Tarkkuuskoneistus on prosessi materiaalin poistamiseksi työkappaleesta tiukkojen toleranssipintojen aikana. Tarkkuuskoneessa on monia tyyppejä, mukaan lukien jyrsintä, sorvaus ja sähköpurkauskoneistus. Tarkkuuskonetta ohjataan nykyään yleensä tietokoneen numeerisilla ohjaimilla (CNC).
Lähes kaikki metallituotteet käyttävät tarkkuustyöstöä, samoin kuin monet muut materiaalit, kuten muovi ja puu. Näitä koneita käyttävät erikoistuneet ja koulutetut konekoneet. Jotta leikkuutyökalu voisi tehdä tehtävänsä, sitä on siirrettävä määritettyihin suuntiin oikean leikkauksen aikaansaamiseksi. Tätä ensisijaista liikettä kutsutaan "leikkausnopeudeksi". Työkappaletta voidaan myös siirtää, joka tunnetaan "syöttön" toissijaisena liikkeenä. Yhdessä nämä liikkeet ja leikkuutyökalun terävyys mahdollistavat tarkkuuskoneen toiminnan.
Laadukas tarkkuuskoneistus edellyttää kykyä noudattaa erittäin erityisiä piirustuksia, jotka ovat CAD- (tietokoneavusteinen suunnittelu) tai CAM -ohjelmat (tietokoneavusteinen valmistus), kuten AutoCAD ja TurboCAD. Ohjelmisto voi auttaa tuottamaan monimutkaisia, kolmiulotteisia kaavioita tai ääriviivoja, joita tarvitaan työkalun, koneen tai esineen valmistamiseen. Näitä piirustuksia on noudatettava erittäin yksityiskohtaisesti, jotta tuote säilyttää eheytensä. Vaikka useimmat tarkkuuskoneistusyritykset työskentelevät jonkinlaisen CAD/CAM-ohjelman kanssa, ne toimivat silti usein käsin piirrettyjen luonnosten kanssa suunnittelun alkuvaiheessa.
Tarkkuustyöstöä käytetään useilla materiaaleilla, kuten teräksellä, pronssilla, grafiitilla, lasilla ja muovilla. Projektin koosta ja käytettävistä materiaaleista riippuen käytetään erilaisia tarkkuuskoneistustyökaluja. Mitä tahansa sorvien, jyrsinkoneiden, porauspuristimien, sahojen ja hiomakoneiden yhdistelmää ja jopa nopeaa robotiikkaa voidaan käyttää. Ilmailu- ja avaruusteollisuus voi käyttää suurten nopeuksien koneistusta, kun taas puutyökalujen valmistusteollisuus voi käyttää fotokemiallisia etsaus- ja jyrsintäprosesseja. Ajon juokseminen tai tietty määrä mitä tahansa tuotetta voi olla tuhansia tai vain muutamia. Tarkka työstö vaatii usein CNC -laitteiden ohjelmointia, mikä tarkoittaa, että ne ovat tietokoneella numeerisesti ohjattuja. CNC -laite mahdollistaa tarkkojen mittojen noudattamisen tuotteen koko ajon aikana.
Jyrsintä on koneistusprosessi, jossa käytetään pyöriviä leikkureita materiaalin poistamiseksi työkappaleesta viemällä (tai syöttämällä) leikkuria työkappaleeseen tietyssä suunnassa. Leikkuria voidaan pitää myös kulmassa työkalun akseliin nähden. Jyrsintä kattaa laajan valikoiman erilaisia toimintoja ja koneita, mittakaavassa pienistä yksittäisistä osista suuriin, raskaisiin jyrsintäoperaatioihin. Se on yksi yleisimmin käytetyistä menetelmistä mukautettujen osien koneistamiseksi tarkkojen toleranssien mukaan.
Jyrsintä voidaan tehdä monenlaisilla työstökoneilla. Jyrsinkoneiden alkuperäinen luokka oli jyrsinkone (jota usein kutsutaan myllyksi). Tietokoneen numeerisen ohjauksen (CNC) tultua jyrsinkoneista kehittyi työstökeskuksia: jyrsinkoneita, joita täydensivät automaattiset työkalunvaihtajat, työkalulehdet tai karusellit, CNC -ominaisuudet, jäähdytysjärjestelmät ja kotelot. Jyrsinkeskukset luokitellaan yleensä pystysuoraksi työstökeskukseksi (VMC) tai vaakasuoraksi työstökeskukseksi (HMC).
Jyrsinnän integrointi sorvausympäristöihin ja päinvastoin aloitettiin sorvin jännitteellisillä työkaluilla ja satunnaisella käyttöjyrsimellä sorvausta varten. Tämä johti uuteen työstökoneiden luokkaan, monitoimikoneisiin (MTM), jotka on erityisesti suunniteltu helpottamaan jyrsintää ja sorvausta saman työkuoren sisällä.
Suunnitteluinsinööreille, T & K -tiimeille ja valmistajille, jotka ovat riippuvaisia osien hankinnasta, tarkka CNC -koneistus mahdollistaa monimutkaisten osien luomisen ilman lisäkäsittelyä. Itse asiassa tarkka CNC -työstö mahdollistaa usein valmiiden osien valmistamisen yhdellä koneella.
Koneistusprosessi poistaa materiaalia ja käyttää laajaa leikkuutyökalujen osaa lopullisen ja usein erittäin monimutkaisen rakenteen luomiseen. Tarkkuutta parannetaan käyttämällä tietokoneen numeerista ohjausta (CNC), jota käytetään koneistustyökalujen ohjauksen automatisointiin.
"CNC: n" rooli tarkkuuskoneistuksessa
Koodattujen ohjelmointiohjeiden avulla CNC -tarkkuustyöstö mahdollistaa työkappaleen leikkaamisen ja muotoilun spesifikaatioihin ilman koneen käyttäjän manuaalista väliintuloa.
Ottaen asiakkaan toimittaman tietokoneavusteisen suunnittelun (CAD) mallin, asiantuntijakonemies käyttää tietokoneavusteista valmistusohjelmistoa (CAM) luodakseen osan työstöohjeet. Ohjelmisto määrittää CAD -mallin perusteella tarvittavat työkalupolut ja luo ohjelmointikoodin, joka kertoo koneelle:
■ Mitkä ovat oikeat kierrosluvut ja syöttöarvot
■ Milloin ja mihin työkalua ja/tai työkappaletta siirretään
■ Kuinka syvälle leikataan
■ Milloin käyttää jäähdytysnestettä
■ Muut nopeuteen, syöttönopeuteen ja koordinaatioon liittyvät tekijät
CNC -ohjain käyttää sitten ohjelmointikoodia ohjatakseen, automatisoidakseen ja valvoakseen koneen liikkeitä.
Nykyään CNC on sisäänrakennettu ominaisuus monille laitteille sorveista, myllyistä ja reitittimistä EDM (sähköpurkauskoneistus), laser- ja plasmaleikkauskoneisiin. Koneistusprosessin automatisoinnin ja tarkkuuden parantamisen lisäksi CNC eliminoi manuaaliset tehtävät ja vapauttaa koneenhoitajat valvomaan useita koneita samanaikaisesti.
Lisäksi kun työkalurata on suunniteltu ja kone on ohjelmoitu, se voi suorittaa osan kuinka monta kertaa tahansa. Tämä tarjoaa korkean tarkkuuden ja toistettavuuden, mikä puolestaan tekee prosessista erittäin kustannustehokkaan ja skaalautuvan.
Koneistetut materiaalit
Joitakin yleisesti työstettyjä metalleja ovat alumiini, messinki, pronssi, kupari, teräs, titaani ja sinkki. Lisäksi voidaan työstää puuta, vaahtoa, lasikuitua ja muovia, kuten polypropeenia.
Itse asiassa melkein mitä tahansa materiaalia voidaan käyttää tarkalla CNC -koneistuksella - tietysti sovelluksesta ja sen vaatimuksista riippuen.
Joitakin CNC -koneistuksen etuja
Monille pienille osille ja komponenteille, joita käytetään monissa valmistetuissa tuotteissa, tarkkuus CNC -työstö on usein valintamenetelmä.
Kuten lähes kaikki leikkaus- ja työstömenetelmät, eri materiaalit käyttäytyvät eri tavalla, ja myös komponentin koolla ja muodolla on suuri vaikutus prosessiin. Kuitenkin yleensä CNC -tarkkuustyöstö tarjoaa etuja muihin työstömenetelmiin verrattuna.
Tämä johtuu siitä, että CNC -koneistus pystyy tuottamaan:
■ Osien monimutkaisuus
■ Tiukat toleranssit, tyypillisesti ± 0,0002 "(± 0,00508 mm) - ± 0,0005" (± 0,0127 mm)
■ Poikkeuksellisen sileä pinta, mukaan lukien mukautetut viimeistelyt
■ Toistettavuus, jopa suurilla äänenvoimakkuuksilla
Vaikka ammattitaitoinen koneistaja voi käyttää manuaalista sorvia laadukkaiden osien valmistamiseen 10 tai 100 kappaletta, mitä tapahtuu, kun tarvitset 1000 osaa? 10000 osaa? 100 000 vai miljoona osaa?
Tarkan CNC-koneistuksen avulla voit saada skaalautuvuuden ja nopeuden, jota tarvitaan tämän tyyppisille suurille määrille. Lisäksi tarkan CNC -työstön korkea toistettavuus antaa sinulle kaikki osat, jotka ovat samat alusta loppuun, riippumatta siitä, kuinka monta osaa tuotat.
On olemassa joitakin hyvin erikoistuneita CNC -työstömenetelmiä, mukaan lukien lanka EDM (sähköpurkauskoneistus), lisäkäsittely ja 3D -lasertulostus. Esimerkiksi lanka EDM käyttää johtavia materiaaleja -tyypillisesti metalleja -ja sähköpurkauksia työkappaleen hajoamiseen monimutkaisiin muotoihin.
Tässä keskitymme kuitenkin jyrsintä- ja sorvausprosesseihin - kahteen vähennysmenetelmään, jotka ovat laajalti saatavilla ja joita käytetään usein tarkkaan CNC -työstöön.
Jyrsintä vs. sorvaus
Jyrsintä on koneistusprosessi, jossa käytetään pyörivää, lieriömäistä leikkaustyökalua materiaalin poistamiseen ja muotojen luomiseen. Jyrsintälaitteet, joita kutsutaan myllyksi tai työstökeskukseksi, toteuttavat monimutkaisten osien geometrioiden universumin suurimmilla koneistetuilla esineillä.
Tärkeä jyrsinnän ominaisuus on, että työkappale pysyy paikallaan leikkuutyökalun pyöriessä. Toisin sanoen myllyssä pyörivä leikkuutyökalu liikkuu työkappaleen ympäri, joka pysyy paikallaan sängyssä.
Sorvaus on prosessin leikkaaminen tai muotoilu työkappaleesta laitteessa, jota kutsutaan sorviksi. Tyypillisesti sorvi pyörittää työkappaletta pysty- tai vaaka -akselilla, kun kiinteä leikkuutyökalu (joka voi pyöriä tai ei pyöriä) liikkuu ohjelmoitua akselia pitkin.
Työkalu ei voi fyysisesti kiertää osaa. Materiaali pyörii, jolloin työkalu voi suorittaa ohjelmoidut toiminnot. (On olemassa osa sorveja, joissa työkalut pyörivät kelan syöttölangan ympärillä, mutta sitä ei käsitellä tässä.)
Sorvauksessa, toisin kuin jyrsintä, työkappale pyörii. Osakanta käynnistää sorvin karan ja leikkaustyökalu joutuu kosketuksiin työkappaleen kanssa.
Manuaalinen vs. CNC -koneistus
Vaikka sekä jyrsimiä että sorveja on saatavana manuaalimalleina, CNC -koneet sopivat paremmin pienten osien valmistukseen - tarjoavat skaalautuvuuden ja toistettavuuden sovelluksiin, jotka edellyttävät tiukkojen toleranssien suurta volyymituotantoa.
Yksinkertaisten 2-akselisten koneiden tarjoamisen lisäksi, joissa työkalu liikkuu X- ja Z-akselilla, tarkkuus-CNC-laitteet sisältävät moniakselisia malleja, joissa työkappale voi myös liikkua. Tämä on päinvastoin kuin sorvi, jossa työkappale on rajoitettu pyörimään ja työkalut liikkuvat halutun geometrian luomiseksi.
Nämä moniakseliset kokoonpanot mahdollistavat monimutkaisempien geometrioiden tuottamisen yhdellä toiminnolla ilman, että koneen käyttäjä tarvitsee lisätoimia. Tämä ei ainoastaan helpota monimutkaisten osien valmistusta, vaan myös vähentää tai poistaa käyttäjän virheiden mahdollisuuden.
Lisäksi korkeapainejäähdytysnesteen käyttö tarkalla CNC-koneistuksella varmistaa, että lastuja ei pääse töihin edes käytettäessä konetta, jossa on pystysuora kara.
CNC -myllyt
Eri jyrsinkoneet vaihtelevat koon, akselikonfiguraation, syöttönopeuden, leikkausnopeuden, jyrsinsyötön suunnan ja muiden ominaisuuksien mukaan.
Kuitenkin yleensä kaikki CNC -tehtaat käyttävät pyörivää karaa ei -toivotun materiaalin leikkaamiseen. Niitä käytetään kovametallien, kuten teräksen ja titaanin, leikkaamiseen, mutta niitä voidaan käyttää myös muiden materiaalien, kuten muovin ja alumiinin, kanssa.
CNC -tehtaat on rakennettu toistettavuutta varten, ja niitä voidaan käyttää kaikkeen prototyyppien valmistamisesta suuritehoiseen tuotantoon. Huipputarkkoja CNC-myllyjä käytetään usein tiukan toleranssityön, kuten hienojen muottien ja muottien jyrsintään.
Vaikka CNC-jyrsintä voi tuottaa nopean käänteen, jyrsitty viimeistely luo osia, joissa on näkyvät työkalumerkit. Se voi myös tuottaa osia, joissa on teräviä reunoja ja porauksia, joten lisäprosesseja saatetaan tarvita, jos reunat ja purseet eivät ole hyväksyttäviä näille ominaisuuksille.
Tietenkin järjestykseen ohjelmoidut sorvaustyökalut poistavat sorvin, vaikka yleensä saavuttavat korkeintaan 90% valmiista tarpeesta, jättäen joitain ominaisuuksia lopulliseen käden viimeistelyyn.
Pinnan viimeistelyssä on työkaluja, jotka tuottavat hyväksyttävän pinnan lisäksi myös peilimäisen viimeistelyn työtuotteen osiin.
CNC -myllyjen tyypit
Kaksi perustyyppistä jyrsinkonetta tunnetaan pystykoneistuskeskuksina ja vaakasuorina työstökeskuksina, joissa ensisijainen ero on koneen karan suunnassa.
Pystysuora työstökeskus on mylly, jossa karan akseli on kohdistettu Z-akselin suuntaan. Nämä pystysuorat koneet voidaan jakaa edelleen kahteen tyyppiin:
■ Sängymyllyt, joissa kara liikkuu yhdensuuntaisesti oman akselinsa kanssa, kun taas pöytä liikkuu kohtisuorassa karan akseliin nähden
■ Tornimyllyt, joissa kara on paikallaan ja pöytä liikkuu niin, että se on aina kohtisuorassa ja yhdensuuntainen karan akselin kanssa leikkauksen aikana
Vaakasuorassa työstökeskuksessa myllyn kara-akseli on kohdistettu Y-akselin suuntaan. Vaakarakenteen ansiosta nämä myllyt vievät yleensä enemmän tilaa konepajan lattialla; ne ovat myös yleensä painavampia ja tehokkaampia kuin pystykoneet.
Vaakasuoraa myllyä käytetään usein, kun vaaditaan parempaa pintakäsittelyä; tämä johtuu siitä, että karan suunta tarkoittaa, että leikkuulastat putoavat luonnollisesti pois ja ovat helposti irrotettavissa. (Lisäetuna tehokas lastunpoisto auttaa pidentämään työkalun käyttöikää.)
Yleensä pystysuorat työstökeskukset ovat yleisempiä, koska ne voivat olla yhtä tehokkaita kuin vaakasuorat työstökeskukset ja käsitellä hyvin pieniä osia. Lisäksi pystysuorilla keskuksilla on pienempi jalanjälki kuin vaakasuorilla työstökeskuksilla.
Moniakseliset CNC-myllyt
Tarkkoja CNC -myllykeskuksia on saatavana useilla akseleilla. 3-akselinen mylly käyttää X-, Y- ja Z-akseleita monenlaisiin töihin. 4-akselisella jyrsimellä kone voi pyöriä pysty- ja vaaka-akselilla ja siirtää työkappaletta jatkuvan työstön mahdollistamiseksi.
5-akselisessa jyrsimessä on kolme perinteistä akselia ja kaksi ylimääräistä pyörivää akselia, jotka mahdollistavat työkappaleen kääntämisen karan pään liikkuessa sen ympäri. Tämä mahdollistaa työkappaleen viiden sivun työstämisen ilman työkappaleen poistamista ja koneen nollaamista.
CNC -sorvit
Sorvissa - jota kutsutaan myös sorvauskeskukseksi - on yksi tai useampi kara ja X- ja Z -akselit. Koneella pyöritetään työkappaletta akselillaan erilaisten leikkaus- ja muotoilutoimenpiteiden suorittamiseksi ja työstetään työkappaleeseen laaja valikoima työkaluja.
CNC -sorvit, joita kutsutaan myös reaaliaikaiseksi työkalusorveiksi, ovat ihanteellisia symmetristen lieriömäisten tai pallomaisten osien luomiseen. CNC -tehtaiden tapaan CNC -sorvit pystyvät käsittelemään pienempiä toimintoja, kuten prototyyppityyppejä, mutta ne voidaan myös asettaa korkealle toistettavuudelle, mikä tukee suurta volyymituotantoa.
CNC-sorvit voidaan myös asentaa suhteellisen handsfree-tuotantoon, minkä vuoksi niitä käytetään laajalti auto-, elektroniikka-, ilmailu-, robotiikka- ja lääkinnällisten laitteiden teollisuudessa.
Kuinka CNC -sorvi toimii
CNC -sorvin kanssa tyhjä palkki varastomateriaalia ladataan sorvin karan istukkaan. Tämä istukka pitää työkappaleen paikallaan karan pyöriessä. Kun kara saavuttaa vaaditun nopeuden, paikallaan oleva leikkuutyökalu joutuu kosketuksiin työkappaleen kanssa materiaalin poistamiseksi ja oikean geometrian saavuttamiseksi.
CNC -sorvi voi suorittaa useita toimintoja, kuten poraus, kierteitys, poraus, jyrsintä, etu- ja kartio sorvaus. Eri toiminnot edellyttävät työkalujen vaihtoa ja voivat lisätä kustannuksia ja asennusaikaa.
Kun kaikki vaaditut työstötoimenpiteet on suoritettu, osa leikataan varastosta tarvittaessa jatkokäsittelyä varten. CNC -sorvi on sitten valmis toistamaan toimenpiteen, eikä yleensä tarvita ylimääräistä asennusaikaa.
CNC -sorvit voivat myös majoittaa erilaisia automaattisia tangonsyöttölaitteita, jotka vähentävät manuaalista raaka -aineiden käsittelyä ja tarjoavat etuja, kuten seuraavat:
■ Vähennä koneen käyttäjän aikaa ja vaivaa
■ Tue tankoa vähentääksesi tärinää, joka voi heikentää tarkkuutta
■ Anna koneen toimia optimaalisilla karanopeuksilla
■ Minimoi vaihtoajat
■ Vähennä materiaalihukkaa
CNC -sorvin tyypit
Sorveja on useita erilaisia, mutta yleisimpiä ovat 2-akseliset CNC-sorvit ja kiinalaiset automaattiset sorvit.
Useimmat CNC China -sorvit käyttävät yhtä tai kahta pääkaraa ja yhtä tai kahta taka- (tai toissijaista) karaa, joista pyörivä siirto on vastuussa entisestä. Pääkara suorittaa ensisijaisen työstöopeuden ohjausholkin avulla.
Lisäksi jotkut kiinalaistyyliset sorvit on varustettu toisella työkalupäällä, joka toimii CNC-koneena.
CNC-kiinalaistyylisellä automaattisella sorvilla varastomateriaali syötetään liukupään karan kautta ohjausholkkiin. Tämän ansiosta työkalu voi leikata materiaalin lähemmäksi materiaalin tukipistettä, mikä tekee Kiinan koneesta erityisen hyödyllisen pitkille, ohuille kääntyneille osille ja mikrotyöstöön.
Moniakseliset CNC-sorvauskeskukset ja kiinalaiset sorvit voivat suorittaa useita työstötoimenpiteitä yhdellä koneella. Tämä tekee niistä kustannustehokkaan vaihtoehdon monimutkaisille geometrioille, jotka muuten vaatisivat useita koneita tai työkalujen vaihtoja laitteiden, kuten perinteisen CNC-myllyn, avulla.