen veldig spesialiserte metoder for CNC -maskinering, inkludert tråd EDM (elektrisk utladningsmaskinering), additiv maskinering og 3D -laserutskrift. For eksempel bruker Wire EDM ledende materialer -typisk metaller -og elektriske utslipp for å erodere et arbeidsstykke til intrikate former.
Imidlertid vil vi her fokusere på fres- og vendeprosessene - to subtraktive metoder som er allment tilgjengelige og ofte brukt for presisjon CNC -maskinering.
Fresing mot sving
Fresing er en maskineringsprosess som bruker et roterende, sylindrisk skjæreverktøy for å fjerne materiale og lage former. Freseutstyr, kjent som et mølle eller et maskineringssenter, oppnår et univers av komplekse delgeometrier på noen av de største gjenstandene maskinert metall.
Et viktig kjennetegn ved fresing er at arbeidsstykket forblir stasjonært mens skjæreverktøyet snurrer. Med andre ord, på en mølle beveger det roterende skjæreverktøyet seg rundt arbeidsstykket, som forblir festet på plass på en seng.
Å snu er prosessen med å kutte eller forme et arbeidsstykke på utstyr kalt en dreiebenk. Vanligvis snurrer dreiebenken arbeidsstykket på en vertikal eller horisontalt akse mens et fast skjæreverktøy (som kanskje ikke er spinnende) beveger seg langs den programmerte aksen.
Verktøyet kan ikke fysisk gå rundt i delen. Materialet roterer, slik at verktøyet kan utføre de programmerte operasjonene. (Det er en undergruppe av dreiebenker der verktøyene snurrer rundt en spool-matet ledning, men som ikke er dekket her.)
I sving, i motsetning til fresing, snurrer arbeidsstykket. Delen lager slår på dreiebenkens spindel og skjæreverktøyet blir brakt i kontakt med arbeidsstykket.
Manual vs. CNC -maskinering
Mens både fabrikker og dreiebenker er tilgjengelige i manuelle modeller, er CNC -maskiner mer passende for å produsere små deler - og tilbyr skalerbarhet og repeterbarhet for applikasjoner som krever høy volumproduksjon av tette toleransedeler.
I tillegg til å tilby enkle 2-aksemaskiner der verktøyet beveger seg i X- og Z-aksene, inkluderer Precision CNC-utstyr multi-aksemodeller der arbeidsstykket også kan bevege seg. Dette i motsetning til en dreiebenk der arbeidsstykket er begrenset til spinning og verktøyene vil bevege seg for å skape ønsket geometri.
Disse konfigurasjonene med flere akser tillater produksjon av mer komplekse geometrier i en enkelt operasjon, uten å kreve ekstra arbeid av maskinoperatøren. Dette gjør det ikke bare lettere å produsere komplekse deler, men reduserer også eller eliminerer sjansen for operatørfeil.
I tillegg sikrer bruken av høytrykkskjølemidler med presisjon CNC-maskinering at brikker ikke kommer inn i verkene, selv når du bruker en maskin med en vertikalt orientert spindel.
CNC Mills
Ulike fresemaskiner varierer i størrelsene, aksekonfigurasjonene, fôrhastighetene, skjærehastigheten, fresematingsretningen og andre egenskaper.
Generelt sett bruker CNC -fabrikker imidlertid 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 -fabrikker er bygget for repeterbarhet og kan brukes til alt fra prototyping til produksjon med høyt volum. High-end presisjon CNC-fabrikker brukes ofte til tett toleransearbeid som fresing av fine dies og muggsopp.
Mens CNC-fresing kan levere rask snuoperasjon, skaper en malt etterbehandling deler med synlige verktøymerker. Det kan også produsere deler med noen skarpe kanter og burr, så det kan være nødvendig med ytterligere prosesser hvis kanter og burr er uakseptable for disse funksjonene.
Selvfølgelig vil avbyggende verktøy som er programmert inn i sekvensen, utnytte, selv om de vanligvis oppnår 90% av det ferdige kravet på det meste, og etterlater noen funksjoner for endelig hånd etterbehandling.
Når det gjelder overflatebehandling, er det verktøy som ikke bare vil gi en akseptabel overflatefinish, men også en speillignende finish på deler av arbeidsproduktet.
Typer CNC -fabrikker
De to grunnleggende typene fresemaskiner er kjent som vertikale maskineringssentre og horisontale maskineringssentre, der den primære forskjellen er i orienteringen til maskinspindelen.
Et vertikalt maskineringssenter er en mølle der spindelaksen er på linje i en z-akseretning. Disse vertikale maskinene kan deles videre i to typer:
■ Bed Mills, der spindelen beveger seg parallelt med sin egen akse mens bordet beveger seg vinkelrett på spindelens akse
■ Turretfabrikker, der spindelen er stasjonær og bordet flyttes slik at den alltid er vinkelrett og parallelt med spindelaksen under skjæreoperasjonen
I et horisontalt maskineringssenter er møllens spindelaks er på linje i en y-akset retning. Den horisontale strukturen betyr at disse fabrikkene har en tendens til å ta mer plass på maskinbutikkgulvet; De er også generelt tyngre i vekt og kraftigere enn vertikale maskiner.
En horisontal mølle brukes ofte når en bedre overflatefinish er nødvendig; Det er fordi spindelens retning betyr at skjæreflisene naturlig faller bort og lett fjernes. (Som en ekstra fordel hjelper effektiv chip -fjerning til å øke levetiden til verktøyet.)
Generelt er vertikale maskineringssentre mer utbredt fordi de kan være like kraftige som horisontale maskineringssentre og kan håndtere veldig små deler. I tillegg har vertikale sentre et mindre fotavtrykk enn horisontale maskineringssentre.
Multi-aksen CNC Mills
Precision CNC Mill -sentre er tilgjengelige med flere akser. En 3-aksemølle bruker x-, y- og z-aksene for et bredt utvalg av arbeid. Med en 4-aksemølle kan maskinen rotere på en vertikal og horisontal akse og flytte arbeidsstykket for å gi mer kontinuerlig maskinering.
En 5-akset mølle har tre tradisjonelle akser og to ekstra roterende akser, slik at arbeidsstykket kan roteres når spindelhodet beveger seg rundt det. Dette gjør at fem sider av et arbeidsstykke kan bearbeides uten å fjerne arbeidsstykket og tilbakestille maskinen.
CNC dreiebenker
En dreiebenk - også kalt et vendingssenter - har en eller flere spindler, og X- og Z -akser. Maskinen brukes til å rotere et arbeidsstykke på sin akse for å utføre forskjellige skjære- og forming av operasjoner, og bruke et bredt spekter av verktøy på arbeidsstykket.
CNC dreiebenker, som også kalles live actionverktøy dreiebenker, er ideelle for å lage symmetriske sylindriske eller sfæriske deler. I likhet med CNC -fabrikker, kan CNC dreiebenk håndtere mindre operasjoner slik prototyping, men kan også settes opp for høy repeterbarhet, og støtter produksjon med 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 en CNC dreiebenker fungerer
Med en CNC dreiebenk lastes en tom stang med lagermateriale inn i chuck av dreiebenkens spindel. Denne chuck holder arbeidsstykket på plass mens spindelen roterer. Når spindelen når ønsket hastighet, blir et stasjonært skjæreverktøy brakt 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, reaming, vendt og koniske sving. Ulike operasjoner krever verktøyendringer og kan øke kostnadene og oppsettetiden.
Når alle nødvendige maskineringsoperasjoner er fullført, kuttes delen fra aksjen for videre behandling, om nødvendig. CNC dreiebenk er da klar til å gjenta operasjonen, med lite eller ingen ekstra oppsettstid som vanligvis kreves i mellom.
CNC dreiebenker har også plass til en rekke automatiske barmatere, som reduserer mengden manuell råstoffhåndtering og gir fordeler som følgende:
■ Reduser tid og krefter som kreves av maskinoperatøren
■ Støtt barstock for å redusere vibrasjoner som kan påvirke presisjonen negativt
■ La maskinverktøyet operere med optimale spindelhastigheter
■ Minimer omgangstider
■ Reduser materialavfall
Typer CNC dreiebenker
Det er en rekke forskjellige typer dreiebenker, men de vanligste er 2-akset CNC dreiebenker og automatiske dreiebenker i Kina-stil.
De fleste CNC Kina -dreiebenker bruker en eller to hovedspindler pluss en eller to rygg (eller sekundær) spindler, med roterende overføring som er ansvarlig for førstnevnte. Hovedspindelen utfører den primære maskineringsoperasjonen, ved hjelp av en guideforing.
I tillegg er noen dreiebenker i Kina-stil utstyrt med et annet verktøyhode som fungerer som en CNC-mølle.
Med en CNC China-stil automatisk dreiebenk, blir aksjematerialet matet gjennom et glidende hode spindel inn i en guideforing. 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 mikromachining.
Multi-aksen CNC-svingesentre og korsreer i Kina-stil kan utføre flere maskineringsoperasjoner ved hjelp av en enkelt maskin. Dette gjør dem til et kostnadseffektivt alternativ for komplekse geometrier som ellers vil kreve flere maskiner eller verktøyendringer ved å bruke utstyr, for eksempel en tradisjonell CNC-fabrikk.