Precisionsbearbetning är en process för att ta bort material från ett arbetsstycke under att hålla nära toleransfinish. Precisionsmaskinen har många typer, inklusive malning, vridning och elektrisk urladdning. En precisionsmaskin idag styrs vanligtvis med hjälp av en dator numerisk kontroll (CNC).
Nästan alla metallprodukter använder precisionsbearbetning, liksom många andra material som plast och trä. Dessa maskiner drivs av specialiserade och utbildade maskinister. För att skärverktyget ska göra sitt jobb måste det flyttas i riktningar som anges för att göra rätt snitt. Denna primära rörelse kallas "skärhastighet." Arbetsstycket kan också flyttas, känd som den sekundära rörelsen för "foder". Tillsammans tillåter dessa rörelser och skärpan på skärverktyget precisionsmaskinen att fungera.
Kvalitetsprecisionsbearbetning kräver förmågan att följa extremt specifika ritningar tillverkade av CAD (datorstödd design) eller CAM (datorstödd tillverkning) program som AutoCAD och TurboCAD. Programvaran kan hjälpa till att producera komplexa, tredimensionella diagram eller konturer som behövs för att tillverka ett verktyg, maskin eller objekt. Dessa ritningar måste följas med stor detalj för att säkerställa att en produkt behåller sin integritet. Medan de flesta precisionsbearbetningsföretag arbetar med någon form av CAD/CAM-program, arbetar de fortfarande ofta med handritade skisser i de första faserna av en design.
Precisionsbearbetning används på ett antal material inklusive stål, brons, grafit, glas och plast för att nämna några. Beroende på storleken på projektet och materialen som ska användas kommer olika precisionsbearbetningsverktyg att användas. Varje kombination av svarvar, fräsmaskiner, borrpressar, sågar och slipmaskiner och till och med höghastighetsrobotik kan användas. Aerospace-industrin kan använda höghastighetsbearbetning, medan en träverksverktygsframställning kan använda fotokemiska etsning och malningsprocesser. Kopplingen ur en körning, eller en specifik mängd av en viss artikel, kan numrera i tusentals, eller vara bara några få. Precisionsbearbetning kräver ofta programmering av CNC -enheter vilket innebär att de är numeriskt kontrollerade. CNC -enheten gör det möjligt att följas exakta dimensioner under hela produkten.
Fräsning är bearbetningsprocessen att använda roterande skärare för att ta bort material från ett arbetsstycke genom att främja (eller mata) skäret i arbetsstycket i en viss riktning. Skäraren kan också hållas i en vinkel relativt verktygets axel. Fräsning täcker ett brett utbud av olika operationer och maskiner, på skalor från små enskilda delar till stora, tunga gängfräsoperationer. Det är en av de mest använda processerna för bearbetning av anpassade delar till exakta toleranser.
Fräsning kan göras med ett brett utbud av maskinverktyg. Den ursprungliga klassen av maskinverktyg för fräsning var fräsmaskinen (ofta kallad ett kvarn). Efter tillkomsten av Computer Numerical Control (CNC) utvecklades fräsmaskiner till bearbetningscentra: fräsmaskiner förstärkta av automatiska verktygsväxlare, verktygsmagasiner eller karuseller, CNC -kapacitet, kylvätskesystem och kapslingar. Fräscentra klassificeras vanligtvis som vertikala bearbetningscentra (VMC) eller horisontella bearbetningscentra (HMC).
Integrationen av fräsning i svängningsmiljöer, och vice versa, började med levande verktyg för svarvar och enstaka användning av fabriker för att vrida verksamheten. Detta ledde till en ny klass av maskinverktyg, multitaskingmaskiner (MTM), som är specialbyggda för att underlätta malning och vända inom samma arbetshölje.
För designingenjörer, FoU -team och tillverkare som är beroende av del av en del av en del av Precision CNC -bearbetning möjliggör skapandet av komplexa delar utan ytterligare bearbetning. Faktum är att Precision CNC -bearbetning ofta gör det möjligt för färdiga delar på en enda maskin.
Bearbetningsprocessen tar bort material och använder ett brett utbud av skärverktyg för att skapa den slutliga och ofta mycket komplexa designen av en del. Precisionsnivån förbättras genom användning av Computer Numerical Control (CNC), som används för att automatisera kontrollen av bearbetningsverktygen.
Rollen som "CNC" i precisionsbearbetning
Med hjälp av kodade programmeringsinstruktioner kan Precision CNC bearbetning ett arbetsstycke att skäras och formas enligt specifikationer utan manuell ingripande av en maskinoperatör.
Med en datorstödd design (CAD) -modell som tillhandahålls av en kund använder en expertmaskinist datorstödd tillverkningsprogramvara (CAM) för att skapa instruktionerna för bearbetning av delen. Baserat på CAD -modellen bestämmer programvaran vilka verktygsvägar som behövs och genererar programmeringskoden som berättar maskinen:
■ Vad rätt varvtal och matningshastigheter är
■ När och var man ska flytta verktyget och/eller arbetsstycket
■ Hur djupt att klippa
■ När ska man applicera kylvätska
■ Några andra faktorer relaterade till hastighet, matningshastighet och samordning
En CNC -styrenhet använder sedan programmeringskoden för att kontrollera, automatisera och övervaka maskinens rörelser.
Idag är CNC ett inbyggt drag i ett brett utbud av utrustning, från svarvar, fabriker och routrar till tråd EDM (elektrisk urladdningsbearbetning), laser och plasmaskärningsmaskiner. Förutom att automatisera bearbetningsprocessen och förbättra precisionen eliminerar CNC manuella uppgifter och frigör maskinister att övervaka flera maskiner som körs samtidigt.
Dessutom, när en verktygsväg har designats och en maskin är programmerad, kan den köra en del varje antal gånger. Detta ger en hög nivå av precision och repeterbarhet, vilket i sin tur gör processen mycket kostnadseffektiv och skalbar.
Material som är bearbetade
Vissa metaller som vanligtvis bearbetas inkluderar aluminium, mässing, brons, koppar, stål, titan och zink. Dessutom kan trä, skum, glasfiber och plast såsom polypropen också bearbetas.
Faktum är att nästan allt material kan användas med precision CNC -bearbetning - naturligtvis beroende på applikationen och dess krav.
Vissa fördelar med Precision CNC -bearbetning
För många av de små delar och komponenter som används i ett brett utbud av tillverkade produkter är Precision CNC -bearbetning ofta den tillverkningsmetod som valts.
Som är sant för praktiskt taget alla skär- och bearbetningsmetoder, uppträder olika material annorlunda, och storleken och formen på en komponent har också stor inverkan på processen. I allmänhet erbjuder emellertid processen för precision CNC -bearbetning fördelar jämfört med andra bearbetningsmetoder.
Det beror på att CNC -bearbetning kan leverera:
■ En hög grad av delkomplexitet
■ Täta toleranser, vanligtvis från ± 0,0002 "(± 0,00508 mm) till ± 0,0005" (± 0,0127 mm)
■ Exceptionellt släta ytbehandlingar, inklusive anpassade ytor
■ Upprepning, även vid höga volymer
Medan en skicklig maskinist kan använda en manuell svarv för att göra en kvalitetsdel i mängder på 10 eller 100, vad händer när du behöver 1 000 delar? 10.000 delar? 100 000 eller en miljon delar?
Med Precision CNC-bearbetning kan du få den skalbarhet och hastighet som behövs för denna typ av högvolymproduktion. Dessutom ger den höga repeterbarheten för Precision CNC -bearbetning dig delar som är desamma från början till slut, oavsett hur många delar du producerar.
Det finns några mycket specialiserade metoder för CNC -bearbetning, inklusive tråd EDM (elektrisk urladdningsbearbetning), tillsatsbearbetning och 3D -laserutskrift. Till exempel använder Wire EDM ledande material -vanligtvis metaller -och elektriska urladdningar för att erodera ett arbetsstycke i intrikata former.
Men här kommer vi att fokusera på fräsnings- och vridprocesserna - två subtraktiva metoder som är allmänt tillgängliga och ofta används för precision CNC -bearbetning.
Fräsning kontra vridning
Fräsning är en bearbetningsprocess som använder ett roterande, cylindriskt skärverktyg för att ta bort material och skapa former. Fräsutrustning, känd som ett kvarn eller ett bearbetningscenter, åstadkommer ett universum av komplexa delgeometrier på några av de största föremål som bearbetas metall.
En viktig egenskap hos fräsning är att arbetsstycket förblir stillastående medan skärverktyget snurrar. Med andra ord, på ett kvarn rör sig det roterande skärverktyget runt arbetsstycket, som förblir fixerat på plats på en säng.
Vändning är processen att klippa eller forma ett arbetsstycke på utrustning som kallas en svarv. Vanligtvis snurrar svarven arbetsstycket på en vertikal eller horisontell axel medan ett fast skärverktyg (som kanske eller inte snurrar) rör sig längs den programmerade axeln.
Verktyget kan inte fysiskt gå runt i delen. Materialet roterar, vilket gör att verktyget kan utföra de programmerade operationerna. (Det finns en delmängd av svarvar där verktygen snurrar runt en spolmatad tråd, men som inte täcks här.)
I att vända, till skillnad från fräsning, snurrar arbetsstycket. Delstocken slår på svarvens spindel och skärverktyget bringas i kontakt med arbetsstycket.
Manual kontra CNC -bearbetning
Medan både fabriker och svarvar finns i manuella modeller, är CNC -maskiner mer lämpliga för ändamål för små delar tillverkning - vilket erbjuder skalbarhet och repeterbarhet för applikationer som kräver hög volymproduktion av täta toleransdelar.
Förutom att erbjuda enkla 2-axelmaskiner där verktyget rör sig i X- och Z-axlarna, inkluderar Precision CNC-utrustning multi-axelmodeller där arbetsstycket också kan röra sig. Detta är i motsats till en svarv där arbetsstycket är begränsat till spinning och verktygen kommer att röra sig för att skapa önskad geometri.
Dessa multi-axelkonfigurationer möjliggör produktion av mer komplexa geometrier i en enda operation utan att kräva ytterligare arbete av maskinoperatören. Detta gör det inte bara enklare att producera komplexa delar, utan minskar eller eliminerar chansen för operatörsfel.
Dessutom säkerställer användningen av högtryckskylvätska med precision CNC-bearbetning att chips inte kommer in i verken, även när man använder en maskin med en vertikalt orienterad spindel.
CNC Mills
Olika fräsmaskiner varierar i sina storlekar, axelkonfigurationer, matningshastigheter, skärhastighet, malningsfoderriktningen och andra egenskaper.
Men i allmänhet använder CNC Mills alla en roterande spindel för att skära bort oönskat material. De används för att skära hårda metaller såsom stål och titan men kan också användas med material som plast och aluminium.
CNC Mills är byggda för repeterbarhet och kan användas för allt från prototyper till produktion med hög volym. High-end precision CNC Mills används ofta för tätt toleransarbete såsom fräsning av fina matriser och formar.
Medan CNC-fräsning kan leverera snabb vändning, skapar As-Milled efterbehandling delar med synliga verktygsmärken. Det kan också producera delar med några vassa kanter och burrs, så ytterligare processer kan krävas om kanter och burr är oacceptabla för dessa funktioner.
Naturligtvis kommer debureringsverktygen programmerade i sekvensen att deburrera, även om det vanligtvis uppnår 90% av det färdiga kravet, vilket lämnar några funktioner för slutlig handbehandling.
När det gäller ytfinish finns det verktyg som inte bara ger en acceptabel ytfinish, utan också en spegelliknande finish på delar av arbetsprodukten.
Typer av CNC -fabriker
De två grundläggande typerna av fräsmaskiner är kända som vertikala bearbetningscentra och horisontella bearbetningscentra, där den primära skillnaden är i orienteringen av maskinspindeln.
Ett vertikalt bearbetningscenter är ett kvarn där spindelaxeln är inriktad i z-axelriktning. Dessa vertikala maskiner kan delas ytterligare upp i två typer:
■ Sängverk, där spindeln rör sig parallellt med sin egen axel medan bordet rör sig vinkelrätt mot spindelens axel
■ Turret Mills, där spindeln är stationär och bordet flyttas så att den alltid är vinkelrätt och parallell med spindelens axel under skäroperationen
I ett horisontellt bearbetningscenter är bruket spindelaxel inriktad i en y-axelriktning. Den horisontella strukturen innebär att dessa fabriker tenderar att ta mer plats på maskinbutikens golv; De är också i allmänhet tyngre i vikt och kraftfullare än vertikala maskiner.
En horisontell kvarn används ofta när en bättre ytfinish krävs; Det beror på att orienteringen av spindeln betyder att skärchips naturligtvis faller bort och lätt tas bort. (Som en extra fördel hjälper effektivt chipborttagning till att öka verktygets livslängd.)
I allmänhet är vertikala bearbetningscentra vanligare eftersom de kan vara lika kraftfulla som horisontella bearbetningscentra och kan hantera mycket små delar. Dessutom har vertikala centra ett mindre fotavtryck än horisontella bearbetningscentra.
Multi-axel CNC Mills
Precision CNC Mill Centers finns med flera axlar. En 3-axlig kvarn använder X-, Y- och Z-axlarna för en mängd olika arbete. Med en 4-axlig kvarn kan maskinen rotera på en vertikal och horisontell axel och flytta arbetsstycket för att möjliggöra mer kontinuerlig bearbetning.
En 5-axlig kvarn har tre traditionella axlar och ytterligare två roterande axlar, vilket gör att arbetsstycket kan roteras när spindelhuvudet rör sig runt det. Detta gör att fem sidor av ett arbetsstycke kan bearbetas utan att ta bort arbetsstycket och återställa maskinen.
CNC -svarvar
En svarv - även kallad ett vändningscenter - har en eller flera spindlar och X- och Z -axlar. Maskinen används för att rotera ett arbetsstycke på sin axel för att utföra olika skär- och formningsoperationer och tillämpa ett brett utbud av verktyg på arbetsstycket.
CNC -svarvar, som också kallas Live Action Tooling Lathes, är idealiska för att skapa symmetriska cylindriska eller sfäriska delar. Liksom CNC Mills kan CNC -svarvar hantera mindre operationer som prototyper men kan också ställas in för hög repeterbarhet, vilket stödjer hög volymproduktion.
CNC-svarvar kan också ställas in för relativt handsfree-produktion, vilket gör att de används allmänt inom bil-, elektronik-, flyg-, robot- och medicinsk utrustning.
Hur en CNC -svarv fungerar
Med en CNC -svarv laddas en tom stapel med lagermaterial in i chucken på svarvens spindel. Denna chuck håller arbetsstycket på plats medan spindeln roterar. När spindeln når den erforderliga hastigheten bringas ett stationärt skärverktyg i kontakt med arbetsstycket för att ta bort material och uppnå rätt geometri.
En CNC -svarv kan utföra ett antal operationer, såsom borrning, gängning, tråkig, reaming, vänd och avsmalnande vridning. Olika operationer kräver verktygsändringar och kan öka kostnads- och installationstiden.
När alla nödvändiga bearbetningsoperationer är slutförda skärs delen från beståndet för ytterligare bearbetning, om det behövs. CNC -svarven är sedan redo att upprepa operationen, med liten eller ingen ytterligare installationstid som vanligtvis krävs däremellan.
CNC -svarvar kan också rymma en mängd automatiska stångmatare, vilket minskar mängden manuell råmaterialhantering och ger fördelar som följande:
■ Minska den tid och ansträngning som krävs av maskinoperatören
■ Stödja barstocken för att minska vibrationer som kan påverka precisionen negativt
■ Låt maskinverktyget fungera med optimala spindelhastigheter
■ Minimera övergångstider
■ Minska materialavfall
Typer av CNC -svarvar
Det finns ett antal olika typer av svarvar, men de vanligaste är 2-axliga CNC-svarvar och automatiska svarter i Kina.
De flesta CNC -kinesiska svarvar använder en eller två huvudspindlar plus en eller två rygg (eller sekundära) spindlar, med roterande överföring ansvarig för den förstnämnda. Huvudspindeln utför den primära bearbetningsoperationen med hjälp av en guidebussning.
Dessutom är vissa svarter i Kina-stil utrustade med ett andra verktygshuvud som fungerar som ett CNC-kvarn.
Med en automatisk svarv i CNC-stil matas matmaterialet genom en skjuthuvudspindel i en guidebussning. Detta gör att verktyget kan klippa materialet närmare den punkt där materialet stöds, vilket gör Kina -maskinen särskilt fördelaktig för långa, smala vända delar och för mikromachining.
Multi-axel CNC-vändningscentra och svarvar i Kina-stil kan utföra flera bearbetningsoperationer med en enda maskin. Detta gör dem till ett kostnadseffektivt alternativ för komplexa geometrier som annars skulle kräva flera maskiner eller verktygsändringar med utrustning som ett traditionellt CNC-fabrik.