Tikslusis apdirbimas – tai procesas, kurio metu iš ruošinio pašalinama medžiaga, laikant apdailą su tiksliu tolerancijos nustatymu. Tiksliosios staklės būna įvairių tipų, įskaitant frezavimą, tekinimą ir elektroerozinį apdirbimą. Šiandien tiksliosios staklės paprastai valdomos naudojant kompiuterinį skaitmeninį valdymą (CNC).
Beveik visi metalo gaminiai, kaip ir daugelis kitų medžiagų, tokių kaip plastikas ir mediena, yra apdirbami tiksliai. Šias stakles valdo specializuoti ir apmokyti mechanikai. Kad pjovimo įrankis atliktų savo darbą, jis turi būti judinamas nurodytomis kryptimis, kad būtų atliktas teisingas pjovimas. Šis pirminis judesys vadinamas „pjovimo greičiu“. Ruošinį taip pat galima judinti, tai vadinama antriniu „pastūmos“ judesiu. Šie judesiai ir pjovimo įrankio aštrumas kartu leidžia tiksliai staklei veikti.
Kokybiškas tikslusis apdirbimas reikalauja gebėjimo laikytis itin specifinių brėžinių, sukurtų CAD (kompiuterinio projektavimo) arba CAM (kompiuterinės gamybos) programomis, tokiomis kaip AutoCAD ir TurboCAD. Programinė įranga gali padėti sukurti sudėtingas, trimates diagramas arba kontūrus, reikalingus įrankiui, mašinai ar objektui pagaminti. Šių brėžinių reikia laikytis labai kruopščiai, siekiant užtikrinti, kad produktas išlaikytų savo vientisumą. Nors dauguma tiksliojo apdirbimo įmonių dirba su tam tikromis CAD/CAM programomis, pradiniuose projektavimo etapuose jos vis dar dažnai dirba su ranka pieštais eskizais.
Tikslusis apdirbimas naudojamas daugeliui medžiagų, įskaitant plieną, bronzą, grafitą, stiklą ir plastiką, jei paminėtume tik keletą. Priklausomai nuo projekto dydžio ir naudojamų medžiagų, bus naudojami įvairūs tikslaus apdirbimo įrankiai. Gali būti naudojamas bet koks tekinimo staklių, frezavimo staklių, gręžimo presų, pjūklų ir šlifavimo staklių derinys ir netgi greitaeigiai robotai. Aviacijos ir kosmoso pramonėje gali būti naudojamas didelio greičio apdirbimas, o medienos apdirbimo įrankių gamybos pramonėje – fotocheminio ėsdinimo ir frezavimo procesai. Bet kurio konkretaus gaminio partijos arba konkretaus kiekio gamyba gali siekti tūkstančius arba tik kelis vienetus. Tiksliam apdirbimui dažnai reikia programuoti CNC įrenginius, o tai reiškia, kad jie yra valdomi kompiuteriu. CNC įrenginys leidžia laikytis tikslių matmenų viso gaminio gamybos proceso metu.
Frezavimas – tai apdirbimo procesas, kurio metu sukamaisiais pjaustytuvais medžiaga pašalinama iš ruošinio, tam tikra kryptimi stumiant (arba tiekiant) pjaustytuvą į ruošinį. Pjaustyklė taip pat gali būti laikoma kampu įrankio ašies atžvilgiu. Frezavimas apima labai įvairias operacijas ir stakles – nuo mažų atskirų dalių iki didelių, sunkių grupinio frezavimo operacijų. Tai vienas iš dažniausiai naudojamų procesų, skirtų nestandartinėms detalėms apdirbti pagal tikslius tolerancijos nuokrypius.
Frezuoti galima naudojant įvairias stakles. Pradinė frezavimo staklių klasė buvo frezavimo staklės (dažnai vadinamos frezavimo staklėmis). Atsiradus kompiuteriniam skaitmeniniam valdymui (CNC), frezavimo staklės išsivystė į apdirbimo centrus: frezavimo stakles, papildytas automatiniais įrankių keitikliais, įrankių dėtuvėmis arba karuselėmis, CNC galimybėmis, aušinimo sistemomis ir korpusais. Frezavimo centrai paprastai klasifikuojami kaip vertikalūs apdirbimo centrai (VMC) arba horizontalūs apdirbimo centrai (HMC).
Frezavimo integravimas į tekinimo aplinką ir atvirkščiai prasidėjo nuo tekinimo staklių su įjungtais įrankiais ir retkarčiais frezavimo staklių naudojimo tekinimo operacijoms. Tai lėmė naujos klasės staklių – daugiafunkcinių staklių (MTM) – atsiradimą, kurios yra specialiai sukurtos frezavimui ir tekinimo darbams tame pačiame darbo diapazone.
Projektavimo inžinieriams, tyrimų ir plėtros komandoms bei gamintojams, kurie priklauso nuo detalių tiekimo šaltinių, tikslus CNC apdirbimas leidžia kurti sudėtingas detales be papildomo apdorojimo. Tiesą sakant, tikslus CNC apdirbimas dažnai leidžia pagaminti gatavas detales vienoje mašinoje.
Apdirbimo proceso metu pašalinama medžiaga ir naudojamas platus pjovimo įrankių asortimentas, siekiant sukurti galutinį, dažnai labai sudėtingą detalės dizainą. Tikslumo lygis padidinamas naudojant kompiuterinį skaitmeninį valdymą (CNC), kuris naudojamas apdirbimo įrankių valdymui automatizuoti.
CNC vaidmuo tiksliame apdirbime
Naudojant koduotas programavimo instrukcijas, tikslus CNC apdirbimas leidžia ruošinį supjaustyti ir suformuoti pagal specifikacijas be rankinio operatoriaus įsikišimo.
Remdamasis kliento pateiktu kompiuterinio projektavimo (CAD) modeliu, patyręs mechanikas, naudodamas kompiuterinės gamybos programinę įrangą (CAM), sukuria detalės apdirbimo instrukcijas. Remdamasis CAD modeliu, programinė įranga nustato, kokių įrankių trajektorijų reikia, ir sugeneruoja programavimo kodą, kuris nurodo mašinai:
■ Kokie yra teisingi apsukų skaičiai ir padavimo greičiai
■ Kada ir kur perkelti įrankį ir (arba) ruošinį
■ Kaip giliai pjauti
■ Kada naudoti aušinimo skystį
■ Bet kokie kiti veiksniai, susiję su greičiu, padavimo greičiu ir koordinacija
Tada CNC valdiklis naudoja programavimo kodą, kad valdytų, automatizuotų ir stebėtų mašinos judesius.
Šiandien CNC yra integruota daugybės įrenginių dalis – nuo tekinimo staklių, frezavimo staklių ir maršrutizatorių iki vielinio EDM (elektroerozinio apdirbimo), lazerinių ir plazminių pjovimo mašinų. Be apdirbimo proceso automatizavimo ir tikslumo didinimo, CNC panaikina rankines užduotis ir atlaisvina mechanikus, kad šie galėtų prižiūrėti kelias vienu metu veikiančias mašinas.
Be to, suprojektavus įrankio kelią ir užprogramavus staklę, detalę galima apdoroti neribotą skaičių kartų. Tai užtikrina aukštą tikslumo ir pakartojamumo lygį, o tai savo ruožtu daro procesą labai ekonomišką ir pritaikomą.
Apdirbamos medžiagos
Kai kurie dažniausiai apdirbami metalai yra aliuminis, žalvaris, bronza, varis, plienas, titanas ir cinkas. Be to, taip pat galima apdirbti medieną, putplastį, stiklo pluoštą ir plastikus, tokius kaip polipropilenas.
Tiesą sakant, beveik bet kokia medžiaga gali būti naudojama tiksliai apdirbti CNC staklėmis – žinoma, priklausomai nuo pritaikymo ir reikalavimų.
Kai kurie tikslaus CNC apdirbimo privalumai
Daugeliui smulkių dalių ir komponentų, naudojamų įvairiuose gaminiuose, tikslus CNC apdirbimas dažnai yra pasirinktas gamybos būdas.
Kaip ir praktiškai visų pjovimo ir mechaninio apdirbimo metodų atveju, skirtingos medžiagos elgiasi skirtingai, o komponento dydis ir forma taip pat daro didelę įtaką procesui. Tačiau apskritai tikslaus CNC apdirbimo procesas turi pranašumų, palyginti su kitais mechaninio apdirbimo metodais.
Taip yra todėl, kad CNC apdirbimas gali užtikrinti:
■ Didelis detalių sudėtingumo laipsnis
■ Griežti tolerancijos intervalai, paprastai svyruojantys nuo ±0,0002 colio (±0,00508 mm) iki ±0,0005 colio (±0,0127 mm)
■ Išskirtinai lygus paviršius, įskaitant individualias apdailas
■ Pakartojamumas net ir esant dideliems kiekiams
Nors kvalifikuotas mechanikas, naudodamas rankines tekinimo stakles, gali pagaminti kokybiškas detales 10 ar 100 vienetų kiekiais, kas nutinka, kai reikia 1000 detalių? 10 000 detalių? 100 000 ar milijono detalių?
Tikslus CNC apdirbimas suteikia galimybę pasiekti tokio tipo didelio masto gamybai reikalingą mastelio keitimą ir greitį. Be to, didelis tiksliojo CNC apdirbimo pakartojamumas suteikia detales, kurios yra vienodos nuo pradžios iki pabaigos, nesvarbu, kiek detalių gaminate.
Yra keletas labai specializuotų CNC apdirbimo metodų, įskaitant vielinį EDM (elektroerozinį apdirbimą), adityvinį apdirbimą ir 3D lazerinį spausdinimą. Pavyzdžiui, vieliniame EDM naudojamos laidžios medžiagos – paprastai metalai – ir elektros iškrovos, kad ruošinys būtų suformuotas į sudėtingas formas.
Tačiau čia daugiausia dėmesio skirsime frezavimo ir tekinimo procesams – dviem atimties metodams, kurie yra plačiai prieinami ir dažnai naudojami tiksliam CNC apdirbimui.
Frezavimas ir tekinimas
Frezavimas yra mechaninio apdirbimo procesas, kurio metu naudojamas besisukantis cilindrinis pjovimo įrankis medžiagai pašalinti ir formoms sukurti. Frezavimo įranga, vadinama frezavimo staklėmis arba apdirbimo centrais, leidžia apdoroti daugybę sudėtingų detalių geometrijų ant kai kurių didžiausių apdirbamų metalo objektų.
Svarbi frezavimo savybė yra ta, kad ruošinys nejuda, kol pjovimo įrankis sukasi. Kitaip tariant, frezavimo staklėje besisukantis pjovimo įrankis juda aplink ruošinį, kuris lieka fiksuotoje vietoje ant pagrindo.
Tekinimas yra ruošinio pjovimo arba formavimo procesas įrenginyje, vadinamame tekinimo staklėmis. Paprastai tekinimo staklės suka ruošinį vertikalia arba horizontalia ašimi, o fiksuotas pjovimo įrankis (kuris gali suktis arba nesisukti) juda išilgai užprogramuotos ašies.
Įrankis negali fiziškai suktis aplink detalę. Medžiaga sukasi, leisdama įrankiui atlikti užprogramuotas operacijas. (Yra tekinimo staklių pogrupis, kuriame įrankiai sukasi aplink ritės paduodamą vielą, tačiau čia apie tai nekalbama.)
Tekinimo metu, skirtingai nei frezavimo metu, ruošinys sukasi. Detalės ruošinys sukasi ant tekinimo staklių veleno, o pjovimo įrankis liečiasi su ruošiniu.
Rankinis ir CNC apdirbimas
Nors tiek frezavimo, tiek tekinimo staklės yra rankinio valdymo, CNC staklės labiau tinka smulkių detalių gamybai – jos pasižymi mastelio keitimu ir pakartojamumu, kai reikia didelio masto griežto tolerancijos detalių gamybos.
Be paprastų dviašių staklių, kuriose įrankis juda X ir Z ašimis, tikslioji CNC įranga apima ir daugiaašius modelius, kuriuose ruošinys taip pat gali judėti. Tai skiriasi nuo tekinimo staklių, kuriose ruošinys gali tik suktis, o įrankiai juda, kad sukurtų norimą geometriją.
Šios daugiaašės konfigūracijos leidžia pagaminti sudėtingesnes geometrines figūras vienos operacijos metu, nereikalaujant papildomo operatoriaus darbo. Tai ne tik palengvina sudėtingų detalių gamybą, bet ir sumažina arba panaikina operatoriaus klaidų tikimybę.
Be to, aukšto slėgio aušinimo skysčio naudojimas tiksliame CNC apdirbime užtikrina, kad drožlės nepatektų į ruošinį, net ir naudojant stakles su vertikaliai orientuotu velenu.
CNC frezavimo staklės
Skirtingos frezavimo staklės skiriasi savo dydžiu, ašių konfigūracija, padavimo greičiu, pjovimo greičiu, frezavimo padavimo kryptimi ir kitomis savybėmis.
Tačiau apskritai CNC frezavimo staklės naudoja besisukantį veleną nepageidaujamai medžiagai nupjauti. Jos naudojamos pjauti kietus metalus, tokius kaip plienas ir titanas, bet taip pat gali būti naudojamos su tokiomis medžiagomis kaip plastikas ir aliuminis.
CNC frezavimo staklės yra sukurtos taip, kad būtų užtikrintas pakartojamumas, ir gali būti naudojamos viskam – nuo prototipų kūrimo iki didelio masto gamybos. Aukštos klasės tikslios CNC frezavimo staklės dažnai naudojamos darbams su griežtais tolerancijos lygiais, pavyzdžiui, smulkių štampų ir formų frezavimui.
Nors CNC frezavimas gali užtikrinti greitą gamybos laiką, frezuojant galutinę apdailą, detalės lieka su matomomis įrankių žymėmis. Taip pat gali būti pagamintos detalės su aštriais kraštais ir atplaišomis, todėl gali prireikti papildomų procesų, jei kraštai ir atplaišos šioms detalėms yra nepriimtini.
Žinoma, sekoje užprogramuoti šerpetų šalinimo įrankiai pašalins šerpetas, nors paprastai pasiekia ne daugiau kaip 90 % galutinio rezultato, paliekant kai kurias savybes galutiniam rankiniam apdirbimui.
Kalbant apie paviršiaus apdailą, yra įrankių, kurie ne tik suteiks priimtiną paviršiaus apdailą, bet ir veidrodinį pavidalą kai kurioms gaminio dalims.
CNC frezavimo staklių tipai
Du pagrindiniai frezavimo staklių tipai yra žinomi kaip vertikalūs apdirbimo centrai ir horizontalūs apdirbimo centrai, kurių pagrindinis skirtumas yra staklių veleno orientacija.
Vertikalus apdirbimo centras yra frezavimo staklės, kurių veleno ašis yra sulygiuota Z ašies kryptimi. Šias vertikalias stakles galima suskirstyti į du tipus:
■ Loviniai frezavimo staklės, kuriose velenas juda lygiagrečiai savo ašiai, o stalas juda statmenai veleno ašiai
■ Revolverinės frezavimo staklės, kuriose velenas nejuda, o stalas juda taip, kad pjovimo operacijos metu jis visada būtų statmenas ir lygiagretus veleno ašiai
Horizontaliame apdirbimo centre frezos veleno ašis yra sulygiuota Y ašies kryptimi. Horizontali konstrukcija reiškia, kad šios frezos paprastai užima daugiau vietos mechaninių dirbtuvių grindyse; jos taip pat paprastai yra sunkesnės ir galingesnės nei vertikalios staklės.
Horizontalus frezavimo staklės dažnai naudojamos, kai reikia geresnio paviršiaus apdailos; taip yra todėl, kad veleno orientacija reiškia, jog pjovimo drožlės natūraliai nubyra ir yra lengvai pašalinamos. (Papildomas privalumas yra tai, kad efektyvus drožlių pašalinimas padeda pailginti įrankio tarnavimo laiką.)
Apskritai vertikalūs apdirbimo centrai yra labiau paplitę, nes jie gali būti tokie pat galingi kaip horizontalūs apdirbimo centrai ir gali apdoroti labai mažas detales. Be to, vertikalūs centrai užima mažiau vietos nei horizontalūs apdirbimo centrai.
Daugiaašės CNC frezavimo staklės
Tikslūs CNC frezavimo centrai gali būti su keliomis ašimis. Trijų ašių frezavimo staklės naudoja X, Y ir Z ašis įvairiems darbams atlikti. Keturių ašių frezavimo staklės gali suktis vertikalia ir horizontalia ašimis ir judinti ruošinį, kad būtų galima atlikti sklandesnį apdirbimą.
5 ašių frezavimo staklės turi tris tradicines ašis ir dvi papildomas sukamosios ašis, kurios leidžia ruošinį sukti, kai veleno galvutė juda aplink jį. Tai leidžia apdirbti penkias ruošinio puses neišimant ruošinio ir neperkraunant staklės.
CNC tekinimo staklės
Tekinimo staklės, dar vadinamos tekinimo centru, turi vieną ar daugiau verpsčių ir X bei Z ašis. Staklės naudojamos ruošiniui sukti apie jo ašį, kad būtų galima atlikti įvairias pjovimo ir formavimo operacijas, taikant ruošiniui įvairius įrankius.
CNC tekinimo staklės, dar vadinamos tiesioginio veikimo įrankinėmis tekinimo staklėmis, idealiai tinka simetriškoms cilindrinėms arba sferinėms detalėms kurti. Kaip ir CNC frezavimo staklės, CNC tekinimo staklės gali atlikti mažesnes operacijas, tokias kaip prototipų kūrimas, tačiau jas taip pat galima nustatyti dideliam pakartojamumui, palaikant didelių kiekių gamybą.
CNC tekinimo staklės taip pat gali būti pritaikytos gamybai be rankų darbo, todėl jos plačiai naudojamos automobilių, elektronikos, aviacijos ir kosmoso, robotikos ir medicinos prietaisų pramonėje.
Kaip veikia CNC tekinimo staklės
CNC tekinimo staklėje į tekinimo staklių veleno griebtuvą įdedamas ruošinio strypas. Šis griebtuvas laiko ruošinį vietoje, kol velenas sukasi. Kai velenas pasiekia reikiamą greitį, stacionarus pjovimo įrankis paliečia ruošinį, kad pašalintų medžiagą ir pasiektų teisingą geometriją.
CNC tekinimo staklės gali atlikti daugybę operacijų, tokių kaip gręžimas, sriegimas, ištekinimas, praplatinimas, plokštuminis apdirbimas ir kūginis tekinimas. Skirtingoms operacijoms reikia keisti įrankius, todėl gali padidėti sąnaudos ir nustatymo laikas.
Kai visos reikiamos apdirbimo operacijos yra baigtos, detalė išpjaunama iš ruošinio tolesniam apdirbimui, jei reikia. Tada CNC tekinimo staklės yra paruoštos pakartoti operaciją, paprastai prireikiant mažai arba visai nereikia papildomo nustatymo laiko.
CNC tekinimo staklėse taip pat gali būti montuojami įvairūs automatiniai strypų tiektuvai, kurie sumažina rankinio žaliavų tvarkymo kiekį ir suteikia tokių privalumų:
■ Sumažinkite mašinos operatoriaus laiką ir pastangas
■ Paremkite strypą, kad sumažintumėte vibracijas, kurios gali neigiamai paveikti tikslumą
■ Leiskite staklėms veikti optimaliu veleno greičiu
■ Sumažinkite pakeitimo laiką
■ Sumažinkite medžiagų atliekas
CNC tekinimo staklių tipai
Yra daug skirtingų tekinimo staklių tipų, tačiau dažniausiai pasitaiko dviejų ašių CNC tekinimo staklės ir kiniško stiliaus automatinės tekinimo staklės.
Daugumoje Kinijos CNC tekinimo staklių naudojamas vienas arba du pagrindiniai velenai ir vienas arba du užpakaliniai (arba antriniai) velenai, už kuriuos atsakingas sukamasis perdavimo mechanizmas. Pagrindinis velenas atlieka pagrindinę apdirbimo operaciją, naudodamas kreipiamąją įvorę.
Be to, kai kuriuose kiniško stiliaus tekinimo staklėse yra antra įrankio galvutė, kuri veikia kaip CNC frezavimo staklės.
CNC kiniško stiliaus automatinėse tekinimo staklėse ruošinys per slankiojančią galvutės veleną paduodamas į kreipiamąją įvorę. Tai leidžia įrankiui pjauti medžiagą arčiau taško, kuriame medžiaga yra atraminė, todėl kiniško stiliaus staklės ypač naudingos ilgoms, plonoms tekintoms detalėms ir mikroapdirbimui.
Daugiaašiai CNC tekinimo centrai ir kiniško stiliaus tekinimo staklės gali atlikti kelias apdirbimo operacijas naudodamos vieną stakles. Tai daro jas ekonomišku pasirinkimu sudėtingoms geometrijoms, kurioms kitaip reikėtų kelių staklių ar įrankių keitimo naudojant tokią įrangą kaip tradicinės CNC frezavimo staklės.