A precíziós megmunkálás egy olyan eljárás, amelynek során az anyagot eltávolítják a munkadarabból a szoros tűréshatárok megtartása során.A precíziós gépnek sok típusa van, beleértve a marást, esztergálást és elektromos kisülési megmunkálást.A precíziós gépeket manapság általában számítógépes numerikus vezérlőkkel (CNC) vezérlik.
Szinte minden fémtermék precíziós megmunkálást alkalmaz, csakúgy, mint sok más anyag, például a műanyag és a fa.Ezeket a gépeket speciális és képzett gépészek üzemeltetik.Ahhoz, hogy a vágószerszám elvégezze a feladatát, a megfelelő vágás érdekében a megadott irányba kell mozgatni.Ezt az elsődleges mozgást "vágási sebességnek" nevezik.A munkadarab mozgatható is, ez az "előtolás" másodlagos mozgása.Ezek a mozgások és a vágószerszám élessége együttesen lehetővé teszik a precíziós gép működését.
A minőségi precíziós megmunkálás megköveteli a CAD (számítógéppel segített tervezés) vagy CAM (számítógéppel segített gyártás) programok, például az AutoCAD és a TurboCAD által készített rendkívül specifikus tervrajzok követésének képességét.A szoftver segíthet az összetett, háromdimenziós diagramok vagy körvonalak elkészítésében, amelyek egy szerszám, gép vagy tárgy gyártásához szükségesek.Ezeket a tervrajzokat nagyon részletesen be kell tartani annak érdekében, hogy a termék megőrizze sértetlenségét.Míg a legtöbb precíziós megmunkáló cég valamilyen CAD/CAM programmal dolgozik, a tervezés kezdeti fázisaiban még mindig gyakran kézzel rajzolt vázlatokkal dolgoznak.
A precíziós megmunkálást számos anyagon alkalmazzák, beleértve az acélt, bronzot, grafitot, üveget és műanyagokat, hogy csak néhányat említsünk.A projekt méretétől és a felhasznált anyagoktól függően különféle precíziós megmunkáló szerszámokat alkalmaznak.Esztergagépek, marógépek, fúróprések, fűrészek és köszörűk, de akár nagy sebességű robotika bármilyen kombinációja használható.A repülőgépipar alkalmazhat nagy sebességű megmunkálást, míg a faipari szerszámgyártó ipar fotokémiai maratási és marási eljárásokat alkalmazhat.A futásból való kimorzsolódás vagy egy adott cikk meghatározott mennyisége több ezerre tehető, vagy csak néhány.A precíziós megmunkálás gyakran megköveteli a CNC-eszközök programozását, ami azt jelenti, hogy számítógépes numerikus vezérlésűek.A CNC eszköz lehetővé teszi a pontos méretek követését a termék teljes futása során.
A marás az a megmunkálási folyamat, amelyben forgó marószerszámokat használnak anyag eltávolítására a munkadarabból úgy, hogy a marót egy bizonyos irányban előretolják (vagy betáplálják) a munkadarabba.A vágó a szerszám tengelyéhez képest szögben is tartható.A marás a különféle műveletek és gépek széles skáláját fedi le, a kis egyedi alkatrészektől a nagy, nagy teherbírású csoportos marási műveletekig.Ez az egyik leggyakrabban használt eljárás az egyedi alkatrészek pontos tűréshatárig történő megmunkálására.
A marás a szerszámgépek széles választékával végezhető.A marószerszámok eredeti osztálya a marógép volt (gyakran malomnak is nevezik).A számítógépes numerikus vezérlés (CNC) megjelenése után a marógépek megmunkáló központokká fejlődtek: marógépek, amelyeket automatikus szerszámcserélők, szerszámtárak vagy körhinta, CNC-képesség, hűtőfolyadék-rendszerek és burkolatok egészítettek ki.A maróközpontokat általában vertikális megmunkálóközpontok (VMC) vagy horizontális megmunkálóközpontok (HMC) kategóriába sorolják.
A marás integrálása esztergakörnyezetbe, és fordítva, az esztergagépekhez való feszültség alatti szerszámozással és a marók alkalmankénti esztergálási műveletekkel történő felhasználásával kezdődött.Ez a szerszámgépek új osztályához, a többfeladatos gépekhez (MTM-ekhez) vezetett, amelyeket arra terveztek, hogy megkönnyítsék a marást és az esztergálást ugyanazon a munkakörön belül.
Az alkatrészbeszerzéstől függő tervezőmérnökök, K+F csapatok és gyártók számára a precíziós CNC-megmunkálás lehetővé teszi összetett alkatrészek létrehozását további feldolgozás nélkül.Valójában a precíziós CNC megmunkálás gyakran lehetővé teszi, hogy a kész alkatrészeket egyetlen gépen készítsék el.
A megmunkálási folyamat eltávolítja az anyagot, és a forgácsolószerszámok széles skáláját alkalmazza az alkatrész végleges és gyakran rendkívül összetett kialakításához.A pontosságot növeli a számítógépes numerikus vezérlés (CNC), amely a megmunkáló szerszámok vezérlésének automatizálására szolgál.
A "CNC" szerepe a precíziós megmunkálásban
A kódolt programozási utasítások segítségével a precíziós CNC megmunkálás lehetővé teszi a munkadarabok specifikációinak megfelelő vágását és formázását a gépkezelő kézi beavatkozása nélkül.
Az ügyfél által biztosított számítógéppel segített tervezési (CAD) modell alapján egy szakértő gépész számítógéppel segített gyártási szoftvert (CAM) használ az alkatrész megmunkálásához szükséges utasítások elkészítéséhez.A CAD-modell alapján a szoftver meghatározza, hogy milyen szerszámpályákra van szükség, és előállítja a programozási kódot, amely a gépnek közli:
■ Mik a helyes fordulatszámok és előtolási sebességek
■ Mikor és hova kell mozgatni a szerszámot és/vagy a munkadarabot
■ Milyen mélyre kell vágni
■ Mikor kell hűtőfolyadékot alkalmazni?
■ A sebességgel, előtolási sebességgel és koordinációval kapcsolatos egyéb tényezők
A CNC vezérlő ezután a programozási kódot használja a gép mozgásának vezérlésére, automatizálására és figyelésére.
Ma a CNC a berendezések széles skálájának beépített funkciója, az esztergagépektől, maróktól és útválasztóktól a huzalos EDM-ig (elektromos kisüléses megmunkálásig), lézer- és plazmavágó gépekig.A megmunkálási folyamat automatizálása és a pontosság növelése mellett a CNC kiküszöböli a kézi feladatokat, és felszabadítja a gépészeket, hogy több gépet is felügyeljenek egyidejűleg.
Ezenkívül a szerszámpálya megtervezése és a gép programozása után az alkatrészt tetszőleges számú alkalommal futtathatja.Ez nagyfokú pontosságot és ismételhetőséget biztosít, ami viszont rendkívül költséghatékony és méretezhető folyamatot tesz lehetővé.
Megmunkált anyagok
Egyes fémek, amelyeket általában megmunkálnak, az alumínium, sárgaréz, bronz, réz, acél, titán és cink.Ezenkívül fa, hab, üvegszál és műanyagok, például polipropilén is megmunkálható.
Valójában szinte bármilyen anyag felhasználható precíziós CNC megmunkálással – természetesen az alkalmazástól és a követelményektől függően.
A precíziós CNC megmunkálás néhány előnye
Sok olyan kis alkatrész és alkatrész esetében, amelyeket a gyártott termékek széles körében használnak, gyakran a precíziós CNC megmunkálás a választott gyártási módszer.
Mint gyakorlatilag minden forgácsolási és megmunkálási eljárásra, a különböző anyagok eltérően viselkednek, és az alkatrész mérete és alakja is nagy hatással van a folyamatra.Általában azonban a precíziós CNC megmunkálási folyamat előnyöket kínál más megmunkálási módszerekkel szemben.
Ennek az az oka, hogy a CNC megmunkálás képes a következőkre:
■ Az alkatrész nagyfokú bonyolultsága
■ Szűk tűrések, jellemzően ±0,0002" (±0,00508 mm) és ±0,0005" (±0,0127 mm) között
■ Kivételesen sima felületkezelés, beleértve az egyedi felületkezeléseket is
■ Ismételhetőség még nagy hangerő mellett is
Míg egy képzett gépész 10 vagy 100 darabos minőségi alkatrészt tud kézi esztergagéppel készíteni, mi történik, ha 1000 alkatrészre van szüksége?10.000 alkatrész?100.000 vagy egymillió alkatrész?
A precíziós CNC megmunkálással elérheti az ilyen típusú nagy volumenű gyártáshoz szükséges méretezhetőséget és sebességet.Ezenkívül a precíziós CNC megmunkálás nagy ismételhetősége olyan alkatrészeket biztosít, amelyek az elejétől a végéig egyformák, függetlenül attól, hogy hány alkatrészt gyárt.
A CNC megmunkálásnak van néhány nagyon speciális módszere, beleértve a huzal-EDM-et (elektromos kisülési megmunkálás), az additív megmunkálást és a 3D lézernyomtatást.Például a huzalos szikraforgácsolás vezető anyagokat – jellemzően fémeket – és elektromos kisüléseket használ a munkadarab bonyolult formájú erodálására.
Itt azonban a marási és esztergálási folyamatokra fogunk összpontosítani – két kivonásos módszerre, amelyek széles körben elérhetőek és gyakran használtak a precíziós CNC megmunkáláshoz.
Marás vs esztergálás
A marás egy olyan megmunkálási folyamat, amely forgó, hengeres forgácsolószerszámot használ az anyag eltávolítására és a formák létrehozására.A maróberendezések, amelyeket malomként vagy megmunkálóközpontként ismernek, összetett alkatrészgeometriák univerzumát valósítják meg a legnagyobb fém megmunkálású tárgyak némelyikén.
A marás egyik fontos jellemzője, hogy a munkadarab álló helyzetben marad, miközben a forgácsolószerszám forog.Más szóval, egy malmon a forgó vágószerszám a munkadarab körül mozog, amely az ágyon a helyén marad.
Az esztergálás egy munkadarab vágási vagy formázási folyamata az esztergagépnek nevezett berendezésen.Jellemzően az eszterga a munkadarabot függőleges vagy vízszintes tengelyen forgatja, miközben egy rögzített forgácsolószerszám (amely lehet, hogy forog, vagy nem) mozog a programozott tengely mentén.
A szerszám fizikailag nem tudja megkerülni az alkatrészt.Az anyag forog, lehetővé téve a szerszám számára a programozott műveletek végrehajtását.(Létezik az esztergagépek egy részhalmaza, amelyben a szerszámok egy orsóval táplált huzal körül forognak, de ez itt nem tér ki.)
Az esztergálásnál a marással ellentétben a munkadarab forog.Az alkatrészkészlet bekapcsolja az eszterga orsóját, és a vágószerszám érintkezik a munkadarabbal.
Kézi vs. CNC megmunkálás
Míg a marók és esztergagépek kézi kivitelben is elérhetők, a CNC gépek alkalmasabbak kis alkatrészek gyártására – skálázhatóságot és megismételhetőséget kínálnak az olyan alkalmazásokhoz, amelyekben szűk tűréshatárú alkatrészek nagy mennyiségben történő gyártását igénylik.
Amellett, hogy egyszerű 2 tengelyes gépeket kínálnak, amelyekben a szerszám az X és a Z tengelyben mozog, a precíziós CNC berendezések közé tartoznak a többtengelyes modellek is, amelyekben a munkadarab is mozoghat.Ez ellentétben áll az esztergagéppel, ahol a munkadarab csak fonásra korlátozódik, és a szerszámok mozognak a kívánt geometria létrehozása érdekében.
Ezek a többtengelyes konfigurációk lehetővé teszik bonyolultabb geometriák egyetlen műveletben történő előállítását anélkül, hogy a gépkezelőtől további munkát igényelnének.Ez nem csak az összetett alkatrészek előállítását könnyíti meg, hanem csökkenti vagy kiküszöböli a kezelői hiba lehetőségét is.
Emellett a nagynyomású hűtőfolyadék precíziós CNC megmunkálással biztosítja, hogy forgács ne kerüljön a munkákba, még függőlegesen orientált orsós gép használata esetén sem.
CNC marók
A különböző marógépek méretükben, tengelykonfigurációjukban, előtolási sebességükben, vágási sebességükben, marási előtolási irányukban és egyéb jellemzőikben különböznek.
Általában azonban a CNC marók mindegyike forgó orsót használ a nem kívánt anyag levágására.Kemény fémek, például acél és titán vágására használják, de használhatók olyan anyagokkal is, mint a műanyag és az alumínium.
A CNC marókat az ismételhetőségre tervezték, és a prototípus-készítéstől a nagy volumenű gyártásig mindenre felhasználhatók.A csúcsminőségű precíziós CNC-marókat gyakran használják szűk tűrésű munkákhoz, például finom szerszámok és formák marásához.
Míg a CNC marás gyors átfutási időt biztosít, a marás utáni simítással látható szerszámnyomokkal rendelkező alkatrészek jönnek létre.Előfordulhat, hogy bizonyos éles szélekkel és sorjakkal rendelkező alkatrészeket is előállít, ezért további eljárásokra lehet szükség, ha az élek és a sorja elfogadhatatlan ezeknél a jellemzőknél.
Természetesen a szekvenciába programozott sorjázó szerszámok sorjáznak, bár általában legfeljebb a kész szükséglet 90%-át érik el, néhány funkciót meghagyva a végső kézi befejezéshez.
Ami a felületkezelést illeti, vannak olyan eszközök, amelyek nemcsak elfogadható felületi minőséget, hanem tükörszerű felületet is biztosítanak a munkatermék egyes részein.
A CNC marók típusai
A marógépek két alaptípusa függőleges megmunkálóközpontként és vízszintes megmunkálóközpontként ismert, ahol az elsődleges különbség a géporsó orientációjában van.
A függőleges megmunkáló központ olyan maró, amelyben az orsó tengelye a Z tengely irányába van beállítva.Ezek a függőleges gépek további két típusra oszthatók:
■ágymalmok, amelyekben az orsó a saját tengelyével párhuzamosan mozog, míg az asztal merőlegesen az orsó tengelyére
■ Tornyos marók, amelyekben az orsó álló helyzetben van, és az asztalt úgy mozgatják, hogy a forgácsolás során mindig merőleges és párhuzamos legyen az orsó tengelyével
Vízszintes megmunkáló központban a maró orsótengelye az Y tengely irányába igazodik.A vízszintes szerkezet azt jelenti, hogy ezek a malmok általában több helyet foglalnak el a gépműhely padlóján;általában nehezebbek és erősebbek is, mint a függőleges gépek.
Vízszintes marót gyakran használnak, ha jobb felületkezelésre van szükség;Ennek az az oka, hogy az orsó orientációja azt jelenti, hogy a forgácsok természetesen leesnek és könnyen eltávolíthatók.(További előnyként a hatékony forgácseltávolítás növeli a szerszám élettartamát.)
Általánosságban elmondható, hogy a függőleges megmunkálóközpontok elterjedtebbek, mivel ugyanolyan erősek lehetnek, mint a vízszintes megmunkálóközpontok, és nagyon kis alkatrészeket is képesek kezelni.Ezenkívül a függőleges középpontok alapterülete kisebb, mint a vízszintes megmunkálóközpontok.
Többtengelyes CNC marók
A precíziós CNC maróközpontok több tengellyel is kaphatók.A 3 tengelyes maró az X, Y és Z tengelyeket sokféle munkához használja.A 4 tengelyes marógéppel a gép függőleges és vízszintes tengelyen is el tud forogni, és mozgatni tudja a munkadarabot a folyamatosabb megmunkálás érdekében.
Az 5 tengelyes marónak három hagyományos tengelye és két további forgótengelye van, amelyek lehetővé teszik a munkadarab forgatását, miközben az orsófej mozog körülötte.Ez lehetővé teszi a munkadarab öt oldalának megmunkálását a munkadarab eltávolítása és a gép alaphelyzetbe állítása nélkül.
CNC esztergák
Az esztergagép - más néven esztergaközpont - egy vagy több orsóval, valamint X és Z tengelyekkel rendelkezik.A gépet a munkadarab tengelye körüli elforgatására használják különféle vágási és alakítási műveletek elvégzésére, a szerszámok széles skáláját alkalmazva a munkadarabon.
A CNC esztergagépek, amelyeket éles működésű szerszámesztergagépeknek is neveznek, ideálisak szimmetrikus hengeres vagy gömb alakú alkatrészek készítésére.A CNC-marókhoz hasonlóan a CNC-esztergagépek is képesek kisebb műveletekre, például prototípus-készítésre, de beállíthatók nagy ismételhetőségre is, támogatva a nagy volumenű gyártást.
A CNC esztergagépek viszonylag kihangosított gyártásra is beállíthatók, így széles körben alkalmazzák őket az autóiparban, az elektronikai iparban, a repülőgépiparban, a robotikában és az orvostechnikai eszköziparban.
Hogyan működik a CNC eszterga
CNC esztergagépnél egy üres alapanyagból készült rúd kerül az eszterga orsójának tokmányába.Ez a tokmány a helyén tartja a munkadarabot, miközben az orsó forog.Amikor az orsó eléri a kívánt fordulatszámot, egy álló vágószerszám érintkezik a munkadarabbal az anyag eltávolítása és a megfelelő geometria elérése érdekében.
A CNC eszterga számos műveletet végezhet, például fúrást, menetvágást, fúrást, dörzsárazást, homloklapozást és kúpos esztergálást.A különböző műveletek szerszámcserét igényelnek, és növelhetik a költségeket és a beállítási időt.
Az összes szükséges megmunkálási művelet elvégzése után az alkatrészt kivágják a készletből további feldolgozás céljából, ha szükséges.A CNC eszterga ezután készen áll a művelet megismétlésére, általában kevés vagy semmilyen további beállítási időre nincs szükség.
A CNC esztergagépek számos automatikus rúdadagolót is befogadhatnak, amelyek csökkentik a kézi nyersanyagkezelés mennyiségét, és olyan előnyöket biztosítanak, mint például:
■ Csökkentse a gép kezelőjének idejét és erőfeszítését
■ Támassza meg a rudat a pontosságot negatívan befolyásoló rezgések csökkentése érdekében
■ Hagyja, hogy a szerszámgép az optimális orsófordulatszámon működjön
■ Minimalizálja az átállási időt
■ Csökkentse az anyagpazarlást
A CNC esztergagépek típusai
Számos különböző típusú eszterga létezik, de a legelterjedtebbek a 2 tengelyes CNC eszterga és a kínai típusú automata esztergagépek.
A legtöbb CNC China esztergagép egy vagy két főorsót és egy vagy két hátsó (vagy másodlagos) orsót használ, az előbbiért a forgó átvitel felelős.A főorsó végzi az elsődleges megmunkálási műveletet, egy vezetőpersely segítségével.
Ezenkívül néhány kínai stílusú eszterga egy második szerszámfejjel is fel van szerelve, amely CNC maróként működik.
A CNC kínai stílusú automata esztergagépnél az alapanyag egy csúszófejes orsón keresztül egy vezetőperselybe kerül.Ez lehetővé teszi, hogy a szerszám közelebb vágja az anyagot ahhoz a ponthoz, ahol az anyagot megtámasztják, így a kínai gép különösen előnyös a hosszú, karcsú esztergált alkatrészekhez és mikromegmunkáláshoz.
A többtengelyes CNC esztergaközpontok és a kínai stílusú esztergagépek több megmunkálási műveletet is végrehajthatnak egyetlen géppel.Ez költséghatékony megoldássá teszi őket olyan összetett geometriákhoz, amelyek egyébként több gépet vagy szerszámcserét igényelnének olyan berendezésekkel, mint például a hagyományos CNC-maró.