Gia công chính xác là một quá trình để loại bỏ vật liệu khỏi phôi trong khi giữ hoàn thiện dung sai gần. Máy chính xác có nhiều loại, bao gồm phay, quay và gia công điện. Một máy chính xác ngày nay thường được điều khiển bằng cách sử dụng điều khiển số máy tính (CNC).
Hầu như tất cả các sản phẩm kim loại đều sử dụng gia công chính xác, cũng như nhiều vật liệu khác như nhựa và gỗ. Những máy này được vận hành bởi các máy móc chuyên dụng và được đào tạo. Để công cụ cắt để thực hiện công việc của mình, nó phải được di chuyển theo các hướng được chỉ định để thực hiện cắt chính xác. Chuyển động chính này được gọi là "tốc độ cắt." Phôi cũng có thể được di chuyển, được gọi là chuyển động thứ cấp của "thức ăn". Cùng với nhau, các chuyển động này và độ sắc nét của công cụ cắt cho phép máy chính xác vận hành.
Gia công chính xác chất lượng đòi hỏi khả năng tuân theo các bản thiết kế cực kỳ cụ thể được thực hiện bởi các chương trình CAD (Thiết kế hỗ trợ máy tính) hoặc CAM (sản xuất hỗ trợ máy tính) như AutoCAD và Turbocad. Phần mềm có thể giúp tạo ra các sơ đồ hoặc phác thảo phức tạp, cần thiết để sản xuất một công cụ, máy hoặc đối tượng. Những bản thiết kế này phải được tuân thủ với chi tiết tuyệt vời để đảm bảo rằng một sản phẩm vẫn giữ được tính toàn vẹn của nó. Mặc dù hầu hết các công ty gia công chính xác làm việc với một số hình thức chương trình CAD/CAM, họ vẫn thường xuyên làm việc với các bản phác thảo vẽ tay trong các giai đoạn ban đầu của một thiết kế.
Gia công chính xác được sử dụng trên một số vật liệu bao gồm thép, đồng, than chì, thủy tinh và nhựa để đặt tên cho một số. Tùy thuộc vào quy mô của dự án và các vật liệu sẽ được sử dụng, các công cụ gia công chính xác khác nhau sẽ được sử dụng. Bất kỳ sự kết hợp của máy tiện, máy phay, máy khoan, cưa và máy mài, và thậm chí cả robot tốc độ cao có thể được sử dụng. Ngành công nghiệp hàng không vũ trụ có thể sử dụng gia công vận tốc cao, trong khi một ngành công nghiệp công cụ đồ gỗ có thể sử dụng các quy trình khắc hóa hình ảnh và quá trình phay. Việc tạo ra một cuộc chạy, hoặc một số lượng cụ thể của bất kỳ mục cụ thể nào, có thể đánh số trong hàng ngàn, hoặc chỉ là một số ít. Gia công chính xác thường yêu cầu lập trình các thiết bị CNC, điều đó có nghĩa là chúng được điều khiển bằng số máy tính. Thiết bị CNC cho phép các kích thước chính xác được theo dõi trong suốt quá trình chạy của một sản phẩm.
Phay là quá trình gia công sử dụng máy cắt quay để loại bỏ vật liệu khỏi phôi bằng cách tiến lên (hoặc cho ăn) máy cắt vào phôi theo một hướng nhất định. Máy cắt cũng có thể được giữ ở một góc so với trục của công cụ. Phay bao gồm một loạt các hoạt động và máy móc khác nhau, trên quy mô từ các bộ phận riêng lẻ nhỏ đến các hoạt động phay băng đảng lớn, hạng nặng. Đây là một trong những quy trình được sử dụng phổ biến nhất để gia công các bộ phận tùy chỉnh để dung sai chính xác.
Phay có thể được thực hiện với một loạt các công cụ máy móc. Lớp máy công cụ ban đầu cho phay là máy phay (thường được gọi là máy nghiền). Sau khi ra đời điều khiển số máy tính (CNC), các máy phay phát triển thành các trung tâm gia công: máy phay được tăng cường bởi các bộ thay đổi công cụ tự động, tạp chí công cụ hoặc băng chuyền, khả năng CNC, hệ thống làm mát và vỏ. Các trung tâm phay thường được phân loại là trung tâm gia công dọc (VMC) hoặc trung tâm gia công ngang (HMC).
Việc tích hợp phay vào môi trường biến, và ngược lại, bắt đầu bằng công cụ trực tiếp cho máy tiện và sử dụng các nhà máy thường xuyên để quay các hoạt động. Điều này dẫn đến một lớp máy công cụ mới, máy đa nhiệm (MTMS), được xây dựng có mục đích để tạo điều kiện cho việc phay và biến trong cùng một phong bì công việc.
Đối với các kỹ sư thiết kế, nhóm R & D và nhà sản xuất phụ thuộc vào việc tìm nguồn cung ứng một phần, gia công CNC chính xác cho phép tạo ra các bộ phận phức tạp mà không cần xử lý bổ sung. Trên thực tế, gia công CNC chính xác thường làm cho các bộ phận hoàn thành có thể được thực hiện trên một máy.
Quá trình gia công loại bỏ vật liệu và sử dụng một loạt các công cụ cắt để tạo ra thiết kế cuối cùng và thường rất phức tạp của một phần. Mức độ chính xác được tăng cường thông qua việc sử dụng điều khiển số máy tính (CNC), được sử dụng để tự động hóa việc kiểm soát các công cụ gia công.
Vai trò của "CNC" trong gia công chính xác
Sử dụng các hướng dẫn lập trình được mã hóa, gia công CNC chính xác cho phép một máy làm việc được cắt và định hình theo các thông số kỹ thuật mà không cần can thiệp thủ công bởi người vận hành máy.
Lấy mô hình thiết kế hỗ trợ máy tính (CAD) do khách hàng cung cấp, một chuyên gia máy móc sử dụng phần mềm sản xuất hỗ trợ máy tính (CAM) để tạo hướng dẫn để gia công bộ phận. Dựa trên mô hình CAD, phần mềm xác định những đường dẫn công cụ nào là cần thiết và tạo mã lập trình cho máy nói:
■ RPM và tốc độ thức ăn chính xác là bao nhiêu
■ Khi nào và ở đâu để di chuyển công cụ và/hoặc phôi
■ Cắt sâu bao nhiêu
■ Khi nào cần sử dụng chất làm mát
■ Bất kỳ yếu tố nào khác liên quan đến tốc độ, tốc độ thức ăn và sự phối hợp
Sau đó, một bộ điều khiển CNC sử dụng mã lập trình để điều khiển, tự động hóa và giám sát các chuyển động của máy.
Ngày nay, CNC là một tính năng tích hợp của một loạt các thiết bị, từ máy tiện, nhà máy và bộ định tuyến đến dây EDM (gia công phóng điện), máy cắt laser và máy cắt plasma. Ngoài việc tự động hóa quy trình gia công và tăng cường độ chính xác, CNC loại bỏ các công việc thủ công và giải phóng các nhà máy móc để giám sát nhiều máy chạy cùng một lúc.
Ngoài ra, một khi đường dẫn công cụ đã được thiết kế và một máy được lập trình, nó có thể chạy một phần bất kỳ số lần nào. Điều này cung cấp một mức độ chính xác và độ lặp lại cao, từ đó làm cho quá trình này có hiệu quả cao và có thể mở rộng.
Vật liệu được gia công
Một số kim loại thường được gia công bao gồm nhôm, đồng thau, đồng, đồng, thép, titan và kẽm. Ngoài ra, gỗ, bọt, sợi thủy tinh và nhựa như polypropylen cũng có thể được gia công.
Trên thực tế, bất kỳ vật liệu nào cũng có thể được sử dụng với gia công CNC chính xác - tất nhiên, tùy thuộc vào ứng dụng và các yêu cầu của nó.
Một số lợi thế của gia công CNC chính xác
Đối với nhiều bộ phận và thành phần nhỏ được sử dụng trong một loạt các sản phẩm được sản xuất, gia công CNC chính xác thường là phương pháp chế tạo được lựa chọn.
Như đúng với hầu như tất cả các phương pháp cắt và gia công, các vật liệu khác nhau hoạt động khác nhau, và kích thước và hình dạng của một thành phần cũng có tác động lớn đến quá trình này. Tuy nhiên, nói chung, quá trình gia công CNC chính xác mang lại lợi thế so với các phương pháp gia công khác.
Đó là bởi vì gia công CNC có khả năng cung cấp:
■ mức độ phức tạp của một phần cao
■ Dung sai chặt chẽ, thường dao động từ ± 0,0002 "(± 0,00508 mm) đến ± 0,0005" (± 0,0127 mm)
■ Hoàn thiện bề mặt đặc biệt mịn, bao gồm cả hoàn thiện tùy chỉnh
■ Độ lặp lại, ngay cả ở khối lượng cao
Trong khi một thợ máy lành nghề có thể sử dụng máy tiện thủ công để tạo ra một phần chất lượng với số lượng 10 hoặc 100, điều gì xảy ra khi bạn cần 1.000 phần? 10.000 bộ phận? 100.000 hay một triệu bộ phận?
Với gia công CNC chính xác, bạn có thể có được khả năng mở rộng và tốc độ cần thiết cho loại sản xuất khối lượng lớn này. Ngoài ra, độ lặp lại cao của gia công CNC chính xác cung cấp cho bạn các bộ phận giống nhau từ đầu đến cuối, bất kể bạn đang sản xuất bao nhiêu phần.
Có một số phương pháp gia công CNC rất chuyên dụng, bao gồm EDM dây (gia công phóng điện), gia công phụ gia và in laser 3D. Ví dụ, EDM dây sử dụng vật liệu dẫn điện -thông thường là kim loại -và chất thải điện để làm xói mòn phôi thành hình dạng phức tạp.
Tuy nhiên, ở đây chúng tôi sẽ tập trung vào các quy trình phay và biến - hai phương pháp trừ được có sẵn rộng rãi và thường được sử dụng cho gia công CNC chính xác.
Phay so với lượt
Phay là một quá trình gia công sử dụng một công cụ cắt hình trụ, xoay để loại bỏ vật liệu và tạo ra các hình dạng. Thiết bị phay, được gọi là nhà máy hoặc trung tâm gia công, hoàn thành một vũ trụ của hình học phần phức tạp trên một số vật thể lớn nhất được gia công kim loại.
Một đặc điểm quan trọng của phay là phôi vẫn đứng yên trong khi dụng cụ cắt quay. Nói cách khác, trên một nhà máy, dụng cụ cắt xoay di chuyển xung quanh phôi, vẫn được cố định tại chỗ trên giường.
Biến là quá trình cắt hoặc định hình phôi trên thiết bị gọi là máy tiện. Thông thường, máy tiện quay phôi trên trục thẳng đứng hoặc ngang trong khi một công cụ cắt cố định (có thể hoặc không được quay) di chuyển dọc theo trục được lập trình.
Công cụ không thể đi xung quanh một phần. Vật liệu xoay, cho phép công cụ thực hiện các hoạt động được lập trình. (Có một tập hợp các máy tiện trong đó các công cụ xoay quanh một dây được nuôi
Đến lượt, không giống như phay, phôi quay. Phần cổ phiếu bật trục chính của máy tiện và dụng cụ cắt được tiếp xúc với phôi.
Hướng dẫn sử dụng so với gia công CNC
Mặc dù cả nhà máy và máy tiện đều có sẵn trong các mô hình thủ công, các máy CNC phù hợp hơn cho mục đích sản xuất các bộ phận nhỏ - cung cấp khả năng mở rộng và khả năng lặp lại cho các ứng dụng yêu cầu sản xuất khối lượng lớn các bộ phận dung sai chặt chẽ.
Ngoài việc cung cấp các máy 2 trục đơn giản trong đó công cụ di chuyển trong các trục X và Z, thiết bị CNC chính xác bao gồm các mô hình đa trục trong đó phôi cũng có thể di chuyển. Điều này trái ngược với một máy tiện nơi phôi bị giới hạn trong việc quay và các công cụ sẽ di chuyển để tạo ra hình học mong muốn.
Các cấu hình đa trục này cho phép sản xuất các hình học phức tạp hơn trong một hoạt động, mà không yêu cầu công việc bổ sung của người vận hành máy. Điều này không chỉ giúp dễ dàng tạo ra các bộ phận phức tạp mà còn giảm hoặc loại bỏ cơ hội lỗi của người vận hành.
Ngoài ra, việc sử dụng chất làm mát áp suất cao với gia công CNC chính xác đảm bảo rằng các chip không đi vào công việc, ngay cả khi sử dụng một máy có trục chính định hướng theo chiều dọc.
CNC Mills
Các máy phay khác nhau khác nhau về kích thước, cấu hình trục, tốc độ thức ăn, tốc độ cắt, hướng thức ăn phay và các đặc điểm khác.
Tuy nhiên, nói chung, các nhà máy CNC đều sử dụng một trục chính quay để cắt bỏ vật liệu không mong muốn. Chúng được sử dụng để cắt các kim loại cứng như thép và titan nhưng cũng có thể được sử dụng với các vật liệu như nhựa và nhôm.
Các nhà máy CNC được xây dựng để lặp lại và có thể được sử dụng cho mọi thứ, từ tạo mẫu đến sản xuất khối lượng lớn. Các nhà máy CNC chính xác cao cấp thường được sử dụng cho công việc dung sai chặt chẽ như phay chết và khuôn.
Trong khi phay CNC có thể cung cấp tốc độ quay vòng nhanh, hoàn thiện AS được tạo ra tạo ra các bộ phận với các dấu hiệu công cụ có thể nhìn thấy. Nó cũng có thể tạo ra các bộ phận với một số cạnh sắc nét và Burrs, vì vậy các quy trình bổ sung có thể được yêu cầu nếu các cạnh và Burrs không thể chấp nhận được đối với các tính năng đó.
Tất nhiên, các công cụ gỡ lỗi được lập trình vào chuỗi sẽ Deburr, mặc dù thường đạt được 90% yêu cầu đã hoàn thành, để lại một số tính năng để hoàn thiện tay cuối cùng.
Đối với hoàn thiện bề mặt, có những công cụ sẽ tạo ra không chỉ một kết thúc bề mặt chấp nhận được mà còn là một kết thúc giống như gương trên các phần của sản phẩm làm việc.
Các loại nhà máy CNC
Hai loại máy phay cơ bản được gọi là trung tâm gia công dọc và trung tâm gia công ngang, trong đó sự khác biệt chính là theo hướng của trục chính máy.
Một trung tâm gia công thẳng đứng là một nhà máy trong đó trục trục chính được căn chỉnh theo hướng trục z. Các máy dọc này có thể được chia thành hai loại:
■ Bed Mills, trong đó trục chính di chuyển song song với trục của chính nó trong khi bàn di chuyển vuông góc với trục của trục chính
■ Máy nghiền tháp pháo, trong đó trục chính đứng yên và bàn được di chuyển sao cho nó luôn vuông góc và song song với trục trục chính trong quá trình cắt hoạt động
Trong một trung tâm gia công ngang, trục trục chính của nhà máy được căn chỉnh theo hướng trục y. Cấu trúc ngang có nghĩa là các nhà máy này có xu hướng chiếm nhiều không gian hơn trên sàn cửa hàng máy; Chúng cũng thường nặng hơn về trọng lượng và mạnh hơn các máy dọc.
Một nhà máy ngang thường được sử dụng khi yêu cầu hoàn thiện bề mặt tốt hơn; Đó là bởi vì định hướng của trục chính có nghĩa là các chip cắt tự nhiên rơi ra và dễ dàng loại bỏ. (Là một lợi ích bổ sung, loại bỏ chip hiệu quả giúp tăng tuổi thọ của công cụ.)
Nói chung, các trung tâm gia công dọc phổ biến hơn vì chúng có thể mạnh mẽ như các trung tâm gia công ngang và có thể xử lý các bộ phận rất nhỏ. Ngoài ra, các trung tâm thẳng đứng có dấu chân nhỏ hơn các trung tâm gia công ngang.
Multi-axis CNC Mills
Các trung tâm Mill CNC chính xác có sẵn với nhiều trục. Một nhà máy 3 trục sử dụng trục X, Y và Z cho nhiều công việc khác nhau. Với một nhà máy 4 trục, máy có thể xoay trên trục thẳng đứng và ngang và di chuyển phôi để cho phép gia công liên tục hơn.
Một nhà máy 5 trục có ba trục truyền thống và hai trục quay bổ sung, cho phép phôi được xoay khi đầu trục chính di chuyển xung quanh nó. Điều này cho phép năm mặt của phôi được gia công mà không cần tháo phôi và đặt lại máy.
Máy tiện CNC
Một máy tiện - còn được gọi là trung tâm rẽ - có một hoặc nhiều trục chính và trục X và Z. Máy được sử dụng để xoay một phôi trên trục của nó để thực hiện các hoạt động cắt và định hình khác nhau, áp dụng một loạt các công cụ cho phôi.
Lathes CNC, còn được gọi là máy tiện dụng cụ hành động trực tiếp, rất lý tưởng để tạo ra các bộ phận hình trụ hoặc hình cầu đối xứng. Giống như CNC Mills, máy tiện CNC có thể xử lý các hoạt động nhỏ hơn như vậy nhưng cũng có thể được thiết lập để lặp lại cao, hỗ trợ sản xuất khối lượng lớn.
Lathes CNC cũng có thể được thiết lập để sản xuất tương đối rảnh tay, khiến chúng được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp ô tô, điện tử, hàng không vũ trụ, robot và thiết bị y tế.
Máy tiện CNC hoạt động như thế nào
Với một máy tiện CNC, một thanh nguyên liệu trống được nạp vào chick của trục chính của máy tiện. Chuck này giữ phôi tại chỗ trong khi trục chính quay. Khi trục chính đạt tốc độ cần thiết, một công cụ cắt đứng yên được tiếp xúc với phôi để loại bỏ vật liệu và đạt được hình học chính xác.
Một máy tiện CNC có thể thực hiện một số hoạt động, chẳng hạn như khoan, xâu chuỗi, nhàm chán, reaming, đối diện và quay giảm dần. Các hoạt động khác nhau yêu cầu thay đổi công cụ và có thể tăng chi phí và thời gian thiết lập.
Khi tất cả các hoạt động gia công cần thiết được hoàn thành, phần được cắt từ cổ phiếu để xử lý thêm, nếu cần. Máy tiện CNC sau đó đã sẵn sàng để lặp lại hoạt động, với ít hoặc không có thời gian thiết lập bổ sung thường được yêu cầu ở giữa.
Lathes CNC cũng có thể chứa nhiều loại nguồn cấp dữ liệu thanh tự động, làm giảm lượng xử lý nguyên liệu thủ công và cung cấp các lợi thế như sau:
■ Giảm thời gian và nỗ lực cần thiết của người vận hành máy
■ Hỗ trợ Barstock để giảm các rung động có thể ảnh hưởng tiêu cực đến độ chính xác
■ Cho phép máy công cụ hoạt động ở tốc độ trục chính tối ưu
■ Giảm thiểu thời gian thay đổi
■ Giảm chất thải vật liệu
Các loại máy tiện CNC
Có một số loại máy tiện khác nhau, nhưng phổ biến nhất là máy tiện CNC 2 trục và máy tiện tự động kiểu Trung Quốc.
Hầu hết các máy tiện CNC Trung Quốc sử dụng một hoặc hai trục chính chính cộng với một hoặc hai trục quay trở lại (hoặc thứ cấp), với chuyển giao quay đầu cho cái trước. Trục chính thực hiện hoạt động gia công chính, với sự trợ giúp của một ống lót hướng dẫn.
Ngoài ra, một số máy tiện kiểu Trung Quốc được trang bị một đầu công cụ thứ hai hoạt động như một nhà máy CNC.
Với máy tiện tự động theo phong cách Trung Quốc CNC, vật liệu chứng khoán được cho ăn thông qua một trục chính trượt vào một ống lót hướng dẫn. Điều này cho phép công cụ cắt vật liệu gần hơn đến điểm mà vật liệu được hỗ trợ, làm cho cỗ máy Trung Quốc đặc biệt có lợi cho các bộ phận dài, thanh mảnh và cho micromachining.
Các trung tâm quay CNC đa trục và máy tiện kiểu Trung Quốc có thể hoàn thành nhiều hoạt động gia công bằng cách sử dụng một máy. Điều này làm cho chúng trở thành một tùy chọn hiệu quả về chi phí cho các hình học phức tạp, nếu không thì yêu cầu nhiều máy móc hoặc thay đổi công cụ bằng cách sử dụng các thiết bị như nhà máy CNC truyền thống.