Preciza Maŝinado estas procezo por forigi materialon de laborpeco dum tenado de finpoluroj kun proksima toleranco. La precizaj maŝinoj havas multajn tipojn, inkluzive de frezado, tornado kaj elektra malŝarĝo. Preciza maŝino hodiaŭ estas ĝenerale kontrolata per Komputila Numera Kontrolo (CNC).
Preskaŭ ĉiuj metalproduktoj uzas precizan maŝinadon, same kiel multaj aliaj materialoj kiel plasto kaj ligno. Ĉi tiujn maŝinojn funkciigas specialigitaj kaj trejnitaj maŝinistoj. Por ke la tranĉilo plenumu sian taskon, ĝi devas esti movita en specifaj direktoj por fari la ĝustan tranĉon. Ĉi tiu primara movo nomiĝas la "tranĉrapido". La laborpeco ankaŭ povas esti movita, konata kiel la sekundara movo de "furaĝo". Kune, ĉi tiuj movoj kaj la akreco de la tranĉilo permesas al la preciza maŝino funkcii.
Kvalita preciza maŝinado postulas la kapablon sekvi ekstreme specifajn skizojn faritajn per CAD (komputil-helpata dezajno) aŭ CAM (komputil-helpata fabrikado) programoj kiel AutoCAD kaj TurboCAD. La programaro povas helpi produkti la kompleksajn, tridimensiajn diagramojn aŭ skizojn necesajn por fabriki ilon, maŝinon aŭ objekton. Ĉi tiuj skizoj devas esti sekvataj tre detale por certigi, ke produkto konservas sian integrecon. Kvankam plej multaj precizaj maŝinadaj kompanioj laboras kun iu formo de CAD/CAM programoj, ili tamen ofte laboras kun mandesegnitaj skizoj en la komencaj fazoj de dezajno.
Preciza maŝinado estas uzata sur kelkaj materialoj, inkluzive de ŝtalo, bronzo, grafito, vitro kaj plastoj, por mencii nur kelkajn. Depende de la grandeco de la projekto kaj la materialoj uzotaj, diversaj precizaj maŝinadaj iloj estos uzataj. Ajna kombinaĵo de torniloj, frezmaŝinoj, bormaŝinoj, segiloj kaj mueliloj, kaj eĉ altrapida robotiko povas esti uzata. La aerspaca industrio povas uzi altrapidan maŝinadon, dum lignaĵa ilindustrio povas uzi fotokemiajn gravurajn kaj mueladajn procezojn. La produktado de serio, aŭ specifa kvanto de iu ajn aparta ero, povas esti nombrita en miloj, aŭ nur kelkaj. Preciza maŝinado ofte postulas la programadon de CNC-aparatoj, kio signifas, ke ili estas komputile nombre kontrolitaj. La CNC-aparato permesas sekvi precizajn dimensiojn dum la tuta serio de produkto.
Frezado estas la maŝinada procezo de uzado de rotaciantaj tranĉiloj por forigi materialon de laborpeco per antaŭenigo (aŭ enigo) de la tranĉilo en la laborpecon laŭ certa direkto. La tranĉilo ankaŭ povas esti tenata laŭ angulo relative al la akso de la ilo. Frezado kovras vastan gamon da malsamaj operacioj kaj maŝinoj, je skaloj de malgrandaj individuaj partoj ĝis grandaj, pezaj grupaj frezadaj operacioj. Ĝi estas unu el la plej ofte uzataj procezoj por maŝinado de specialaj partoj ĝis precizaj tolerancoj.
Frezado povas esti farita per vasta gamo de maŝiniloj. La originala klaso de maŝiniloj por frezado estis la frezmaŝino (ofte nomata muelilo). Post la apero de komputila numera stirado (CNC), frezmaŝinoj evoluis al maŝincentroj: frezmaŝinoj plibonigitaj per aŭtomataj ilŝanĝiloj, ilo-magazenoj aŭ karuseloj, CNC-kapablo, malvarmigaj sistemoj kaj enfermaĵoj. Frezcentroj estas ĝenerale klasifikitaj kiel vertikalaj maŝincentroj (VMC-oj) aŭ horizontalaj maŝincentroj (HMC-oj).
La integrado de frezado en tornilajn mediojn, kaj inverse, komenciĝis per viva ilaro por torniloj kaj la foja uzo de frezmaŝinoj por tornoperacioj. Tio kondukis al nova klaso de maŝiniloj, plurtaskaj maŝinoj (MTM-oj), kiuj estas speciale konstruitaj por faciligi frezadon kaj tornadon ene de la sama laborspaco.
Por dezajnistoj, esplor- kaj disvolvaj teamoj, kaj fabrikantoj, kiuj dependas de la akiro de partoj, preciza CNC-maŝinado ebligas la kreadon de kompleksaj partoj sen plia prilaborado. Fakte, preciza CNC-maŝinado ofte ebligas la fabrikadon de finitaj partoj per ununura maŝino.
La maŝinada procezo forigas materialon kaj uzas vastan gamon da tranĉiloj por krei la finan, kaj ofte tre kompleksan, dezajnon de parto. La nivelo de precizeco estas plibonigita per la uzo de komputila numera kontrolo (CNC), kiu estas uzata por aŭtomatigi la kontrolon de la maŝinadaj iloj.
La rolo de "CNC" en preciza maŝinado
Uzante kodigitajn programajn instrukciojn, preciza CNC-maŝinado permesas tranĉi kaj formi laborpecon laŭ specifoj sen mana interveno de maŝinfunkciigisto.
Prenante komputil-helpatan dezajnan (CAD) modelon provizitan de kliento, sperta maŝinisto uzas komputil-helpatan fabrikadan programaron (CAM) por krei la instrukciojn por maŝinado de la parto. Surbaze de la CAD-modelo, la programaro determinas kiajn ilovojojn oni bezonas kaj generas la programan kodon, kiu diras al la maŝino:
■ Kiuj estas la ĝustaj RPM-oj kaj furaĝrapidoj
■ Kiam kaj kien movi la ilon kaj/aŭ laborpecon
■ Kiom profunde tranĉi
■ Kiam apliki fridigaĵon
■ Ĉiuj aliaj faktoroj rilataj al rapido, furaĝorapideco kaj kunordigo
CNC-regilo tiam uzas la programan kodon por kontroli, aŭtomatigi kaj monitori la movojn de la maŝino.
Hodiaŭ, CNC estas enkonstruita trajto de vasta gamo da ekipaĵo, de torniloj, frezmaŝinoj kaj frezmaŝinoj ĝis drata elektroerozio (elektra malŝarĝa maŝinado), lasero kaj plasmotranĉmaŝinoj. Aldone al aŭtomatigo de la maŝinada procezo kaj plibonigo de precizeco, CNC forigas manajn taskojn kaj liberigas maŝinistojn por kontroli plurajn maŝinojn funkciantajn samtempe.
Krome, post kiam ilovojo estas desegnita kaj maŝino estas programita, ĝi povas prilabori parton kiom ajn da fojoj. Tio provizas altan nivelon de precizeco kaj ripeteblo, kio siavice igas la procezon tre kostefika kaj skalebla.
Materialoj, kiuj estas maŝinitaj
Kelkaj metaloj, kiuj estas ofte maŝinitaj, inkluzivas aluminion, latunon, bronzon, kupron, ŝtalon, titanion kaj zinkon. Krome, ligno, ŝaŭmo, vitrofibro kaj plastoj kiel polipropileno ankaŭ povas esti maŝinitaj.
Fakte, preskaŭ ajna materialo povas esti uzata per preciza CNC-maŝinado — kompreneble, depende de la apliko kaj ĝiaj postuloj.
Kelkaj avantaĝoj de preciza CNC-maŝinado
Por multaj el la malgrandaj partoj kaj komponantoj uzataj en vasta gamo de fabrikitaj produktoj, preciza CNC-maŝinado ofte estas la preferata fabrikadmetodo.
Kiel validas por preskaŭ ĉiuj tranĉaj kaj maŝinadaj metodoj, malsamaj materialoj kondutas malsame, kaj la grandeco kaj formo de komponanto ankaŭ havas grandan efikon sur la procezo. Tamen, ĝenerale la procezo de preciza CNC-maŝinado ofertas avantaĝojn super aliaj maŝinadaj metodoj.
Tio estas ĉar CNC-maŝinado kapablas liveri:
■ Alta grado de parta komplekseco
■ Mallarĝaj tolerancoj, tipe intervalantaj de ±0,0002 coloj (±0,00508 mm) ĝis ±0,0005 coloj (±0,0127 mm)
■ Escepte glataj surfacaj finpoluroj, inkluzive de kutimaj finpoluroj
■ Ripeteblo, eĉ ĉe altaj volumoj
Dum lerta maŝinisto povas uzi manan tornilon por fari kvalitan parton en kvantoj de 10 aŭ 100, kio okazas kiam oni bezonas 1 000 partojn? 10 000 partojn? 100 000 aŭ milionon da partoj?
Per preciza CNC-maŝinado, vi povas atingi la skaleblon kaj rapidon necesajn por ĉi tiu tipo de grandkvanta produktado. Krome, la alta ripeteblo de preciza CNC-maŝinado donas al vi partojn, kiuj estas ĉiuj samaj de komenco ĝis fino, sendepende de kiom da partoj vi produktas.
Ekzistas kelkaj tre specialigitaj metodoj de CNC-maŝinado, inkluzive de drata elektroerozio (elektra malŝarĝa maŝinado), aldona maŝinado kaj 3D-lasera presado. Ekzemple, drata elektroerozio uzas konduktivajn materialojn - tipe metalojn - kaj elektrajn malŝarĝojn por erozii laborpecon en komplikajn formojn.
Tamen, ĉi tie ni koncentriĝos pri la frezado kaj tornado — du subtrahantaj metodoj vaste haveblaj kaj ofte uzataj por preciza CNC-maŝinado.
Frezado kontraŭ tornado
Frezado estas maŝinada procezo, kiu uzas rotaciantan, cilindran tranĉilon por forigi materialon kaj krei formojn. Frezekipaĵo, konata kiel muelilo aŭ maŝincentro, plenumas universon de kompleksaj partgeometrioj sur kelkaj el la plej grandaj maŝinitaj metalaj objektoj.
Grava karakterizaĵo de frezado estas, ke la laborpeco restas senmova dum la tranĉilo turniĝas. Alivorte, sur frezilo, la rotacianta tranĉilo moviĝas ĉirkaŭ la laborpeco, kiu restas fiksita sur lito.
Turnado estas la procezo de tranĉado aŭ formado de laborpeco per ekipaĵo nomata tornilo. Tipe, la tornilo turnas la laborpecon laŭ vertikala aŭ horizontala akso dum fiksa tranĉilo (kiu povas turniĝi aŭ ne) moviĝas laŭ la programita akso.
La ilo ne povas fizike ĉirkaŭiri la parton. La materialo rotacias, permesante al la ilo plenumi la programitajn operaciojn. (Ekzistas subaro de torniloj, en kiuj la iloj turniĝas ĉirkaŭ boben-nutrata drato, tamen tio ne estas kovrita ĉi tie.)
Ĉe tornado, male al frezado, la laborpeco turniĝas. La peco turniĝas sur la spindelo de la tornilo kaj la tranĉilo kontaktas la laborpecon.
Mana kontraŭ CNC-maŝinado
Kvankam kaj frezmaŝinoj kaj torniloj haveblas en manaj modeloj, CNC-maŝinoj estas pli taŭgaj por fabrikado de malgrandaj partoj — ofertante skaleblecon kaj ripeteblon por aplikoj postulantaj altkvantan produktadon de partoj kun strikta toleranco.
Krom oferti simplajn du-aksajn maŝinojn, en kiuj la ilo moviĝas laŭ la X kaj Z aksoj, precizaj CNC-ekipaĵoj inkluzivas plur-aksajn modelojn, en kiuj la laborpeco ankaŭ povas moviĝi. Ĉi tio kontrastas al tornilo, kie la laborpeco estas limigita al turnado kaj la iloj moviĝos por krei la deziratan geometrion.
Ĉi tiuj plur-aksaj konfiguracioj ebligas la produktadon de pli kompleksaj geometrioj en ununura operacio, sen postuli plian laboron de la maŝinisto. Ĉi tio ne nur faciligas la produktadon de kompleksaj partoj, sed ankaŭ reduktas aŭ forigas la eblecon de funkciigista eraro.
Krome, la uzo de altprema fridigaĵo kun preciza CNC-maŝinado certigas, ke blatoj ne eniras la meblojn, eĉ kiam oni uzas maŝinon kun vertikale orientita spindelo.
CNC-mueliloj
Malsamaj frezmaŝinoj varias laŭ siaj grandecoj, aksokonfiguracioj, furaĝrapidecoj, tranĉrapideco, la freza furaĝdirekto kaj aliaj karakterizaĵoj.
Tamen, ĝenerale, CNC-mueliloj ĉiuj uzas rotaciantan spindelon por forigi nedeziratan materialon. Ili estas uzataj por tranĉi malmolajn metalojn kiel ŝtalo kaj titanio, sed ankaŭ povas esti uzataj kun materialoj kiel plasto kaj aluminio.
CNC-mueliloj estas konstruitaj por ripeteblo kaj povas esti uzataj por ĉio, de prototipado ĝis grandkvanta produktado. Altnivelaj precizaj CNC-mueliloj ofte estas uzataj por laboro kun strikta toleranco, kiel ekzemple frezado de fajnaj ŝimoj kaj ŝablonoj.
Dum CNC-frezado povas liveri rapidan liveradon, freza finpolurado kreas partojn kun videblaj ilmarkoj. Ĝi ankaŭ povas produkti partojn kun iuj akraj randoj kaj lapoj, do pliaj procezoj povas esti necesaj se randoj kaj lapoj estas neakcepteblaj por tiuj trajtoj.
Kompreneble, senbavigiloj programitaj en la sekvencon senbavigos, kvankam kutime atingante maksimume 90% de la preta postulo, lasante kelkajn trajtojn por fina mana finpretigo.
Koncerne surfacan finpoluron, ekzistas iloj, kiuj produktos ne nur akcepteblan surfacan finpoluron, sed ankaŭ spegulsimilan finpoluron sur partoj de la laborprodukto.
Tipoj de CNC-mueliloj
La du bazaj tipoj de frezmaŝinoj estas konataj kiel vertikalaj maŝincentroj kaj horizontalaj maŝincentroj, kie la ĉefa diferenco estas en la orientiĝo de la maŝinspindelo.
Vertikala maŝincentro estas frezilo, en kiu la spindelakso estas vicigita laŭ Z-aksa direkto. Ĉi tiuj vertikalaj maŝinoj povas esti plue dividitaj en du tipojn:
■Litmueliloj, en kiuj la spindelo moviĝas paralele al sia propra akso dum la tablo moviĝas perpendikulare al la akso de la spindelo
■Gvatturetaj frezmaŝinoj, en kiuj la spindelo estas senmova kaj la tablo estas movita tiel ke ĝi ĉiam estas perpendikulara kaj paralela al la akso de la spindelo dum la tranĉoperacio
En horizontala maŝincentro, la spindelakso de la frezilo estas vicigita laŭ la Y-aksa direkto. La horizontala strukturo signifas, ke ĉi tiuj frezejoj emas okupi pli da spaco en la maŝinmetiejo; ili ankaŭ ĝenerale estas pli pezaj kaj pli potencaj ol vertikalaj maŝinoj.
Horizontala frezilo ofte estas uzata kiam pli bona surfaca finpoluro estas bezonata; tio estas ĉar la orientiĝo de la spindelo signifas, ke la tranĉaj pecetoj nature defalas kaj facile forigeblas. (Kiel plia avantaĝo, efika forigo de pecetoj helpas plilongigi la ilvivon.)
Ĝenerale, vertikalaj maŝincentroj estas pli oftaj ĉar ili povas esti same potencaj kiel horizontalaj maŝincentroj kaj povas pritrakti tre malgrandajn partojn. Krome, vertikalaj centroj havas pli malgrandan spacon ol horizontalaj maŝincentroj.
Pluraksaj CNC-mueliloj
Precizaj CNC-frezcentroj haveblas kun pluraj aksoj. 3-aksa frezmaŝino utiligas la X, Y kaj Z aksojn por vasta gamo da laboroj. Kun 4-aksa frezmaŝino, la maŝino povas rotacii sur vertikala kaj horizontala akso kaj movi la laborpecon por ebligi pli kontinuan maŝinadon.
5-aksa frezilo havas tri tradiciajn aksojn kaj du pliajn rotaciajn aksojn, ebligante la rotacion de la laborpeco dum la spindelkapo moviĝas ĉirkaŭ ĝi. Tio ebligas maŝinprilabori kvin flankojn de laborpeco sen forigi la laborpecon kaj restarigi la maŝinon.
CNC-torniloj
Tornilo — ankaŭ nomata torncentro — havas unu aŭ plurajn spindelojn, kaj X kaj Z aksojn. La maŝino estas uzata por rotacii laborpecon sur ĝia akso por plenumi diversajn tranĉajn kaj formajn operaciojn, aplikante vastan gamon da iloj al la laborpeco.
CNC-torniloj, kiuj ankaŭ nomiĝas realfunkciaj torniloj, estas idealaj por krei simetriajn cilindrajn aŭ sferajn partojn. Kiel CNC-mueliloj, CNC-torniloj povas pritrakti pli malgrandajn operaciojn kiel prototipado, sed ankaŭ povas esti agorditaj por alta ripeteblo, subtenante grandkvantan produktadon.
CNC-torniloj ankaŭ povas esti agorditaj por relative senmana produktado, kio igas ilin vaste uzataj en la aŭtomobila, elektronika, aerspaca, robotika kaj medicina aparatindustrioj.
Kiel funkcias CNC-tornilo
Ĉe CNC-tornilo, blanka stango de kruda materialo estas ŝarĝita en la ĉukon de la spindelo de la tornilo. Ĉi tiu ĉuko tenas la laborpecon en loko dum la spindelo rotacias. Kiam la spindelo atingas la bezonatan rapidecon, senmova tranĉilo estas alportita en kontakton kun la laborpeco por forigi materialon kaj atingi la ĝustan geometrion.
CNC-tornilo povas plenumi plurajn operaciojn, kiel ekzemple boradon, surfadenigadon, boradon, alesadon, alfrontadon kaj konusforman turnadon. Malsamaj operacioj postulas ilŝanĝojn kaj povas pliigi koston kaj aranĝtempon.
Kiam ĉiuj necesaj maŝinadoperacioj estas finitaj, la parto estas tranĉita el la materialo por plia prilaborado, se necese. La CNC-tornilo tiam estas preta ripeti la operacion, kun malmulte aŭ neniu aldona aranĝtempo kutime bezonata intertempe.
CNC-torniloj ankaŭ povas alĝustigi diversajn aŭtomatajn stangonutrilojn, kiuj reduktas la kvanton de mana krudmateriala manipulado kaj provizas avantaĝojn kiel la jenajn:
■ Reduktu la tempon kaj penon bezonatajn de la maŝinisto
■ Subtenu la stangon por redukti vibrojn, kiuj povas negative influi precizecon
■ Permesu al la maŝinilo funkcii je optimumaj spindelrapidecoj
■ Minimumigi ŝanĝtempojn
■ Redukti materialan malŝparon
Tipoj de CNC-torniloj
Ekzistas kelkaj malsamaj tipoj de torniloj, sed la plej oftaj estas 2-aksaj CNC-torniloj kaj Ĉin-stilaj aŭtomataj torniloj.
Plej multaj CNC-torniloj en Ĉinio uzas unu aŭ du ĉefajn spindelojn plus unu aŭ du malantaŭajn (aŭ duarangajn) spindelojn, kun rotacia translokigo respondeca pri la unuaj. La ĉefa spindelo plenumas la primaran maŝinadon, helpe de gvidingo.
Krome, iuj Ĉin-stilaj torniloj venas ekipitaj per dua ilkapo kiu funkcias kiel CNC-muelilo.
Per CNC-ĉina-stila aŭtomata tornilo, la materialo estas enmetita tra glitkapa spindelo en gvidingon. Tio permesas al la ilo tranĉi la materialon pli proksime al la punkto kie la materialo estas subtenata, igante la ĉinan maŝinon aparte utila por longaj, sveltaj tornitaj partoj kaj por mikromaŝinado.
Plur-aksaj CNC-torncentroj kaj torniloj laŭ ĉina stilo povas plenumi plurajn maŝinadoperaciojn uzante unuopan maŝinon. Tio igas ilin kostefika elekto por kompleksaj geometrioj, kiuj alie postulus plurajn maŝinojn aŭ ilŝanĝojn uzante ekipaĵon kiel tradicia CNC-muelilo.