Дакладная апрацоўка — гэта працэс выдалення матэрыялу з дэталі падчас апрацоўкі з высокімі дапушчальнымі адхіленнямі. Існуе мноства тыпаў дакладных станкоў, у тым ліку фрэзераванне, такарная апрацоўка і электраэрозійная апрацоўка. Сёння дакладныя станкі звычайна кіруюцца з дапамогай лічбавага праграмнага кіравання (ЧПК).
Амаль усе металічныя вырабы апрацоўваюцца метадам дакладнай апрацоўкі, як і многія іншыя матэрыялы, такія як пластык і дрэва. Гэтыя станкі працуюць пад кіраўніцтвам спецыялізаваных і падрыхтаваных механікаў. Каб рэжучы інструмент выконваў сваю працу, яго неабходна перамяшчаць у зададзеных напрамках для правільнага разрэзу. Гэты першасны рух называецца «хуткасцю рэзання». Апрацоўваную дэталь таксама можна перамяшчаць, што называецца другасным рухам «падачы». Разам гэтыя рухі і вастрыня рэжучага інструмента дазваляюць дакладнаму станку працаваць.
Для якаснай дакладнай апрацоўкі патрабуецца ўменне прытрымлівацца надзвычай канкрэтных чарцяжоў, распрацаваных з дапамогай праграм САПР (аўтаматызаванага праектавання) або CAM (аўтаматызаванай вытворчасці), такіх як AutoCAD і TurboCAD. Праграмнае забеспячэнне можа дапамагчы стварыць складаныя трохмерныя дыяграмы або контуры, неабходныя для вырабу інструмента, машыны або аб'екта. Гэтыя чарцяжы павінны быць выкананы з вялікай дэталізацыяй, каб забяспечыць захаванне цэласнасці прадукту. Хоць большасць кампаній, якія займаюцца дакладнай апрацоўкай, працуюць з нейкай формай праграм САПР/CAM, яны ўсё яшчэ часта працуюць з намаляванымі ўручную эскізамі на пачатковых этапах праектавання.
Дакладная апрацоўка выкарыстоўваецца для апрацоўкі шэрагу матэрыялаў, у тым ліку сталі, бронзы, графіту, шкла і пластыка. У залежнасці ад памеру праекта і матэрыялаў, якія будуць выкарыстоўвацца, будуць выкарыстоўвацца розныя дакладныя апрацоўчыя інструменты. Можа выкарыстоўвацца любая камбінацыя такарных, фрэзерных, свідравальных, пілавых і шліфавальных станкоў, і нават высакахуткасных робататэхнікаў. У аэракасмічнай прамысловасці можа выкарыстоўвацца высакахуткасная апрацоўка, у той час як у дрэваапрацоўчай прамысловасці могуць выкарыстоўвацца працэсы фотахімічнага травлення і фрэзеравання. Выпуск партыі або пэўнай колькасці любога канкрэтнага вырабу можа вылічвацца тысячамі або ўсяго некалькімі. Дакладная апрацоўка часта патрабуе праграмавання прылад ЧПУ, што азначае, што яны маюць лічбавае кіраванне. Прылада ЧПУ дазваляе выконваць дакладныя памеры на працягу ўсёй серыі вырабу.
Фрэзераванне — гэта працэс апрацоўкі з выкарыстаннем ратацыйных фрэз для выдалення матэрыялу з апрацоўванай дэталі шляхам прасоўвання (або падачы) фрэзы ў апрацоўваную дэталь у пэўным кірунку. Фрэза таксама можа быць размешчана пад вуглом адносна восі інструмента. Фрэзераванне ахоплівае шырокі спектр розных аперацый і станкоў, ад невялікіх асобных дэталяў да вялікіх, цяжкіх групавых фрэзерных аперацый. Гэта адзін з найбольш распаўсюджаных працэсаў апрацоўкі нестандартных дэталяў з дакладнымі допускамі.
Фрэзераванне можна выконваць з дапамогай шырокага спектру станкоў. Першапачатковым класам станкоў для фрэзеравання былі фрэзерныя станкі (часта званыя фрэзернымі станкамі). Пасля з'яўлення лічбавага праграмнага кіравання (ЧПК) фрэзерныя станкі ператварыліся ў апрацоўчыя цэнтры: фрэзерныя станкі, дапоўненыя аўтаматычнай зменай інструмента, інструментальнымі крамамі або каруселямі, магчымасцямі ЧПК, сістэмамі астуджэння і корпусамі. Фрэзерныя цэнтры звычайна класіфікуюцца як вертыкальныя апрацоўчыя цэнтры (ВАЦ) або гарызантальныя апрацоўчыя цэнтры (ГАЦ).
Інтэграцыя фрэзеравання ў такарныя працэсы і наадварот пачалася з прывадных інструментаў для такарных станкоў і перыядычнага выкарыстання фрэзерных станкоў для такарных аперацый. Гэта прывяло да з'яўлення новага класа станкоў — шматзадачных станкоў (МЗС), якія спецыяльна распрацаваны для палягчэння фрэзеравання і такарнай апрацоўкі ў межах адной рабочай зоны.
Для інжынераў-канструктараў, каманд даследчыкаў і вытворцаў, якія залежаць ад пастаўшчыкоў дэталяў, дакладная апрацоўка на станках з ЧПУ дазваляе ствараць складаныя дэталі без дадатковай апрацоўкі. Фактычна, дакладная апрацоўка на станках з ЧПУ часта дазваляе вырабляць гатовыя дэталі на адным станку.
У працэсе апрацоўкі выдаляецца матэрыял і выкарыстоўваецца шырокі спектр рэжучых інструментаў для стварэння канчатковай і часта вельмі складанай канструкцыі дэталі. Узровень дакладнасці павышаецца дзякуючы выкарыстанню лічбавага праграмнага кіравання (ЧПУ), якое выкарыстоўваецца для аўтаматызацыі кіравання апрацоўчымі інструментамі.
Роля "ЧПУ" ў дакладнай апрацоўцы
Выкарыстоўваючы закадаваныя інструкцыі праграмавання, дакладная апрацоўка на станках з ЧПУ дазваляе выразаць і надаць форму дэталі ў адпаведнасці са спецыфікацыямі без ручнога ўмяшання аператара машыны.
Бяручы мадэль CAD (сістэмы аўтаматызаванага праектавання), прадастаўленую кліентам, дасведчаны механік выкарыстоўвае праграмнае забеспячэнне для аўтаматызаванага вытворчасці (CAM) для стварэння інструкцый па апрацоўцы дэталі. На аснове мадэлі CAD праграма вызначае, якія траекторыі інструмента патрэбныя, і генеруе праграмны код, які паведамляе станку:
■ Якія правільныя абароты ў хвіліну і хуткасць падачы
■ Калі і куды перамяшчаць інструмент і/або апрацоўваную дэталь
■ Як глыбока рэзаць
■ Калі наносіць астуджальную вадкасць
■ Любыя іншыя фактары, звязаныя са хуткасцю, хуткасцю падачы і каардынацыяй
Затым кантролер ЧПУ выкарыстоўвае праграмны код для кіравання, аўтаматызацыі і маніторынгу рухаў станка.
Сёння ЧПУ з'яўляецца ўбудаванай функцыяй шырокага спектру абсталявання, ад такарных, фрэзерных і маршрутызацыйных станкоў да электраэрозіённай апрацоўкі, лазернай і плазменнай рэзкі. Акрамя аўтаматызацыі працэсу апрацоўкі і павышэння дакладнасці, ЧПУ ліквідуе ручную працу і дазваляе механікам кантраляваць некалькі станкоў, якія працуюць адначасова.
Акрамя таго, пасля распрацоўкі траекторыі руху інструмента і праграмавання станка, ён можа апрацоўваць дэталь неабмежаваную колькасць разоў. Гэта забяспечвае высокі ўзровень дакладнасці і паўтаральнасці, што, у сваю чаргу, робіць працэс вельмі эканамічна эфектыўным і маштабуемым.
Матэрыялы, якія падвяргаюцца механічнай апрацоўцы
Сярод металаў, якія звычайна апрацоўваюцца, — алюміній, латунь, бронза, медзь, сталь, тытан і цынк. Акрамя таго, можна апрацоўваць дрэва, пенапласт, шкловалакно і пластыкі, такія як поліпрапілен.
Фактычна, практычна любы матэрыял можна выкарыстоўваць для дакладнай апрацоўкі на станках з ЧПУ — вядома, у залежнасці ад прымянення і яго патрабаванняў.
Некаторыя перавагі дакладнай апрацоўкі з ЧПУ
Для многіх дробных дэталяў і кампанентаў, якія выкарыстоўваюцца ў шырокім дыяпазоне вырабленай прадукцыі, часта пераважным метадам вырабу з'яўляецца дакладная апрацоўка на станках з ЧПУ.
Як і практычна ва ўсіх метадах рэзкі і апрацоўкі, розныя матэрыялы паводзяць сябе па-рознаму, і памер і форма дэталі таксама аказваюць вялікі ўплыў на працэс. Аднак у цэлым працэс дакладнай апрацоўкі на станках з ЧПУ мае перавагі перад іншымі метадамі апрацоўкі.
Гэта таму, што апрацоўка на станках з ЧПУ здольная забяспечыць:
■ Высокая ступень складанасці дэталі
■ Жорсткія дапушчальныя адхіленні, звычайна ад ±0,0002 цалі (±0,00508 мм) да ±0,0005 цалі (±0,0127 мм)
■ Выключна гладкая аздабленне паверхняў, у тым ліку індывідуальная аздабленне
■ Паўтаральнасць нават пры вялікіх аб'ёмах
Хоць кваліфікаваны механік можа выкарыстоўваць ручны такарны станок для вырабу якаснай дэталі ў колькасці 10 ці 100 штук, што адбываецца, калі вам патрэбна 1000 дэталяў? 10 000 дэталяў? 100 000 ці мільён дэталяў?
Дзякуючы дакладнай апрацоўцы на станках з ЧПУ вы можаце атрымаць маштабаванасць і хуткасць, неабходныя для такога тыпу вытворчасці вялікіх аб'ёмаў. Акрамя таго, высокая паўтаральнасць дакладнай апрацоўкі на станках з ЧПУ дазваляе атрымліваць аднолькавыя дэталі ад пачатку да канца, незалежна ад таго, колькі дэталяў вы вырабляеце.
Існуюць некаторыя вельмі спецыялізаваныя метады апрацоўкі на станках з ЧПУ, у тым ліку дротавая эрозійная апрацоўка (EDM), адытыўная апрацоўка і 3D-лазерны друк. Напрыклад, дротавая эрозійная апрацоўка выкарыстоўвае праводзячыя матэрыялы — звычайна металы — і электрычныя разрады для надання дэталі складаных формаў.
Аднак тут мы засяродзімся на працэсах фрэзеравання і такарнай апрацоўкі — двух субтрактыўных метадах, якія шырока даступныя і часта выкарыстоўваюцца для дакладнай апрацоўкі на станках з ЧПУ.
Фрэзераванне супраць такарнай апрацоўкі
Фрэзераванне — гэта працэс апрацоўкі, у якім для выдалення матэрыялу і стварэння формаў выкарыстоўваецца круцільны цыліндрычны рэжучы інструмент. Фрэзернае абсталяванне, вядомае як фрэзерны станок або апрацоўчы цэнтр, выконвае мноства складаных геаметрычных формаў на некаторых з самых вялікіх аб'ектаў, якія апрацоўваюцца з металу.
Важнай характарыстыкай фрэзеравання з'яўляецца тое, што дэталь застаецца нерухомай, пакуль круціцца рэжучы інструмент. Іншымі словамі, на фрэзерным станку круцільны рэжучы інструмент рухаецца вакол дэталі, якая застаецца нерухомай на станіне.
Такарная апрацоўка — гэта працэс рэзання або надання формы дэталі на абсталяванні, якое называецца такарным станком. Звычайна такарны станок круціць дэталь па вертыкальнай або гарызантальнай восі, у той час як нерухомы рэжучы інструмент (які можа круціцца ці не круціцца) рухаецца ўздоўж запраграмаванай восі.
Інструмент не можа фізічна абыходзіць дэталь. Матэрыял круціцца, што дазваляе інструменту выконваць запраграмаваныя аперацыі. (Існуе падмноства такарных станкоў, у якіх інструменты круцяцца вакол дроту, які падаецца з шпулькі, аднак гэта тут не разглядаецца.)
Пры такарнай апрацоўцы, у адрозненне ад фрэзеравання, дэталь круціцца. Загатоўка круціцца на шпіндзелі такарнага станка, і рэжучы інструмент датыкаецца з дэталлю.
Ручная супраць апрацоўкі на станках з ЧПУ
Хоць і фрэзерныя, і такарныя станкі даступныя ў ручным рэжыме, станкі з ЧПУ больш падыходзяць для вырабу дробных дэталяў, прапаноўваючы маштабаванасць і паўтаральнасць для задач, якія патрабуюць вялікай колькасці вырабаў з высокімі допускамі.
Акрамя простых двухвосевых станкоў, у якіх інструмент рухаецца па восях X і Z, дакладнае абсталяванне з ЧПУ ўключае шматвосевыя мадэлі, у якіх можа рухацца і сама дэталь. Гэта адрозніваецца ад такарнага станка, дзе дэталь абмежавана кручэннем, а інструменты рухаюцца для стварэння патрэбнай геаметрыі.
Гэтыя шматвосевыя канфігурацыі дазваляюць вырабляць больш складаныя геаметрычныя элементы за адну аперацыю, не патрабуючы дадатковай працы ад аператара станка. Гэта не толькі спрашчае вытворчасць складаных дэталяў, але і памяншае або цалкам ліквідуе верагоднасць памылкі аператара.
Акрамя таго, выкарыстанне астуджальнай вадкасці пад высокім ціскам пры дакладнай апрацоўцы на станках з ЧПУ гарантуе, што стружка не будзе трапляць у выраб, нават пры выкарыстанні станка з вертыкальна арыентаваным шпіндзелем.
Фрэзерныя станкі з ЧПУ
Розныя фрэзерныя станкі адрозніваюцца памерамі, канфігурацыямі восяў, хуткасцямі падачы, хуткасцю рэзання, кірункам падачы фрэзеравання і іншымі характарыстыкамі.
Аднак, як правіла, усе фрэзерныя станкі з ЧПУ выкарыстоўваюць круцільны шпіндзель для выдалення непатрэбнага матэрыялу. Яны выкарыстоўваюцца для рэзкі цвёрдых металаў, такіх як сталь і тытан, але таксама могуць выкарыстоўвацца з такімі матэрыяламі, як пластык і алюміній.
Фрэзерныя станкі з ЧПУ распрацаваны для паўтаральнасці і могуць выкарыстоўвацца для ўсяго: ад стварэння прататыпаў да вытворчасці вялікіх серый. Высокакласныя дакладныя фрэзерныя станкі з ЧПУ часта выкарыстоўваюцца для апрацоўкі з высокімі дапушчальнымі адхіленнямі, такіх як фрэзераванне тонкіх штампаў і прэс-формаў.
Хоць фрэзераванне на станках з ЧПУ можа забяспечыць хуткую апрацоўку, чыставое апрацоўванне пасля фрэзеравання стварае дэталі з бачнымі слядамі інструмента. Яно таксама можа ствараць дэталі з некаторымі вострымі краямі і задзірынамі, таму могуць спатрэбіцца дадатковыя працэсы, калі края і задзірынкі непрымальныя для гэтых элементаў.
Вядома, інструменты для выдалення задзірын, запраграмаваныя ў паслядоўнасць, будуць выдаляць задзірынкі, хоць звычайна дасягаюць максімум 90% ад патрабаванага гатовага выніку, пакідаючы некаторыя элементы для канчатковай ручной апрацоўкі.
Што тычыцца апрацоўкі паверхні, існуюць інструменты, якія дазваляюць надаць ёй не толькі прымальны выгляд, але і люстраны бляск на некаторых частках вырабу.
Тыпы фрэзерных станкоў з ЧПУ
Два асноўныя тыпы фрэзерных станкоў вядомыя як вертыкальныя апрацоўчыя цэнтры і гарызантальныя апрацоўчыя цэнтры, дзе асноўнае адрозненне заключаецца ў арыентацыі шпіндзеля станка.
Вертыкальны апрацоўчы цэнтр — гэта фрэзерны станок, у якім вось шпіндзеля выраўнавана ў кірунку восі Z. Гэтыя вертыкальныя станкі можна падзяліць на два тыпы:
■ Фрэзерныя станкі з ложкападобным шпіндзелем, у якіх шпіндзель рухаецца паралельна сваёй восі, а стол рухаецца перпендыкулярна восі шпіндзеля
■ Фрэзерныя станкі з рэвальверным механізмам, у якіх шпіндзель нерухомы, а стол перамяшчаецца так, што ён заўсёды знаходзіцца перпендыкулярна і паралельна восі шпіндзеля падчас аперацыі рэзання.
У гарызантальным апрацоўчым цэнтры вось шпіндзеля фрэзернага станка выраўнавана па восі Y. Гарызантальная канструкцыя азначае, што гэтыя фрэзерныя станкі, як правіла, займаюць больш месца ў механічным цэху; яны таксама звычайна цяжэйшыя і магутнейшыя за вертыкальныя станкі.
Гарызантальны фрэзерны станок часта выкарыстоўваецца, калі патрабуецца лепшая якасць паверхні; гэта таму, што арыентацыя шпіндзеля азначае, што стружка натуральным чынам адпадае і лёгка выдаляецца. (Дадатковай перавагай з'яўляецца эфектыўнае выдаленне стружкі, якое дапамагае павялічыць тэрмін службы інструмента.)
У цэлым, вертыкальныя апрацоўчыя цэнтры больш распаўсюджаныя, таму што яны могуць быць гэтак жа магутнымі, як і гарызантальныя апрацоўчыя цэнтры, і апрацоўваць вельмі дробныя дэталі. Акрамя таго, вертыкальныя цэнтры маюць меншую пляцоўку, чым гарызантальныя апрацоўчыя цэнтры.
Шматвосевыя фрэзерныя станкі з ЧПУ
Дакладныя фрэзерныя цэнтры з ЧПУ даступныя з некалькімі восямі. 3-восевы фрэзерны станок выкарыстоўвае восі X, Y і Z для шырокага спектру работ. 4-восевы фрэзерны станок можа круціцца па вертыкальнай і гарызантальнай восях і перамяшчаць дэталь, каб забяспечыць больш бесперапынную апрацоўку.
5-восевы фрэзерны станок мае тры традыцыйныя восі і дзве дадатковыя круцільныя восі, што дазваляе паварочваць нарыхтоўку падчас руху шпіндзельнай галоўкі вакол яе. Гэта дазваляе апрацоўваць пяць бакоў нарыхтоўкі без яе зняцця і перазагрузкі станка.
Такарныя станкі з ЧПУ
Такарны станок, які таксама называюць такарным цэнтрам, мае адзін або некалькі шпіндзеляў, а таксама восі X і Z. Станок выкарыстоўваецца для павароту дэталі вакол яе восі для выканання розных аперацый рэзання і апрацоўкі формы, выкарыстоўваючы шырокі спектр інструментаў.
Такарныя станкі з ЧПУ, якія таксама называюць такарнымі станкамі з жывым механізмам, ідэальна падыходзяць для стварэння сіметрычных цыліндрычных або сферычных дэталяў. Падобна фрэзерным станкам з ЧПУ, такарныя станкі з ЧПУ могуць выконваць меншыя аперацыі, такія як прататыпаванне, але таксама могуць быць настроены на высокую паўтаральнасць, што дазваляе падтрымліваць вытворчасць вялікіх аб'ёмаў.
Такарныя станкі з ЧПУ таксама можна наладзіць для вытворчасці без удзелу рук, што робіць іх шырока выкарыстоўванымі ў аўтамабільнай, электроннай, аэракасмічнай, робататэхнічнай і медыцынскай прамысловасці.
Як працуе такарны станок з ЧПУ
У такарным станку з ЧПУ нарыхтаваны брусок матэрыялу загружаецца ў патрон шпіндзеля такарнага станка. Гэты патрон утрымлівае загатоўку на месцы падчас кручэння шпіндзеля. Калі шпіндзель дасягае патрэбнай хуткасці, нерухомы рэжучы інструмент прыводзіцца ў кантакт з загатоўкай для выдалення матэрыялу і дасягнення правільнай геаметрыі.
Такарны станок з ЧПУ можа выконваць шэраг аперацый, такіх як свідраванне, наразанне разьбы, расточванне, развёртванне, апрацоўка торцу і канічнае тачэнне. Розныя аперацыі патрабуюць змены інструмента і могуць павялічыць кошт і час наладкі.
Пасля завяршэння ўсіх неабходных аперацый апрацоўкі дэталь выразаецца з загатоўкі для далейшай апрацоўкі, калі гэта неабходна. Такарны станок з ЧПУ гатовы паўтарыць аперацыю, прычым звычайна патрабуецца мала часу на падрыхтоўку або зусім не патрабуецца.
Такарныя станкі з ЧПУ таксама могуць абсталявацца рознымі аўтаматычнымі падавальнікамі пруткоў, што памяншае аб'ём ручной апрацоўкі сыравіны і забяспечвае такія перавагі, як наступныя:
■ Скарачэнне часу і намаганняў, неабходных аператару машыны
■ Падтрымлівайце прутковую заготовку, каб паменшыць вібрацыі, якія могуць негатыўна паўплываць на дакладнасць
■ Дазволіць станку працаваць на аптымальных хуткасцях шпіндзеля
■ Мінімізуйце час пераключэння
■ Скарачэнне адходаў матэрыялаў
Тыпы такарных станкоў з ЧПУ
Існуе мноства розных тыпаў такарных станкоў, але найбольш распаўсюджанымі з'яўляюцца 2-восевыя такарныя станкі з ЧПУ і аўтаматычныя такарныя станкі кітайскага тыпу.
Большасць такарных станкоў з ЧПУ ў Кітаі выкарыстоўваюць адзін ці два галоўныя шпіндзелі плюс адзін ці два заднія (або дапаможныя) шпіндзелі, прычым за першы адказвае ратацыйная перадача. Галоўны шпіндзель выконвае асноўную аперацыю апрацоўкі з дапамогай накіроўвалай утулкі.
Акрамя таго, некаторыя такарныя станкі кітайскага тыпу абсталяваны другой інструментальнай галоўкай, якая працуе як фрэзерны станок з ЧПУ.
На аўтаматычным такарным станку з ЧПУ кітайскага тыпу загатоўка падаецца праз шпіндзель з разсоўнай галоўкай у накіроўвальную ўтулку. Гэта дазваляе інструменту рэзаць матэрыял бліжэй да кропкі, дзе матэрыял апіраецца, што робіць станок кітайскага тыпу асабліва карысным для доўгіх, тонкіх такарных дэталяў і для мікраапрацоўкі.
Шматвосевыя такарныя цэнтры з ЧПУ і такарныя станкі кітайскага тыпу могуць выконваць некалькі аперацый апрацоўкі на адным станку. Гэта робіць іх эканамічна выгадным варыянтам для складаных геаметрый, якія ў адваротным выпадку патрабавалі б некалькіх станкоў або змены інструментаў з выкарыстаннем такога абсталявання, як традыцыйны фрэзерны станок з ЧПУ.