Точна механічна обробка - це процес видалення матеріалу із заготовки під час витримки з точним допуском. Точний верстат має багато типів, включаючи фрезерну, токарну та електричну обробку. Сьогодні прецизійною машиною зазвичай керують за допомогою комп'ютерного числового управління (ЧПУ).
Майже всі металеві вироби використовують точну механічну обробку, як і багато інших матеріалів, таких як пластик та дерево. Цими машинами керують спеціалізовані та навчені машиністи. Для того, щоб ріжучий інструмент виконував свою роботу, його потрібно переміщати у вказаних напрямках, щоб зробити правильний зріз. Цей основний рух називається "швидкість різання". Заготовку також можна переміщати, що називається вторинним рухом "подачі". Разом ці рухи та гострота ріжучого інструменту дозволяють працювати прецизійній машині.
Якісна точна обробка вимагає вміння слідувати надзвичайно конкретним кресленням, зробленим програмами CAD (автоматизоване проектування) або CAM (автоматизоване виробництво за допомогою комп'ютера), наприклад AutoCAD та TurboCAD. Програмне забезпечення може допомогти створити складні тривимірні діаграми або контури, необхідні для виготовлення інструменту, машини або предмета. Ці креслення повинні дотримуватися з великою деталізацією, щоб гарантувати збереження цілісності виробу. Хоча більшість компаній з точної обробки працюють з деякими формами програм CAD/CAM, вони все ще часто працюють з намальованими від руки ескізами на початкових етапах проектування.
Точна механічна обробка використовується для ряду матеріалів, включаючи сталь, бронзу, графіт, скло та пластмаси. Залежно від розміру проекту та матеріалів, які будуть використовуватися, будуть використовуватися різні інструменти точної механічної обробки. Можуть бути використані будь-які комбінації токарних верстатів, фрезерних верстатів, свердлильних пресів, пилок і шліфувальних машин і навіть високошвидкісної роботики. Аерокосмічна промисловість може використовувати високошвидкісну обробку, тоді як деревообробна промисловість може використовувати фотохімічне травлення та фрезерування. Витік збігу або певна кількість будь -якого конкретного товару може налічувати тисячі або бути лише кількома. Точна обробка часто вимагає програмування пристроїв з ЧПУ, що означає, що вони керуються комп'ютером з цифровим керуванням. Пристрій з ЧПУ дозволяє дотримуватися точних розмірів протягом усього періоду виробництва виробу.
Фрезерування - це процес обробки за допомогою поворотних фрез для видалення матеріалу із заготовки шляхом просування (або подачі) фрези до заготовки в певному напрямку. Різак також можна тримати під кутом щодо осі інструменту. Фрезерування охоплює широкий спектр різних операцій та верстатів, у масштабах від дрібних окремих деталей до великих, надпотужних фрезерних операцій банди. Це один з найбільш часто використовуваних процесів обробки деталей на замовлення з точними допусками.
Фрезерування можна здійснювати за допомогою широкого спектру верстатів. Початковим класом верстатів для фрезерування був фрезерний верстат (який часто називають млином). Після появи комп’ютерного цифрового управління (ЧПУ) фрезерні верстати перетворилися на обробні центри: фрезерні верстати, доповнені автоматичними змінами інструментів, інструментальні магазини або каруселі, можливості ЧПУ, системи охолодження та корпуси. Фрезерувальні центри зазвичай класифікуються як вертикальні обробні центри (VMC) або горизонтальні обробні центри (HMC).
Інтеграція фрезерування в токарні середовища, і навпаки, розпочалася з використанням інструментів для токарних верстатів та періодичного використання фрез для токарних операцій. Це призвело до появи нового класу верстатів-багатозадачних верстатів (МТМ), які спеціально створені для полегшення фрезерування та точіння в межах однієї робочої оболонки.
Для інженерів -конструкторів, науково -дослідних груп та виробників, які залежать від постачання деталей, точна обробка з ЧПУ дозволяє створювати складні деталі без додаткової обробки. Насправді точна обробка з ЧПУ часто дозволяє виготовляти готові деталі на одній машині.
Процес механічної обробки видаляє матеріал і використовує широкий спектр ріжучих інструментів для створення остаточного, а часто дуже складного дизайну деталі. Рівень точності підвищується за допомогою комп'ютерного числового управління (ЧПУ), яке використовується для автоматизації управління інструментами для обробки.
Роль "ЧПУ" у точній обробці
Використовуючи кодовані інструкції з програмування, точна обробка з ЧПУ дозволяє вирізати та формувати заготовку відповідно до специфікацій без ручного втручання механізатора.
Беручи модель автоматизованого проектування (САПР), надану замовником, досвідчений машиніст використовує програмне забезпечення для автоматизованого виробництва (САПР) для створення інструкцій з механічної обробки деталі. На основі моделі САПР програмне забезпечення визначає, які шляхи до інструментів потрібні, і генерує код програмування, який повідомляє машині:
■ Які правильні обороти і швидкість подачі
■ Коли і куди рухати інструмент та/або заготовку
■ Як глибоко різати
■ Коли наносити охолоджуючу рідину
■ Будь -які інші фактори, пов'язані зі швидкістю, швидкістю подачі та координацією
Потім контролер з ЧПУ використовує код програмування для управління, автоматизації та моніторингу рухів машини.
Сьогодні ЧПУ-це вбудована функція широкого спектра устаткування, від токарних верстатів, фрез і фрезерів до дротяного ЕДМ (обробка електророзрядом), лазерного та плазмового різання. На додаток до автоматизації процесу обробки та підвищення точності, ЧПУ усуває ручні завдання та звільняє машиністів від контролю за кількома машинами, що працюють одночасно.
Крім того, як тільки шлях до інструменту був розроблений і машина запрограмована, вона може запускати деталь будь -яку кількість разів. Це забезпечує високий рівень точності та повторюваності, що, у свою чергу, робить процес високоефективним та масштабованим.
Матеріали, які обробляються
Деякі метали, які зазвичай обробляються, включають алюміній, латунь, бронзу, мідь, сталь, титан і цинк. Крім того, можна обробляти дерево, пінопласт, скловолокно та пластмаси, такі як поліпропілен.
Насправді, практично будь -який матеріал може бути використаний для точної обробки з ЧПУ - звичайно, в залежності від застосування та його вимог.
Деякі переваги точної механічної обробки з ЧПУ
Для багатьох дрібних деталей та компонентів, які використовуються у широкому асортименті виготовленої продукції, точна обробка з ЧПУ часто є найкращим способом виготовлення.
Як і практично у всіх методах різання та обробки, різні матеріали поводяться по -різному, а розмір і форма компонента також мають великий вплив на процес. Однак загалом процес точної обробки з ЧПУ пропонує переваги перед іншими методами обробки.
Це тому, що обробка з ЧПУ здатна забезпечити:
■ Високий ступінь складності деталей
■ Жорсткі допуски, зазвичай коливаються від ± 0,0002 "(± 0,00508 мм) до ± 0,0005" (± 0,0127 мм)
■ Виключно гладка обробка поверхні, включаючи обробку на замовлення
■ Повторюваність навіть при великих обсягах
Хоча досвідчений машиніст може використовувати токарний верстат для виготовлення якісної деталі в кількості 10 або 100, що станеться, коли вам знадобиться 1000 деталей? 10000 деталей? 100 000 чи мільйон деталей?
Завдяки точній обробці з ЧПУ ви можете отримати масштабованість та швидкість, необхідну для такого типу виробництва великого обсягу. Крім того, висока повторюваність точної обробки з ЧПУ дає вам однакові деталі від початку до кінця, незалежно від того, скільки деталей ви виробляєте.
Існує декілька дуже спеціалізованих методів механічної обробки з ЧПУ, включаючи обробку дротом EDM (обробка електричним розрядом), аддитивну обробку та 3D -лазерний друк. Наприклад, дротяний ЕДМ використовує провідні матеріали -зазвичай метали -та електричні розряди, щоб розмити заготовку до складних форм.
Однак тут ми зосередимось на процесах фрезерування та точіння - двох широко виражених методів віднімання, які часто використовуються для точної обробки з ЧПУ.
Фрезерування проти точіння
Фрезерування - це процес обробки, який використовує обертовий циліндричний ріжучий інструмент для видалення матеріалу та створення фігур. Фрезерне обладнання, відоме як млин або обробний центр, створює всесвіт складної геометрії деталей на деяких з найбільших предметів, оброблених металом.
Важливою характеристикою фрезерування є те, що заготовка залишається нерухомою, поки різальний інструмент обертається. Іншими словами, на млині обертовий ріжучий інструмент рухається навколо заготовки, яка залишається нерухомою на місці.
Токарство - це процес різання або формування заготовки на верстаті, званому токарним верстатом. Як правило, токарний верстат обертає заготовку на вертикальній або горизонтальній осі, тоді як нерухомий ріжучий інструмент (який може обертатися, а може і не обертатися) рухається вздовж запрограмованої осі.
Інструмент фізично не може обходити деталь. Матеріал обертається, дозволяючи інструменту виконувати запрограмовані операції. (Існує підмножина токарних верстатів, в яких інструменти обертаються навколо дроту, що подається від золотника, однак це не охоплено тут.)
При точінні, на відміну від фрезерування, заготовка обертається. Запас деталей включається на шпинделі токарного верстата, а ріжучий інструмент стикається із заготовкою.
Обробка вручну проти ЧПУ
Хоча і фрези, і токарні верстати доступні в ручних моделях, верстати з ЧПУ більше підходять для виробництва дрібних деталей - пропонують масштабованість та повторюваність для застосувань, що вимагають великого обсягу виробництва деталей з щільним допуском.
На додаток до простих 2-осьових верстатів, в яких інструмент рухається по осях X і Z, прецизійне обладнання з ЧПУ включає багатовісні моделі, в яких заготовка також може рухатися. Це на відміну від токарного верстата, де заготовка обмежується прядінням, а інструменти рухаються, щоб створити потрібну геометрію.
Ці багатоосьові конфігурації дозволяють створювати складніші геометрії за одну операцію, не вимагаючи додаткової роботи механізатора. Це не тільки полегшує виробництво складних деталей, але також зменшує або усуває ймовірність помилки оператора.
Крім того, використання охолоджуючої рідини високого тиску з точною обробкою з ЧПУ гарантує, що стружка не потрапить на роботу навіть під час використання машини з вертикально орієнтованим шпинделем.
Фрези з ЧПУ
Різні фрезерні верстати відрізняються за своїми розмірами, конфігурацією осей, швидкістю подачі, швидкістю різання, напрямком подачі фрези та іншими характеристиками.
Однак, загалом, усі фрези з ЧПУ використовують обертовий шпиндель для вирізання небажаного матеріалу. Вони використовуються для різання твердих металів, таких як сталь і титан, але також можуть використовуватися для таких матеріалів, як пластик та алюміній.
Фрези з ЧПУ побудовані для повторюваності і можуть використовуватися для всього, від прототипування до виробництва великого обсягу. Високоточні прецизійні фрези з ЧПУ часто використовуються для роботи з жорсткою толерантністю, наприклад, для фрезерування тонких штампів та форм.
У той час як фрезерування з ЧПУ може забезпечити швидку обробку, обробка під час фрезерування створює деталі з видимими слідами інструменту. Він також може виробляти деталі з деякими гострими краями та задирками, тому можуть знадобитися додаткові процеси, якщо краї та задирки неприйнятні для цих особливостей.
Звичайно, інструменти для зняття задирок, запрограмовані в послідовність, видалять задирки, хоча зазвичай вони досягають максимум 90% необхідної кількості, залишаючи деякі функції для остаточної ручної обробки.
Що стосується оздоблення поверхні, існують інструменти, які дозволять отримати не тільки прийнятну обробку поверхні, але і дзеркальну обробку на частинах робочого виробу.
Види млинів з ЧПУ
Два основних типи фрезерних верстатів відомі як вертикальні обробні центри та горизонтальні обробні центри, де основна відмінність полягає в орієнтації шпинделя верстата.
Вертикальний обробний центр-це млин, в якому вісь шпинделя вирівняна у напрямку осі Z. Ці вертикальні верстати можна розділити на два типи:
■ Постільні млини, в яких шпиндель рухається паралельно своїй осі, а стіл рухається перпендикулярно осі шпинделя
■ Баштові фрези, у яких шпиндель нерухомий, а стіл переміщується так, щоб він завжди був перпендикулярним і паралельним осі шпинделя під час операції різання
У горизонтальному обробному центрі вісь шпинделя млина вирівняна у напрямку осі Y. Горизонтальна структура означає, що ці млини, як правило, займають більше місця на майстерні; вони також, як правило, важчі за вагою і потужніші, ніж вертикальні машини.
Горизонтальний млин часто використовується, коли потрібна краща обробка поверхні; це тому, що орієнтація шпинделя означає, що стружка, природно, відпадає і легко видаляється. (В якості додаткової переваги ефективне видалення стружки допомагає збільшити термін служби інструменту.)
Загалом, вертикальні обробні центри є більш поширеними, оскільки вони можуть бути такими ж потужними, як горизонтальні обробні центри, і можуть обробляти дуже дрібні деталі. Крім того, вертикальні центри мають меншу площу, ніж горизонтальні обробні центри.
Багатовісні фрези з ЧПУ
Точні фрези з ЧПУ доступні з кількома осями. 3-осьова фреза використовує осі X, Y і Z для різноманітних робіт. За допомогою 4-осьової фрези машина може обертатися по вертикальній і горизонтальній осі і переміщати заготовку, щоб забезпечити більш безперервну обробку.
5-осьова фреза має три традиційні осі та дві додаткові поворотні осі, що дозволяє обертати заготовку, коли головка шпинделя обертається навколо неї. Це дозволяє обробляти п'ять сторін заготовки без зняття заготовки та скидання налаштувань верстата.
Токарні верстати з ЧПУ
Токарний верстат, який також називають токарним центром, має одне або кілька шпинделів, а також осі X і Z. Машина використовується для обертання заготовки навколо своєї осі для виконання різних операцій різання та формування, застосовуючи до заготовки широкий спектр інструментів.
Токарні верстати з ЧПУ, які також називають токарними верстатами з токарною обробкою, ідеально підходять для створення симетричних циліндричних або сферичних деталей. Як і фрези з ЧПУ, токарні верстати з ЧПУ можуть виконувати менші операції, такі прототипування, але також можуть бути налаштовані для високої повторюваності, підтримуючи великий обсяг виробництва.
Токарні верстати з ЧПУ також можуть бути налаштовані для виробництва відносно «вільних рук», що робить їх широко використовуваними в автомобільній промисловості, електроніці, аерокосмічній, робототехнічній та медичній промисловості.
Як працює токарний верстат з ЧПУ
За допомогою токарного верстата з ЧПУ чистий брусок із запасного матеріалу завантажується в патрон шпинделя токарного верстата. Цей патрон утримує заготовку на місці, поки шпиндель обертається. Коли шпиндель досягає необхідної швидкості, стаціонарний ріжучий інструмент стикається із заготовкою для видалення матеріалу та досягнення правильної геометрії.
Токарний верстат з ЧПУ може виконувати ряд операцій, таких як свердління, нарізка ниток, розточування, розточування, облицювання та конусна токарна обробка. Різні операції вимагають зміни інструменту та можуть збільшити вартість та час налаштування.
Коли всі необхідні операції механічної обробки завершуються, деталь вирізається зі складу для подальшої обробки, якщо це необхідно. Токарний верстат з ЧПУ готовий до повторення операції, при цьому між ними зазвичай не вистачає додаткового часу на установку або взагалі немає.
Токарні верстати з ЧПУ також можуть містити різноманітні автоматичні подачі прутків, які зменшують кількість ручної переробки сировини та забезпечують такі переваги, як:
■ Скоротіть час та зусилля, необхідні оператору верстата
■ Підтримуйте стовпчик, щоб зменшити вібрацію, яка може негативно вплинути на точність
■ Дайте верстату працювати з оптимальною швидкістю обертання шпинделя
■ Скоротіть час заміни
■ Скоротіть матеріальні відходи
Види токарних верстатів з ЧПУ
Існує ряд різних типів токарних верстатів, але найпоширенішими є 2-осьові токарні верстати з ЧПУ та автоматичні токарні верстати в китайському стилі.
Більшість токарних верстатів з ЧПУ в Китаї використовують один або два основних шпинделя плюс один або два задніх (або вторинних) шпинделя, причому перше відповідає за поворотне переміщення. Основний шпиндель виконує первинну обробку за допомогою направляючої втулки.
Крім того, деякі токарні верстати в китайському стилі оснащені другою головкою інструменту, яка працює як млин з ЧПУ.
За допомогою автоматичного токарного верстата з ЧПУ в китайському стилі вихідний матеріал подається через шпиндель ковзної головки в направляючу втулку. Це дозволяє інструменту різати матеріал ближче до точки, де матеріал підтримується, що робить китайську машину особливо корисною для довгих, тонких точених деталей та для мікрообробки.
Багатоосьові токарні центри з ЧПУ та токарні верстати в китайському стилі можуть виконувати кілька операцій механічної обробки за допомогою однієї машини. Це робить їх економічно вигідним варіантом для складних геометрій, які в іншому випадку вимагали б декількох змін машин або інструментів із використанням такого обладнання, як традиційна млина з ЧПУ.