Presisiebewerking is 'n proses om materiaal uit 'n werkstuk te verwyder tydens die hou van noue toleransie-afwerkings. Die presisiemasjien het baie tipes, insluitend freeswerk, draaiwerk en elektriese ontladingsbewerking. 'n Presisiemasjien word vandag oor die algemeen beheer deur middel van rekenaarnumeriese beheer (CNC).
Byna alle metaalprodukte gebruik presisiebewerking, net soos baie ander materiale soos plastiek en hout. Hierdie masjiene word deur gespesialiseerde en opgeleide masjiniste bedryf. Om die snygereedskap sy werk te laat doen, moet dit in gespesifiseerde rigtings beweeg word om die korrekte sny te maak. Hierdie primêre beweging word die "snyspoed" genoem. Die werkstuk kan ook beweeg word, bekend as die sekondêre beweging van "voer". Saam laat hierdie bewegings en die skerpte van die snygereedskap die presisiemasjien toe om te werk.
Gehalte-presisiebewerking vereis die vermoë om uiters spesifieke bloudrukke te volg wat deur CAD (rekenaargesteunde ontwerp) of CAM (rekenaargesteunde vervaardiging) programme soos AutoCAD en TurboCAD gemaak is. Die sagteware kan help om die komplekse, driedimensionele diagramme of buitelyne te produseer wat nodig is om 'n gereedskap, masjien of voorwerp te vervaardig. Hierdie bloudrukke moet met groot detail nagekom word om te verseker dat 'n produk sy integriteit behou. Terwyl die meeste presisiebewerkingsmaatskappye met een of ander vorm van CAD/CAM-programme werk, werk hulle steeds dikwels met handgetekende sketse in die aanvanklike fases van 'n ontwerp.
Presisiebewerking word op 'n aantal materiale gebruik, insluitend staal, brons, grafiet, glas en plastiek, om maar 'n paar te noem. Afhangende van die grootte van die projek en die materiale wat gebruik gaan word, sal verskeie presisiebewerkingsgereedskap gebruik word. Enige kombinasie van draaibanke, freesmasjiene, boorperse, sae en slypmasjiene, en selfs hoëspoed-robotika, kan gebruik word. Die lugvaartbedryf kan hoësnelheidsbewerking gebruik, terwyl 'n houtwerkgereedskapbedryf fotochemiese ets- en freesprosesse kan gebruik. Die uitkarring van 'n lopie, of 'n spesifieke hoeveelheid van enige spesifieke item, kan in die duisende tel, of net 'n paar wees. Presisiebewerking vereis dikwels die programmering van CNC-toestelle, wat beteken dat hulle numeries rekenaarbeheer word. Die CNC-toestel maak dit moontlik om presiese afmetings dwarsdeur die lopie van 'n produk te volg.
Freeswerk is die masjineringsproses waar roterende snyers gebruik word om materiaal van 'n werkstuk te verwyder deur die snyer in 'n sekere rigting in die werkstuk te beweeg (of te voer). Die snyer kan ook teen 'n hoek relatief tot die as van die gereedskap gehou word. Freeswerk dek 'n wye verskeidenheid verskillende bewerkings en masjiene, op skale van klein individuele onderdele tot groot, swaar groepsfreesbewerkings. Dit is een van die mees gebruikte prosesse vir die masjinering van pasgemaakte onderdele tot presiese toleransies.
Freeswerk kan met 'n wye reeks masjiengereedskap gedoen word. Die oorspronklike klas masjiengereedskap vir freeswerk was die freesmasjien (dikwels 'n meul genoem). Na die koms van rekenaar numeriese beheer (CNC) het freesmasjiene ontwikkel tot masjineringsentra: freesmasjiene aangevul deur outomatiese gereedskapwisselaars, gereedskaptydskrifte of karrousels, CNC-vermoë, verkoelingstelsels en omhulsels. Freessentrums word oor die algemeen geklassifiseer as vertikale masjineringsentra (VMC's) of horisontale masjineringsentra (HMC's).
Die integrasie van freeswerk in draaiomgewings, en andersom, het begin met lewendige gereedskap vir draaibanke en die af en toe gebruik van freesmasjiene vir draaibewerkings. Dit het gelei tot 'n nuwe klas masjiengereedskap, multitaakmasjiene (MTM's), wat doelgerig gebou is om freeswerk en draaiwerk binne dieselfde werksomvang te vergemaklik.
Vir ontwerpingenieurs, O&O-spanne en vervaardigers wat afhanklik is van onderdeleverkryging, maak presisie-CNC-bewerking die skep van komplekse onderdele moontlik sonder addisionele verwerking. Trouens, presisie-CNC-bewerking maak dit dikwels moontlik om afgewerkte onderdele op 'n enkele masjien te vervaardig.
Die masjineringsproses verwyder materiaal en gebruik 'n wye reeks snygereedskap om die finale, en dikwels hoogs komplekse, ontwerp van 'n onderdeel te skep. Die vlak van presisie word verbeter deur die gebruik van rekenaar numeriese beheer (CNC), wat gebruik word om die beheer van die masjineringsgereedskap te outomatiseer.
Die rol van "CNC" in presisiebewerking
Deur gebruik te maak van gekodeerde programmeringsinstruksies, laat presisie-CNC-bewerking toe dat 'n werkstuk gesny en gevorm word volgens spesifikasies sonder handmatige ingryping deur 'n masjienoperateur.
Deur 'n rekenaargesteunde ontwerp (CAD) model wat deur 'n kliënt verskaf word, te gebruik, gebruik 'n kundige masjinis rekenaargesteunde vervaardigingsagteware (CAM) om die instruksies vir die bewerking van die onderdeel te skep. Gebaseer op die CAD model, bepaal die sagteware watter gereedskappaaie benodig word en genereer die programmeringskode wat die masjien vertel:
■ Wat die korrekte RPM's en voerspoed is
■ Wanneer en waarheen om die gereedskap en/of werkstuk te skuif
■ Hoe diep om te sny
■ Wanneer om koelmiddel aan te wend
■ Enige ander faktore wat verband hou met spoed, voerspoed en koördinasie
'n CNC-beheerder gebruik dan die programmeringskode om die bewegings van die masjien te beheer, te outomatiseer en te monitor.
Vandag is CNC 'n ingeboude kenmerk van 'n wye reeks toerusting, van draaibanke, freesmasjiene en routers tot draad EDM (elektriese ontladingsbewerking), laser- en plasmasnymasjiene. Benewens die outomatisering van die bewerkingsproses en die verbetering van presisie, elimineer CNC handmatige take en bevry masjiniste om toesig te hou oor verskeie masjiene wat gelyktydig loop.
Boonop, sodra 'n gereedskapspad ontwerp en 'n masjien geprogrammeer is, kan dit 'n onderdeel enige aantal kere laat loop. Dit bied 'n hoë vlak van presisie en herhaalbaarheid, wat weer die proses hoogs koste-effektief en skaalbaar maak.
Materiale wat gemasjineer word
Sommige metale wat algemeen bewerk word, sluit in aluminium, koper, brons, koper, staal, titanium en sink. Daarbenewens kan hout, skuim, veselglas en plastiek soos polipropileen ook bewerk word.
Trouens, omtrent enige materiaal kan met presisie-CNC-bewerking gebruik word – natuurlik, afhangende van die toepassing en die vereistes daarvan.
Sommige voordele van presisie CNC-bewerking
Vir baie van die klein onderdele en komponente wat in 'n wye reeks vervaardigde produkte gebruik word, is presisie-CNC-bewerking dikwels die vervaardigingsmetode van keuse.
Soos met feitlik alle sny- en bewerkingsmetodes, tree verskillende materiale anders op, en die grootte en vorm van 'n komponent het ook 'n groot impak op die proses. Oor die algemeen bied die proses van presisie-CNC-bewerking egter voordele bo ander bewerkingsmetodes.
Dit is omdat CNC-bewerking in staat is om te lewer:
■ 'n Hoë mate van onderdeelkompleksiteit
■ Nou toleransies, tipies van ±0.0002" (±0.00508 mm) tot ±0.0005" (±0.0127 mm)
■ Uitsonderlik gladde oppervlakafwerkings, insluitend pasgemaakte afwerkings
■ Herhaalbaarheid, selfs teen hoë volumes
Terwyl 'n bekwame masjinis 'n handdraaibank kan gebruik om 'n kwaliteitsonderdeel in hoeveelhede van 10 of 100 te maak, wat gebeur as jy 1 000 onderdele benodig? 10 000 onderdele? 100 000 of 'n miljoen onderdele?
Met presisie-CNC-bewerking kan jy die skaalbaarheid en spoed kry wat nodig is vir hierdie tipe hoëvolumeproduksie. Boonop gee die hoë herhaalbaarheid van presisie-CNC-bewerking jou onderdele wat van begin tot einde dieselfde is, ongeag hoeveel onderdele jy produseer.
Daar is 'n paar baie gespesialiseerde metodes van CNC-bewerking, insluitend draad-EDM (elektriese ontladingsbewerking), additiewe bewerking en 3D-laserdrukwerk. Draad-EDM gebruik byvoorbeeld geleidende materiale – tipies metale – en elektriese ontladings om 'n werkstuk in ingewikkelde vorms te erodeer.
Hier sal ons egter fokus op die frees- en draaiprosesse — twee subtraktiewe metodes wat wyd beskikbaar is en gereeld vir presisie-CNC-bewerking gebruik word.
Freeswerk teenoor draaiwerk
Freeswerk is 'n masjineringsproses wat 'n roterende, silindriese snygereedskap gebruik om materiaal te verwyder en vorms te skep. Freestoerusting, bekend as 'n meul of 'n masjineringsentrum, bereik 'n heelal van komplekse onderdeelgeometrieë op sommige van die grootste voorwerpe wat bewerk is met metaal.
'n Belangrike kenmerk van freeswerk is dat die werkstuk stilstaan terwyl die snygereedskap draai. Met ander woorde, op 'n freesmasjien beweeg die roterende snygereedskap om die werkstuk, wat op 'n bed vas bly.
Draaiwerk is die proses om 'n werkstuk te sny of te vorm op toerusting wat 'n draaibank genoem word. Tipies draai die draaibank die werkstuk op 'n vertikale of horisontale as terwyl 'n vaste snygereedskap (wat dalk draai of nie draai nie) langs die geprogrammeerde as beweeg.
Die gereedskap kan nie fisies om die onderdeel beweeg nie. Die materiaal roteer, wat die gereedskap toelaat om die geprogrammeerde bewerkings uit te voer. (Daar is 'n subgroep van draaibanke waarin die gereedskap om 'n spoel-gevoede draad draai, maar dit word nie hier gedek nie.)
In draaiwerk, anders as freeswerk, draai die werkstuk. Die onderdeelvoorraad draai op die draaibank se spil en die snygereedskap word in kontak met die werkstuk gebring.
Handmatige teenoor CNC-bewerking
Alhoewel beide freesmasjiene en draaibanke in handmatige modelle beskikbaar is, is CNC-masjiene meer geskik vir die vervaardiging van klein onderdele – wat skaalbaarheid en herhaalbaarheid bied vir toepassings wat hoë volume produksie van onderdele met noue toleransie vereis.
Benewens die aanbied van eenvoudige 2-as masjiene waarin die gereedskap in die X- en Z-asse beweeg, sluit presisie CNC-toerusting multi-as modelle in waarin die werkstuk ook kan beweeg. Dit is in teenstelling met 'n draaibank waar die werkstuk beperk is tot spin en die gereedskap sal beweeg om die verlangde geometrie te skep.
Hierdie multi-as konfigurasies maak die produksie van meer komplekse geometrieë in 'n enkele operasie moontlik, sonder dat addisionele werk deur die masjienoperateur vereis word. Dit maak dit nie net makliker om komplekse onderdele te produseer nie, maar verminder of elimineer ook die kans op operateurfoute.
Daarbenewens verseker die gebruik van hoëdruk-koelmiddel met presisie-CNC-bewerking dat skyfies nie in die werke beland nie, selfs wanneer 'n masjien met 'n vertikaal georiënteerde spil gebruik word.
CNC-frese
Verskillende freesmasjiene verskil in hul groottes, askonfigurasies, voerspoed, snyspoed, die freesvoerrigting en ander eienskappe.
Oor die algemeen gebruik CNC-frese egter 'n roterende spil om ongewenste materiaal weg te sny. Hulle word gebruik om harde metale soos staal en titanium te sny, maar kan ook met materiale soos plastiek en aluminium gebruik word.
CNC-frese is gebou vir herhaalbaarheid en kan vir alles gebruik word, van prototipering tot hoëvolumeproduksie. Hoë-end presisie CNC-frese word dikwels gebruik vir werk met noue toleransies, soos die frees van fyn matryse en vorms.
Terwyl CNC-freeswerk vinnige ommeswaai kan lewer, skep afwerking soos gefrees onderdele met sigbare gereedskapmerke. Dit kan ook onderdele met skerp kante en brame produseer, dus kan addisionele prosesse nodig wees as kante en brame onaanvaarbaar is vir daardie kenmerke.
Natuurlik sal ontbraamgereedskap wat in die volgorde geprogrammeer is, ontbraam, hoewel dit gewoonlik hoogstens 90% van die voltooide vereiste bereik, wat sommige kenmerke vir finale handafwerking oorlaat.
Wat oppervlakafwerking betref, is daar gereedskap wat nie net 'n aanvaarbare oppervlakafwerking sal lewer nie, maar ook 'n spieëlagtige afwerking op dele van die werkproduk.
Tipes CNC-frese
Die twee basiese tipes freesmasjiene staan bekend as vertikale bewerkingsentrums en horisontale bewerkingsentrums, waar die primêre verskil in die oriëntasie van die masjienspindel is.
'n Vertikale bewerkingsentrum is 'n freesmasjien waarin die spil-as in 'n Z-as-rigting in lyn is. Hierdie vertikale masjiene kan verder in twee tipes verdeel word:
■Bedfreesmasjiene, waarin die spil parallel met sy eie as beweeg terwyl die tafel loodreg op die as van die spil beweeg
■Towerfreesmasjiene, waarin die spil stilstaan en die tafel beweeg word sodat dit altyd loodreg en parallel met die as van die spil is tydens die snybewerking
In 'n horisontale bewerkingsentrum is die freesmasjien se spil-as in 'n Y-as-rigting gelyn. Die horisontale struktuur beteken dat hierdie freesmasjiene geneig is om meer spasie op die masjienwinkelvloer in beslag te neem; hulle is ook oor die algemeen swaarder in gewig en kragtiger as vertikale masjiene.
'n Horisontale frees word dikwels gebruik wanneer 'n beter oppervlakafwerking benodig word; dit is omdat die oriëntasie van die spil beteken dat die snyskyfies natuurlik wegval en maklik verwyder word. (As 'n bykomende voordeel help doeltreffende skyfverwydering om die gereedskap se lewensduur te verhoog.)
Oor die algemeen is vertikale bewerkingsentrums meer algemeen omdat hulle so kragtig soos horisontale bewerkingsentrums kan wees en baie klein onderdele kan hanteer. Boonop het vertikale sentrums 'n kleiner voetspoor as horisontale bewerkingsentrums.
Multi-as CNC-frese
Presisie-CNC-freessentrums is beskikbaar met verskeie asse. 'n 3-as-frees gebruik die X-, Y- en Z-asse vir 'n wye verskeidenheid werk. Met 'n 4-as-frees kan die masjien op 'n vertikale en horisontale as roteer en die werkstuk beweeg om meer deurlopende bewerking moontlik te maak.
'n 5-as-freesmasjien het drie tradisionele asse en twee bykomende roterende asse, wat dit moontlik maak om die werkstuk te roteer terwyl die spilkop daaromheen beweeg. Dit maak dit moontlik om vyf kante van 'n werkstuk te bewerk sonder om die werkstuk te verwyder en die masjien terug te stel.
CNC-draaibanke
'n Draaibank — ook genoem 'n draaisentrum — het een of meer spilpunte, en X- en Z-asse. Die masjien word gebruik om 'n werkstuk om sy as te roteer om verskeie sny- en vormbewerkings uit te voer, deur 'n wye reeks gereedskap op die werkstuk toe te pas.
CNC-draaibanke, wat ook lewendige-aksie gereedskapdraaibanke genoem word, is ideaal vir die skep van simmetriese silindriese of sferiese onderdele. Soos CNC-frese, kan CNC-draaibanke kleiner bewerkings soos prototipering hanteer, maar kan ook opgestel word vir hoë herhaalbaarheid, wat hoëvolumeproduksie ondersteun.
CNC-draaibanke kan ook opgestel word vir relatief handevrye produksie, wat hulle wyd gebruik maak in die motor-, elektronika-, lugvaart-, robotika- en mediese toerustingbedrywe.
Hoe 'n CNC-draaibank werk
Met 'n CNC-draaibank word 'n leë staaf voorraadmateriaal in die klauwplaat van die draaibank se spil gelaai. Hierdie klauwplaat hou die werkstuk in plek terwyl die spil roteer. Wanneer die spil die vereiste spoed bereik, word 'n stilstaande snygereedskap in kontak met die werkstuk gebring om materiaal te verwyder en die korrekte geometrie te verkry.
'n CNC-draaibank kan 'n aantal bewerkings uitvoer, soos boor, skroefdraad, koorwerk, ruiming, vlakdraai en tapsdraai. Verskillende bewerkings vereis gereedskapveranderings en kan koste en opsteltyd verhoog.
Wanneer al die vereiste masjineringsbewerkings voltooi is, word die onderdeel uit die voorraad gesny vir verdere verwerking, indien nodig. Die CNC-draaibank is dan gereed om die bewerking te herhaal, met min of geen bykomende opsteltyd wat gewoonlik tussenin benodig word nie.
CNC-draaibanke kan ook 'n verskeidenheid outomatiese staafvoerders akkommodeer, wat die hoeveelheid handmatige hantering van grondstowwe verminder en voordele soos die volgende bied:
■ Verminder die tyd en moeite wat van die masjienoperateur benodig word
■ Ondersteun die staaf om vibrasies te verminder wat presisie negatief kan beïnvloed
■ Laat die masjiengereedskap teen optimale spilspoed werk
■ Minimaliseer omskakeltye
■ Verminder materiaalvermorsing
Tipes CNC-draaibanke
Daar is 'n aantal verskillende soorte draaibanke, maar die algemeenste is 2-as CNC-draaibanke en outomatiese draaibanke in China-styl.
Die meeste CNC-draaibanke in China gebruik een of twee hoofspindels plus een of twee agterste (of sekondêre) spindels, met roterende oordrag wat vir eersgenoemde verantwoordelik is. Die hoofspindel voer die primêre bewerking uit, met behulp van 'n gidsbus.
Daarbenewens is sommige draaibanke in China-styl toegerus met 'n tweede gereedskapkop wat as 'n CNC-frees werk.
Met 'n CNC China-styl outomatiese draaibank word die voorraadmateriaal deur 'n glykop-spindel in 'n geleidingsbus gevoer. Dit laat die gereedskap toe om die materiaal nader aan die punt te sny waar die materiaal ondersteun word, wat die China-masjien veral voordelig maak vir lang, slanke gedraaide onderdele en vir mikrobewerking.
Multi-as CNC-draaisentrums en draaibanke in China-styl kan verskeie bewerkingsbewerkings met 'n enkele masjien uitvoer. Dit maak hulle 'n koste-effektiewe opsie vir komplekse geometrieë wat andersins verskeie masjiene of gereedskapveranderings met behulp van toerusting soos 'n tradisionele CNC-frees sou vereis.