Përpunimi me precizion është një proces për të hequr materialin nga një copë pune gjatë mbajtjes së përfundimeve me tolerancë të ngushtë. Makina me precizion ka shumë lloje, duke përfshirë frezimin, tornimin dhe përpunimin me shkarkim elektrik. Një makinë precize sot kontrollohet përgjithësisht duke përdorur një Kontroll Numerik Kompjuterik (CNC).
Pothuajse të gjitha produktet metalike përdorin përpunim preciz, ashtu si shumë materiale të tjera si plastika dhe druri. Këto makina përdoren nga mekanikë të specializuar dhe të trajnuar. Që mjeti prerës të kryejë punën e tij, ai duhet të lëvizë në drejtimet e specifikuara për të bërë prerjen e saktë. Kjo lëvizje parësore quhet "shpejtësia e prerjes". Pjesa e punës mund të lëvizë edhe, e njohur si lëvizja dytësore e "ushqimit". Së bashku, këto lëvizje dhe mprehtësia e mjetit prerës lejojnë që makina precize të funksionojë.
Përpunimi cilësor preciz kërkon aftësinë për të ndjekur skica jashtëzakonisht specifike të bëra nga programet CAD (dizajnim i ndihmuar nga kompjuteri) ose CAM (prodhim i ndihmuar nga kompjuteri) si AutoCAD dhe TurboCAD. Softueri mund të ndihmojë në prodhimin e diagrameve ose skicave komplekse, 3-dimensionale të nevojshme për të prodhuar një mjet, makinë ose objekt. Këto skica duhet të respektohen me shumë detaje për të siguruar që një produkt të ruajë integritetin e tij. Ndërsa shumica e kompanive të përpunimit preciz punojnë me një formë të programeve CAD/CAM, ato ende punojnë shpesh me skica të vizatuara me dorë në fazat fillestare të një dizajni.
Përpunimi me precizion përdoret në një numër materialesh, duke përfshirë çelikun, bronzin, grafitin, qelqin dhe plastikën, për të përmendur disa. Në varësi të madhësisë së projektit dhe materialeve që do të përdoren, do të përdoren mjete të ndryshme përpunimi me precizion. Mund të përdoret çdo kombinim i tornove, makinave frezuese, makinave shpuese, sharrave dhe bluarëseve, madje edhe robotikës me shpejtësi të lartë. Industria hapësinore mund të përdorë përpunim me shpejtësi të lartë, ndërsa një industri e prodhimit të veglave të drurit mund të përdorë procese gdhendjeje dhe frezimi fotokimik. Prodhimi i një serie, ose një sasi specifike e çdo artikulli të veçantë, mund të numërohet në mijëra, ose të jetë vetëm disa. Përpunimi me precizion shpesh kërkon programimin e pajisjeve CNC, që do të thotë se ato kontrollohen numerikisht nga kompjuteri. Pajisja CNC lejon që dimensionet e sakta të ndiqen gjatë gjithë serisë së një produkti.
Frezimi është procesi i përpunimit duke përdorur prerës rrotullues për të hequr materialin nga një copë pune duke e çuar përpara (ose duke e futur) prerësin në copën e punës në një drejtim të caktuar. Prerësi gjithashtu mund të mbahet në një kënd në lidhje me boshtin e mjetit. Frezimi mbulon një gamë të gjerë operacionesh dhe makinash të ndryshme, në shkallë nga pjesë të vogla individuale deri te operacione të mëdha dhe të rënda të frezimit në grup. Është një nga proceset më të përdorura për përpunimin e pjesëve të personalizuara me toleranca të sakta.
Frezimi mund të bëhet me një gamë të gjerë makinash. Klasa origjinale e makinave për frezim ishte makina frezuese (shpesh e quajtur frezë). Pas ardhjes së kontrollit numerik kompjuterik (CNC), makinat frezuese evoluan në qendra përpunimi: makina frezuese të zgjeruara nga ndërrues automatikë mjetesh, karikatorë mjetesh ose karusel, aftësi CNC, sisteme ftohëse dhe mbyllje. Qendrat e frezimit klasifikohen përgjithësisht si qendra përpunimi vertikale (VMC) ose qendra përpunimi horizontale (HMC).
Integrimi i frezimit në mjediset e tornimit, dhe anasjelltas, filloi me mjetet aktive për torno dhe përdorimin e herëpashershëm të frezave për operacionet e tornimit. Kjo çoi në një klasë të re të veglave makinerike, makinat shumëdetyrëshe (MTM), të cilat janë ndërtuar posaçërisht për të lehtësuar frezimin dhe tornimin brenda të njëjtit zarf pune.
Për inxhinierët e projektimit, ekipet e kërkim-zhvillimit dhe prodhuesit që varen nga furnizimi me pjesë, përpunimi CNC me precizion preciz lejon krijimin e pjesëve komplekse pa përpunim shtesë. Në fakt, përpunimi CNC me precizion preciz shpesh bën të mundur që pjesët e përfunduara të prodhohen në një makinë të vetme.
Procesi i përpunimit heq materialin dhe përdor një gamë të gjerë mjetesh prerëse për të krijuar dizajnin përfundimtar, dhe shpesh shumë kompleks, të një pjese. Niveli i precizitetit rritet nëpërmjet përdorimit të kontrollit numerik kompjuterik (CNC), i cili përdoret për të automatizuar kontrollin e mjeteve të përpunimit.
Roli i "CNC"-së në përpunimin preciz
Duke përdorur udhëzime të programimit të koduar, përpunimi preciz CNC lejon që një copë pune të pritet dhe të formësohet sipas specifikimeve pa ndërhyrjen manuale nga një operator makine.
Duke marrë një model të projektimit të ndihmuar nga kompjuteri (CAD) të ofruar nga një klient, një mekanik ekspert përdor një program kompjuterik prodhimi të ndihmuar nga kompjuteri (CAM) për të krijuar udhëzimet për përpunimin e pjesës. Bazuar në modelin CAD, programi përcakton se cilat shtigje mjetesh janë të nevojshme dhe gjeneron kodin e programimit që i tregon makinës:
■ Cilat janë RPM-të dhe shpejtësitë e sakta të ushqyerjes
■ Kur dhe ku duhet të zhvendoset mjeti dhe/ose pjesa e punës
■ Sa thellë duhet prerë
■ Kur duhet të aplikohet ftohësi në lëngun ftohës.
■ Çdo faktor tjetër që lidhet me shpejtësinë, shkallën e ushqyerjes dhe koordinimin
Një kontrollues CNC përdor më pas kodin e programimit për të kontrolluar, automatizuar dhe monitoruar lëvizjet e makinës.
Sot, CNC është një veçori e integruar e një game të gjerë pajisjesh, nga torno, freza dhe prerëse te makinat me tela EDM (përpunim me shkarkim elektrik), makinat e prerjes me lazer dhe plazmë. Përveç automatizimit të procesit të përpunimit dhe rritjes së saktësisë, CNC eliminon detyrat manuale dhe i liron mekanikët të mbikëqyrin makina të shumta që punojnë në të njëjtën kohë.
Përveç kësaj, pasi të jetë projektuar rruga e mjetit dhe të jetë programuar një makinë, ajo mund ta përdorë një pjesë në çdo numër herësh. Kjo siguron një nivel të lartë precizioni dhe përsëritshmërie, gjë që nga ana tjetër e bën procesin shumë efektiv nga ana e kostos dhe të shkallëzueshëm.
Materialet që përpunohen me makinë
Disa metale që përpunohen zakonisht përfshijnë aluminin, bronzin, bronzin, bakrin, çelikun, titaneun dhe zinkun. Përveç kësaj, druri, shkuma, fibra qelqi dhe plastika si polipropileni gjithashtu mund të përpunohen.
Në fakt, pothuajse çdo material mund të përdoret me përpunimin preciz CNC — sigurisht, në varësi të aplikimit dhe kërkesave të tij.
Disa avantazhe të përpunimit CNC me precizion të lartë
Për shumë nga pjesët dhe komponentët e vegjël që përdoren në një gamë të gjerë produktesh të prodhuara, përpunimi preciz CNC është shpesh metoda e preferuar e prodhimit.
Siç është e vërtetë për pothuajse të gjitha metodat e prerjes dhe përpunimit, materiale të ndryshme sillen ndryshe, dhe madhësia dhe forma e një komponenti gjithashtu kanë një ndikim të madh në proces. Megjithatë, në përgjithësi, procesi i përpunimit CNC me precizion ofron avantazhe ndaj metodave të tjera të përpunimit.
Kjo për shkak se përpunimi CNC është i aftë të ofrojë:
■ Një shkallë e lartë e kompleksitetit të pjesëve
■ Tolerancat e ngushta, zakonisht variojnë nga ±0.0002" (±0.00508 mm) deri në ±0.0005" (±0.0127 mm)
■ Përfundime sipërfaqësore jashtëzakonisht të lëmuara, duke përfshirë edhe përfundime të personalizuara
■ Përsëritshmëri, edhe në vëllime të larta
Ndërkohë që një mekanik i aftë mund të përdorë një torno manuale për të prodhuar një pjesë cilësore në sasi prej 10 ose 100 copësh, çfarë ndodh kur keni nevojë për 1.000 pjesë? 10.000 pjesë? 100.000 apo një milion pjesë?
Me përpunimin CNC me precizion preciz, mund të arrini shkallëzueshmërinë dhe shpejtësinë e nevojshme për këtë lloj prodhimi me volum të lartë. Përveç kësaj, përsëritshmëria e lartë e përpunimit CNC me precizion preciz ju jep pjesë që janë të gjitha të njëjta nga fillimi në fund, pavarësisht se sa pjesë po prodhoni.
Ekzistojnë disa metoda shumë të specializuara të përpunimit CNC, duke përfshirë EDM me tela (përpunim me shkarkim elektrik), përpunimin aditiv dhe printimin me lazer 3D. Për shembull, EDM me tela përdor materiale përçuese - zakonisht metale - dhe shkarkime elektrike për të gërryer një copë pune në forma të ndërlikuara.
Megjithatë, këtu do të përqendrohemi në proceset e frezimit dhe tornimit — dy metoda zbritëse që janë gjerësisht të disponueshme dhe përdoren shpesh për përpunimin CNC me precizion të lartë.
Frezim kundrejt tornimit
Frezimi është një proces përpunimi që përdor një mjet prerës cilindrik rrotullues për të hequr materialin dhe për të krijuar forma. Pajisjet e frezimit, të njohura si frezë ose qendër përpunimi, realizojnë një univers gjeometrish komplekse të pjesëve në disa nga objektet më të mëdha të metalit të përpunuar.
Një karakteristikë e rëndësishme e frezimit është se pjesa e punës mbetet e palëvizshme ndërsa mjeti prerës rrotullohet. Me fjalë të tjera, në një frezë, mjeti prerës rrotullues lëviz rreth pjesës së punës, e cila mbetet e fiksuar në vend në një shtrat.
Tornimi është procesi i prerjes ose formësimit të një copë pune në një pajisje të quajtur torno. Në mënyrë tipike, tornoja e rrotullon copën e punës në një bosht vertikal ose horizontal, ndërsa një mjet prerës i fiksuar (i cili mund të jetë ose jo duke u rrotulluar) lëviz përgjatë boshtit të programuar.
Mjeti nuk mund të lëvizë fizikisht rreth pjesës. Materiali rrotullohet, duke i lejuar mjetit të kryejë operacionet e programuara. (Ekziston një nëngrup tornosh në të cilat mjetet rrotullohen rreth një teli të ushqyer me bobinë, megjithatë, kjo nuk trajtohet këtu.)
Gjatë tornimit, ndryshe nga frezimi, pjesa e punës rrotullohet. Pjesa e punës rrotullohet në boshtin e tornos dhe mjeti prerës vihet në kontakt me pjesën e punës.
Përpunim manual kundrejt përpunimit CNC
Ndërsa si frezat ashtu edhe tornot janë të disponueshme në modele manuale, makinat CNC janë më të përshtatshme për qëllime të prodhimit të pjesëve të vogla - duke ofruar shkallëzueshmëri dhe përsëritshmëri për aplikimet që kërkojnë prodhim me vëllim të lartë të pjesëve me tolerancë të ngushtë.
Përveç ofrimit të makinave të thjeshta me 2 akse në të cilat mjeti lëviz në akset X dhe Z, pajisjet CNC me precizion preciz përfshijnë modele me shumë akse në të cilat materiali i punës mund të lëvizë gjithashtu. Kjo është në kontrast me një torno ku materiali i punës është i kufizuar në tjerrje dhe mjetet do të lëvizin për të krijuar gjeometrinë e dëshiruar.
Këto konfigurime shumë-aksore lejojnë prodhimin e gjeometrive më komplekse në një operacion të vetëm, pa kërkuar punë shtesë nga operatori i makinës. Kjo jo vetëm që e bën më të lehtë prodhimin e pjesëve komplekse, por gjithashtu zvogëlon ose eliminon mundësinë e gabimit të operatorit.
Për më tepër, përdorimi i ftohësit me presion të lartë me përpunim CNC preciz siguron që ashklat të mos futen në punime, edhe kur përdoret një makinë me bosht të orientuar vertikalisht.
Mullinj CNC
Makineri të ndryshme frezimi ndryshojnë në madhësitë e tyre, konfigurimet e boshtit, shkallët e furnizimit, shpejtësinë e prerjes, drejtimin e furnizimit të frezimit dhe karakteristika të tjera.
Megjithatë, në përgjithësi, të gjitha makinat CNC përdorin një bosht rrotullues për të prerë materiale të padëshiruara. Ato përdoren për të prerë metale të forta si çeliku dhe titaniumi, por mund të përdoren edhe me materiale të tilla si plastika dhe alumini.
Frezat CNC janë ndërtuar për përsëritshmëri dhe mund të përdoren për gjithçka, nga prototipimi deri te prodhimi me volum të lartë. Frezat CNC me precizion të lartë përdoren shpesh për punë me tolerancë të ngushtë, siç është frezimi i matricave dhe formave të imëta.
Ndërsa frezimi CNC mund të ofrojë një përpunim të shpejtë, përfundimi i frezimit krijon pjesë me shenja të dukshme të veglave. Mund të prodhojë gjithashtu pjesë me disa tehe dhe gërvishtje të mprehta, kështu që mund të kërkohen procese shtesë nëse tehet dhe gërvishtjet janë të papranueshme për ato karakteristika.
Sigurisht, mjetet për heqjen e gërvishtjeve të programuara në sekuencë do të heqin gërvishtjet, megjithëse zakonisht arrijnë maksimumi 90% të kërkesës së përfundimit, duke lënë disa veçori për përfundimin përfundimtar me dorë.
Sa i përket përfundimit të sipërfaqes, ka mjete që do të prodhojnë jo vetëm një përfundim të pranueshëm të sipërfaqes, por edhe një përfundim si pasqyrë në disa pjesë të produktit të punës.
Llojet e mullinjve CNC
Dy llojet themelore të makinave frezuese njihen si qendra përpunimi vertikale dhe qendra përpunimi horizontale, ku ndryshimi kryesor është në orientimin e boshtit të makinës.
Një qendër përpunimi vertikal është një mulli në të cilën boshti i boshtit është i rreshtuar në një drejtim të boshtit Z. Këto makina vertikale mund të ndahen më tej në dy lloje:
■Freza me shtrat, në të cilat boshti lëviz paralel me boshtin e vet, ndërsa tavolina lëviz pingul me boshtin e boshtit
■Freza me kullë, në të cilat boshti është i palëvizshëm dhe tavolina lëvizet në mënyrë që të jetë gjithmonë pingule dhe paralele me boshtin e boshtit gjatë operacionit të prerjes
Në një qendër përpunimi horizontale, boshti i boshtit të mullirit është i vendosur në drejtim të boshtit Y. Struktura horizontale do të thotë që këto mullinj kanë tendencë të zënë më shumë hapësirë në dyshemenë e punishtes së makinerive; ato janë gjithashtu përgjithësisht më të rënda në peshë dhe më të fuqishme se makinat vertikale.
Një frezë horizontale përdoret shpesh kur kërkohet një sipërfaqe më e mirë; kjo sepse orientimi i boshtit do të thotë që copat e prerjes bien natyrshëm dhe hiqen lehtësisht. (Si një përfitim shtesë, heqja efikase e copave ndihmon në rritjen e jetëgjatësisë së mjetit.)
Në përgjithësi, qendrat vertikale të përpunimit janë më të përhapura sepse ato mund të jenë po aq të fuqishme sa qendrat horizontale të përpunimit dhe mund të trajtojnë pjesë shumë të vogla. Përveç kësaj, qendrat vertikale kanë një gjurmë më të vogël se qendrat horizontale të përpunimit.
Mullinj CNC me shumë boshte
Qendrat e frezave CNC me precizion janë të disponueshme me akse të shumëfishta. Një frezë me 3 akse përdor akset X, Y dhe Z për një gamë të gjerë punimesh. Me një frezë me 4 akse, makina mund të rrotullohet në një bosht vertikal dhe horizontal dhe të lëvizë pjesën e punës për të lejuar përpunim më të vazhdueshëm.
Një frezë me 5 akse ka tre akse tradicionale dhe dy akse shtesë rrotulluese, duke bërë të mundur që pjesa e punës të rrotullohet ndërsa koka e boshtit lëviz rreth saj. Kjo bën të mundur që pesë anët e një pjese pune të përpunohen pa e hequr pjesën e punës dhe pa e rivendosur makinën në gjendjen e mëparshme.
Torno CNC
Një torno — e quajtur edhe qendër tornimi — ka një ose më shumë boshte dhe akse X dhe Z. Makina përdoret për të rrotulluar një copë pune rreth boshtit të saj për të kryer operacione të ndryshme prerjeje dhe formësimi, duke aplikuar një gamë të gjerë mjetesh në copën e punës.
Tornot CNC, të cilat quhen edhe torno me veprim të drejtpërdrejtë për përpunimin e veglave, janë ideale për krijimin e pjesëve cilindrike ose sferike simetrike. Ashtu si frezat CNC, tornot CNC mund të përballojnë operacione më të vogla si prototipimi, por gjithashtu mund të konfigurohen për përsëritshmëri të lartë, duke mbështetur prodhimin me vëllim të lartë.
Tornot CNC mund të vendosen gjithashtu për prodhim relativisht pa duar, gjë që i bën ato të përdorura gjerësisht në industrinë e automobilave, elektronikës, hapësirës ajrore, robotikës dhe pajisjeve mjekësore.
Si funksionon një torno CNC
Me një torno CNC, një shufër e bardhë me material bazë ngarkohet në mandrinën e boshtit të tornos. Kjo mandrin e mban pjesën e punës në vend ndërsa boshti rrotullohet. Kur boshti arrin shpejtësinë e kërkuar, një mjet prerës stacionar vihet në kontakt me pjesën e punës për të hequr materialin dhe për të arritur gjeometrinë e saktë.
Një torno CNC mund të kryejë një numër operacionesh, të tilla si shpimi, filetimi, shpimi, riformimi, veshja dhe tornimi konik. Operacione të ndryshme kërkojnë ndryshime të mjeteve dhe mund të rrisin koston dhe kohën e montimit.
Kur të gjitha operacionet e kërkuara të përpunimit përfundojnë, pjesa pritet nga materiali për përpunim të mëtejshëm, nëse është e nevojshme. Tornoja CNC është më pas gati për të përsëritur operacionin, me pak ose aspak kohë shtesë përgatitjeje që zakonisht kërkohet midis tyre.
Tornot CNC mund të akomodojnë gjithashtu një sërë ushqyesish automatikë të shufrave, të cilët zvogëlojnë sasinë e trajtimit manual të lëndës së parë dhe ofrojnë përparësi të tilla si më poshtë:
■ Zvogëlon kohën dhe përpjekjen e kërkuar nga operatori i makinës
■ Mbështetni shufrën e shufrës për të zvogëluar dridhjet që mund të ndikojnë negativisht në saktësi
■ Lejoni që makina të funksionojë me shpejtësi optimale të boshtit
■ Minimizoni kohën e ndërrimit
■ Zvogëloni mbeturinat materiale
Llojet e tornave CNC
Ekzistojnë një numër llojesh të ndryshme tornosh, por më të zakonshmet janë torno CNC me 2 boshte dhe torno automatike të stilit kinez.
Shumica e tornove CNC kineze përdorin një ose dy boshte kryesore plus një ose dy boshte të pasme (ose dytësore), me transferim rrotullues përgjegjës për të parën. Boshti kryesor kryen operacionin parësor të përpunimit, me ndihmën e një boshti udhëzues.
Përveç kësaj, disa torno të stilit kinez vijnë të pajisura me një kokë të dytë mjeti që funksionon si një mulli CNC.
Me një torno automatike CNC në stilin e Kinës, materiali bazë ushqehet përmes një boshti me kokë rrëshqitëse në një bush udhëzues. Kjo i lejon mjetit të presë materialin më afër pikës ku mbështetet materiali, duke e bërë makinën e Kinës veçanërisht të dobishme për pjesë të gjata e të holla të tornuara dhe për mikropërpunim.
Qendrat e tornimit CNC me shumë boshte dhe tornot e stilit kinez mund të kryejnë operacione të shumëfishta përpunimi duke përdorur një makinë të vetme. Kjo i bën ato një mundësi me kosto efektive për gjeometri komplekse që përndryshe do të kërkonin makina të shumëfishta ose ndërrime mjetesh duke përdorur pajisje të tilla si një mulli tradicional CNC.