Šiuolaikinė gamybos aplinka kupina sudėtingų geometrijų, neįtikėtinai griežtų leistinų nuokrypių ir didelio{0}}našumo medžiagų, kurios skatina technologijas. Nuo elegantiškų išmaniųjų telefonų aliuminio korpusų iki konstrukcinių titano komponentų aviacijos ir kosmoso variklių viduje – mus supantis fizinis pasaulis priklauso nuo tikslios inžinerijos. Šios gamybos revoliucijos esmė yra kompiuterinio skaitmeninio valdymo (CNC) apdirbimas.
Dešimtmečius komponentus formavo kvalifikuoti meistrai, rankiniu būdu sukdami švaistiklius, svirtis ir ratus, kad pjaustytų metalą. Nors rankinis apdirbimas tebėra meno rūšis, jis negali prilygti greičiui, pakartojamumui ir mikro{1}}colių tikslumui, kurio reikia šiandienos sparčiai besivystančiai pasaulio ekonomikai. CNC apdirbimas užpildo atotrūkį tarp skaitmeninės vaizduotės ir fizinės realybės. Šiandien, užuot pasikliavę vien vidinėmis gamybos patalpomis, įmonės visame pasaulyje dažnai naudoja specializuotą CNC apdirbimo paslaugą, kad perduotų gamybą iš išorės, supaprastintų tiekimo grandines ir nuo greito prototipų kūrimo iki didelės apimties gamybos be didelių kapitalo investicijų. Šiame vadove išskaidomos pagrindinės CNC apdirbimo sąvokos, išsamiai aprašoma, kaip jis veikia, naudojamos mašinos, naudojamos medžiagos ir kodėl tai išlieka auksiniu šiuolaikinės gamybos standartu.
Kaip veikia CNC apdirbimas: pagrindinis procesas
Iš esmės CNC apdirbimas yra atimamasis gamybos procesas. Skirtingai nuo 3D spausdinimo (priedų gamybos), kai objektas sluoksnis po sluoksnio sukuriamas nuo pat pradžių, CNC apdirbimas prasideda nuo vientiso žaliavos bloko, strypo ar plokštės -vadinamo ruošiniu arba „tuščiu“- ir naudojant aštrius pjovimo įrankius sistemingai nuskusti medžiagą, kol pasiekiama norima galutinė forma.
Iš žaliavos į gatavą komponentą paverčiama griežta keturių{0}}pakopų skaitmeninė ir fizinė darbo eiga.
1. 3D modelio (CAD) kūrimas
Kelionė prasideda skaitmeninėje srityje. Inžinierius arba gaminio dizaineris naudoja kompiuterinio{1}}projektavimo (CAD) programinę įrangą, kad sukurtų labai tikslų 3D dalies vaizdą. Šis skaitmeninis projektas nurodo tikslius numatomo objekto matmenis, geometriją, siūlus ir ypatybes. Šiame etape dizaineriai turi atsižvelgti į gamybos apribojimus, užtikrindami, kad dalis iš tikrųjų būtų pasiekiama ir pjaustoma fiziniais įrankiais.
2. CAD konvertavimas į mašinos kodą (CAM)
Kai CAD dizainas baigtas, jis importuojamas į kompiuterinės{0}}gamybos (CAM) programinę įrangą. CNC įrenginys negali tiesiogiai nuskaityti standartinio 3D failo; tam reikia konkrečių, nuoseklių nurodymų. CAM programinė įranga analizuoja detalės geometriją ir generuoja specializuotą programavimo kalbą, vadinamą G-kodu ir M-kodu.
G-kodas (geometrinis kodas) valdo judėjimo fiziką. Jis tiksliai nurodo mašinai, kur reikia perkelti pjovimo įrankį išilgai X, Y ir Z ašių, kaip greitai judėti (tiekimo greitis) ir kaip greitai sukti įrankį (suklio greitis).
M-kodas (įvairių funkcijų kodas) valdo pagalbines mašinos operacijas, tokias kaip skysto aušinimo skysčio įjungimas, automatinis įrankių perjungimas arba mašinos korpuso durelių atidarymas ir uždarymas.
3. CNC mašinos paruošimas ir nustatymas
Prieš vykdant programą būtinas fizinis pasiruošimas. Mašinistas į mašinos darbo laikymo įtaisą įdeda reikiamą žaliavos ruošinį, kuris paprastai yra spaustukai, griebtuvas arba pritaikytas tvirtinimas, tvirtai pritvirtintas prie mašinos pagrindo. Tada staklininkas įkelia reikiamus pjovimo įrankius (pvz., galinius frezus, grąžtus ir srieginius srieginius) į mašinos automatinį įrankių keitiklį. Tada operatorius sukalibruoja mašiną, nustatydamas „darbo koordinačių sistemą“ (WCS), nustatydamas tikslų pradžios tašką (nulinę padėtį), kad mašina tiksliai žinotų, kur fizinėje erdvėje yra žaliava.
4. Vykdymas ir medžiagų pašalinimas
Kai kodas įkeltas ir mašina sukonfigūruota, operatorius uždaro apsaugines dureles ir vykdo programą. CNC mašina visiškai valdo ir visiškai tiksliai vykdo tūkstančius kodo eilučių. Didelio -greičių verpstės sukasi pjovimo įrankius tūkstančiais apsisukimų per minutę, o didelio-slėgio aušinimo skystis užlieja pjovimo zoną, kad sumažintų trintį, nuplautų susidariusias drožles ir apsaugotų įrankį bei medžiagą nuo perkaitimo. Operatorius stebi procesą, siekdamas užtikrinti, kad įrankiai nesulūžtų ir mašina veiktų sklandžiai.
Įprasti CNC staklių tipai ir jų funkcijos
Sąvoka "CNC mašina" nereiškia vieno aparato; veikiau tai yra automatizuotos gamybos techninės įrangos skėtinė kategorija. Skirtingos geometrijos ir dizaino reikalavimai lemia tam tikrų tipų CNC įrangos naudojimą.
CNC frezavimo staklės
CNC frezavimas, be abejo, šiandien yra labiausiai paplitęs gamyboje naudojamas variantas. Standartinėje frezavimo staklėje žaliavos ruošinys lieka nejudantis, užfiksuotas spaustuve, o greitai besisukantis pjovimo įrankis juda išilgai kelių ašių, kad pašalintų medžiagą.
Frezavimo staklės paprastai skirstomos į kategorijas pagal jų krypties galimybes. Tradicinės 3-ašių mašinos juda standartine tiesine X (iš kairės-į-dešinės), Y (priekinės-į-galinės) ir Z (aukštyn-ir žemyn) ašimis. Nors sudėtingos dalys yra labai veiksmingos, medžiagą gali reikėti kelis kartus rankiniu būdu pakeisti. Pažangūs 4 ir 5 ašių CNC frezai prideda sukimosi ašis, todėl pjovimo įrankis arba ruošinys gali pakreipti ir suktis. Tai leidžia mašinai pasiekti labai sudėtingas geometrijas, įpjovas ir sudėtinius kampus vienu nustatymu, o tai drastiškai sumažina gamybos laiką ir žmogiškąsias klaidas.
CNC tekinimo staklės (tekinimo staklės)
CNC tekinimas veikia visiškai priešingu frezavimo principu. CNC tekinimo staklėje žaliavos ruošinys įspaudžiamas į greitai besisukantį griebtuvą, o prie jo prispaudžiamas stacionarus, vieno taško{1}}pjovimo įrankis. Kai medžiaga sukasi, įrankis juda išilgai ruošinio ilgio ir skersmens, nuskuto medžiagą, kad sukurtų tobulai cilindrines, kūgiškas arba simetriškas apvalias dalis.
CNC tekinimas yra idealus pasirinkimas gaminant velenus, tvirtinimo detales, stūmoklius ir kaiščius. Šiuolaikinės-daugiafunkcinės staklės, dažnai vadinamos frezavimo-tekinimo centrais, sujungia ir frezavimo, ir tekinimo galimybes į vieną mašiną, kad užbaigtų sudėtingas cilindrines dalis su ne-ašyje išgręžtomis skylėmis arba frezuotomis plokščiomis staklėmis nekeičiant staklių.
CNC maršrutizatoriai ir lazeriniai / plazminiai pjaustytuvai
CNC maršrutizatoriai veikia panašiai kaip frezavimo staklės, tačiau paprastai yra optimizuoti minkštesnėms medžiagoms, tokioms kaip mediena, plastikai, kompozitai ir minkšti metalai, tokie kaip aliuminis. Paprastai juose yra didelės plokščios pjovimo lovos, skirtos dideliems, plokščiams komponentams, pavyzdžiui, iškaboms ar baldų plokštėms, iškirpti.
Kita vertus, lazeriniai ir plazminiai pjaustytuvai vietoj fizinių peiliukų naudoja šiluminę energiją. CNC lazerinis pjaustytuvas naudoja labai koncentruotą, didelės galios{1}} lazerio spindulį metalo ar plastiko lakštams išlydyti, sudeginti arba išgarinti iš anksto nustatytu keliu. CNC plazminiai pjaustytuvai naudoja pagreitintą karštos plazmos srovę, kad dideliu greičiu pjaustytų storus, elektrai laidžius metalus.
Elektros iškrovos apdirbimas (EDM)
Dėl itin kietų metalų arba itin sudėtingų vidinės geometrijos, kurios sulaužytų įprastus grąžtus, gamintojai kreipiasi į elektros iškrovos apdirbimą arba EDM. Vietoj fizinės jėgos EDM naudoja valdomas elektrines kibirkštis, kad suardytų medžiagą.
Vielos EDM naudoja nuolat judantį, neįtikėtinai ploną žalvario arba vario vielą, įkraunamą elektra, kad pjaustytų grūdintą plieną kaip karštas peilis per sviestą. Sinker EDM naudoja tinkintą-mechaniškai apdorotą elektrodą, kad „įskandintų“ tikslią ertmę arba formą tiesiai į ruošinį, todėl jis yra neįkainojamas kuriant įpurškimo formas ir liejinius.
Medžiagos ir paviršių apdaila CNC gamyboje
Viena iš didžiausių CNC apdirbimo konkurencinių pranašumų yra jo suderinamumas su neįtikėtinai plačiu žaliavų katalogu. Skirtingai nuo 3D spausdinimo, kuriam dažnai reikalingi specializuoti fotopolimerai arba miltelių pavidalo plastikai, CNC staklėse naudojamos lygiai tokios pat inžinerinės-klasės medžiagos, kurios susidurs su realiomis -pasaulinėmis galutinio pritaikymo apkrovomis.
Metalai
Metalai yra dominuojantis pasirinkimas konstrukcinėms, aukštai{0}}temperatūrai ir{1}}dėvėjimui atsparioms reikmėms.
Aliuminis (pvz., 6061, 7075)
Neabejotinas CNC apdirbimo karalius. Jis yra lengvas, gerai apdirbamas, ekonomiškas-ir pasižymi puikiu atsparumu korozijai, todėl yra standartinis plataus vartojimo elektronikos ir kosmoso dalių.
Nerūdijantis plienas (pvz., 304, 316)
Garsus dėl savo didelio stiprumo ir puikaus atsparumo rūdims bei chemikalams. Jis plačiai naudojamas medicinos prietaisuose, jūrų techninėje įrangoje ir maisto perdirbimo įrangoje.
Titanas
Itin tvirtas, biologiškai suderinamas ir lengvas, nors jį sunku apdirbti dėl savo tvirtumo ir prasto šilumos laidumo. Jis labai paklausus kosmoso komponentams ir medicininiams implantams.
Žalvaris ir varis
Siūlo puikų elektros ir šilumos laidumą bei mažą trintį, todėl puikiai tinka elektros gnybtams, įvorėms ir architektūriniams akcentams.
Plastikai
Plastikai dažnai apdorojami prototipų kūrimui, svorio mažinimui, cheminiam atsparumui ar elektros izoliacijai.
ABS ir polikarbonatas (PC)
Labai smūgiams{0}}atsparūs polimerai, plačiai naudojami konstrukciniams korpusams ir funkciniams prototipams.
POM (Delrinas)
Itin stabilus inžinerinis plastikas, pasižymintis maža trintimi ir puikiu matmenų stabilumu, idealiai tinkantis krumpliaračiams, guoliams ir tikslioms slydimo dalims.
PASMUKTI
Didelio našumo-termoplastikas, galintis atlaikyti ekstremalias temperatūras ir agresyvias chemines medžiagas, dažnai pakeičiantis metalus aviacijos ir medicinos srityse.
Paviršiaus apdaila
Kai dalis išeina iš staklių, joje rodomas ryškus smulkių linijų raštas, kurį palieka pjovimo įrankis, vadinamas „apdirbta{0}} apdaila“.
Atsižvelgiant į estetinius ir funkcinius poreikius, dalys gali būti įvairiai apdorotos{0}}
Karoliukų pūtimas į paviršių išmuša smulkius stiklo karoliukus, kad būtų sukurta vienoda, lygi matinė tekstūra.
Anodavimas yra elektrocheminis procesas, taikomas metalams, tokiems kaip aliuminis, siekiant sukurti patvarų, korozijai{0}}atsparų ir ryškių spalvų sluoksnį.
Milteliniu būdu padengiamas storas, patvarus, apsauginis polimero sluoksnis.
Poliruojant metalai gali atrodyti kaip veidrodis{0}}kaip blizgesys.
Pagrindiniai CNC apdirbimo pranašumai ir apribojimai
Kad galėtų priimti pagrįstus gamybos sprendimus, inžinieriai turi suderinti unikalias CNC apdirbimo stipriąsias puses ir jo struktūrines ir ekonomines ribas.
Privalumai
Ypatingas tikslumas ir tikslumas
CNC staklės gali pakartotinai išlaikyti leistinus nuokrypius iki plius arba minus 0,005 milimetro (maždaug žmogaus plauko pločio dalis).
Didelis pakartojamumas
Patikrinus G-kodo programą, mašina gali pagaminti tiksliai tą pačią dalį tūkstančius kartų be nukrypimų, pašalindama žmogaus skirtumus.
Medžiagos vienodumas
Kadangi dalys yra iškirptos iš kietų ekstruzinių blokų, jos nepatiria vidinių tuštumų ar struktūrinės anizotropijos, įprastos 3D spausdintose dalyse.
Mastelio keitimas
Procesas sklandžiai pereina nuo vieno funkcinio prototipo prie vidutinio{0}}didelio kelių tūkstančių vienetų gamybos serijų.
Apribojimai
Didelės pradinės sąrankos išlaidos
Laikas, reikalingas CAD modeliui sukurti, CAM įrankių takams programuoti, mašinos tvirtinimams sukonfigūruoti ir įrankiams įsigyti, brangiai kainuoja{0}}mažos apimties gamyba.
Geometriniai apribojimai
Fiziniai pjovimo įrankiai yra apvalūs, o tai reiškia, kad CNC freza negali išpjauti idealiai kvadratinių vidinių 90 laipsnių kampų be specializuotų EDM operacijų. Be specializuotų įrankių taip pat sunku pasiekti gilias siauras ertmes.
Medžiagų atliekos
Atimantis procesas, didelė dalis pradinio žaliavos bloko paverčiama laužo drožlėmis, o tai padidina medžiagų sąnaudas, palyginti su beveik -grynosios-formos procesais, tokiais kaip liejimas įpurškimu ar 3D spausdinimas.
Išvada
CNC apdirbimas yra nepakeičiamas šiuolaikinės pramonės ramstis, užtikrinantis esminį ryšį tarp sudėtingų skaitmeninių projektų ir tvirtų, didelio{0}}tikslumo fizinių komponentų. Automatizuojant medžiagų pašalinimo procesą naudojant sudėtingas G-kodo instrukcijas, CNC technologija užtikrina neprilygstamą greičio, struktūrinio vientisumo ir matmenų tikslumo derinį įvairiuose metaluose ir plastikuose.
Gamybai toliau tobulėjant, dirbtinio intelekto integravimas automatizuotam įrankių kelio optimizavimui ir hibridinių sistemų, -sujungiančių 3D spausdinimą ir CNC frezavimą vienoje darbo vietoje{2}}, atsiradimas tik praplės to, kas įmanoma. Įmonėms, norinčioms naršyti šiame kraštovaizdyje, bendradarbiaujant su ekspertų CNC apdirbimo tarnyba suteikia tiesioginę prieigą prie naujausių--šiuolaikinių-kelių ašių{7}}mašinų, sertifikuotų medžiagų bandymų ir profesionalių inžinerinių atsiliepimų. Suprasdami, kaip veikia ši pagrindinė technologija, gaminių dizaineriai ir įmonės gali visiškai optimizuoti savo dizainą, sumažinti gamybos sąnaudas ir paspartinti kelionę nuo pradinės koncepcijos iki rinkai paruošto -produkto.
