Die Präzisionsbearbeitung ist ein Prozess, um Material aus einem Werkstück zu entfernen, während sie enge Toleranz -Oberflächen halten. Die Präzisionsmaschine verfügt über viele Typen, einschließlich Mahlen, Drehen und Elektroausflussbearbeitung. Eine Präzisionsmaschine wird heute im Allgemeinen unter Verwendung einer computer numerischen Steuerung (CNC) gesteuert.
Fast alle Metallprodukte verwenden eine Präzisionsbearbeitung, ebenso wie viele andere Materialien wie Kunststoff und Holz. Diese Maschinen werden von spezialisierten und geschulten Maschinisten betrieben. Damit das Schneidwerkzeug seine Arbeit erledigt, muss es in die angegebenen Richtungen bewegt werden, um den richtigen Schnitt zu erstellen. Diese Primärbewegung wird als "Schneidgeschwindigkeit" bezeichnet. Das Werkstück kann auch bewegt werden, bekannt als Sekundärbewegung von "Futter". Zusammen ermöglichen diese Bewegungen und die Schärfe des Schneidwerkzeugs die Präzisionsmaschine zu bedienen.
Qualitativ hochwertige Präzisionsbearbeitung erfordert die Möglichkeit, extrem spezifische Blaupausen zu befolgen, die von CAD (Computer Aided Design) oder CAM (Computer Aided Manufacturing) wie AutoCAD und Turbocad hergestellt wurden. Die Software kann dazu beitragen, die komplexen, dreidimensionalen Diagramme oder Umrisse zu erstellen, um ein Werkzeug, eine Maschine oder ein Objekt herzustellen. Diese Blaupausen müssen mit großem Detail eingehalten werden, um sicherzustellen, dass ein Produkt seine Integrität behält. Während die meisten Präzisionsbearbeitungsunternehmen mit einer Form von CAD/CAM-Programmen arbeiten, arbeiten sie in den ersten Phasen eines Designs immer noch häufig mit handgezeichneten Skizzen.
Präzisionsbearbeitung wird für eine Reihe von Materialien verwendet, darunter Stahl, Bronze, Graphit, Glas und Kunststoffe, um nur einige zu nennen. Abhängig von der Größe des Projekts und der zu verwendenden Materialien werden verschiedene Präzisionsbearbeitungswerkzeuge verwendet. Jede Kombination aus Drehmaschinen, Fräsmaschinen, Bohrmaschinen, Sägen und Mahlen und sogar Hochgeschwindigkeitsrobootik kann verwendet werden. Die Luft- und Raumfahrtindustrie kann eine hohe Geschwindigkeitsbearbeitung verwenden, während eine Holzwerkzeugindustrie möglicherweise fotot-chemische Ätz- und Fräsenprozesse verwendet. Die Ausrüstung aus einem Lauf oder eine bestimmte Menge eines bestimmten Elements kann zu Tausenden zählen oder nur wenige sein. Präzisionsbearbeitung erfordert häufig die Programmierung von CNC -Geräten, was bedeutet, dass sie numerisch kontrolliert werden. Mit dem CNC -Gerät können genaue Abmessungen während des gesamten Produktlaufs befolgt werden.
Fräsen ist der Bearbeitungsvorgang der Verwendung von Rotationsschneidern, um Material aus einem Werkstück zu entfernen, indem der Cutter in eine bestimmte Richtung in das Werkstück voranschreitet (oder füttert). Der Cutter kann auch in einem Winkel relativ zur Achse des Werkzeugs gehalten werden. Das Fräsen deckt eine Vielzahl verschiedener Operationen und Maschinen auf Skalen von kleinen Einzelteilen bis hin zu großen Bandenbandenbetriebsvorgängen ab. Es ist eines der am häufigsten verwendeten Prozesse für die Bearbeitung von benutzerdefinierten Teilen für genaue Toleranzen.
Das Mahlen kann mit einer Vielzahl von Werkzeugmaschinen durchgeführt werden. Die ursprüngliche Klasse der Werkzeugmaschinen für das Mahlen war die Fräsmaschine (oft als Mühle bezeichnet). Nach dem Aufkommen der computernumerischen Steuerung (CNC) entwickelten sich Fräsmaschinen zu Bearbeitungszentren: Fräsmaschinen, die durch automatische Werkzeugveränderer, Werkzeugmagazine oder Karussell, CNC -Fähigkeiten, Kühlsysteme und Gehäuse verstärkt wurden. Fräsenzentren werden im Allgemeinen als vertikale Bearbeitungszentren (VMCs) oder horizontale Bearbeitungszentren (HMCs) eingestuft.
Die Integration von Mahlen in Drehumgebungen und umgekehrt begann mit Live -Werkzeugen für Latten und gelegentlich die Verwendung von Mühlen für den Drehvorgang. Dies führte zu einer neuen Klasse von Werkzeugmaschinen, Multitasking-Maschinen (MTMs), die speziell gebaut werden, um das Mahlen und das Abbiegen innerhalb desselben Arbeitsumschlags zu erleichtern.
Für Konstrukteure, F & E -Teams und Hersteller, die von Teil der Teilbeschaffung abhängen, ermöglicht die Precision CNC -Bearbeitung die Erstellung komplexer Teile ohne zusätzliche Verarbeitung. In der Tat ermöglicht die Präzisions -CNC -Bearbeitung häufig, dass fertige Teile auf einer einzelnen Maschine hergestellt werden.
Der Bearbeitungsprozess entfernt Material und verwendet eine breite Palette von Schneidwerkzeugen, um das endgültige und oft hochkomplexe Design eines Teils zu erstellen. Der Genauigkeitsniveau wird durch die Verwendung von Computer Numerical Control (CNC) verbessert, mit der die Steuerung der Bearbeitungswerkzeuge automatisiert werden.
Die Rolle von "CNC" bei der Präzisionsbearbeitung
Mithilfe von Coded -Programmieranweisungen kann eine Präzisions -CNC -Bearbeitung ein Werkstück abgeschnitten und von einem Maschinenbetreiber ohne manuelle Eingriffe geformt werden.
Ein kompetentes Maschinist nimmt ein von einem Kunden bereitgestellter Computer -Aided -Design (CAD) und verwendet eine Computer -Aided Fertigungssoftware (CAM), um die Anweisungen für die Bearbeitung des Teils zu erstellen. Basierend auf dem CAD -Modell bestimmt die Software, welche Toolpfade benötigt werden, und generiert den Programmiercode, der dem Computer mitteilt:
■ Was sind die richtigen Drehungen und Futterraten
■ Wann und wo man das Werkzeug und/oder das Werkstück bewegen kann
■ Wie tief zu schneiden ist
■ Wenn Sie Kühlmittel auftragen müssen
■ Alle anderen Faktoren im Zusammenhang mit Geschwindigkeit, Futterrate und Koordination
Ein CNC -Controller verwendet dann den Programmiercode, um die Bewegungen der Maschine zu steuern, zu automatisieren und zu überwachen.
Heute ist CNC ein integriertes Merkmal einer Vielzahl von Geräten, von Drehmaschinen, Mühlen und Routern bis hin zu EDM (elektrische Entladungsbearbeitung), Laser- und Plasma-Schneidmaschinen. Zusätzlich zur Automatisierung des Bearbeitungsvorgangs und der Verbesserung der Präzision beseitigt CNC manuelle Aufgaben und befreit Maschinisten, um mehrere Maschinen gleichzeitig zu überwachen.
Sobald ein Werkzeugpfad entworfen und eine Maschine programmiert wurde, kann er eine Menge Male ausführen. Dies bietet ein hohes Maß an Präzision und Wiederholbarkeit, was wiederum den Prozess sehr kostengünstig und skalierbar macht.
Materialien, die bearbeitet werden
Einige üblicherweise bearbeitete Metalle sind Aluminium, Messing, Bronze, Kupfer, Stahl, Titan und Zink. Darüber hinaus können auch Holz, Schaumstoff, Glasfaser und Plastik wie Polypropylen bearbeitet werden.
Tatsächlich kann fast jedes Material mit Präzisions -CNC -Bearbeitung verwendet werden - natürlich je nach Anwendung und Anforderungen.
Einige Vorteile der Präzisions -CNC -Bearbeitung
Für viele der kleinen Teile und Komponenten, die in einer Vielzahl von hergestellten Produkten verwendet werden, ist die Präzisions -CNC -Bearbeitung häufig die Herstellungsmethode der Wahl.
Wie bei praktisch allen Schnitt- und Bearbeitungsmethoden verhalten sich unterschiedliche Materialien unterschiedlich, und die Größe und Form einer Komponente haben auch einen großen Einfluss auf den Prozess. Im Allgemeinen bietet der Prozess der Präzisions -CNC -Bearbeitung jedoch Vorteile gegenüber anderen Bearbeitungsmethoden.
Das liegt daran, dass die CNC -Bearbeitung liefern kann:
■ Ein hohes Maß an Teilkomplexität
■ enge Toleranzen, die typischerweise zwischen ± 0,0002 "(± 0,00508 mm) bis ± 0,0005" (± 0,0127 mm) liegen
■ Außergewöhnliche Oberflächenoberflächen, einschließlich benutzerdefinierter Oberflächen
■ Wiederholbarkeit, selbst bei hohen Bänden
Während ein erfahrener Maschinist eine manuelle Drehmaschine verwenden kann, um einen Qualitätsteil in Mengen von 10 oder 100 zu beteiligen, was passiert, wenn Sie 1.000 Teile benötigen? 10.000 Teile? 100.000 oder eine Million Teile?
Mit der Präzisions-CNC-Bearbeitung können Sie die für diese Art von Hochvolumenproduktion benötigte Skalierbarkeit und Geschwindigkeit erhalten. Darüber hinaus bietet die hohe Wiederholbarkeit der Präzisions -CNC -Bearbeitung Teile, die von Anfang bis Ende gleich sind, egal wie viele Teile Sie produzieren.
Es gibt einige sehr spezialisierte Methoden der CNC -Bearbeitung, einschließlich Draht -EDM (elektrische Entladungsbearbeitung), additiver Bearbeitung und 3D -Laserdruck. Beispielsweise verwendet Draht EDM leitende Materialien -typischerweise Metalle -und elektrische Entladungen, um ein Werkstück in komplizierte Formen zu untergraben.
Hier konzentrieren wir uns jedoch auf die Fräsen- und Drehprozesse - zwei subtraktive Methoden, die weit verbreitet sind und häufig für die Präzisions -CNC -Bearbeitung verwendet werden.
Fräsen gegen Drehen
Das Mahlen ist ein Bearbeitungsvorgang, bei dem ein rotierendes, zylindrisches Schneidwerkzeug verwendet wird, um Material zu entfernen und Formen zu erstellen. Mahlausrüstung, bekannt als Mühle oder Bearbeitungszentrum, erfüllt ein Universum komplexer Teilgeometrien an einigen der größten maschinellen Gegenstände.
Ein wichtiges Mahlen des Mahlens ist, dass das Werkstück stationär bleibt, während sich das Schneidwerkzeug umdreht. Mit anderen Worten, in einer Mühle bewegt sich das rotierende Schneidwerkzeug um das Werkstück, das auf einem Bett festgelegt bleibt.
Das Drehen ist das Schneiden oder Gestalten eines Werkstücks auf Geräten, die als Drehmaschine bezeichnet werden. Normalerweise dreht sich die Drehmaschine das Werkstück auf einer vertikalen oder horizontalen Achse, während sich ein festes Schneidwerkzeug (das sich möglicherweise nicht dreht) entlang der programmierten Achse bewegt.
Das Tool kann das Teil physisch nicht umgehen. Das Material dreht sich und ermöglicht das Tool, die programmierten Vorgänge auszuführen. (Es gibt eine Untergruppe von Drehstäben, in denen sich die Werkzeuge um einen mit Spulen gefütterten Draht drehen, der hier nicht bedeckt ist.)
Im Gegensatz zum Mahlen dreht sich das Werkstück. Der Teil, das die Spindel des Drehdrücks aufschaltet und das Schneidwerkzeug mit dem Werkstück in Kontakt gebracht wird.
Handbuch gegen CNC -Bearbeitung
Während sowohl Mühlen als auch Latten in manuellen Modellen erhältlich sind, sind CNC -Maschinen für die Zwecke der Herstellung von kleinen Teilen besser geeignet. Dies bietet Skalierbarkeit und Wiederholbarkeit für Anwendungen, die eine hohe Volumenproduktion von Teilen mit enger Toleranz erfordern.
Neben einfachen 2-Achsen-Maschinen, bei denen sich das Werkzeug in den X- und Z-Achsen bewegt, umfassen die Präzisions-CNC-Geräte mehrerer Achsenmodelle, bei denen sich das Werkstück ebenfalls bewegen kann. Dies steht im Gegensatz zu einer Drehmaschine, in der das Werkstück auf Drehen beschränkt ist, und die Werkzeuge bewegen sich, um die gewünschte Geometrie zu erzeugen.
Diese Mehrachsekonfigurationen ermöglichen die Produktion komplexerer Geometrien in einem einzigen Betrieb, ohne zusätzliche Arbeiten des Maschinenbetreibers zu erfordern. Dies erleichtert nicht nur die Herstellung komplexer Teile, sondern reduziert oder beseitigt auch die Wahrscheinlichkeit eines Bedienerfehlers.
Darüber hinaus stellt die Verwendung von Hochdruckkühlmittel mit Präzisions-CNC-Bearbeitung sicher, dass Chips nicht in die Arbeiten geraten, selbst wenn eine Maschine mit einer vertikal orientierten Spindel verwendet wird.
CNC Mills
Unterschiedliche Fräsmaschinen variieren in ihren Größen, Achsenkonfigurationen, Futterraten, Schnittgeschwindigkeit, Mahlenfutterrichtung und anderen Eigenschaften.
Im Allgemeinen verwenden CNC -Mühlen jedoch eine rotierende Spindel, um unerwünschtes Material wegzuschneiden. Sie werden verwendet, um harte Metalle wie Stahl und Titan zu schneiden, können aber auch mit Materialien wie Kunststoff und Aluminium verwendet werden.
CNC -Mühlen sind zur Wiederholbarkeit gebaut und können für alles von Prototyping bis zur Produktion mit hoher Volumen verwendet werden. High-End-Präzisions-CNC-Mühlen werden häufig für enge Toleranzarbeiten wie feine Stirme und Formen aus Mahlen verwendet.
Während das CNC-Mahlen eine schnelle Turnaround liefern kann, erzeugt die mängele Finishing Teile mit sichtbaren Werkzeugmarken. Es kann auch Teile mit einigen scharfen Kanten und Größen erzeugen, sodass zusätzliche Prozesse erforderlich sein können, wenn Kanten und Burrs für diese Merkmale nicht akzeptabel sind.
Natürlich wird abgebaut in der Sequenz programmiertes Tools debrimiert, obwohl normalerweise 90% der fertigen Anforderungen erreicht werden, wodurch einige Funktionen für die endgültige Handveredelung bleiben.
Was die Oberflächenbeschaffung betrifft, so gibt es Werkzeuge, die nicht nur eine akzeptable Oberflächenfinish erzeugen, sondern auch eine spiegelartige Oberfläche an Teilen des Arbeitsprodukts.
Arten von CNC -Mühlen
Die beiden Grundtypen von Fräsmaschinen werden als vertikale Bearbeitungszentren und horizontale Bearbeitungszentren bezeichnet, in denen der Hauptunterschied in der Ausrichtung der Maschinenspindel besteht.
Ein vertikales Bearbeitungszentrum ist eine Mühle, in der die Spindelachse in Z-Achse-Richtung ausgerichtet ist. Diese vertikalen Maschinen können weiter in zwei Arten unterteilt werden:
■ Bettmühlen, in denen sich die Spindel parallel zu ihrer eigenen Achse bewegt, während sich der Tisch senkrecht zur Achse der Spindel bewegt
■ Turm Mills, in denen die Spindel stationär ist und der Tisch so bewegt wird, dass sie während des Schneidvorgangs immer senkrecht und parallel zur Spindelachse ist
In einem horizontalen Bearbeitungszentrum ist die Spindelachse der Mühle in eine y-Achse-Richtung ausgerichtet. Die horizontale Struktur bedeutet, dass diese Mühlen dazu neigen, mehr Platz in der Maschinenwerkstatt einbeziehen. Sie sind auch im Allgemeinen schwerer und leistungsstärker als vertikale Maschinen.
Eine horizontale Mühle wird häufig verwendet, wenn eine bessere Oberfläche erforderlich ist. Das liegt daran, dass die Ausrichtung der Spindel bedeutet, dass die Schneidchips natürlich wegfallen und leicht entfernt werden können. (Als zusätzlichen Vorteil hilft die effiziente Entfernung von Chips zur Verbesserung der Lebensdauer des Werkzeugs.)
Im Allgemeinen sind vertikale Bearbeitungszentren häufiger vorhanden, da sie so leistungsfähig sein können wie horizontale Bearbeitungszentren und mit sehr kleinen Teilen umgehen können. Darüber hinaus haben vertikale Zentren einen kleineren Fußabdruck als horizontale Bearbeitungszentren.
Multi-Achsen-CNC-Mühlen
Präzisions -CNC -Mühlenzentren sind mit mehreren Achsen erhältlich. Eine 3-Achsen-Mühle nutzt die X-, Y- und Z-Achsen für eine Vielzahl von Arbeiten. Mit einer 4-Achsen-Mühle kann sich die Maschine auf einer vertikalen und horizontalen Achse drehen und das Werkstück bewegen, um eine kontinuierlichere Bearbeitung zu ermöglichen.
Eine 5-Achsen-Mühle hat drei traditionelle Achsen und zwei zusätzliche Rotationsachsen, sodass das Werkstück gedreht werden kann, wenn sich der Spindelkopf um sie bewegt. Dadurch können fünf Seiten eines Werkstücks bearbeitet werden, ohne das Werkstück zu entfernen und die Maschine zurückzusetzen.
CNC -Drehmaschinen
Eine Drehmaschine - auch ein Drehzentrum genannt - hat eine oder mehrere Spindeln sowie x- und z -Achsen. Die Maschine wird verwendet, um ein Werkstück auf der Achse zu drehen, um verschiedene Schnitt- und Formungsvorgänge durchzuführen und eine breite Palette von Werkzeugen auf das Werkstück anzuwenden.
CNC -Drehungen, die auch Live -Action -Werkzeuge als Latten genannt werden, sind ideal, um symmetrische zylindrische oder kugelförmige Teile zu erstellen. Wie bei CNC -Mühlen können CNC -Drehmaschinen kleinere Vorgänge wie Prototypen ausführen, aber auch für eine hohe Wiederholbarkeit eingerichtet werden und die Produktion mit hoher Volumen unterstützen.
CNC-Latten können auch für eine relativ freihändige Produktion eingerichtet werden, wodurch sie in der Automobil-, Elektronik-, Luft- und Raumfahrt-, Robotik- und medizinischen Geräteindustrie weit verbreitet sind.
Wie eine CNC -Drehmaschine funktioniert
Mit einer CNC -Drehmaschine wird eine leere Stange mit Lagermaterial in das Spannfleisch der Spindel des Drehes geladen. Dieses Chuck hält das Werkstück an Ort und Stelle, während sich die Spindel dreht. Wenn die Spindel die erforderliche Geschwindigkeit erreicht, wird ein stationäres Schneidwerkzeug mit dem Werkstück in Kontakt gebracht, um Material zu entfernen und die richtige Geometrie zu erreichen.
Eine CNC -Drehmaschine kann eine Reihe von Operationen ausführen, z. B. Bohrungen, Faden, Bohrungen, Reisen, Ausdruck und Verjüngen. Unterschiedliche Vorgänge erfordern Tooländerungen und können die Kosten und die Einrichtungszeit erhöhen.
Wenn alle erforderlichen Bearbeitungsvorgänge abgeschlossen sind, wird der Teil bei Bedarf zur weiteren Bearbeitung aus dem Bestand geschnitten. Die CNC -Drehmaschine ist dann bereit, den Vorgang zu wiederholen, wobei in der Regel nur wenig oder gar keine zusätzliche Einrichtungszeit erforderlich ist.
CNC -Latten können auch eine Vielzahl von automatischen Stangenfuttermitteln aufnehmen, die die Menge der manuellen Rohstoffhandhabung verringern und Vorteile wie die folgenden bieten:
■ Reduzieren Sie die Zeit und den Aufwand des Maschinenbetreibers
■ Unterstützen Sie den Barstock, um Schwingungen zu reduzieren, die die Präzision negativ beeinflussen können
■ Erlauben Sie der Werkzeugmaschine, mit optimalen Spindelgeschwindigkeiten zu arbeiten
■ Umstellungszeiten minimieren
■ Materialabfall reduzieren
Arten von CNC -Drehungen
Es gibt eine Reihe verschiedener Arten von Drehmaschinen, aber am häufigsten sind 2-Achsen-CNC-Latten und automatische Drehungen im chinesischen Stil.
Die meisten CNC -China -Latten verwenden ein oder zwei Hauptspindeln plus ein oder zwei Rückenspindeln (oder sekundäre) Spindeln, wobei der Rotary -Transfer für die ersteren verantwortlich ist. Die Hauptspindel führt den Hauptbearbeitungsvorgang mit Hilfe einer Führungsbuchse durch.
Darüber hinaus sind einige Latten im China-Stil mit einem zweiten Werkzeugkopf ausgestattet, der als CNC-Mühle wirkt.
Mit einer automatischen Drehmaschine im CNC China-Stil wird das Aktienmaterial durch eine Schieberkopfspindel in eine Führungsbuchse gefüttert. Dies ermöglicht das Werkzeug, das Material näher an den Punkt zu schneiden, an dem das Material unterstützt wird, sodass die China -Maschine für lange, schlanke gedrehte Teile und für die Mikromachinierung besonders vorteilhaft ist.
Multi-Achsen-CNC-Drehzentren und Dreher im chinesischen Stil können mehrere Bearbeitungsvorgänge mit einer einzigen Maschine durchführen. Dies macht sie zu einer kostengünstigen Option für komplexe Geometrien, die ansonsten mehrere Maschinen oder Werkzeugänderungen unter Verwendung von Geräten wie einer herkömmlichen CNC-Mühle erfordern.