Tarkkuustyöstö on prosessi materiaalin poistamiseksi työkappaleesta pitäen tiukasti toleranssia.Tarkkuuskoneessa on monia tyyppejä, mukaan lukien jyrsintä, sorvaus ja sähköpurkauskoneistus.Tarkkuuskonetta ohjataan nykyään yleensä tietokoneiden numeerisilla ohjaimilla (CNC).
Melkein kaikissa metallituotteissa käytetään tarkkuustyöstöä, kuten myös monissa muissa materiaaleissa, kuten muovissa ja puussa.Näitä koneita käyttävät erikoistuneet ja koulutetut koneistajat.Jotta leikkuutyökalu voisi tehdä työnsä, sitä on liikutettava määritettyihin suuntiin oikean leikkauksen tekemiseksi.Tätä ensisijaista liikettä kutsutaan "leikkausnopeudeksi".Työkappaletta voidaan myös siirtää, joka tunnetaan "syötön" toissijaisena liikkeenä.Yhdessä nämä liikkeet ja leikkuutyökalun terävyys mahdollistavat tarkkuuskoneen toiminnan.
Laadukas tarkkuustyöstö edellyttää kykyä seurata erittäin erityisiä CAD (tietokoneavusteinen suunnittelu) tai CAM (tietokoneavusteinen valmistus) -ohjelmilla, kuten AutoCAD ja TurboCAD, tehtyjä piirustuksia.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 tarkkuustyöstöyritykset käyttävät jonkinlaisia CAD/CAM-ohjelmia, ne käyttävät silti usein käsin piirrettyjä luonnoksia suunnittelun alkuvaiheissa.
Tarkkuustyöstöä käytetään useissa materiaaleissa, kuten teräs, pronssi, grafiitti, lasi ja muovit muutamia mainitaksemme.Projektin koosta ja käytettävistä materiaaleista riippuen käytetään erilaisia tarkkuustyöstötyökaluja.Mitä tahansa sorvien, jyrsinkoneiden, poranpuristimien, sahojen ja hiomakoneiden yhdistelmää ja jopa nopeaa robotiikkaa voidaan käyttää.Ilmailu- ja avaruusteollisuus voi käyttää nopeaa koneistusta, kun taas puutyövälineteollisuus voi käyttää fotokemiallisia etsaus- ja jyrsintäprosesseja.Juoksu tai tietty määrä tiettyä tuotetta voi olla tuhansia tai vain muutamia.Tarkkuustyöstö vaatii usein CNC-laitteiden ohjelmoinnin, mikä tarkoittaa, että ne ovat tietokoneella numeerisesti ohjattuja.CNC-laite mahdollistaa tarkkojen mittojen noudattamisen koko tuotteen ajon ajan.
Jyrsintä on koneistusprosessi, jossa käytetään pyöriviä leikkureita materiaalin poistamiseksi työkappaleesta työntämällä (tai syöttämällä) leikkuria työkappaleeseen tietyssä suunnassa.Leikkuria voidaan myös pitää kulmassa suhteessa työkalun akseliin.Jyrsintä kattaa laajan valikoiman erilaisia operaatioita ja koneita, mittakaavassa pienistä yksittäisistä osista suuriin, raskaaseen ryhmäjyrsintään.Se on yksi yleisimmin käytetyistä prosesseista räätälöityjen osien työstämiseksi tarkkoihin toleransseihin.
Jyrsintä voidaan tehdä laajalla valikoimalla työstökoneita.Alkuperäinen jyrsintäkoneiden luokka oli jyrsinkone (kutsutaan usein myllyksi).Tietokoneen numeerisen ohjauksen (CNC) käyttöönoton jälkeen jyrsinkoneet kehittyivät työstökeskuksiksi: jyrsinkoneet, joita täydennettiin automaattisilla työkalunvaihtajilla, työkalumakasiinilla tai -karuselleilla, CNC-ominaisuuksilla, jäähdytysnestejärjestelmillä ja koteloilla.Jyrsintäkeskukset luokitellaan yleensä vertikaalisiin työstökeskuksiin (VMC) tai horisontaalisiin työstökeskuksiin (HMC).
Jyrsinnän integrointi sorvausympäristöihin ja päinvastoin alkoi sorvien jännitteellisellä työstyksellä ja jyrsimien satunnaisella käytöllä sorvaukseen.Tämä johti uuteen työstökoneluokkaan, monitoimikoneisiin (MTM), jotka on suunniteltu helpottamaan jyrsintää ja sorvausta samassa työskentelykuoressa.
Suunnitteluinsinööreille, T&K-ryhmille ja valmistajille, jotka ovat riippuvaisia osien hankinnasta, tarkkuus CNC-työstö mahdollistaa monimutkaisten osien luomisen ilman lisäkäsittelyä.Itse asiassa tarkkuus CNC-työstö mahdollistaa usein valmiiden osien valmistamisen yhdellä koneella.
Koneistusprosessi poistaa materiaalia ja käyttää laajaa valikoimaa leikkaustyökaluja osan lopullisen ja usein erittäin monimutkaisen suunnittelun luomiseen.Tarkkuustasoa parannetaan käyttämällä tietokoneella numeerista ohjausta (CNC), jolla automatisoidaan koneistustyökalujen ohjaus.
"CNC":n rooli tarkkuuskoneistuksessa
Koodattujen ohjelmointiohjeiden avulla tarkka CNC-työstö mahdollistaa työkappaleen leikkaamisen ja muotoilun määritysten mukaan ilman koneenkäyttäjän manuaalista väliintuloa.
Asiakkaan toimittaman tietokoneavusteisen suunnittelun (CAD) mallin asiantuntijakoneistaja luo tietokoneavusteisen valmistusohjelmiston (CAM) avulla ohjeet kappaleen työstöön.Ohjelmisto määrittää CAD-mallin perusteella tarvittavat työkaluradat ja luo ohjelmointikoodin, joka kertoo koneelle:
■ Mitkä ovat oikeat kierrosluvut ja syöttönopeudet
■ Milloin ja minne työkalu ja/tai työkappale siirretään
■ Kuinka syvä sahaus
■ Milloin jäähdytysnestettä levitetään
■ Kaikki muut nopeuteen, syöttöarvoon ja koordinaatioon liittyvät tekijät
CNC-ohjain käyttää sitten ohjelmointikoodia koneen liikkeiden ohjaamiseen, automatisointiin ja valvontaan.
Nykyään CNC on sisäänrakennettu ominaisuus monenlaisissa laitteissa sorveista, jyrsimistä ja reitittimistä lanka-EDM:iin (sähköpurkauskoneistus), laser- ja plasmaleikkauskoneisiin.Koneistusprosessin automatisoinnin ja tarkkuuden lisäämisen lisäksi CNC poistaa manuaaliset tehtävät ja vapauttaa koneistajat valvomaan useita koneita samanaikaisesti.
Lisäksi kun työkalurata on suunniteltu ja kone ohjelmoitu, se voi ajaa osaa kuinka monta kertaa tahansa.Tämä tarjoaa korkean tarkkuuden ja toistettavuuden, mikä puolestaan tekee prosessista erittäin kustannustehokkaan ja skaalautuvan.
Materiaalit, jotka on koneistettu
Jotkut yleisesti työstetyt metallit ovat alumiini, messinki, pronssi, kupari, teräs, titaani ja sinkki.Lisäksi voidaan työstää puuta, vaahtoa, lasikuitua ja muoveja, kuten polypropeenia.
Itse asiassa lähes mitä tahansa materiaalia voidaan käyttää tarkalla CNC-työstyksellä – tietysti riippuen sovelluksesta ja sen vaatimuksista.
Jotkut tarkan CNC-työstön edut
Monille pienille osille ja komponenteille, joita käytetään laajassa valikoimassa valmistettuja tuotteita, tarkkuus CNC-työstö on usein valittu valmistusmenetelmä.
Kuten käytännössä kaikissa leikkaus- ja koneistusmenetelmissä, eri materiaalit käyttäytyvät eri tavalla ja myös komponentin koolla ja muodolla on suuri vaikutus prosessiin.Yleensä tarkkuus-CNC-työstö tarjoaa kuitenkin etuja muihin koneistusmenetelmiin verrattuna.
Tämä johtuu siitä, että CNC-työstö pystyy toimittamaan:
■ Suuri osien monimutkaisuus
■ Tiukat toleranssit, tyypillisesti ±0,0002" (±0,00508 mm) - ±0,0005" (±0,0127 mm)
■ Poikkeuksellisen sileät pintakäsittelyt, mukaan lukien mukautetut viimeistelyt
■ Toistettavuus, jopa suurilla äänenvoimakkuuksilla
Vaikka taitava koneistaja voi käyttää manuaalista sorvia valmistaakseen laadukkaan osan 10 tai 100 kappaletta, mitä tapahtuu, kun tarvitset 1000 osaa?10 000 osaa?100 000 vai miljoona osaa?
Tarkalla CNC-työstyksellä saat tarvittavan skaalautuvuuden ja nopeuden tämäntyyppiseen suurien volyymien tuotantoon.Lisäksi tarkan CNC-työstön korkea toistettavuus antaa sinulle osat, jotka ovat kaikki samat alusta loppuun riippumatta siitä, kuinka monta osaa valmistat.
On olemassa joitain hyvin erikoistuneita CNC-työstömenetelmiä, mukaan lukien lanka-EDM (sähköpurkauskoneistus), additiivinen koneistus ja 3D-lasertulostus.Esimerkiksi lanka-EDM käyttää johtavia materiaaleja - tyypillisesti metalleja - ja sähköpurkauksia syöpymään työkappaleen monimutkaisiin muotoihin.
Tässä keskitymme kuitenkin jyrsintä- ja sorvausprosesseihin - kahteen vähennysmenetelmään, jotka ovat laajalti saatavilla ja joita käytetään usein tarkkuus-CNC-työstöön.
Jyrsintä vs. sorvaus
Jyrsintä on koneistusprosessi, jossa käytetään pyörivää, sylinterimäistä leikkaustyökalua materiaalin poistamiseen ja muotojen luomiseen.Jyrsintälaitteet, jotka tunnetaan nimellä mylly tai koneistuskeskus, toteuttavat monimutkaisten osien geometrioiden universumin joissakin suurimmista koneistetuista metallikappaleista.
Jyrsinnässä on tärkeä ominaisuus, että työkappale pysyy paikallaan leikkuutyökalun pyöriessä.Toisin sanoen myllyssä pyörivä leikkaustyökalu liikkuu työkappaleen ympäri, joka pysyy paikallaan alustalla.
Sorvaus on työkappaleen leikkaaminen tai muotoilu laitteistolla, jota kutsutaan sorviksi.Tyypillisesti sorvi pyörittää työkappaletta pysty- tai vaaka-akselilla, kun taas kiinteä leikkaustyökalu (joka voi pyöriä tai ei) 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 kelalla syötetyn langan ympärillä, mutta sitä ei käsitellä tässä.)
Sorvauksessa, toisin kuin jyrsinnässä, työkappale pyörii.Osavarasto kääntyy sorvin karan päälle ja leikkaustyökalu saatetaan kosketukseen työkappaleen kanssa.
Manuaalinen vs. CNC-koneistus
Vaikka sekä jyrsimiä että sorveja on saatavana manuaalisissa malleissa, CNC-koneet sopivat paremmin pienten osien valmistukseen – ne tarjoavat skaalautuvuuden ja toistettavuuden sovelluksiin, joissa vaaditaan suuria määriä tiukan toleranssin osien tuotantoa.
Sen lisäksi, että tarkkuus-CNC-laitteet tarjoavat yksinkertaisia 2-akselisia koneita, joissa työkalu liikkuu X- ja Z-akselilla, ne sisältävät moniakselisia malleja, joissa työkappale voi myös liikkua.Tämä on toisin kuin sorvi, jossa työkappale rajoittuu kehruuun ja työkalut liikkuvat luoden halutun geometrian.
Nämä moniakseliset konfiguraatiot mahdollistavat monimutkaisempien geometrioiden valmistamisen yhdellä toimenpiteellä ilman, että koneen käyttäjältä vaaditaan lisätyötä.Tämä ei ainoastaan helpota monimutkaisten osien valmistamista, vaan myös vähentää tai eliminoi käyttäjän virheen mahdollisuuden.
Lisäksi korkeapaineisen jäähdytysnesteen käyttö tarkalla CNC-työstyksellä varmistaa, että lastut eivät pääse töihin edes pystysuoralla karalla varustettua konetta käytettäessä.
CNC-jyrsimet
Eri jyrsinkoneet vaihtelevat kooltaan, akselikonfiguraatioltaan, syöttönopeudeltaan, leikkausnopeudeltaan, jyrsintäsyöttösuunnaltaan ja muilta ominaisuuksiltaan.
Yleensä CNC-jyrsimet käyttävät kuitenkin pyörivää karaa ei-toivotun materiaalin leikkaamiseen.Niitä käytetään kovien metallien, kuten teräksen ja titaanin, leikkaamiseen, mutta niitä voidaan käyttää myös muovin ja alumiinin kaltaisten materiaalien kanssa.
CNC-jyrsimet on rakennettu toistettaviksi, ja niitä voidaan käyttää kaikkeen prototyyppien valmistuksesta suurien volyymien tuotantoon.Huippuluokan tarkkoja CNC-jyrsimiä käytetään usein tiukoissa toleranssitöissä, kuten hienojen muottien ja muottien jyrsinnässä.
Vaikka CNC-jyrsintä voi tuottaa nopean käännöksen, jyrsitty viimeistely luo osia, joissa on näkyviä työkalujälkiä.Se voi myös tuottaa osia, joissa on teräviä reunoja ja purseita, joten lisäprosesseja voidaan tarvita, jos reunat ja purseet eivät ole hyväksyttäviä näiden ominaisuuksien vuoksi.
Sarjaan ohjelmoidut jäysteenpoistotyökalut tietysti poistavat jäysteen, vaikka yleensä ne saavuttavat enintään 90 % valmiista vaatimuksesta, jättäen joitakin ominaisuuksia lopulliseen käsin viimeistelyyn.
Pintakäsittelyssä on työkaluja, jotka tuottavat hyväksyttävän pinnan lisäksi myös peilimäisen viimeistelyn työtuotteen osiin.
CNC-jyrsintyypit
Jyrsinkoneiden kaksi perustyyppiä tunnetaan pystysuuntaisina työstökeskuksina ja vaakasuuntaisina työstökeskuksina, joissa ensisijainen ero on koneen karan suunnassa.
Pystytyöstökeskus on jyrsin, jossa karan akseli on kohdistettu Z-akselin suuntaan.Nämä pystysuorat koneet voidaan jakaa edelleen kahteen tyyppiin:
■Pedimyllyt, joissa kara liikkuu yhdensuuntaisesti oman akselinsa kanssa, kun taas pöytä liikkuu kohtisuorassa karan akseliin nähden
■ Tornijyrsimet, joissa kara on paikallaan ja pöytää siirretään siten, että se on aina kohtisuorassa ja yhdensuuntainen karan akseliin nähden leikkaustoimenpiteen aikana
Vaakasuuntaisessa työstökeskuksessa jyrsimen karan akseli on kohdistettu Y-akselin suuntaan.Vaakasuoran rakenteen ansiosta nämä tehtaat vievät yleensä enemmän tilaa konepajan lattialta;ne ovat myös yleensä painavampia ja tehokkaampia kuin pystysuorat koneet.
Vaakajyrsintä käytetään usein, kun parempaa pintakäsittelyä tarvitaan;Tämä johtuu siitä, että karan suuntaus tarkoittaa, että leikkauslastut putoavat luonnollisesti pois ja ne on helppo poistaa.(Lisäetuna tehokas lastunpoisto pidentää työkalun käyttöikää.)
Yleensä pystysuuntaiset työstökeskukset ovat yleisempiä, koska ne voivat olla yhtä tehokkaita kuin vaakasuuntaiset työstökeskukset ja voivat käsitellä hyvin pieniä osia.Lisäksi pystykeskuksilla on pienempi jalanjälki kuin vaakasuuntaisilla työstökeskuksilla.
Moniakseliset CNC-jyrsimet
Tarkkuus-CNC-jyrsintäkeskuksia on saatavana useilla akseleilla.3-akselinen jyrsin 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-akselisella jyrsimellä on kolme perinteistä akselia ja kaksi lisäpyörivää akselia, jotka mahdollistavat työkappaleen pyörittämisen karapään liikkuessa sen ympärillä.Tämä mahdollistaa työkappaleen viiden sivun työstämisen ilman työkappaleen poistamista ja koneen nollaamista.
CNC-sorvit
Sorvassa, jota kutsutaan myös sorvauskeskukseksi, on yksi tai useampi kara ja X- ja Z-akselit.Konetta käytetään työkappaleen pyörittämiseen akselinsa ympäri erilaisten leikkaus- ja muotoilutoimintojen suorittamiseksi, ja työkappaleeseen sovelletaan monenlaisia työkaluja.
CNC-sorvit, joita kutsutaan myös jännitteisiksi työkalusorveiksi, ovat ihanteellisia symmetristen sylinterimäisten tai pallomaisten osien luomiseen.Kuten CNC-jyrsimet, CNC-sorvit pystyvät käsittelemään pienempiä operaatioita, kuten prototyyppien valmistusta, mutta ne voidaan myös asettaa korkeaan toistettavuuteen, mikä tukee suuria tuotantomääriä.
CNC-sorvit voidaan asentaa myös suhteellisen handsfree-tuotantoon, minkä vuoksi niitä käytetään laajasti auto-, elektroniikka-, ilmailu-, robotiikka- ja lääkinnällisten laitteiden teollisuudessa.
Kuinka CNC-sorvi toimii
CNC-sorvissa tyhjä tanko materiaalia ladataan sorvin karan istukkaan.Tämä istukka pitää työkappaleen paikallaan karan pyöriessä.Kun kara saavuttaa vaaditun nopeuden, kiinteä leikkaustyökalu saatetaan kosketukseen työkappaleen kanssa materiaalin poistamiseksi ja oikean geometrian saavuttamiseksi.
CNC-sorvi voi suorittaa useita toimintoja, kuten poraamisen, kierteityksen, porauksen, kalvauksen, pintakäsittelyn ja kartiosorvauksen.Erilaiset toiminnot vaativat työkalujen vaihtoa ja voivat lisätä kustannuksia ja asennukseen kuluvaa aikaa.
Kun kaikki tarvittavat työstötoimenpiteet on suoritettu, osa leikataan varastosta tarvittaessa jatkokäsittelyä varten.CNC-sorvi on sitten valmis toistamaan toiminnon, jolloin välissä tarvitaan vain vähän tai ei ollenkaan lisäasetusaikaa.
CNC-sorveihin mahtuu myös erilaisia automaattisia tankojen syöttölaitteita, jotka vähentävät manuaalisen raaka-aineen 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-sorvien tyypit
Sorveja on useita erilaisia, mutta yleisimmät ovat 2-akseliset CNC-sorvit ja kiinalaistyyliset automaattisorvit.
Useimmat CNC China -sorvit käyttävät yhtä tai kahta pääkaraa sekä yhtä tai kahta taka- (tai toissijaista) karaa, joista edellisestä vastaa pyörivä siirto.Pääkara suorittaa ensisijaisen koneistuksen ohjausholkin avulla.
Lisäksi jotkut kiinalaistyyliset sorvit on varustettu toisella työkalupäällä, joka toimii CNC-jyrsintänä.
CNC-kiinatyylisessä automaattisessa sorvissa raaka-aine syötetään liukuvan pään karan kautta ohjausholkkiin.Tämä mahdollistaa työkalun leikkaamisen lähemmäs materiaalin tukikohtaa, mikä tekee China-koneesta erityisen hyödyllisen pitkille, hoikkaille sorvatuille osille ja mikrotyöstöön.
Moniakseliset CNC-sorvauskeskukset ja kiinalaistyyliset sorvit voivat suorittaa useita koneistustoimintoja yhdellä koneella.Tämä tekee niistä kustannustehokkaan vaihtoehdon monimutkaisille geometrioille, jotka muutoin edellyttäisivät useita koneita tai työkalujen vaihtoja käyttämällä laitteita, kuten perinteistä CNC-jyrsintä.