Прецизна обрада је процес уклањања материјала са радног предмета током држања завршне обраде са прецизним толеранцијама. Прецизна машина има много врста, укључујући глодање, стругање и електроерозиону обраду. Прецизна машина се данас генерално контролише помоћу рачунарских нумеричких управљача (CNC).
Скоро сви метални производи користе прецизну машинску обраду, као и многи други материјали попут пластике и дрвета. Овим машинама управљају специјализовани и обучени машинисти. Да би алат за сечење обављао свој посао, мора се померати у наведеним правцима како би се направио исправан рез. Ово примарно кретање се назива „брзина резања“. Обрадак се такође може померати, што је познато као секундарно кретање „померања“. Заједно, ови покрети и оштрина алата за сечење омогућавају прецизној машини да ради.
Квалитетна прецизна машинска обрада захтева способност праћења изузетно специфичних нацрта направљених помоћу CAD (рачунарски потпомогнуто пројектовање) или CAM (рачунарски потпомогнута производња) програма као што су AutoCAD и TurboCAD. Софтвер може помоћи у изради сложених, тродимензионалних дијаграма или обриса потребних за производњу алата, машине или предмета. Ових нацрта се мора поштовати са великим детаљима како би се осигурало да производ задржава свој интегритет. Иако већина компанија за прецизну машинску обраду ради са неким обликом CAD/CAM програма, оне и даље често раде са ручно цртаним скицама у почетним фазама дизајна.
Прецизна обрада се користи на бројним материјалима, укључујући челик, бронзу, графит, стакло и пластику, да набројимо само неке. У зависности од величине пројекта и материјала који се користе, користиће се различити алати за прецизну обраду. Може се користити било која комбинација стругова, глодалица, бушилица, тестера и брусилица, па чак и роботика велике брзине. Аерокосмичка индустрија може користити обраду великом брзином, док индустрија производње алата за обраду дрвета може користити процесе фотохемијског нагризања и глодања. Производња једне серије, или одређене количине било ког одређеног предмета, може се бројати у хиљадама или само неколико. Прецизна обрада често захтева програмирање CNC уређаја, што значи да су рачунарски нумерички контролисани. CNC уређај омогућава праћење тачних димензија током целе серије производа.
Глодање је процес обраде помоћу ротационих секача за уклањање материјала са радног предмета померањем (или увлачењем) секача у радни предмет у одређеном смеру. Резач се такође може држати под углом у односу на осу алата. Глодање обухвата широк спектар различитих операција и машина, од малих појединачних делова до великих, тешких операција групног глодања. То је један од најчешће коришћених процеса за обраду прилагођених делова до прецизних толеранција.
Глодање се може обавити широким спектром алатних машина. Првобитна класа алатних машина за глодање била је глодалица (често називана глодалица). Након појаве рачунарског нумеричког управљања (CNC), глодалице су еволуирале у обрадне центре: глодалице проширене аутоматским мењачима алата, магазинима алата или каруселима, CNC могућностима, системима за хлађење и кућиштима. Глодални центри се генерално класификују као вертикални обрадни центри (VMC) или хоризонтални обрадни центри (HMC).
Интеграција глодања у стругарска окружења и обрнуто, почела је са покретним алатима за стругове и повременом употребом глодалица за стругарске операције. То је довело до нове класе машина алатки, вишезадаћних машина (MTM), које су наменски направљене да олакшају глодање и стругање у истом радном опсегу.
За инжењере дизајна, истраживачко-развојне тимове и произвођаче који зависе од набавке делова, прецизна CNC обрада омогућава израду сложених делова без додатне обраде. У ствари, прецизна CNC обрада често омогућава да се готови делови израде на једној машини.
Процес машинске обраде уклања материјал и користи широк спектар алата за сечење како би се створио коначни, и често веома сложени, дизајн дела. Ниво прецизности се побољшава употребом рачунарске нумеричке контроле (CNC), која се користи за аутоматизацију управљања алатима за машинску обраду.
Улога „CNC“-а у прецизној обради
Користећи кодиране инструкције за програмирање, прецизна CNC обрада омогућава сечење и обликовање радног предмета према спецификацијама без ручне интервенције оператера машине.
Узимајући CAD (компјутерски потпомогнути дизајн) модел који је обезбедио купац, стручни машиниста користи CAM (компјутерски потпомогнути производни софтвер) да би креирао упутства за машинску обраду дела. На основу CAD модела, софтвер одређује које су путање алата потребне и генерише програмски код који машини говори:
■ Који су исправни бројеви обртаја у минути и брзине померања
■ Када и где померати алат и/или радни предмет
■ Колико дубоко сећи
■ Када наносити расхладну течност
■ Сви остали фактори везани за брзину, брзину увлачења и координацију
ЦНЦ контролер затим користи програмски код за контролу, аутоматизацију и праћење кретања машине.
Данас је CNC уграђена карактеристика широког спектра опреме, од стругова, глодалица и рутера до жичног EDM-а (електрично ерозионог сечења), ласерског и плазма сечења. Поред аутоматизације процеса обраде и побољшања прецизности, CNC елиминише ручне задатке и ослобађа машинисте да надгледају више машина које раде истовремено.
Поред тога, када се путања алата пројектује и машина програмира, она може да обради део неограничен број пута. Ово обезбеђује висок ниво прецизности и поновљивости, што заузврат чини процес веома исплативим и скалабилним.
Материјали који се обрађују машински
Неки метали који се обично обрађују укључују алуминијум, месинг, бронзу, бакар, челик, титанијум и цинк. Поред тога, могу се обрађивати и дрво, пена, фиберглас и пластика попут полипропилена.
У ствари, готово сваки материјал се може користити са прецизном ЦНЦ обрадом — наравно, у зависности од примене и њених захтева.
Неке предности прецизне ЦНЦ обраде
За многе мале делове и компоненте који се користе у широком спектру произведених производа, прецизна CNC обрада је често метода израде по избору.
Као што је случај са готово свим методама сечења и обраде, различити материјали се понашају различито, а величина и облик компоненте такође имају велики утицај на процес. Међутим, генерално, процес прецизне CNC обраде нуди предности у односу на друге методе обраде.
То је зато што је ЦНЦ обрада способна да испоручи:
■ Висок степен сложености делова
■ Уске толеранције, обично у распону од ±0,0002" (±0,00508 mm) до ±0,0005" (±0,0127 mm)
■ Изузетно глатке површинске завршне обраде, укључујући и прилагођене завршне обраде
■ Поновљивост, чак и при великим количинама
Док вешт машиниста може да користи ручни струг да направи квалитетан део у количинама од 10 или 100 комада, шта се дешава када вам је потребно 1.000 делова? 10.000 делова? 100.000 или милион делова?
Са прецизном CNC обрадом, можете добити скалабилност и брзину потребну за ову врсту производње великих количина. Поред тога, висока поновљивост прецизне CNC обраде вам даје делове који су сви исти од почетка до краја, без обзира на то колико делова производите.
Постоје неке веома специјализоване методе CNC обраде, укључујући жичану ЕРО (електричну ерозију), адитивну обраду и 3Д ласерско штампање. На пример, жичана ЕРО користи проводљиве материјале — обично метале — и електрична пражњења за еродирање радног предмета у сложене облике.
Међутим, овде ћемо се фокусирати на процесе глодања и стругања — две субтрактивне методе које су широко доступне и често се користе за прецизну ЦНЦ обраду.
Глодање наспрам стругања
Глодање је процес машинске обраде који користи ротирајући, цилиндрични алат за сечење за уклањање материјала и стварање облика. Опрема за глодање, позната као глодалица или обрадни центар, остварује низ сложених геометрија делова на неким од највећих обрађених металних предмета.
Важна карактеристика глодања је да радни предмет остаје непокретан док се алат за резање окреће. Другим речима, на глодалици се ротирајући алат за резање креће око радног предмета, који остаје фиксиран на кревету.
Стругање је процес сечења или обликовања радног предмета на опреми која се назива струг. Типично, струг окреће радни предмет по вертикалној или хоризонталној оси док се фиксни алат за сечење (који се може, али и не мора окретати) креће дуж програмиране осе.
Алат не може физички да се креће око дела. Материјал се ротира, омогућавајући алату да извршава програмиране операције. (Постоји подскуп стругова у којима се алати окрећу око жице која се доводи преко калема, међутим, то овде није обухваћено.)
Код стругања, за разлику од глодања, обрадак се окреће. Залиха се окреће на вретену струга, а алат за резање долази у контакт са обрадком.
Ручна наспрам CNC обраде
Иако су и глодалице и стругови доступни у ручним моделима, ЦНЦ машине су погодније за производњу малих делова — нудећи скалабилност и поновљивост за примене које захтевају производњу великих количина делова са уском толеранцијом.
Поред тога што нуди једноставне двоосне машине у којима се алат креће по X и Z осама, прецизна CNC опрема укључује и вишеосне моделе у којима се и обрадак може кретати. Ово је супротно стругу где је обрадак ограничен на окретање, а алати ће се кретати да би створили жељену геометрију.
Ове вишеосне конфигурације омогућавају производњу сложенијих геометрија у једној операцији, без потребе за додатним радом од стране оператера машине. Ово не само да олакшава производњу сложених делова, већ и смањује или елиминише могућност грешке оператера.
Поред тога, употреба расхладне течности под високим притиском код прецизне ЦНЦ обраде осигурава да струготине не улазе у рад, чак ни када се користи машина са вертикално оријентисаним вретеном.
ЦНЦ глодалице
Различите глодалице се разликују по величинама, конфигурацијама оса, брзинама помака, брзини резања, смеру помака глодања и другим карактеристикама.
Међутим, генерално, CNC глодалице користе ротирајуће вретено за одсецање нежељеног материјала. Користе се за сечење тврдих метала као што су челик и титанијум, али се могу користити и са материјалима као што су пластика и алуминијум.
ЦНЦ глодалице су направљене за поновљивост и могу се користити за све, од израде прототипова до производње великих количина. Висококвалитетне прецизне ЦНЦ глодалице се често користе за радове са малим толеранцијама, као што је глодање финих матрица и калупа.
Иако CNC глодање може да обезбеди брз обрт, завршна обрада након глодања ствара делове са видљивим траговима алата. Такође може произвести делове са оштрим ивицама и неравнинама, тако да могу бити потребни додатни процеси ако су ивице и неравнине неприхватљиве за те карактеристике.
Наравно, алати за скидање неравнина програмирани у секвенцу ће скинути неравнине, мада обично постижу највише 90% завршеног захтева, остављајући неке карактеристике за завршну ручну обраду.
Што се тиче завршне обраде површине, постоје алати који ће произвести не само прихватљиву завршну обраду површине, већ и сјај попут огледала на деловима радног производа.
Врсте ЦНЦ глодалица
Два основна типа глодалица позната су као вертикални обрадни центри и хоризонтални обрадни центри, где је главна разлика у оријентацији вретена машине.
Вертикални обрадни центар је глодалица у којој је оса вретена поравната у смеру Z-осе. Ове вертикалне машине се даље могу поделити на два типа:
■ Глодалице са креветом, код којих се вретено креће паралелно са својом осом, док се сто креће нормално на осу вретена
■ Глодалице са револвером, код којих је вретено непокретно, а сто се помера тако да је увек управно и паралелно са осом вретена током операције резања
У хоризонталном обрадном центру, оса вретена глодалице је поравната у смеру Y-осе. Хоризонтална структура значи да ове глодалице обично заузимају више простора на поду машинске радионице; такође су генерално теже и снажније од вертикалних машина.
Хоризонтална глодалица се често користи када је потребна боља завршна обрада површине; то је зато што оријентација вретена значи да струготине природно отпадају и лако се уклањају. (Као додатна предност, ефикасно уклањање струготине помаже у повећању века трајања алата.)
Генерално, вертикални обрадни центри су распрострањенији јер могу бити једнако моћни као хоризонтални обрадни центри и могу обрађивати веома мале делове. Поред тога, вертикални центри имају мањи простор од хоризонталних обрадни центара.
Вишеосне ЦНЦ глодалице
Прецизни CNC глодачки центри су доступни са више оса. Троосна глодалица користи X, Y и Z осе за широк спектар послова. Са четвороосном глодалицом, машина може да ротира по вертикалној и хоризонталној оси и помера радни предмет како би се омогућила континуиранија обрада.
Петоосовинска глодалица има три традиционалне осе и две додатне ротационе осе, што омогућава ротирање радног предмета док се глава вретена креће око ње. Ово омогућава обраду пет страна радног предмета без уклањања радног предмета и ресетовања машине.
ЦНЦ стругови
Струг — такође назван струг центар — има једно или више вретена и X и Z осе. Машина се користи за ротирање радног предмета око његове осе како би се извршиле различите операције сечења и обликовања, примењујући широк спектар алата на радни предмет.
ЦНЦ стругови, који се називају и стругови са живим алатима, идеални су за израду симетричних цилиндричних или сферних делова. Као и ЦНЦ глодалице, ЦНЦ стругови могу да обављају мање операције као што је израда прототипова, али се такође могу подесити за високу поновљивост, подржавајући производњу великих количина.
ЦНЦ стругови се такође могу подесити за релативно производњу без употребе руку, што их чини широко коришћеним у аутомобилској, електронској, ваздухопловној, роботичкој и индустрији медицинских уређаја.
Како ради ЦНЦ струг
Код CNC струга, празна шипка материјала се убацује у стезну главу вретена струга. Ова стезна глава држи радни предмет на месту док се вретено окреће. Када вретено достигне потребну брзину, непокретни алат за сечење се доводи у контакт са радним предметом како би се уклонио материјал и постигла исправна геометрија.
CNC струг може да обавља бројне операције, као што су бушење, нарезивање навоја, развртање, развртање, чеоно обрађивање и конусно стругање. Различите операције захтевају измену алата и могу повећати трошкове и време подешавања.
Када се заврше све потребне машинске операције, део се исеца из залиха за даљу обраду, ако је потребно. CNC струг је тада спреман да понови операцију, уз мало или без додатног времена потребног за подешавање између.
ЦНЦ стругови такође могу да приме разне аутоматске додаваче шипки, што смањује количину ручног руковања сировинама и пружа предности као што су следеће:
■ Смањите време и труд потребан оператеру машине
■ Подуприте шипку како бисте смањили вибрације које могу негативно утицати на прецизност
■ Омогућите машинском алату да ради на оптималним брзинама вретена
■ Минимизирајте време преласка
■ Смањите отпад материјала
Врсте ЦНЦ стругова
Постоји низ различитих врста стругова, али најчешћи су двоосни ЦНЦ стругови и аутоматски стругови кинеског типа.
Већина CNC стругова у Кини користи једно или два главна вретена плус једно или два задња (или секундарна) вретена, при чему је ротациони пренос одговоран за прво. Главно вретено обавља примарну операцију обраде, уз помоћ вођице.
Поред тога, неки стругови кинеског типа опремљени су другом главом алата која ради као ЦНЦ глодалица.
Код CNC аутоматског струга кинеског типа, материјал се доводи кроз клизно вретено у вођицу. Ово омогућава алату да сече материјал ближе тачки где је материјал ослоњен, што чини кинески струг посебно корисним за дугачке, витке стругане делове и за микрообраду.
Вишеосни ЦНЦ стругови и стругови кинеског типа могу да обаве више операција обраде користећи једну машину. То их чини исплативом опцијом за сложене геометрије које би иначе захтевале више машина или измене алата помоћу опреме као што је традиционална ЦНЦ глодалица.