Præcisionsbearbejdning er en proces til at fjerne materiale fra et emne under fastholdelse af tætte tolerancefinisher. Præcisionsmaskinen har mange typer, herunder fræsning, drejning og elektrisk afladning. En præcisionsmaskine i dag styres generelt ved hjælp af en Computer Numerical Controls (CNC).
Næsten alle metalprodukter anvender præcisionsbearbejdning, ligesom mange andre materialer såsom plast og træ. Disse maskiner betjenes af specialiserede og uddannede maskinister. For at skæreværktøjet kan udføre sit arbejde, skal det flyttes i de angivne retninger for at foretage det korrekte snit. Denne primære bevægelse kaldes "skærehastigheden". Emnet kan også flyttes, kendt som den sekundære bevægelse af "feed". Tilsammen tillader disse bevægelser og skæreværktøjets skarphed præcisionsmaskinen at fungere.
Kvalitets præcisionsbearbejdning kræver evnen til at følge ekstremt specifikke tegninger lavet af CAD (computerstøttet design) eller CAM (computerstøttet fremstilling) programmer som AutoCAD og TurboCAD. Softwaren kan hjælpe med at producere de komplekse, tredimensionelle diagrammer eller konturer, der er nødvendige for at producere et værktøj, en maskine eller et objekt. Disse tegninger skal overholdes med store detaljer for at sikre, at et produkt bevarer sin integritet. Mens de fleste præcisionsbearbejdningsvirksomheder arbejder med en eller anden form for CAD/CAM-programmer, arbejder de stadig ofte med håndtegnede skitser i de indledende faser af et design.
Præcisionsbearbejdning bruges på en række materialer, herunder stål, bronze, grafit, glas og plast for at nævne nogle få. Afhængigt af projektets størrelse og de materialer, der skal bruges, bruges forskellige præcisionsbearbejdningsværktøjer. Enhver kombination af drejebænke, fræsemaskiner, boremaskiner, save og slibemaskiner og endda højhastighedsrobotik kan bruges. Luftfartsindustrien kan bruge højhastighedsbearbejdning, mens en træværktøjsfremstillingsindustri muligvis kan bruge fotokemisk ætsning og fræsning. At slippe ud af en løbetur eller en bestemt mængde af en bestemt vare kan tælle i tusinder eller være få. Præcisionsbearbejdning kræver ofte programmering af CNC -enheder, hvilket betyder, at de er computerstyret numerisk. CNC -enheden gør det muligt at følge nøjagtige dimensioner under hele produktets løb.
Fræsning er bearbejdningsprocessen ved anvendelse af roterende fræsere til at fjerne materiale fra et emne ved at føre (eller fodre) fræseren ind i emnet i en bestemt retning. Skæreren kan også holdes i en vinkel i forhold til værktøjets akse. Fræsning dækker en lang række forskellige operationer og maskiner, på skalaer fra små individuelle dele til store, kraftige bandefræsninger. Det er en af de mest almindeligt anvendte processer til bearbejdning af brugerdefinerede dele til præcise tolerancer.
Fræsning kan foretages med en lang række værktøjsmaskiner. Den oprindelige klasse af værktøjsmaskiner til fræsning var fræsemaskinen (ofte kaldet en mølle). Efter fremkomsten af computer numerisk kontrol (CNC) udviklede fræsemaskiner sig til bearbejdningscentre: fræsemaskiner forstærket af automatiske værktøjsskiftere, værktøjsmagasiner eller karruseller, CNC -kapacitet, kølevæskesystemer og kabinetter. Fræsecentre klassificeres generelt som lodrette bearbejdningscentre (VMC'er) eller vandrette bearbejdningscentre (HMC'er).
Integrationen af fræsning i drejemiljøer og omvendt begyndte med strømværktøj til drejebænke og lejlighedsvis brug af møller til drejning. Dette førte til en ny klasse værktøjsmaskiner, multitasking-maskiner (MTM'er), som er specialbygget til at lette fræsning og drejning inden for samme arbejdskonvolut.
For designingeniører, F & U -teams og producenter, der er afhængige af indkøb af dele, giver præcisions CNC -bearbejdning mulighed for at skabe komplekse dele uden yderligere behandling. Faktisk gør præcisions CNC -bearbejdning det ofte muligt at lave færdige dele på en enkelt maskine.
Bearbejdningsprocessen fjerner materiale og bruger en bred vifte af skæreværktøjer til at skabe det endelige og ofte meget komplekse design af en del. Præcisionsniveauet forbedres ved brug af computer numerisk kontrol (CNC), som bruges til at automatisere styringen af bearbejdningsværktøjerne.
Rollen som "CNC" i præcisionsbearbejdning
Ved hjælp af kodede programmeringsinstruktioner tillader præcisions CNC -bearbejdning et emne at blive skåret og formet til specifikationer uden manuel indgriben af en maskinoperatør.
Ved at tage en computer -aided design (CAD) model leveret af en kunde, bruger en ekspert maskinist computerstøttet fremstillingssoftware (CAM) til at oprette instruktionerne til bearbejdning af delen. Baseret på CAD -modellen bestemmer softwaren, hvilke værktøjsstier der er behov for, og genererer programmeringskoden, der fortæller maskinen:
■ Hvad er de korrekte omdrejningstal og foderhastigheder
■ Hvornår og hvor værktøjet og/eller emnet skal flyttes
■ Hvor dybt der skal skæres
■ Hvornår skal der påføres kølevæske
■ Eventuelle andre faktorer, der er relateret til hastighed, fremføringshastighed og koordination
En CNC -controller bruger derefter programmeringskoden til at styre, automatisere og overvåge maskinens bevægelser.
I dag er CNC en indbygget funktion i en lang række udstyr, lige fra drejebænke, møller og routere til ledning EDM (elektrisk udladning), laser og plasmaskæremaskiner. Ud over at automatisere bearbejdningsprocessen og øge præcisionen, eliminerer CNC manuelle opgaver og frigør maskinister til at overvåge flere maskiner, der kører på samme tid.
Når en værktøjssti er blevet designet og en maskine er programmeret, kan den desuden køre en del et vilkårligt antal gange. Dette giver en høj grad af præcision og repeterbarhed, hvilket igen gør processen meget omkostningseffektiv og skalerbar.
Materialer, der er bearbejdet
Nogle metaller, der normalt bearbejdes, omfatter aluminium, messing, bronze, kobber, stål, titanium og zink. Desuden kan træ, skum, glasfiber og plast såsom polypropylen også bearbejdes.
Faktisk kan næsten ethvert materiale bruges med præcision CNC -bearbejdning - selvfølgelig afhængigt af applikationen og dets krav.
Nogle fordele ved præcision CNC -bearbejdning
For mange af de små dele og komponenter, der bruges i en lang række fremstillede produkter, er præcisions CNC -bearbejdning ofte den foretrukne fremstillingsmetode.
Som det er tilfældet med stort set alle skære- og bearbejdningsmetoder, opfører forskellige materialer sig forskelligt, og størrelsen og formen på en komponent har også stor indflydelse på processen. Generelt giver præcisions CNC -bearbejdning imidlertid fordele i forhold til andre bearbejdningsmetoder.
Det er fordi CNC -bearbejdning er i stand til at levere:
■ En høj grad af kompleksitet
■ Snævre tolerancer, typisk fra ± 0,0002 "(± 0,00508 mm) til ± 0,0005" (± 0,0127 mm)
■ Ekstraordinært glatte overfladefinisher, inklusive brugerdefinerede overflader
■ Gentagelighed, selv ved høje volumener
Mens en dygtig maskinist kan bruge en manuel drejebænk til at lave en kvalitetsdel i mængder på 10 eller 100, hvad sker der, når du har brug for 1.000 dele? 10.000 dele? 100.000 eller en million dele?
Med præcisions CNC-bearbejdning kan du få den skalerbarhed og hastighed, der er nødvendig for denne type produktion i store mængder. Derudover giver den høje repeterbarhed af præcisions CNC -bearbejdning dig dele, der alle er ens fra start til slut, uanset hvor mange dele du producerer.
Der er nogle meget specialiserede metoder til CNC -bearbejdning, herunder wire EDM (elektrisk udladning), additiv bearbejdning og 3D -laserprint. F.eks. Bruger wire EDM ledende materialer -typisk metaller -og elektriske udladninger til at tære et emne i indviklede former.
Men her vil vi fokusere på fræsnings- og drejningsprocesser - to subtraktive metoder, der er bredt tilgængelige og ofte bruges til præcisions CNC -bearbejdning.
Fræsning vs. drejning
Fræsning er en bearbejdningsproces, der bruger et roterende, cylindrisk skæreværktøj til at fjerne materiale og skabe former. Fræseudstyr, kendt som en mølle eller et bearbejdningscenter, udfører et univers af komplekse delgeometrier på nogle af de største objekter, der er bearbejdet metal.
En vigtig egenskab ved fræsning er, at emnet forbliver stationært, mens skæreværktøjet centrifugerer. Med andre ord, på en mølle bevæger det roterende skæreværktøj sig rundt om emnet, som forbliver fastgjort på en seng.
Drejning er processen med at skære eller forme et emne på udstyr kaldet en drejebænk. Typisk drejer drejebænken arbejdsstykket på en lodret eller vandret akse, mens et fast skæreværktøj (som muligvis roterer) kan bevæge sig langs den programmerede akse.
Værktøjet kan ikke fysisk gå rundt om delen. Materialet roterer, så værktøjet kan udføre de programmerede operationer. (Der er en delmængde af drejebænke, hvor værktøjerne drejer rundt om en spolefødt ledning, som dog ikke er dækket her.)
Ved drejning, i modsætning til fræsning, centrifugerer emnet. Delmaterialet tænder drejebænkens spindel, og skæreværktøjet bringes i kontakt med emnet.
Manuel vs. CNC -bearbejdning
Mens både møller og drejebænke fås i manuelle modeller, er CNC -maskiner mere egnede til fremstilling af små dele - tilbyder skalerbarhed og repeterbarhed til applikationer, der kræver stor volumenproduktion af tætte tolerancedele.
Ud over at tilbyde enkle 2-aksede maskiner, hvor værktøjet bevæger sig i X- og Z-akserne, indeholder præcisions-CNC-udstyr flere-aksede modeller, hvor emnet også kan bevæge sig. Dette er i kontrast til en drejebænk, hvor emnet er begrænset til centrifugering, og værktøjerne bevæger sig for at skabe den ønskede geometri.
Disse konfigurationer med flere akser muliggør produktion af mere komplekse geometrier i en enkelt operation uden at kræve yderligere arbejde fra maskinoperatøren. Dette gør det ikke kun lettere at producere komplekse dele, men reducerer eller eliminerer også chancen for operatørfejl.
Derudover sikrer brugen af højtryks-kølevæske med præcision CNC-bearbejdning, at der ikke kommer spåner i værkerne, selv når der bruges en maskine med en lodret orienteret spindel.
CNC møller
Forskellige fræsemaskiner varierer i størrelse, aksekonfiguration, fremføringshastighed, skærehastighed, fræseretningsretning og andre egenskaber.
Men generelt anvender CNC -møller alle en roterende spindel til at skære uønsket materiale væk. De bruges til at skære hårde metaller som stål og titanium, men kan også bruges med materialer som plast og aluminium.
CNC -møller er bygget til repeterbarhed og kan bruges til alt fra prototyper til produktion i store mængder. High-end præcisions CNC-møller bruges ofte til stramt tolerancearbejde, såsom fræsning af fine matricer og forme.
Mens CNC-fræsning kan levere hurtig vending, skaber as-fræset efterbehandling dele med synlige værktøjsmærker. Det kan også producere dele med nogle skarpe kanter og grater, så yderligere processer kan være nødvendige, hvis kanter og grater er uacceptable for disse funktioner.
Selvfølgelig vil afgraderingsværktøjer programmeret i sekvensen afgrime, selvom de normalt højst opnår 90% af det færdige krav, hvilket efterlader nogle funktioner til den sidste håndbehandling.
Med hensyn til overfladebehandling er der værktøjer, der ikke kun producerer en acceptabel overfladefinish, men også en spejllignende finish på dele af arbejdsproduktet.
Typer af CNC -møller
De to grundlæggende typer af fræsemaskiner er kendt som lodrette bearbejdningscentre og vandrette bearbejdningscentre, hvor den primære forskel er i maskinspindelens orientering.
Et lodret bearbejdningscenter er en mølle, hvor spindelaksen er justeret i en Z-akse retning. Disse lodrette maskiner kan yderligere opdeles i to typer:
■ Sengemøller, hvor spindlen bevæger sig parallelt med sin egen akse, mens bordet bevæger sig vinkelret på spindelens akse
■ Tårnfræsere, hvor spindlen er stationær, og bordet flyttes, så det altid er vinkelret og parallelt med spindelaksen under skæringen
I et vandret bearbejdningscenter er møllens spindelakse justeret i en Y-akse retning. Den vandrette struktur betyder, at disse møller har en tendens til at optage mere plads på maskinværkstedet; de er også generelt tungere i vægt og mere kraftfulde end lodrette maskiner.
En vandret mølle bruges ofte, når der kræves en bedre overfladefinish; det er fordi spindelens orientering betyder, at skærefliserne naturligt falder væk og let fjernes. (Som en ekstra fordel hjælper effektiv spånfjerning med at øge værktøjets levetid.)
Generelt er vertikale bearbejdningscentre mere udbredt, fordi de kan være lige så kraftfulde som vandrette bearbejdningscentre og kan håndtere meget små dele. Desuden har lodrette centre et mindre fodaftryk end vandrette bearbejdningscentre.
Multi-aksede CNC-møller
Præcisions CNC -fræsecentre fås med flere akser. En 3-akset mølle anvender X-, Y- og Z-akserne til en bred vifte af opgaver. Med en 4-akset mølle kan maskinen rotere på en lodret og vandret akse og flytte emnet for at muliggøre mere kontinuerlig bearbejdning.
En 5-akset mølle har tre traditionelle akser og to ekstra roterende akser, der gør det muligt at rotere emnet, når spindelhovedet bevæger sig rundt om det. Dette gør det muligt at bearbejde fem sider af et emne uden at fjerne emnet og nulstille maskinen.
CNC drejebænke
En drejebænk - også kaldet et drejecenter - har en eller flere spindler og X- og Z -akser. Maskinen bruges til at rotere et emne på sin akse til at udføre forskellige skære- og formningsoperationer ved at anvende en lang række værktøjer på emnet.
CNC -drejebænke, der også kaldes live action -værktøjs -drejebænke, er ideelle til at skabe symmetriske cylindriske eller sfæriske dele. Ligesom CNC -møller kan CNC -drejebænke håndtere mindre operationer, f.eks. Prototyper, men kan også konfigureres til høj repeterbarhed og understøtter produktion af store mængder.
CNC-drejebænke kan også opsættes til relativt håndfri produktion, hvilket gør dem meget udbredt i bil-, elektronik-, rumfarts-, robotteknologi- og medicinsk udstyrsindustrien.
Sådan fungerer en CNC -drejebænk
Med en CNC -drejebænk læsses en tom stang med materiel ind i borepatronens spindel. Denne borepatron holder emnet på plads, mens spindlen roterer. Når spindlen når den nødvendige hastighed, bringes et stationært skæreværktøj i kontakt med emnet for at fjerne materiale og opnå den korrekte geometri.
En CNC -drejebænk kan udføre en række operationer, såsom boring, gevindskæring, kedning, brøning, vending og konisk drejning. Forskellige operationer kræver værktøjsændringer og kan øge omkostninger og opsætningstid.
Når alle de påkrævede bearbejdningsoperationer er afsluttet, skæres delen om nødvendigt ud af lageret til yderligere behandling. CNC -drejebænken er derefter klar til at gentage operationen, og der kræves normalt lidt eller ingen ekstra opsætningstid imellem.
CNC -drejebænke kan også rumme en række automatiske stangfremførere, som reducerer mængden af manuel håndtering af råmaterialer og giver fordele såsom følgende:
■ Reducer den tid og kræfter, der kræves af maskinføreren
■ Støt stangen for at reducere vibrationer, der kan påvirke præcisionen negativt
■ Lad værktøjsmaskinen arbejde med optimale spindelhastigheder
■ Minimer skiftetider
■ Reducer materialespild
Typer af CNC -drejebænke
Der findes en række forskellige typer drejebænke, men de mest almindelige er 2-aksede CNC-drejebænke og automatiske drejebænke i kinesisk stil.
De fleste CNC Kina drejebænke bruger en eller to hovedspindler plus en eller to bagspindler (eller sekundære) spindler, med roterende overførsel ansvarlig for førstnævnte. Hovedspindlen udfører den primære bearbejdning ved hjælp af en guidebøsning.
Desuden er nogle drejebænke i Kina udstyret med et andet værktøjshoved, der fungerer som en CNC-mølle.
Med en automatisk drejebænk i CNC-stil føres lagermaterialet gennem en glidende hovedspindel ind i en føringsbøsning. Dette gør det muligt for værktøjet at skære materialet tættere på det punkt, hvor materialet understøttes, hvilket gør Kina -maskinen særlig fordelagtig til lange, slanke drejede dele og til mikrobearbejdning.
Multi-aksede CNC drejecentre og drejebænke i kinesisk stil kan udføre flere bearbejdningsoperationer ved hjælp af en enkelt maskine. Dette gør dem til en omkostningseffektiv mulighed for komplekse geometrier, der ellers ville kræve flere maskiner eller værktøjsskift ved hjælp af udstyr såsom en traditionel CNC-mølle.