Præcisionsbearbejdning er en proces til at fjerne materiale fra et emne under at holde tæt på tolerancefinish. Præcisionsmaskinen har mange typer, herunder fræsning, drejning og elektrisk udladningsbearbejdning. En præcisionsmaskine i dag styres generelt ved hjælp af en computernumerisk kontrol (CNC).
Næsten alle metalprodukter bruger præcisionsbearbejdning, ligesom mange andre materialer såsom plast og træ. Disse maskiner drives af specialiserede og uddannede maskinister. For at skæreværktøjet skal udføre sit job, skal det flyttes i anvisninger, der er angivet for at foretage det rigtige klip. Denne primære bevægelse kaldes "skærehastigheden." Arbejdsstykket kan også flyttes, kendt som den sekundære bevægelse af "feed." Sammen tillader disse bevægelser og skarpheden i skæreværktøjet præcisionsmaskinen at fungere.
Kvalitetspræcisionsbearbejdning 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 fremstille de komplekse 3-dimensionelle diagrammer eller konturer, der er nødvendige for at producere et værktøj, maskine eller objekt. Disse tegninger skal overholdes med store detaljer for at sikre, at et produkt bevarer sin integritet. Mens de fleste præcisionsbearbejdningsfirmaer 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. Afhængig af projektets størrelse og de materialer, der skal bruges, vil der blive brugt forskellige præcisionsbearbejdningsværktøjer. Enhver kombination af drejebænke, fræsemaskiner, borepresser, sav og slibemaskiner og endda højhastighedsrobotik kan anvendes. Luftfartsindustrien kan bruge bearbejdning med høj hastighed, mens en træarbejdsværktøjsopgaver muligvis bruger fotokemisk ætsning og fræsningsprocesser. Churning ud af et løb eller en bestemt mængde af en bestemt vare kan nummerere i tusinder eller være kun få. Præcisionsbearbejdning kræver ofte programmering af CNC -enheder, hvilket betyder, at de er computer numerisk kontrolleret. CNC -enheden giver mulighed for, at nøjagtige dimensioner følges i hele produktets kørsel.
Fræsning er bearbejdningsprocessen ved at bruge roterende skærer til at fjerne materiale fra et emnet ved at fremme (eller fodre) skærer 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, tunge bandefræsningsoperationer. Det er en af de mest almindeligt anvendte processer til bearbejdning af brugerdefinerede dele til præcise tolerancer.
Fræsning kan udføres med en bred vifte af værktøjsmaskiner. Den originale klasse af maskinværktøjer til fræsning var fræsemaskinen (ofte kaldet en mølle). Efter fremkomsten af Computer Numerical Control (CNC) udviklede fræsemaskiner sig til bearbejdningscentre: fræsemaskiner forstærket af automatiske værktøjsskiftere, værktøjsmagasiner eller karruseller, CNC -kapacitet, kølevæskesystemer og kabinetter. Fræsningscentre klassificeres generelt som lodrette bearbejdningscentre (VMC'er) eller vandrette bearbejdningscentre (HMC'er).
Integrationen af fræsning i omdannelsesmiljøer og omvendt, begyndt med live -værktøj til drejebænke og lejlighedsvis brug af møller til drejningsoperationer. Dette førte til en ny klasse af værktøjsmaskiner, multitasking-maskiner (MTM'er), som er specialbygget for at lette fræsning og drejning inden for den samme arbejdskonvolut.
For designingeniører, F & U -teams og producenter, der er afhængige af del sourcing, giver præcision CNC -bearbejdning mulighed for oprettelse af komplekse dele uden yderligere behandling. Faktisk gør præcision CNC -bearbejdning ofte det muligt for færdige dele at fremstilles på en enkelt maskine.
Bearbejdningsprocessen fjerner materiale og bruger en bred vifte af skæreværktøjer til at skabe finalen og ofte meget kompleks design af en del. Præcisionsniveauet forbedres ved hjælp af computernumerisk kontrol (CNC), der bruges til at automatisere kontrol af bearbejdningsværktøjerne.
Rollen af "CNC" i præcisionsbearbejdning
Ved hjælp af kodede programmeringsinstruktioner tillader præcision CNC -bearbejdning et emne at blive skåret og formet til specifikationer uden manuel indgriben fra en maskinoperatør.
Tager en computerstøttet design (CAD) -model leveret af en kunde, bruger en ekspertmaskinist computerstøttet produktionssoftware (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 de korrekte rpms og foderhastigheder er
■ Hvornår og hvor man skal flytte værktøjet og/eller emnet
■ Hvor dybt at skære
■ Hvornår skal man anvende kølevæske
■ Eventuelle andre faktorer, der er relateret til hastighed, tilførselshastighed og koordinering
En CNC -controller bruger derefter programmeringskoden til at kontrollere, automatisere og overvåge maskinens bevægelser.
I dag er CNC et indbygget træk ved en lang række udstyr, fra drejebænke, møller og routere til tråd EDM (elektrisk udladningsbeskyttelse), laser og plasmaklippemaskiner. Ud over at automatisere bearbejdningsprocessen og forbedre præcisionen eliminerer CNC manuelle opgaver og FREES -maskinister til at føre tilsyn med flere maskiner, der kører på samme tid.
Når en værktøjssti først er designet, og en maskine er programmeret, kan den desuden køre en del ethvert antal gange. Dette giver et højt niveau af præcision og gentagelighed, hvilket igen gør processen meget omkostningseffektiv og skalerbar.
Materialer, der er bearbejdet
Nogle metaller, der ofte er bearbejdet, inkluderer aluminium, messing, bronze, kobber, stål, titanium og zink. Derudover 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 præcision CNC -bearbejdning ofte den valgte fabrikationsmetode.
Som det er tilfældet med stort set alle skærings- og bearbejdningsmetoder, opfører forskellige materialer forskelligt, og størrelsen og formen på en komponent har også en stor indflydelse på processen. Generelt giver processen med præcision CNC -bearbejdning imidlertid fordele i forhold til andre bearbejdningsmetoder.
Det skyldes, at CNC -bearbejdning er i stand til at levere:
■ En høj grad af delkompleksitet
■ Stramme tolerancer, typisk fra ± 0,0002 "(± 0,00508 mm) til ± 0,0005" (± 0,0127 mm)
■ Undtagelsesvis glatte overfladefinish, inklusive brugerdefinerede finish
■ Gentagelighed, selv ved høje mængder
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 præcision CNC-bearbejdning kan du få den skalerbarhed og hastighed, der er nødvendig for denne type produktion med høj volumen. Derudover giver den høje gentagelighed af præcision CNC -bearbejdning dig dele, der alle er de samme fra start til slut, uanset hvor mange dele du producerer.
Der er nogle meget specialiserede metoder til CNC -bearbejdning, herunder WIRE EDM (elektrisk udladningsbearbejdning), additiv bearbejdning og 3D -laserudskrivning. F.eks. Bruger Wire EDM ledende materialer -typisk metaller -og elektriske udledninger til at erodere et emne i indviklede former.
Men her vil vi fokusere på fræsnings- og drejeprocesser - to subtraktive metoder, der er bredt tilgængelige og ofte anvendt til præcision CNC -bearbejdning.
Fræsning vs. drejning
Fræsning er en bearbejdningsproces, der bruger et roterende, cylindrisk skæreværktøj til at fjerne materiale og skabe former. Fræsningsudstyr, kendt som en mølle eller et bearbejdningscenter, udfører et univers af komplekse delgeometrier på nogle af de største objekter, der er bearbejdet metal.
Et vigtigt kendetegn ved fræsning er, at emnet forbliver stationært, mens skæreværktøjet spinder. Med andre ord, på en mølle, bevæger det roterende skæreværktøj sig rundt om emnet, som forbliver fast på plads på en seng.
Drejning er processen med at skære eller forme et emne på udstyr kaldet en drejebænk. Typisk spinder drejebænken emnet på en lodret eller vandret akse, mens et fast skæreværktøj (som måske eller måske ikke spinder) bevæger sig langs den programmerede akse.
Værktøjet kan ikke fysisk gå rundt på rarten. Materialet roterer, så værktøjet kan udføre de programmerede operationer. (Der er en undergruppe af drejebænke, hvor værktøjerne drejer rundt om en spole-fodret ledning, men det er ikke dækket her.)
Ved at dreje, i modsætning til fræsning, drejer emnet. Delbestanden tænder på drejes spindel, og skæreværktøjet bringes i kontakt med emnet.
Manuel vs. CNC -bearbejdning
Mens både møller og drejebænke er tilgængelige i manuelle modeller, er CNC -maskiner mere passende med henblik på fremstilling af små dele - hvilket tilbyder skalerbarhed og gentagelighed til applikationer, der kræver høj volumenproduktion af stramme tolerancedele.
Ud over at tilbyde enkle 2-aksemaskiner, hvor værktøjet bevæger sig i X- og Z-akserne, inkluderer præcision CNC-udstyr flerakse-modeller, hvor emnet også kan bevæge sig. Dette er i modsætning til en drejebænk, hvor emnet er begrænset til spinding, og værktøjerne bevæger sig for at skabe den ønskede geometri.
Disse flerakse-konfigurationer muliggør produktion af mere komplekse geometrier i en enkelt operation uden at kræve yderligere arbejde fra maskinoperatøren. Dette gør det ikke kun lettere at fremstille komplekse dele, men reducerer eller eliminerer også chancen for operatørfejl.
Derudover sikrer brugen af højtryks kølevæske med præcision CNC-bearbejdning, at chips ikke kommer ind i værkerne, selv når man bruger en maskine med en lodret orienteret spindel.
CNC Mills
Forskellige fræsemaskiner varierer i deres størrelser, aksekonfigurationer, tilførselshastigheder, skærehastighed, fræsningsfoderretning og andre egenskaber.
Generelt bruger CNC Mills imidlertid alle en roterende spindel til at skære uønsket materiale væk. De bruges til at skære hårde metaller såsom stål og titanium, men kan også bruges med materialer som plast og aluminium.
CNC -møller er bygget til gentagelighed og kan bruges til alt fra prototype til produktion med høj volumen. High-end præcision CNC-møller bruges ofte til tæt tolerancearbejde, såsom fræsning af fine dies og forme.
Mens CNC-fræsning kan levere hurtig omdrejning, skaber as-møllet efterbehandling dele med synlige værktøjsmærker. Det kan også producere dele med nogle skarpe kanter og burrs, så der kan kræves yderligere processer, hvis kanter og burrs er uacceptable for disse funktioner.
Naturligvis vil afgrænsende værktøjer, der er programmeret i sekvensen, afvise, skønt de normalt opnå 90% af det færdige krav, hvilket efterlader nogle funktioner til endelig håndbehandling.
Hvad angår overfladefinish, 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 fræsemaskiner er kendt som lodrette bearbejdningscentre og vandrette bearbejdningscentre, hvor den primære forskel er i orienteringen af maskinspindlen.
Et lodret bearbejdningscenter er en mølle, hvor spindelaksen er rettet i en z-akseret retning. Disse lodrette maskiner kan opdeles yderligere i to typer:
■ Sengemøller, hvor spindlen bevæger sig parallelt med sin egen akse, mens bordet bevæger sig vinkelret på spindelens akse
■ Turret Mills, hvor spindlen er stationær og bordet flyttes, så den altid er vinkelret og parallel med spindelens akse under skæreven
I et vandret bearbejdningscenter er møllens spindelakse justeret i en y-akseret retning. Den vandrette struktur betyder, at disse møller har en tendens til at tage mere plads på maskinbutikgulvet; 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 skyldes, at orienteringen af spindlen betyder, at skærechips naturligt falder væk og let fjernes. (Som en ekstra fordel hjælper effektiv chipfjernelse med at øge værktøjets levetid.)
Generelt er lodrette bearbejdningscentre mere udbredt, fordi de kan være lige så kraftige som vandrette bearbejdningscentre og kan håndtere meget små dele. Derudover har lodrette centre et mindre fodaftryk end vandrette bearbejdningscentre.
Multi-akse CNC-møller
Præcision CNC Mill -centre fås med flere akser. En 3-akset mølle bruger X-, Y- og Z-akserne til en lang række arbejde. Med en 4-akset mølle kan maskinen rotere på en lodret og vandret akse og flytte emnet for at give mulighed for mere kontinuerlig bearbejdning.
En 5-akset mølle har tre traditionelle akser og to yderligere roterende akser, hvilket gør det muligt at rotere emnet, når spindelhovedet bevæger sig rundt om det. Dette gør det muligt at bearbejdet fem sider af et arbejdsemne 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 dens akse til at udføre forskellige skære- og udformningsoperationer og anvende en lang række værktøjer til emnet.
CNC -drejebænke, der også kaldes værktøj til live action -værktøj, er ideelle til at skabe symmetriske cylindriske eller sfæriske dele. Ligesom CNC -møller kan CNC -drejebænke håndtere mindre operationer som prototype, men kan også indstilles til høj gentagelighed og understøtter produktion med høj volumen.
CNC-drejebænke kan også indstilles til relativt håndfri produktion, hvilket gør dem vidt brugt i industrien Automotive, Electronics, Aerospace, Robotics and Medical Device.
Hvordan en CNC -drejebænk fungerer
Med en CNC -drejebane indlæses en tom stang af lagermateriale i chuck af drejes spindel. Denne chuck holder emnet på plads, mens spindlen roterer. Når spindlen når den krævede hastighed, bringes et stationært skæreværktøj i kontakt med emnet for at fjerne materiale og opnå den rigtige geometri.
En CNC -drejebænk kan udføre en række operationer, såsom boring, gevind, kedelig, reaming, vendt og konisk drejning. Forskellige operationer kræver værktøjsændringer og kan øge omkostningerne og opsætningstiden.
Når alle de krævede bearbejdningsoperationer er afsluttet, skæres delen fra bestanden til videre behandling, hvis nødvendigt. CNC -drejebænken er derefter klar til at gentage operationen, med lidt eller ingen yderligere opsætningstid, der normalt kræves imellem.
CNC -drejebænke kan også rumme en række automatiske bar -feedere, der reducerer mængden af håndtering af manuel råmateriale og giver fordele såsom følgende:
■ Reducer den krævede tid og kræfter på maskinoperatøren
■ Støtt barstock for at reducere vibrationer, der kan påvirke præcisionen negativt
■ Tillad maskinværktøjet at fungere med optimale spindelhastigheder
■ Minimer skiftetider
■ Reducer materialeaffald
Typer af CNC -drejebænke
Der er en række forskellige typer drejebænke, men de mest almindelige er 2-akset CNC-drejebænke og automatiske drejebænke i Kina-stil.
De fleste CNC -kinesiske drejebænke bruger en eller to hovedspindler plus en eller to tilbage (eller sekundære) spindler, med roterende overførsel, der er ansvarlig for førstnævnte. Den vigtigste spindel udfører den primære bearbejdningsoperation ved hjælp af en guidebøsning.
Derudover er nogle kinesiske drejebænke udstyret med et andet værktøjsleder, der fungerer som en CNC-mølle.
Med en CNC Kina-stil automatisk drejebænk føres lagermaterialet gennem en glidende hovedspindel i en guidebøsning. Dette gør det muligt for værktøjet at skære materialet tættere på det punkt, hvor materialet understøttes, hvilket gør Kinas maskine særlig fordelagtigt i lang, slank vendte dele og til mikromachining.
Multiakse CNC-drejningscentre og drejekina-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 værktøjsændringer ved hjælp af udstyr såsom en traditionel CNC-mølle.