Precisiebewerking is een proces om materiaal uit een werkstuk te verwijderen tijdens het vasthouden van nauwe tolerantieafwerkingen. De precisiemachine heeft veel soorten, waaronder frezen, draaien en elektrische ontladingsbewerking. Een precisiemachine wordt tegenwoordig over het algemeen gecontroleerd met behulp van een computernumerieke bedieningselementen (CNC).
Bijna alle metaalproducten gebruiken precisiebewerking, net als vele andere materialen zoals plastic en hout. Deze machines worden bediend door gespecialiseerde en getrainde machinisten. Om het snijgereedschap zijn werk te laten doen, moet het worden verplaatst in aanwijzingen die zijn opgegeven om de juiste snit te maken. Deze primaire beweging wordt de "snijsnelheid" genoemd. Het werkstuk kan ook worden verplaatst, bekend als de secundaire beweging van 'feed'. Samen kunnen deze bewegingen en de scherpte van het snijgereedschap de precisiemachine laten werken.
Kwaliteits precisiebewerking vereist de mogelijkheid om extreem specifieke blauwdrukken te volgen die zijn gemaakt door CAD (computerondersteund ontwerp) of CAM -programma's (computerondersteunde productie) zoals AutoCAD en Turbocad. De software kan helpen bij het produceren van de complexe, driedimensionale diagrammen of contouren die nodig zijn om een gereedschap, machine of object te produceren. Deze blauwdrukken moeten met veel detail worden nageleefd om ervoor te zorgen dat een product zijn integriteit behoudt. Terwijl de meeste precisie-bewerkingsbedrijven werken met een vorm van CAD/CAM-programma's, werken ze nog steeds vaak met handgetekende schetsen in de eerste fasen van een ontwerp.
Precisiebewerking wordt gebruikt op een aantal materialen, waaronder staal, brons, grafiet, glas en kunststoffen om er maar een paar te noemen. Afhankelijk van de grootte van het project en de te gebruiken materialen, worden verschillende precisie -bewerkingstools gebruikt. Elke combinatie van draaibanken, freesmachines, boorpersen, zagen en slijpmachines, en zelfs hogesnelheid robotica kan worden gebruikt. De ruimtevaartindustrie kan een hoge snelheidsbewerking gebruiken, terwijl een industrie voor het maken van houtwerk tools foto-chemische etsen en freesprocessen kan gebruiken. Het karnen van een run, of een specifieke hoeveelheid van een bepaald item, kan in de duizenden tellen of er maar een paar zijn. Precisiebewerking vereist vaak de programmering van CNC -apparaten, wat betekent dat ze computer numeriek worden gecontroleerd. Met het CNC -apparaat kunnen exacte afmetingen worden gevolgd tijdens de loop van een product.
Frezen is het bewerkingsproces van het gebruik van roterende snijders om materiaal uit een werkstuk te verwijderen door de snijder in het werkstuk in een bepaalde richting in het werkstuk te bevorderen (of te voeden). De snijder kan ook onder een hoek worden gehouden ten opzichte van de as van het gereedschap. Frezen omvat een breed scala aan verschillende bewerkingen en machines, op schalen van kleine individuele onderdelen tot grote, zware bendefrezen. Het is een van de meest gebruikte processen voor het bewerken van aangepaste onderdelen tot precieze toleranties.
Frees kan worden gedaan met een breed scala aan machine -tools. De originele klasse van machinegereedschap voor frezen was de freesmachine (vaak een molen genoemd). Na de komst van computernumerieke besturing (CNC) evolueerden freesmachines naar bewerkingscentra: freesmachines aangevuld met automatische gereedschapswisselaars, gereedschapsmagazines of carrousels, CNC -mogelijkheden, koelvloeistofsystemen en behuizingen. Freescentra worden over het algemeen geclassificeerd als verticale bewerkingscentra (VMC's) of horizontale bewerkingscentra (HMC's).
De integratie van frezen in draaiende omgevingen, en vice versa, begonnen met live tooling voor draaibanken en af en toe gebruik van molens voor het draaien van bewerkingen. Dit leidde tot een nieuwe klasse machine-tools, multitasking machines (MTMS), die speciaal zijn gebouwd om frezen te vergemakkelijken en binnen dezelfde werkomschakel te draaien.
Voor ontwerpingenieurs, R & D -teams en fabrikanten die afhankelijk zijn van een deel sourcing, maakt precisie -CNC -bewerking het maken van complexe onderdelen zonder extra verwerking mogelijk. Precisie CNC -bewerking maakt het zelfs mogelijk dat afgewerkte onderdelen op een enkele machine worden gemaakt.
Het bewerkingsproces verwijdert materiaal en maakt gebruik van een breed scala aan snijgereedschap om het uiteindelijke en vaak zeer complexe ontwerp van een onderdeel te creëren. Het precisieniveau wordt verbeterd door het gebruik van computernumerieke besturing (CNC), die wordt gebruikt om de controle van de bewerkingsgereedschappen te automatiseren.
De rol van "CNC" bij precisie -bewerking
Met behulp van gecodeerde programmeerinstructies kan een precisie -CNC -bewerking een werkstuk kunnen worden gesneden en gevormd volgens specificaties zonder handmatige interventie door een machine -operator.
Een CAMP -model Aided Design (CAD) dat wordt verstrekt door een klant, gebruikt een deskundige machinist Computer Aided Manufacturing Software (CAM) om de instructies voor het bewerken van het onderdeel te maken. Op basis van het CAD -model bepaalt de software welke toolpaden nodig zijn en genereert de programmeercode die de machine vertelt:
■ Wat de juiste RPM's en voedingssnelheden zijn
■ Wanneer en waar het gereedschap en/of werkstuk te verplaatsen
■ Hoe diep te snijden
■ Wanneer u koelvloeistof moet aanbrengen
■ Alle andere factoren met betrekking tot snelheid, voedingssnelheid en coördinatie
Een CNC -controller gebruikt vervolgens de programmeercode om de bewegingen van de machine te bedienen, automatiseren en controleren.
Tegenwoordig is CNC een ingebouwde functie van een breed scala aan apparatuur, van draaibanken, molens en routers tot Draad EDM (elektrische ontladingsbewerking), laser- en plasma snijmachines. Naast het automatiseren van het bewerkingsproces en het verbeteren van de precisie, elimineert CNC handmatige taken en bevrijdt machinisten om toezicht te houden op meerdere machines die tegelijkertijd worden uitgevoerd.
Als eenmaal een gereedschapspad is ontworpen en een machine is geprogrammeerd, kan het bovendien een deel van een aantal keren een deel uitvoeren. Dit biedt een hoog niveau van precisie en herhaalbaarheid, wat op zijn beurt het proces zeer kosteneffectief en schaalbaar maakt.
Materialen die worden bewerkt
Sommige metalen die vaak worden bewerkt, zijn aluminium, messing, brons, koper, staal, titanium en zink. Bovendien kunnen hout, schuim, glasvezel en kunststoffen zoals polypropyleen ook worden bewerkt.
In feite kan zowat elk materiaal worden gebruikt met precisie CNC -bewerking - natuurlijk, afhankelijk van de toepassing en de vereisten.
Enkele voordelen van precisie CNC -bewerking
Voor veel van de kleine onderdelen en componenten die worden gebruikt in een breed scala van geproduceerde producten, is precisie CNC -bewerking vaak de favoriete fabricagemethode.
Zoals geldt voor vrijwel alle methoden voor het snijden en bewerken, gedragen verschillende materialen zich anders en hebben de grootte en vorm van een component ook een grote impact op het proces. Over het algemeen biedt het proces van precisie CNC -bewerking echter voordelen ten opzichte van andere bewerkingsmethoden.
Dat komt omdat CNC -bewerking kan leveren:
■ Een hoge mate van deelcomplexiteit
■ Strakke toleranties, meestal variërend van ± 0,0002 "(± 0,00508 mm) tot ± 0,0005" (± 0,0127 mm)
■ Uitzonderlijk gladde oppervlakte -afwerkingen, inclusief aangepaste afwerkingen
■ Herhaalbaarheid, zelfs bij grote volumes
Hoewel een ervaren machinist een handmatige draaibank kan gebruiken om een kwaliteitsonderdeel te maken in hoeveelheden van 10 of 100, wat gebeurt er als u 1.000 onderdelen nodig hebt? 10.000 delen? 100.000 of een miljoen delen?
Met Precision CNC-bewerking kunt u de schaalbaarheid en snelheid krijgen die nodig is voor dit type hoogvolume productie. Bovendien geeft de hoge herhaalbaarheid van precisie CNC -bewerking u onderdelen die allemaal hetzelfde zijn van begin tot eind, ongeacht hoeveel onderdelen u produceert.
Er zijn enkele zeer gespecialiseerde methoden voor CNC -bewerking, waaronder draad -EDM (elektrische ontladingsbewerking), additieve bewerking en 3D -laserafdrukken. Draad EDM gebruikt bijvoorbeeld geleidende materialen -meestal metalen -en elektrische ontladingen om een werkstuk in ingewikkelde vormen te eroderen.
Hier zullen we ons echter concentreren op de frees- en draaiprocessen - twee subtractieve methoden die op grote schaal beschikbaar zijn en vaak worden gebruikt voor precisie CNC -bewerking.
Frezen versus draaien
Frezen is een bewerkingsproces dat een roterend, cilindrisch snijgereedschap gebruikt om materiaal te verwijderen en vormen te maken. Freesapparatuur, bekend als een molen of een bewerkingscentrum, bereikt een universum van complexe deel geometrieën op enkele van de grootste objecten bewerkte metaal.
Een belangrijk kenmerk van frezen is dat het werkstuk stationair blijft terwijl het snijgereedschap draait. Met andere woorden, op een molen beweegt het roterende snijgereedschap rond het werkstuk, dat op een bed op een bed blijft.
Draaien is het proces van het snijden of vormgeven van een werkstuk op apparatuur die een draaibank wordt genoemd. Meestal draait de draaibank het werkstuk op een verticale of horizontale as, terwijl een vast snijgereedschap (dat al dan niet draait) langs de geprogrammeerde as beweegt.
Het gereedschap kan niet fysiek rondgaan. Het materiaal roteert, waardoor het gereedschap de geprogrammeerde bewerkingen kan uitvoeren. (Er is een subset van draaibanken waarin de gereedschappen rond een spoel-gevoede draad draaien, die hier niet wordt behandeld.)
Bij het draaien, in tegenstelling tot frezen, draait het werkstuk. De deelvoorraad zet de spil van de draaibank in en het snijgereedschap wordt in contact gebracht met het werkstuk.
Manual versus CNC -bewerking
Hoewel zowel molens als draaibanken beschikbaar zijn in handmatige modellen, zijn CNC -machines beter geschikt voor de productie van kleine onderdelen - het bieden van schaalbaarheid en herhaalbaarheid voor toepassingen die een hoog volume -productie van strakke tolerantieonderdelen vereisen.
Naast het aanbieden van eenvoudige 2-assige machines waarin het gereedschap in de X- en Z-assen beweegt, omvatten precisie CNC-apparatuur multi-as modellen waarin het werkstuk ook kan bewegen. Dit in tegenstelling tot een draaibank waarbij het werkstuk beperkt is tot draaien en de tools zullen bewegen om de gewenste geometrie te creëren.
Deze multi-asconfiguraties zorgen voor de productie van meer complexe geometrieën in een enkele bewerking, zonder extra werk van de machine-operator. Dit maakt het niet alleen eenvoudiger om complexe onderdelen te produceren, maar vermindert of elimineert ook de kans op operatorfout.
Bovendien zorgt het gebruik van hogedrukkoelvloeistof met precisie CNC-bewerking ervoor dat chips niet in de werkzaam zijn, zelfs bij het gebruik van een machine met een verticaal georiënteerde spil.
CNC Mills
Verschillende freesmachines variëren in hun afmetingen, asconfiguraties, voedingssnelheden, snijsnelheid, de freesfeedrichting en andere kenmerken.
Over het algemeen gebruiken CNC Mills echter allemaal een roterende spil om ongewenst materiaal weg te snijden. Ze worden gebruikt om harde metalen zoals staal en titanium te snijden, maar kunnen ook worden gebruikt met materialen zoals plastic en aluminium.
CNC -molens zijn gebouwd voor herhaalbaarheid en kunnen worden gebruikt voor alles, van prototyping tot hoogvolumeproductie. High-end precisie CNC-molens worden vaak gebruikt voor strak tolerantiewerkzaamheden, zoals freesfine sterft en vormen.
Terwijl CNC-frezen een snelle ommekeer kan opleveren, creëert AS-gemaakte afwerking onderdelen met zichtbare gereedschapsporen. Het kan ook onderdelen produceren met enkele scherpe randen en bramen, dus extra processen kunnen nodig zijn als randen en bramen onaanvaardbaar zijn voor die functies.
Natuurlijk zullen ontplooientools die in de reeks zijn geprogrammeerd, ontdoend, hoewel het meestal 90% van de voltooide eis voldoet, waardoor sommige functies voor de laatste handafwerking achterblijven.
Wat betreft de oppervlakteafwerking, er zijn gereedschap die niet alleen een acceptabele oppervlakte-afwerking zullen produceren, maar ook een spiegelachtige afwerking op delen van het werkproduct.
Soorten CNC Mills
De twee basistypen van freesmachines staan bekend als verticale bewerkingscentra en horizontale bewerkingscentra, waar het primaire verschil zit in de oriëntatie van de machinespil.
Een verticaal bewerkingscentrum is een molen waarin de spindelas in een Z-asrichting wordt uitgelijnd. Deze verticale machines kunnen verder worden onderverdeeld in twee typen:
■ Bedmolens, waarbij de spindel parallel aan zijn eigen as beweegt, terwijl de tafel loodrecht op de as van de spindel beweegt
■ Turret -molens, waarin de spindel stationair is en de tafel wordt verplaatst zodat deze altijd loodrecht en parallel is aan de as van de spil tijdens de snijbewerking
In een horizontaal bewerkingscentrum wordt de spindelas van de molen uitgelijnd in een y-as richting. De horizontale structuur betekent dat deze molens de neiging hebben om meer ruimte in te nemen op de machinewinkelvloer; Ze zijn over het algemeen ook zwaarder in gewicht en krachtiger dan verticale machines.
Een horizontale molen wordt vaak gebruikt wanneer een betere oppervlakteafwerking vereist is; Dat komt omdat de oriëntatie van de spil betekent dat de snijschips van nature wegvallen en gemakkelijk worden verwijderd. (Als bijkomend voordeel helpt efficiënte chipverwijdering om de levensduur van het gereedschap te vergroten.)
Over het algemeen komen verticale bewerkingscentra vaker voor omdat ze net zo krachtig kunnen zijn als horizontale bewerkingscentra en kunnen ze zeer kleine onderdelen verwerken. Bovendien hebben verticale centra een kleinere voetafdruk dan horizontale bewerkingscentra.
Multi-Axis CNC Mills
Precisie CNC Mill Centers zijn beschikbaar met meerdere assen. Een 3-assige molen gebruikt de X-, Y- en Z-assen voor een breed scala aan werk. Met een 4-assige molen kan de machine draaien op een verticale en horizontale as en het werkstuk verplaatsen om meer continue bewerking mogelijk te maken.
Een 5-assige molen heeft drie traditionele assen en twee extra roterende assen, waardoor het werkstuk kan worden gedraaid terwijl de spilkop eromheen beweegt. Hierdoor kunnen vijf kanten van een werkstuk worden bewerkt zonder het werkstuk te verwijderen en de machine te resetten.
CNC draaibanken
Een draaibank - ook wel een draaiende midden genoemd - heeft een of meer spillen en X- en Z -assen. De machine wordt gebruikt om een werkstuk op zijn as te roteren om verschillende snij- en vormbewerkingen uit te voeren, waardoor een breed scala aan gereedschappen op het werkstuk wordt toegepast.
CNC draaibanken, die ook live actietools -draaibanken worden genoemd, zijn ideaal voor het creëren van symmetrische cilindrische of bolvormige onderdelen. Net als CNC Mills kunnen CNC -draaibanken kleinere bewerkingen omgaan met dergelijke prototyping, maar kunnen ook worden opgezet voor een hoge herhaalbaarheid, ter ondersteuning van de productie van hoge volumes.
CNC-draaibanken kunnen ook worden opgezet voor een relatief handsfree productie, waardoor ze op grote schaal worden gebruikt in de auto, elektronica, ruimtevaart, robotica en medische hulpmiddelen.
Hoe een CNC -draaibank werkt
Met een CNC -draaibank wordt een lege staaf voorraadmateriaal in de klootzak van de spindel van de draaibank geladen. Deze chuck houdt het werkstuk op zijn plaats terwijl de spil roteert. Wanneer de spil de vereiste snelheid bereikt, wordt een stationair snijgereedschap in contact gebracht met het werkstuk om materiaal te verwijderen en de juiste geometrie te bereiken.
Een CNC -draaibank kan een aantal bewerkingen uitvoeren, zoals boren, insjaren, saai, saai, opstellen, geconfronteerd en omdraaiend afbouwen. Verschillende bewerkingen vereisen gereedschapswijzigingen en kunnen de kosten en de insteltijd verhogen.
Wanneer alle vereiste bewerkingen worden voltooid, wordt het onderdeel indien nodig uit de voorraad gesneden voor verdere verwerking. De CNC -draaibank is dan klaar om de bewerking te herhalen, met weinig of geen extra instellingstijd die gewoonlijk tussendoor vereist is.
CNC -draaibanken kunnen ook geschikt zijn voor een verscheidenheid aan automatische staafvoeders, die de hoeveelheid handmatige grondstofafhandeling verminderen en voordelen bieden zoals de volgende:
■ Verminder de vereiste tijd en inspanningen van de machine -operator
■ Ondersteun de barstock om trillingen te verminderen die de precisie negatief kunnen beïnvloeden
■ Laat het machine -gereedschap werken met optimale spindelsnelheden
■ Minimaliseer omschakelingstijden
■ Verminder materiaalverspilling
Soorten CNC -draaibanken
Er zijn een aantal verschillende soorten draaibanken, maar de meest voorkomende zijn 2-assige CNC-draaibanken en automatische draaibanken in China-stijl.
De meeste CNC China draaibanken gebruiken een of twee hoofdspillen plus een of twee rug (of secundaire) spillen, met roterende overdracht die verantwoordelijk is voor de eerste. De hoofdspil voert de primaire bewerkingsoperatie uit, met behulp van een geleidebus.
Bovendien zijn sommige draaibanken in China uitgerust met een tweede gereedschapshoofd die werkt als een CNC-molen.
Met een CNC China-stijl automatische draaibank wordt het stockmateriaal door een schuifhoofdspil in een geleidebus gevoerd. Hierdoor kan het gereedschap het materiaal dichter bij het punt snijden waar het materiaal wordt ondersteund, waardoor de China -machine bijzonder gunstig is voor lange, slanke gedraaide onderdelen en voor micromachining.
Multi-Axis CNC draaicentra en Chinese draaibanken kunnen meerdere bewerkingen uitvoeren met behulp van een enkele machine. Dit maakt ze een kosteneffectieve optie voor complexe geometrieën die anders meerdere machines of gereedschapswijzigingen vereisen met behulp van apparatuur zoals een traditionele CNC-molen.