Täppistöötlemine on protsess, mille käigus eemaldatakse töödeldavast detailist materjali tolerantsi lähedal.Täppismasinal on mitut tüüpi, sealhulgas freesimine, treimine ja elektrilahendus.Tänapäeval juhitakse täppismasinat üldiselt arvutite arvjuhtimisseadmete (CNC) abil.
Peaaegu kõigis metalltoodetes kasutatakse täppistöötlust, nagu ka paljudes teistes materjalides, nagu plastik ja puit.Neid masinaid käitavad spetsialiseerunud ja koolitatud masinad.Et lõikeriist saaks oma tööd teha, tuleb seda õige lõike tegemiseks ettenähtud suundades liigutada.Seda esmast liikumist nimetatakse "lõikekiiruseks".Töödeldavat detaili saab ka liigutada, mida nimetatakse "sööda" sekundaarseks liikumiseks.Need liigutused ja lõikeriista teravus koos võimaldavad täppismasinal töötada.
Kvaliteetne täppistöötlemine eeldab võimet järgida CAD-i (arvutipõhise projekteerimise) või CAM-i (arvutipõhise tootmise) programmide (nt AutoCAD ja TurboCAD) väga spetsiifilisi jooniseid.Tarkvara aitab koostada keerulisi kolmemõõtmelisi diagramme või piirjooni, mis on vajalikud tööriista, masina või objekti valmistamiseks.Nendest joonistest tuleb kinni pidada väga üksikasjalikult, et tagada toote terviklikkus.Kuigi enamik täppistöötlusega tegelevaid ettevõtteid töötab teatud tüüpi CAD/CAM-programmidega, töötavad nad disaini algfaasis siiski sageli käsitsi joonistatud visanditega.
Täppistöötlust kasutatakse paljude materjalide puhul, sealhulgas teras, pronks, grafiit, klaas ja plast.Olenevalt projekti suurusest ja kasutatavatest materjalidest kasutatakse erinevaid täppistöötlustööriistu.Kasutada võib mis tahes treipinkide, freespinkide, puurpresside, saagide ja lihvimismasinate ning isegi kiire robootika kombinatsioone.Lennundus- ja kosmosetööstus võib kasutada suure kiirusega töötlemist, samal ajal kui puidutööstus võib kasutada fotokeemilist söövitamist ja freesimist.Jooksust loobumine või mis tahes konkreetse kauba konkreetne kogus võib ulatuda tuhandetesse või olla vaid mõni.Täppistöötlus nõuab sageli CNC-seadmete programmeerimist, mis tähendab, et neid juhitakse arvuti abil.CNC-seade võimaldab järgida täpseid mõõtmeid kogu toote kasutusaja jooksul.
Freesimine on töötlemisprotsess, mille käigus kasutatakse pöörlevate lõikurite abil materjali toorikult eemaldamiseks, liigutades (või söötes) lõikurit toorikusse teatud suunas.Lõikurit võib hoida ka tööriista telje suhtes nurga all.Freesimine hõlmab laias valikus erinevaid operatsioone ja masinaid, alates väikestest üksikosadest kuni suurte ja raskete rühmfreesimisoperatsioonideni.See on üks kõige sagedamini kasutatavaid protsesse kohandatud osade täpsete tolerantside töötlemiseks.
Freesimist saab teha laia valiku tööpinkidega.Esialgne freesimise tööpinkide klass oli freespink (mida sageli nimetatakse ka veskiks).Pärast arvutite arvjuhtimise (CNC) tulekut arenesid freespingid töötlemiskeskusteks: freespingid, mida täiendasid automaatsed tööriistavahetajad, tööriistasalve või karussellid, CNC-funktsioon, jahutusvedeliku süsteemid ja korpused.Freesimiskeskused liigitatakse üldiselt vertikaalseteks töötlemiskeskusteks (VMC) või horisontaalseteks töötlemiskeskusteks (HMC).
Freesimise integreerimine treimiskeskkondadesse ja vastupidi, algas treipinkide pingestatud tööriistadega ja aeg-ajalt freeside kasutamisega treimiseks.See tõi kaasa uue klassi tööpinkide, multitegumtööpinkide (MTM-id), mis on loodud selleks, et hõlbustada freesimist ja treimist samas tööümbrikus.
Disainiinseneride, uurimis- ja arendusmeeskondade ning osade hankimisest sõltuvate tootjate jaoks võimaldab täppis-CNC-töötlus luua keerukaid osi ilma täiendava töötlemiseta.Tegelikult võimaldab täppis-CNC-töötlemine sageli valmis detaile valmistada ühe masinaga.
Töötlemisprotsess eemaldab materjali ja kasutab detaili lõpliku ja sageli väga keeruka kujunduse loomiseks laia valikut lõiketööriistu.Täpsuse taset suurendab arvuti arvjuhtimise (CNC) kasutamine, mida kasutatakse töötlemistööriistade juhtimise automatiseerimiseks.
"CNC" roll täppistöötluses
Kasutades kodeeritud programmeerimisjuhiseid, võimaldab täppis-CNC-töötlemine töödeldavat detaili spetsifikatsioonide järgi lõigata ja vormida ilma masina operaatori käsitsi sekkumiseta.
Võttes kliendi pakutava arvutipõhise disaini (CAD) mudeli, kasutab ekspertmasinist osa töötlemise juhiste koostamiseks arvutipõhise tootmistarkvara (CAM).CAD-mudeli põhjal määrab tarkvara, milliseid tööriistateid on vaja, ja genereerib programmeerimiskoodi, mis ütleb masinale:
■ Millised on õiged pöörete arvud ja etteandekiirused
■ Millal ja kuhu tööriista ja/või töödeldavat detaili liigutada
■ Kui sügavale lõigata
■ Millal jahutusvedelikku peale kanda
■ Kõik muud kiiruse, ettenihke ja koordinatsiooniga seotud tegurid
Seejärel kasutab CNC-kontroller programmeerimiskoodi masina liikumise juhtimiseks, automatiseerimiseks ja jälgimiseks.
Tänapäeval on CNC paljude seadmete sisseehitatud funktsioon alates treipingitest, freesidest ja ruuteritest kuni traadi EDM-i (elektrilahendusmehaaniline töötlemine), laser- ja plasmalõikuspinkideni.Lisaks töötlemisprotsessi automatiseerimisele ja täpsuse suurendamisele välistab CNC käsitsi tehtavad ülesanded ja vabastab mehaanilised masinad mitme samaaegselt töötava masina järelevalvest.
Peale selle, kui tööriista tee on kavandatud ja masin programmeeritud, võib see osa käitada suvalise arvu kordi.See tagab kõrge täpsuse ja korratavuse, mis omakorda muudab protsessi väga kulutõhusaks ja skaleeritavaks.
Materjalid, mis on töödeldud
Mõned metallid, mida tavaliselt töödeldakse, on alumiinium, messing, pronks, vask, teras, titaan ja tsink.Lisaks saab töödelda ka puitu, vahtu, klaaskiudu ja plastikut, näiteks polüpropüleeni.
Tegelikult saab täppis-CNC-töötlusega kasutada peaaegu kõiki materjale – loomulikult olenevalt rakendusest ja selle nõuetest.
Mõned täppis-CNC-töötluse eelised
Paljude väikeste osade ja komponentide puhul, mida kasutatakse laias valikus toodetud toodetes, on täppis-CNC-mehaaniline töötlemine sageli valitud tootmismeetodiks.
Nagu peaaegu kõigi lõike- ja töötlusmeetodite puhul, käituvad erinevad materjalid erinevalt ning protsessi mõjutab oluliselt ka komponendi suurus ja kuju.Kuid üldiselt pakub täppis-CNC-töötlusprotsess eeliseid teiste töötlemismeetodite ees.
Seda seetõttu, et CNC-mehaaniline töötlemine suudab pakkuda:
■ Osade kõrge keerukus
■ Tihedad tolerantsid, tavaliselt vahemikus ±0,0002" (±0,00508 mm) kuni ±0,0005" (±0,0127 mm)
■ Erakordselt siledad pinnaviimistlused, sealhulgas kohandatud viimistlused
■ Korratavus isegi suurte helitugevuste korral
Kui kogenud mehaanik saab käsitsi treipingi abil valmistada kvaliteetseid detaile koguses 10 või 100, siis mis juhtub siis, kui vajate 1000 detaili?10 000 osa?100 000 või miljon osa?
Täpse CNC-töötlusega saate seda tüüpi suuremahuliseks tootmiseks vajaliku mastaapsuse ja kiiruse.Lisaks annab täppis-CNC-töötluse kõrge korratavus teile osad, mis on algusest lõpuni ühesugused, olenemata sellest, kui palju detaile te toodate.
CNC-töötluseks on mõned väga spetsiifilised meetodid, sealhulgas traadi EDM (elektriline tühjendustöötlus), lisandtöötlus ja 3D-laserprintimine.Näiteks traat-EDM kasutab juhtivaid materjale - tavaliselt metalle - ja elektrilahendusi, et töödelda detaili keerukaks vormiks.
Siin keskendume aga freesimis- ja treimisprotsessidele – kahele lahutamismeetodile, mis on laialdaselt kättesaadavad ja mida sageli kasutatakse täppis-CNC-töötluseks.
Freesimine vs treimine
Freesimine on töötlemisprotsess, mille käigus kasutatakse materjali eemaldamiseks ja kujundite loomiseks pöörlevat silindrilist lõikeriista.Freesimisseadmed, mida tuntakse veski või töötlemiskeskusena, saavutavad mõnel suurimal metallist töödeldud objektil keeruka osade geomeetria universumi.
Freesimise oluline omadus on see, et toorik jääb lõikeriista pöörlemise ajal paigale.Teisisõnu, veskil liigub pöörlev lõiketööriist ümber töödeldava detaili, mis jääb voodil paigale.
Treimine on töödeldava detaili lõikamine või vormimine seadmel, mida nimetatakse treipingiks.Tavaliselt keerutab treipink töödeldavat detaili vertikaal- või horisontaalteljel, samal ajal kui fikseeritud lõiketööriist (mis võib, aga ei pruugi ketrada) liigub piki programmeeritud telge.
Tööriist ei saa osast füüsiliselt ümber sõita.Materjal pöörleb, võimaldades tööriistal programmeeritud toiminguid teha.(Samas on treipinkide alamhulk, mille tööriistad pöörlevad ümber pooliga etteantava traadi, kuid seda siin ei käsitleta.)
Treimisel, erinevalt freesimisest, pöörleb toorik.Osavaru lülitub sisse treipingi spindlile ja lõiketööriist puutub kokku töödeldava detailiga.
Käsitsi vs CNC töötlemine
Kuigi käsitsi mudelitena on saadaval nii freesid kui ka treipingid, on CNC-masinad sobivamad väikeste osade tootmiseks – pakkudes mastaapsust ja korratavust rakenduste jaoks, mis nõuavad kitsa tolerantsiga osade suures mahus tootmist.
Lisaks lihtsate 2-teljeliste masinate pakkumisele, milles tööriist liigub X- ja Z-teljel, hõlmavad täppis-CNC-seadmed mitmeteljelisi mudeleid, milles töödeldav detail võib samuti liikuda.See on vastupidine treipingile, kus toorik piirdub ketramisega ja tööriistad liiguvad, et luua soovitud geomeetria.
Need mitmeteljelised konfiguratsioonid võimaldavad ühe toiminguga toota keerukamaid geomeetriaid, ilma et oleks vaja masina operaatorilt täiendavat tööd teha.See mitte ainult ei muuda keerukate osade tootmist lihtsamaks, vaid vähendab või välistab ka operaatori vea võimaluse.
Lisaks tagab kõrgsurve jahutusvedeliku kasutamine täppis-CNC-töötlusega, et laastud ei satuks töödesse isegi vertikaalse spindliga masina kasutamisel.
CNC freesid
Erinevad freespingid erinevad oma suuruse, telgede konfiguratsiooni, ettenihke kiiruse, lõikekiiruse, freesi etteande suuna ja muude omaduste poolest.
Kuid üldiselt kasutavad kõik CNC-freesid soovimatu materjali eemaldamiseks pöörlevat spindlit.Neid kasutatakse kõvade metallide, nagu teras ja titaan, lõikamiseks, kuid neid saab kasutada ka selliste materjalidega nagu plast ja alumiinium.
CNC-freesid on ehitatud korratavuse tagamiseks ja neid saab kasutada kõigeks alates prototüüpimisest kuni suuremahulise tootmiseni.Tipptasemel täppis-CNC-freese kasutatakse sageli kitsa tolerantsiga töödel, nagu peenvormide ja vormide freesimine.
Kui CNC-freesimine võib anda kiiret pööret, siis freesitud viimistlus loob osad nähtavate tööriistajälgedega.Samuti võib see toota osi, millel on mõned teravad servad ja jämedad, nii et kui servad ja servad on nende funktsioonide jaoks vastuvõetamatud, võib vaja minna täiendavaid protsesse.
Muidugi eemaldavad järjestusse programmeeritud jäseme eemaldamise tööriistad, kuigi tavaliselt saavutatakse maksimaalselt 90% valmis nõudest, jättes mõned funktsioonid lõplikuks käsitsi viimistlemiseks.
Pinnaviimistluse osas on olemas tööriistu, mis annavad mitte ainult vastuvõetava pinnaviimistluse, vaid ka töötoote osadele peeglitaolise viimistluse.
CNC-freeside tüübid
Freespinkide kahte põhitüüpi tuntakse vertikaalsete töötlemiskeskuste ja horisontaalsete töötlemiskeskustena, kus peamine erinevus seisneb masina spindli orientatsioonis.
Vertikaalne töötlemiskeskus on frees, milles spindli telg on joondatud Z-telje suunas.Need vertikaalsed masinad võib jagada kahte tüüpi:
■Sängveskid, milles spindel liigub paralleelselt oma teljega, samal ajal kui laud liigub spindli teljega risti
■Torniga veskid, milles spindel on paigal ja lauda liigutatakse nii, et see oleks lõikeoperatsiooni ajal alati spindli teljega risti ja paralleelne
Horisontaalses töötlemiskeskuses on veski spindli telg joondatud Y-telje suunas.Horisontaalne struktuur tähendab, et need veskid võtavad masinatöökoja põrandal rohkem ruumi;need on ka üldiselt raskemad ja võimsamad kui vertikaalsed masinad.
Horisontaalset veskit kasutatakse sageli siis, kui on vaja paremat pinnaviimistlust;Selle põhjuseks on asjaolu, et spindli orientatsioon tähendab, et lõikelaastud kukuvad loomulikult ära ja on kergesti eemaldatavad.(Lisa eelisena aitab tõhus laastu eemaldamine pikendada tööriista eluiga.)
Üldiselt on vertikaalsed töötluskeskused levinumad, kuna need võivad olla sama võimsad kui horisontaalsed töötluskeskused ja saavad hakkama väga väikeste detailidega.Lisaks on vertikaalsete tsentrite pindala väiksem kui horisontaalsetel töötlemiskeskustel.
Mitmeteljelised CNC freesid
Täppis-CNC freeskeskused on saadaval mitme teljega.3-teljeline frees kasutab X-, Y- ja Z-telgesid mitmesuguste tööde jaoks.4-teljelise freesiga saab masin pöörata vertikaal- ja horisontaalteljel ning töödeldavat detaili liigutada, et võimaldada pidevat töötlemist.
5-teljelisel freesil on kolm traditsioonilist telge ja kaks täiendavat pöördtelge, mis võimaldavad töödeldavat detaili spindlipea ümber liikudes pöörata.See võimaldab töödelda tooriku viit külge ilma töödeldavat detaili eemaldamata ja masinat lähtestamata.
CNC treipingid
Treipingil, mida nimetatakse ka treikeskuseks, on üks või mitu spindlit ning X- ja Z-telg.Masinat kasutatakse töödeldava detaili pööramiseks ümber oma telje erinevate lõikamis- ja vormimisoperatsioonide tegemiseks, rakendades toorikule laia valikut tööriistu.
CNC-treipingid, mida nimetatakse ka pingestatud tööriistade treipingideks, sobivad ideaalselt sümmeetriliste silindriliste või sfääriliste osade loomiseks.Nagu CNC-freesid, saavad CNC-treipingid hakkama väiksemate toimingutega, nagu prototüüpimine, kuid neid saab seadistada ka suure korratavusega, mis toetab suures mahus tootmist.
CNC-treipinke saab seadistada ka suhteliselt käed-vabad tootmiseks, mistõttu kasutatakse neid laialdaselt auto-, elektroonika-, kosmose-, robootika- ja meditsiiniseadmete tööstuses.
Kuidas CNC treipink töötab
CNC-treipingi puhul laaditakse treipingi spindli padrunisse tühi varras.See padrun hoiab spindli pöörlemise ajal töödeldavat detaili paigal.Kui spindel saavutab vajaliku kiiruse, puutub statsionaarne lõiketööriist töödeldava detailiga, et eemaldada materjal ja saavutada õige geomeetria.
CNC-treipink võib teha mitmeid toiminguid, nagu puurimine, keermestamine, puurimine, hõõritamine, pinnatöötlus ja koonuse treimine.Erinevad toimingud nõuavad tööriistade vahetust ning võivad suurendada kulusid ja seadistusaega.
Kui kõik nõutavad töötlemistoimingud on tehtud, lõigatakse osa laost välja, et vajadusel edasi töödelda.Seejärel on CNC-treipink valmis toimingut kordama, tavaliselt kulub vahepeal vähe või üldse mitte täiendavat seadistamisaega.
CNC-treipingid mahutavad ka mitmesuguseid automaatseid varrasööturid, mis vähendavad tooraine käsitsi käitlemist ja pakuvad järgmisi eeliseid:
■ Vähendage masina operaatorilt kuluvat aega ja pingutust
■ Toetage latti, et vähendada vibratsiooni, mis võib täpsust negatiivselt mõjutada
■ Laske masinal töötada spindli optimaalsete pööretega
■ Minimeerige ümberlülitusaegu
■ Vähendage materjali raiskamist
CNC treipinkide tüübid
Treipinke on mitut tüüpi, kuid levinumad on 2-teljelised CNC-treipingid ja Hiina-tüüpi automaattreipingid.
Enamik CNC Hiina treipinke kasutab ühte või kahte peamist spindlit ja ühte või kahte tagumist (või sekundaarset) spindlit, kusjuures esimese eest vastutab pöörlev ülekanne.Peavõll teostab juhtpuksi abil esmase töötlustoimingu.
Lisaks on mõned Hiina stiilis treipingid varustatud teise tööriistapeaga, mis töötab CNC-freesina.
CNC Hiina stiilis automaatse treipingi puhul juhitakse tooraine läbi libiseva peaga spindli juhtpuksi.See võimaldab tööriistal lõigata materjali lähemale kohale, kus materjal on toestatud, muutes Hiina masina eriti kasulikuks pikkade, peenikeste treitud osade ja mikrotöötluse jaoks.
Mitmeteljelised CNC-treikeskused ja Hiina-tüüpi treipingid suudavad ühe masinaga teha mitut töötlemistoimingut.See muudab need kulutõhusaks võimaluseks keerukate geomeetriate jaoks, mis muidu nõuavad mitut masinat või tööriistade vahetamist, kasutades selliseid seadmeid nagu traditsiooniline CNC-frees.