Pemesinan Kejituan ialah satu proses untuk mengeluarkan bahan daripada bahan kerja semasa memegang kemasan toleransi yang rapat. Mesin jitu mempunyai pelbagai jenis, termasuk penggilingan, pemusingan dan pemesinan nyahcas elektrik. Mesin jitu hari ini biasanya dikawal menggunakan Kawalan Berangka Komputer (CNC).
Hampir semua produk logam menggunakan pemesinan jitu, seperti juga banyak bahan lain seperti plastik dan kayu. Mesin ini dikendalikan oleh jurumesin khusus dan terlatih. Agar alat pemotong dapat melakukan tugasnya, ia mesti digerakkan dalam arah yang ditentukan untuk membuat potongan yang betul. Gerakan utama ini dipanggil "kelajuan pemotongan." Bahan kerja juga boleh digerakkan, yang dikenali sebagai gerakan sekunder "suapan." Bersama-sama, gerakan ini dan ketajaman alat pemotong membolehkan mesin jitu beroperasi.
Pemesinan jitu yang berkualiti memerlukan keupayaan untuk mengikuti pelan tindakan yang sangat spesifik yang dibuat oleh program CAD (reka bentuk bantuan komputer) atau CAM (pembuatan bantuan komputer) seperti AutoCAD dan TurboCAD. Perisian ini boleh membantu menghasilkan gambar rajah atau garis besar 3 dimensi yang kompleks yang diperlukan untuk mengeluarkan alat, mesin atau objek. Pelan tindakan ini mesti dipatuhi dengan terperinci untuk memastikan produk mengekalkan integritinya. Walaupun kebanyakan syarikat pemesinan jitu menggunakan beberapa bentuk program CAD/CAM, mereka masih kerap menggunakan lakaran tangan pada fasa awal reka bentuk.
Pemesinan jitu digunakan pada beberapa bahan termasuk keluli, gangsa, grafit, kaca dan plastik, antara lainnya. Bergantung pada saiz projek dan bahan yang akan digunakan, pelbagai alat pemesinan jitu akan digunakan. Sebarang kombinasi mesin bubut, mesin penggiling, mesin gerudi, gergaji dan pengisar, malah robotik berkelajuan tinggi boleh digunakan. Industri aeroangkasa mungkin menggunakan pemesinan halaju tinggi, manakala industri pembuatan alat kerja kayu mungkin menggunakan proses pengukiran dan penggilingan fotokimia. Penggilapan larian, atau kuantiti tertentu bagi mana-mana item tertentu, boleh berjumlah ribuan, atau hanya beberapa. Pemesinan jitu selalunya memerlukan pengaturcaraan peranti CNC yang bermaksud ia dikawal secara berangka komputer. Peranti CNC membolehkan dimensi yang tepat diikuti sepanjang larian sesuatu produk.
Pengisaran ialah proses pemesinan menggunakan pemotong berputar untuk mengeluarkan bahan daripada bahan kerja dengan memajukan (atau memasukkan) pemotong ke dalam bahan kerja pada arah tertentu. Pemotong juga boleh dipegang pada sudut relatif kepada paksi alat. Pengisaran merangkumi pelbagai operasi dan mesin yang berbeza, pada skala daripada bahagian individu yang kecil hingga operasi pengilangan geng tugas berat yang besar. Ia merupakan salah satu proses yang paling biasa digunakan untuk memesin bahagian tersuai kepada toleransi yang tepat.
Pengisaran boleh dilakukan dengan pelbagai jenis alatan mesin. Kelas asal alatan mesin untuk pengisaran ialah mesin pengisaran (sering dipanggil kilang). Selepas kemunculan kawalan berangka komputer (CNC), mesin pengisaran berkembang menjadi pusat pemesinan: mesin pengisaran ditambah dengan penukar alatan automatik, magasin atau karusel alatan, keupayaan CNC, sistem penyejuk dan penutup. Pusat pengisaran secara amnya dikelaskan sebagai pusat pemesinan menegak (VMC) atau pusat pemesinan mendatar (HMC).
Integrasi penggilingan ke dalam persekitaran pemusingan, dan sebaliknya, bermula dengan perkakas hidup untuk mesin bubut dan penggunaan penggilingan sekali-sekala untuk operasi pemusingan. Ini membawa kepada kelas baharu alat mesin, mesin berbilang tugas (MTM), yang dibina khas untuk memudahkan penggilingan dan pemusingan dalam lingkungan kerja yang sama.
Bagi jurutera reka bentuk, pasukan R&D dan pengeluar yang bergantung pada sumber bahagian, pemesinan CNC jitu membolehkan penghasilan bahagian yang kompleks tanpa pemprosesan tambahan. Malah, pemesinan CNC jitu selalunya membolehkan bahagian siap dibuat pada satu mesin.
Proses pemesinan membuang bahan dan menggunakan pelbagai alat pemotong untuk mencipta reka bentuk akhir sesuatu bahagian, yang selalunya sangat kompleks. Tahap ketepatan dipertingkatkan melalui penggunaan kawalan berangka komputer (CNC), yang digunakan untuk mengautomasikan kawalan alat pemesinan.
Peranan "CNC" dalam pemesinan jitu
Menggunakan arahan pengaturcaraan berkod, pemesinan CNC jitu membolehkan benda kerja dipotong dan dibentuk mengikut spesifikasi tanpa campur tangan manual oleh pengendali mesin.
Dengan mengambil model reka bentuk bantuan komputer (CAD) yang disediakan oleh pelanggan, seorang jurumesin pakar menggunakan perisian pembuatan bantuan komputer (CAM) untuk mencipta arahan bagi pemesinan bahagian tersebut. Berdasarkan model CAD, perisian tersebut menentukan laluan alat yang diperlukan dan menjana kod pengaturcaraan yang memberitahu mesin:
■ Apakah RPM dan kadar suapan yang betul
■ Bila dan di mana hendak menggerakkan alat dan/atau bahan kerja
■ Sedalam mana untuk dipotong
■ Bila hendak menggunakan bahan penyejuk
■ Faktor lain yang berkaitan dengan kelajuan, kadar suapan dan koordinasi
Pengawal CNC kemudian menggunakan kod pengaturcaraan untuk mengawal, mengautomasikan dan memantau pergerakan mesin.
Hari ini, CNC merupakan ciri terbina dalam pelbagai peralatan, daripada mesin bubut, kilang dan penghala kepada mesin EDM wayar (pemesinan nyahcas elektrik), laser dan mesin pemotong plasma. Selain mengautomasikan proses pemesinan dan meningkatkan ketepatan, CNC menghapuskan tugas manual dan membebaskan jurumesin untuk menyelia berbilang mesin yang berjalan pada masa yang sama.
Di samping itu, sebaik sahaja laluan alat direka bentuk dan mesin diprogramkan, ia boleh menjalankan sebahagiannya beberapa kali. Ini memberikan tahap ketepatan dan kebolehulangan yang tinggi, yang seterusnya menjadikan proses ini sangat kos efektif dan boleh diskala.
Bahan-bahan yang dimesin
Antara logam yang biasa dimesin termasuk aluminium, loyang, gangsa, kuprum, keluli, titanium dan zink. Di samping itu, kayu, busa, gentian kaca dan plastik seperti polipropilena juga boleh dimesin.
Malah, hampir semua bahan boleh digunakan dengan pemesinan CNC jitu — sudah tentu, bergantung pada aplikasi dan keperluannya.
Beberapa kelebihan pemesinan CNC jitu
Bagi kebanyakan bahagian dan komponen kecil yang digunakan dalam pelbagai produk perkilangan, pemesinan CNC jitu selalunya merupakan kaedah fabrikasi pilihan.
Seperti yang berlaku untuk hampir semua kaedah pemotongan dan pemesinan, bahan yang berbeza bertindak secara berbeza, dan saiz serta bentuk komponen juga mempunyai kesan yang besar terhadap proses tersebut. Walau bagaimanapun, secara amnya proses pemesinan CNC jitu menawarkan kelebihan berbanding kaedah pemesinan lain.
Ini kerana pemesinan CNC mampu memberikan:
■ Tahap kerumitan bahagian yang tinggi
■ Toleransi yang ketat, biasanya antara ±0.0002" (±0.00508 mm) hingga ±0.0005" (±0.0127 mm)
■ Kemasan permukaan yang sangat licin, termasuk kemasan tersuai
■ Kebolehulangan, walaupun pada kelantangan yang tinggi
Walaupun seorang jurumesin yang mahir boleh menggunakan mesin pelarik manual untuk membuat bahagian yang berkualiti dalam kuantiti 10 atau 100, apa yang berlaku apabila anda memerlukan 1,000 bahagian? 10,000 bahagian? 100,000 atau sejuta bahagian?
Dengan pemesinan CNC jitu, anda boleh mendapatkan skalabiliti dan kelajuan yang diperlukan untuk jenis pengeluaran volum tinggi ini. Di samping itu, kebolehulangan tinggi pemesinan CNC jitu memberikan anda bahagian yang semuanya sama dari awal hingga akhir, tidak kira berapa banyak bahagian yang anda hasilkan.
Terdapat beberapa kaedah pemesinan CNC yang sangat khusus, termasuk EDM dawai (pemesinan nyahcas elektrik), pemesinan aditif dan pencetakan laser 3D. Contohnya, EDM dawai menggunakan bahan konduktif — biasanya logam — dan nyahcas elektrik untuk menghakis benda kerja kepada bentuk yang rumit.
Walau bagaimanapun, di sini kita akan menumpukan pada proses pengilangan dan pemusingan — dua kaedah subtraktif yang tersedia secara meluas dan kerap digunakan untuk pemesinan CNC jitu.
Pengilangan vs. pemusingan
Pengilangan ialah proses pemesinan yang menggunakan alat pemotong silinder berputar untuk membuang bahan dan mencipta bentuk. Peralatan penggilingan, yang dikenali sebagai kilang atau pusat pemesinan, menghasilkan pelbagai geometri bahagian yang kompleks pada beberapa objek logam terbesar yang dimesin.
Satu ciri penting penggilingan ialah benda kerja kekal pegun sementara alat pemotong berputar. Dalam erti kata lain, pada alat pemotong, alat pemotong yang berputar bergerak di sekitar benda kerja, yang kekal tetap di tempatnya di atas dasar.
Memusing ialah proses memotong atau membentuk benda kerja pada peralatan yang dipanggil mesin bubut. Biasanya, mesin bubut memutar benda kerja pada paksi menegak atau mendatar manakala alat pemotong tetap (yang mungkin berputar atau tidak) bergerak di sepanjang paksi yang diprogramkan.
Alat ini tidak boleh bergerak secara fizikal di sekeliling bahagian tersebut. Bahan berputar, membolehkan alat tersebut menjalankan operasi yang diprogramkan. (Walau bagaimanapun, terdapat subset mesin bubut di mana alat berputar di sekeliling wayar yang disuap kili yang tidak dibincangkan di sini.)
Semasa memusing, tidak seperti penggilingan, benda kerja berputar. Stok bahagian berputar pada gelendong pelarik dan alat pemotong bersentuhan dengan benda kerja.
Pemesinan manual vs. CNC
Walaupun kedua-dua mesin pengisar dan mesin bubut tersedia dalam model manual, mesin CNC lebih sesuai untuk tujuan pembuatan bahagian kecil — menawarkan kebolehskalaan dan kebolehulangan untuk aplikasi yang memerlukan pengeluaran bahagian toleransi ketat dalam jumlah yang tinggi.
Selain menawarkan mesin 2 paksi mudah di mana alat bergerak dalam paksi X dan Z, peralatan CNC jitu termasuk model berbilang paksi di mana bahan kerja juga boleh bergerak. Ini berbeza dengan mesin bubut di mana bahan kerja terhad kepada putaran dan alat akan bergerak untuk mencipta geometri yang diingini.
Konfigurasi berbilang paksi ini membolehkan penghasilan geometri yang lebih kompleks dalam satu operasi, tanpa memerlukan kerja tambahan oleh pengendali mesin. Ini bukan sahaja memudahkan penghasilan bahagian yang kompleks, tetapi juga mengurangkan atau menghapuskan kemungkinan ralat pengendali.
Di samping itu, penggunaan penyejuk tekanan tinggi dengan pemesinan CNC yang tepat memastikan bahawa serpihan tidak masuk ke dalam kerja, walaupun menggunakan mesin dengan gelendong berorientasikan vertikal.
Kilang CNC
Mesin penggilingan yang berbeza berbeza dari segi saiz, konfigurasi paksi, kadar suapan, kelajuan pemotongan, arah suapan penggilingan dan ciri-ciri lain.
Walau bagaimanapun, secara amnya, kilang CNC semuanya menggunakan gelendong berputar untuk memotong bahan yang tidak diingini. Ia digunakan untuk memotong logam keras seperti keluli dan titanium tetapi juga boleh digunakan dengan bahan seperti plastik dan aluminium.
Kilang CNC dibina untuk kebolehulangan dan boleh digunakan untuk pelbagai perkara daripada prototaip hingga pengeluaran volum tinggi. Kilang CNC berketepatan tinggi sering digunakan untuk kerja toleransi ketat seperti mengisar acuan halus dan acuan.
Walaupun pengilangan CNC boleh memberikan pemulihan yang cepat, kemasan as-milled menghasilkan bahagian dengan tanda alat yang kelihatan. Ia juga boleh menghasilkan bahagian dengan beberapa tepi dan gerinda tajam, jadi proses tambahan mungkin diperlukan jika tepi dan gerinda tidak boleh diterima untuk ciri-ciri tersebut.
Sudah tentu, alat penyahgerudian yang diprogramkan ke dalam urutan akan melakukan penyahgerudian, walaupun biasanya mencapai paling banyak 90% daripada keperluan siap, meninggalkan beberapa ciri untuk kemasan tangan akhir.
Bagi kemasan permukaan, terdapat alat yang bukan sahaja akan menghasilkan kemasan permukaan yang boleh diterima, tetapi juga kemasan seperti cermin pada bahagian produk kerja.
Jenis-jenis kilang CNC
Dua jenis asas mesin penggilingan dikenali sebagai pusat pemesinan menegak dan pusat pemesinan mendatar, di mana perbezaan utama adalah pada orientasi gelendong mesin.
Pusat pemesinan menegak ialah kilang di mana paksi gelendong diselaraskan dalam arah paksi-Z. Mesin menegak ini boleh dibahagikan lagi kepada dua jenis:
■Pengisar katil, di mana gelendong bergerak selari dengan paksinya sendiri manakala meja bergerak serenjang dengan paksi gelendong
■Kilang turet, di mana gelendong pegun dan meja digerakkan supaya ia sentiasa berserenjang dan selari dengan paksi gelendong semasa operasi pemotongan
Dalam pusat pemesinan mendatar, paksi gelendong kilang sejajar dalam arah paksi Y. Struktur mendatar bermakna kilang-kilang ini cenderung mengambil lebih banyak ruang di lantai bengkel mesin; ia juga secara amnya lebih berat dan lebih berkuasa daripada mesin menegak.
Pengisar mendatar sering digunakan apabila kemasan permukaan yang lebih baik diperlukan; ini kerana orientasi gelendong bermakna serpihan pemotongan secara semula jadi akan tertanggal dan mudah ditanggalkan. (Sebagai faedah tambahan, penyingkiran serpihan yang cekap membantu memanjangkan hayat alat.)
Secara amnya, pusat pemesinan menegak lebih lazim kerana ia boleh sekuat pusat pemesinan mendatar dan boleh mengendalikan bahagian yang sangat kecil. Di samping itu, pusat menegak mempunyai jejak yang lebih kecil daripada pusat pemesinan mendatar.
Kilang CNC berbilang paksi
Pusat kilang CNC jitu tersedia dengan pelbagai paksi. Kilang 3 paksi menggunakan paksi X, Y dan Z untuk pelbagai jenis kerja. Dengan kilang 4 paksi, mesin boleh berputar pada paksi menegak dan mendatar serta menggerakkan benda kerja untuk membolehkan pemesinan yang lebih berterusan.
Sebuah kilang 5 paksi mempunyai tiga paksi tradisional dan dua paksi putar tambahan, yang membolehkan benda kerja diputarkan apabila kepala gelendong bergerak di sekelilingnya. Ini membolehkan lima sisi benda kerja dimesin tanpa menanggalkan benda kerja dan menetapkan semula mesin.
Mesin bubut CNC
Mesin bubut — juga dikenali sebagai pusat putaran — mempunyai satu atau lebih gelendong, dan paksi X dan Z. Mesin ini digunakan untuk memutar benda kerja pada paksinya untuk melakukan pelbagai operasi pemotongan dan pembentukan, menggunakan pelbagai alat pada benda kerja.
Pelarik CNC, yang juga dipanggil pelarik perkakas tindakan langsung, sesuai untuk menghasilkan bahagian silinder atau sfera simetri. Seperti kilang CNC, pelarik CNC boleh mengendalikan operasi yang lebih kecil seperti prototaip tetapi juga boleh disediakan untuk kebolehulangan yang tinggi, menyokong pengeluaran volum tinggi.
Pelarik CNC juga boleh disediakan untuk pengeluaran yang agak bebas tangan, yang menjadikannya digunakan secara meluas dalam industri automotif, elektronik, aeroangkasa, robotik dan peranti perubatan.
Bagaimana mesin pelarik CNC berfungsi
Dengan mesin pelarik CNC, sebatang bar kosong bahan stok dimuatkan ke dalam cuk gelendong mesin pelarik. cuk ini memegang benda kerja di tempatnya semasa gelendong berputar. Apabila gelendong mencapai kelajuan yang diperlukan, alat pemotong pegun disentuh dengan benda kerja untuk membuang bahan dan mencapai geometri yang betul.
Pelarik CNC boleh melakukan beberapa operasi, seperti penggerudian, penguliran, penggerudian, penalaan semula, pengalas dan pemutaran tirus. Operasi yang berbeza memerlukan pertukaran alat dan boleh meningkatkan kos dan masa persediaan.
Apabila semua operasi pemesinan yang diperlukan selesai, bahagian tersebut dipotong daripada stok untuk pemprosesan selanjutnya, jika perlu. Pelarik CNC kemudiannya bersedia untuk mengulangi operasi, dengan sedikit atau tiada masa persediaan tambahan yang biasanya diperlukan di antara keduanya.
Pelarik CNC juga boleh menampung pelbagai pengumpan bar automatik, yang mengurangkan jumlah pengendalian bahan mentah manual dan memberikan kelebihan seperti berikut:
■ Mengurangkan masa dan usaha yang diperlukan oleh pengendali mesin
■ Sokong barstock untuk mengurangkan getaran yang boleh menjejaskan ketepatan secara negatif
■ Benarkan mesin beroperasi pada kelajuan gelendong optimum
■ Minimumkan masa pertukaran
■ Kurangkan pembaziran bahan
Jenis-jenis mesin pelarik CNC
Terdapat beberapa jenis mesin pelarik yang berbeza, tetapi yang paling biasa ialah mesin pelarik CNC 2 paksi dan mesin pelarik automatik gaya China.
Kebanyakan pelarik CNC China menggunakan satu atau dua gelendong utama dan satu atau dua gelendong belakang (atau sekunder), dengan pemindahan putar bertanggungjawab untuk yang pertama. Gelendong utama melakukan operasi pemesinan utama, dengan bantuan sesendal panduan.
Di samping itu, sesetengah mesin bubut gaya China dilengkapi dengan kepala alat kedua yang beroperasi sebagai kilang CNC.
Dengan mesin pelarik automatik CNC gaya China, bahan stok dimasukkan melalui gelendong kepala gelongsor ke dalam sesendal panduan. Ini membolehkan alat memotong bahan lebih dekat ke titik di mana bahan disokong, menjadikan mesin China sangat bermanfaat untuk bahagian yang panjang dan langsing dan untuk pemesinan mikro.
Pusat putaran CNC berbilang paksi dan mesin bubut gaya China boleh melaksanakan pelbagai operasi pemesinan menggunakan satu mesin. Ini menjadikannya pilihan yang kos efektif untuk geometri kompleks yang sebaliknya memerlukan pelbagai mesin atau pertukaran alat menggunakan peralatan seperti kilang CNC tradisional.