Pemesinan Ketepatan ialah satu proses untuk mengeluarkan bahan daripada bahan kerja semasa memegang kemasan toleransi rapat.Mesin ketepatan mempunyai banyak jenis, termasuk pemesinan pengilangan, pemusingan dan nyahcas elektrik.Mesin ketepatan hari ini biasanya dikawal menggunakan Kawalan Berangka Komputer (CNC).
Hampir semua produk logam menggunakan pemesinan ketepatan, begitu juga dengan banyak bahan lain seperti plastik dan kayu.Mesin-mesin ini dikendalikan oleh jurumesin khusus dan terlatih.Untuk membolehkan alat pemotong melakukan tugasnya, ia mesti digerakkan mengikut arah yang ditentukan untuk membuat potongan yang betul.Pergerakan utama ini dipanggil "kelajuan pemotongan."Bahan kerja juga boleh dialihkan, dikenali sebagai gerakan sekunder "suapan."Bersama-sama, gerakan ini dan ketajaman alat pemotong membolehkan mesin ketepatan beroperasi.
Pemesinan ketepatan kualiti memerlukan keupayaan untuk mengikuti pelan tindakan yang sangat khusus yang dibuat oleh program CAD (reka bentuk bantuan komputer) atau CAM (pembuatan bantuan komputer) seperti AutoCAD dan TurboCAD.Perisian ini boleh membantu menghasilkan rajah atau garis besar 3 dimensi yang kompleks yang diperlukan untuk menghasilkan alat, mesin atau objek.Pelan tindakan ini mesti dipatuhi dengan terperinci untuk memastikan produk mengekalkan integritinya.Walaupun kebanyakan syarikat pemesinan ketepatan bekerja dengan beberapa bentuk program CAD/CAM, mereka masih kerap bekerja dengan lakaran lukisan tangan dalam fasa awal sesuatu reka bentuk.
Pemesinan ketepatan digunakan pada beberapa bahan termasuk keluli, gangsa, grafit, kaca dan plastik untuk menamakan beberapa.Bergantung pada saiz projek dan bahan yang akan digunakan, pelbagai alat pemesinan ketepatan akan digunakan.Sebarang gabungan mesin pelarik, mesin pengisar, 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 etsa dan pengilangan foto-kimia.Pukulan keluar dari larian, atau kuantiti tertentu mana-mana item tertentu, boleh berjumlah beribu-ribu, atau hanya beberapa.Pemesinan ketepatan selalunya memerlukan pengaturcaraan peranti CNC yang bermaksud ia dikawal secara berangka komputer.Peranti CNC membolehkan dimensi yang tepat diikuti sepanjang menjalankan sesuatu produk.
Pengilangan 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 berbanding paksi alat.Pengilangan meliputi pelbagai jenis operasi dan mesin yang berbeza, pada skala dari bahagian individu yang kecil kepada operasi pengilangan geng tugas berat yang besar.Ia adalah salah satu proses yang paling biasa digunakan untuk pemesinan bahagian tersuai untuk toleransi yang tepat.
Pengilangan boleh dilakukan dengan pelbagai peralatan mesin.Kelas asal alat mesin untuk pengilangan ialah mesin pengisar (sering dipanggil kilang).Selepas kemunculan kawalan berangka komputer (CNC), mesin pengilangan berkembang menjadi pusat pemesinan: mesin pengilangan ditambah dengan penukar alat automatik, majalah alat atau karusel, keupayaan CNC, sistem penyejuk dan penutup.Pusat pengilangan biasanya dikelaskan sebagai pusat pemesinan menegak (VMC) atau pusat pemesinan mendatar (HMC).
Penyepaduan pengilangan ke dalam persekitaran membelok, dan sebaliknya, dimulakan dengan perkakas hidup untuk mesin pelarik dan penggunaan sekali-sekala kilang untuk operasi membelok.Ini membawa kepada kelas peralatan mesin baharu, mesin berbilang tugas (MTM), yang direka khas untuk memudahkan pengilangan dan pusingan dalam sampul kerja yang sama.
Bagi jurutera reka bentuk, pasukan R&D dan pengilang yang bergantung pada penyumberan bahagian, pemesinan CNC ketepatan membolehkan penciptaan bahagian yang kompleks tanpa pemprosesan tambahan.Malah, pemesinan CNC ketepatan selalunya membolehkan bahagian siap dibuat pada satu mesin.
Proses pemesinan mengalihkan bahan dan menggunakan pelbagai alat pemotong untuk mencipta reka bentuk bahagian yang terakhir dan selalunya sangat kompleks.Tahap ketepatan dipertingkatkan melalui penggunaan kawalan berangka komputer (CNC), yang digunakan untuk mengautomasikan kawalan alat pemesinan.
Peranan "CNC" dalam pemesinan ketepatan
Menggunakan arahan pengaturcaraan berkod, pemesinan CNC ketepatan membolehkan bahan kerja dipotong dan dibentuk mengikut spesifikasi tanpa campur tangan manual oleh pengendali mesin.
Mengambil model reka bentuk bantuan komputer (CAD) yang disediakan oleh pelanggan, seorang ahli mesin pakar menggunakan perisian pembuatan bantuan komputer (CAM) untuk mencipta arahan untuk pemesinan bahagian tersebut.Berdasarkan model CAD, perisian menentukan laluan alat yang diperlukan dan menjana kod pengaturcaraan yang memberitahu mesin:
■ Apakah RPM dan kadar suapan yang betul
■ Bila dan di mana hendak mengalihkan alat dan/atau bahan kerja
■ Sejauh mana untuk dipotong
■ Bila hendak menggunakan penyejuk
■ Sebarang 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 ialah ciri terbina dalam pelbagai peralatan, daripada mesin pelarik, kilang dan penghala kepada wayar EDM (pemesinan nyahcas elektrik), laser dan mesin pemotong plasma.Di samping mengautomasikan proses pemesinan dan meningkatkan ketepatan, CNC menghapuskan tugas manual dan membebaskan ahli mesin untuk mengawasi berbilang mesin berjalan pada masa yang sama.
Di samping itu, apabila laluan alat telah direka bentuk dan mesin diprogramkan, ia boleh menjalankan bahagian beberapa kali.Ini memberikan tahap ketepatan dan kebolehulangan yang tinggi, yang seterusnya menjadikan proses itu sangat kos efektif dan berskala.
Bahan yang dimesin
Beberapa logam yang biasanya dimesin termasuk aluminium, loyang, gangsa, tembaga, keluli, titanium dan zink.Di samping itu, kayu, buih, gentian kaca, dan plastik seperti polipropilena juga boleh dimesin.
Malah, hampir semua bahan boleh digunakan dengan pemesinan CNC ketepatan — sudah tentu, bergantung pada aplikasi dan keperluannya.
Beberapa kelebihan pemesinan CNC ketepatan
Bagi kebanyakan bahagian dan komponen kecil yang digunakan dalam pelbagai produk perkilangan, pemesinan CNC ketepatan selalunya merupakan kaedah fabrikasi pilihan.
Seperti yang berlaku pada hampir semua kaedah pemotongan dan pemesinan, bahan yang berbeza berkelakuan berbeza, dan saiz dan bentuk komponen juga mempunyai kesan yang besar terhadap proses.Walau bagaimanapun, secara amnya proses pemesinan CNC ketepatan menawarkan kelebihan berbanding kaedah pemesinan lain.
Ini kerana pemesinan CNC mampu menyampaikan:
■ 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 volum tinggi
Walaupun tukang mesin mahir boleh menggunakan mesin pelarik manual untuk membuat bahagian berkualiti dalam kuantiti 10 atau 100, apakah yang berlaku apabila anda memerlukan 1,000 bahagian?10,000 bahagian?100,000 atau sejuta bahagian?
Dengan pemesinan CNC ketepatan, anda boleh mendapatkan skalabiliti dan kelajuan yang diperlukan untuk jenis pengeluaran volum tinggi ini.Di samping itu, kebolehulangan tinggi pemesinan CNC berketepatan 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 wayar EDM (pemesinan nyahcas elektrik), pemesinan aditif, dan percetakan laser 3D.Contohnya, wayar EDM menggunakan bahan konduktif — biasanya logam — dan nyahcas elektrik untuk menghakis bahan kerja kepada bentuk yang rumit.
Walau bagaimanapun, di sini kita akan memberi tumpuan kepada proses pengilangan dan pemusingan — dua kaedah tolak yang tersedia secara meluas dan kerap digunakan untuk pemesinan CNC ketepatan.
Pengilangan lwn
Pengilangan ialah proses pemesinan yang menggunakan alat pemotong silinder berputar untuk mengeluarkan bahan dan mencipta bentuk.Peralatan pengilangan, yang dikenali sebagai kilang atau pusat pemesinan, mencapai alam semesta bahagian geometri kompleks pada beberapa objek terbesar logam mesin.
Ciri penting pengilangan ialah bahan kerja kekal pegun semasa alat pemotong berputar.Dalam erti kata lain, pada kilang, alat pemotong berputar bergerak mengelilingi bahan kerja, yang kekal pada tempatnya di atas katil.
Memusing ialah proses memotong atau membentuk bahan kerja pada peralatan yang dipanggil pelarik.Lazimnya, mesin pelarik memutarkan bahan 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 mengelilingi bahagian secara fizikal.Bahan berputar, membolehkan alat melakukan operasi yang diprogramkan.(Terdapat subset mesin pelarik di mana alat berputar mengelilingi wayar yang diberi makan kili, walau bagaimanapun, itu tidak dibincangkan di sini.)
Dalam pusingan, tidak seperti pengilangan, bahan kerja berputar.Stok bahagian menghidupkan gelendong pelarik dan alat pemotong disentuh dengan bahan kerja.
Pemesinan manual lwn. CNC
Walaupun kedua-dua kilang dan mesin pelarik tersedia dalam model manual, mesin CNC lebih sesuai untuk tujuan pembuatan bahagian kecil — menawarkan kebolehskalaan dan kebolehulangan untuk aplikasi yang memerlukan pengeluaran volum tinggi bahagian toleransi yang ketat.
Selain menawarkan mesin 2 paksi mudah di mana alat bergerak dalam paksi X dan Z, peralatan CNC ketepatan termasuk model berbilang paksi di mana bahan kerja juga boleh bergerak.Ini berbeza dengan mesin pelarik di mana bahan kerja dihadkan untuk berputar dan alatan akan bergerak untuk mencipta geometri yang dikehendaki.
Konfigurasi berbilang paksi ini membolehkan penghasilan geometri yang lebih kompleks dalam satu operasi, tanpa memerlukan kerja tambahan oleh pengendali mesin.Ini bukan sahaja memudahkan untuk menghasilkan bahagian yang kompleks, tetapi juga mengurangkan atau menghapuskan kemungkinan ralat operator.
Di samping itu, penggunaan penyejuk tekanan tinggi dengan pemesinan CNC ketepatan memastikan bahawa cip tidak masuk ke dalam kerja, walaupun menggunakan mesin dengan gelendong berorientasikan menegak.
kilang CNC
Mesin pengilangan berbeza berbeza dalam saiz, konfigurasi paksi, kadar suapan, kelajuan pemotongan, arah suapan pengilangan 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 segala-galanya daripada prototaip kepada pengeluaran volum tinggi.Kilang CNC berketepatan tinggi sering digunakan untuk kerja toleransi yang ketat seperti mengisar dan acuan halus.
Walaupun pengilangan CNC boleh memberikan pemulihan yang cepat, kemasan as-milled mencipta bahagian dengan tanda alat yang boleh dilihat.Ia juga mungkin menghasilkan bahagian dengan beberapa tepi tajam dan burr, jadi proses tambahan mungkin diperlukan jika tepi dan burr tidak boleh diterima untuk ciri tersebut.
Sudah tentu, alat deburring yang diprogramkan ke dalam urutan akan deburr, walaupun biasanya mencapai 90% daripada keperluan siap paling banyak, meninggalkan beberapa ciri untuk kemasan tangan terakhir.
Bagi kemasan permukaan, terdapat alat yang akan menghasilkan bukan sahaja kemasan permukaan yang boleh diterima, tetapi juga kemasan seperti cermin pada bahagian produk kerja.
Jenis-jenis kilang CNC
Dua jenis asas mesin pengilangan dikenali sebagai pusat pemesinan menegak dan pusat pemesinan mendatar, di mana perbezaan utama adalah dalam orientasi gelendong mesin.
Pusat pemesinan menegak ialah kilang di mana paksi gelendong dijajarkan dalam arah paksi Z.Mesin menegak ini boleh dibahagikan lagi kepada dua jenis:
■Kincir katil, di mana gelendong bergerak selari dengan paksinya sendiri manakala meja bergerak berserenjang dengan paksi gelendong
■Kincir turret, di mana gelendong tidak bergerak dan meja digerakkan supaya sentiasa berserenjang dan selari dengan paksi gelendong semasa operasi pemotongan.
Di pusat pemesinan mendatar, paksi gelendong kilang dijajarkan dalam arah paksi Y.Struktur mendatar bermakna kilang ini cenderung mengambil lebih banyak ruang di lantai kedai mesin;ia juga secara amnya lebih berat dalam berat dan lebih berkuasa daripada mesin menegak.
Kilang mendatar sering digunakan apabila kemasan permukaan yang lebih baik diperlukan;itu kerana orientasi gelendong bermakna cip pemotongan secara semula jadi jatuh dan mudah dikeluarkan.(Sebagai faedah tambahan, penyingkiran cip yang cekap membantu meningkatkan hayat alat.)
Secara amnya, pusat pemesinan menegak lebih lazim kerana ia boleh menjadi 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 ketepatan tersedia dengan berbilang 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 dan menggerakkan bahan kerja untuk membolehkan pemesinan yang lebih berterusan.
Kilang 5 paksi mempunyai tiga paksi tradisional dan dua paksi putar tambahan, membolehkan bahan kerja diputar semasa kepala gelendong bergerak di sekelilingnya.Ini membolehkan lima sisi bahan kerja dimesin tanpa mengeluarkan bahan kerja dan menetapkan semula mesin.
mesin pelarik CNC
Pelarik — juga dipanggil pusat pusing — mempunyai satu atau lebih gelendong, dan paksi X dan Z.Mesin ini digunakan untuk memutarkan bahan kerja pada paksinya untuk melakukan pelbagai operasi pemotongan dan pembentukan, menggunakan pelbagai alatan pada bahan kerja.
Pelarik CNC, yang juga dipanggil pelarik perkakas tindakan langsung, sesuai untuk mencipta bahagian silinder atau sfera simetri.Seperti kilang CNC, mesin 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, bar kosong bahan stok dimuatkan ke dalam chuck gelendong pelarik.Cucuk ini memegang bahan kerja pada tempatnya semasa gelendong berputar.Apabila gelendong mencapai kelajuan yang diperlukan, alat pemotong pegun dibawa bersentuhan dengan bahan kerja untuk mengeluarkan bahan dan mencapai geometri yang betul.
Mesin pelarik CNC boleh melakukan beberapa operasi, seperti menggerudi, mengulirkan benang, membosankan, reaming, menghadap dan memusing tirus.Operasi yang berbeza memerlukan perubahan alat dan boleh meningkatkan kos dan masa persediaan.
Apabila semua operasi pemesinan yang diperlukan selesai, bahagian itu dipotong daripada stok untuk pemprosesan selanjutnya, jika perlu.Pelarik CNC kemudiannya bersedia untuk mengulangi operasi, dengan sedikit atau tiada masa persediaan tambahan biasanya diperlukan di antaranya.
Pelarik CNC juga boleh memuatkan pelbagai penyuap bar automatik, yang mengurangkan jumlah pengendalian bahan mentah manual dan memberikan kelebihan seperti berikut:
■ Kurangkan masa dan usaha yang diperlukan oleh pengendali mesin
■ Sokong barstock untuk mengurangkan getaran yang boleh menjejaskan ketepatan secara negatif
■ Benarkan alat mesin beroperasi pada kelajuan gelendong optimum
■ Kurangkan masa pertukaran
■ Kurangkan pembaziran bahan
Jenis mesin pelarik CNC
Terdapat beberapa jenis pelarik yang berbeza, tetapi yang paling biasa ialah pelarik CNC 2 paksi dan pelarik automatik gaya China.
Kebanyakan mesin pelarik CNC China menggunakan satu atau dua gelendong utama ditambah satu atau dua gelendong belakang (atau sekunder), dengan pemindahan berputar bertanggungjawab untuk yang pertama.Spindle utama melakukan operasi pemesinan utama, dengan bantuan sesendal pemandu.
Di samping itu, beberapa mesin pelarik gaya China dilengkapi dengan kepala alat kedua yang beroperasi sebagai kilang CNC.
Dengan mesin pelarik automatik gaya China CNC, bahan stok dimasukkan melalui gelendong kepala gelongsor ke sesendal pemandu.Ini membolehkan alat untuk memotong bahan lebih dekat ke titik di mana bahan disokong, menjadikan mesin China amat berfaedah untuk bahagian pusingan yang panjang dan langsing dan untuk pemesinan mikro.
Pusat pusing CNC berbilang paksi dan mesin pelarik gaya China boleh mencapai pelbagai operasi pemesinan menggunakan satu mesin.Ini menjadikan mereka pilihan kos efektif untuk geometri kompleks yang sebaliknya memerlukan beberapa mesin atau perubahan alat menggunakan peralatan seperti kilang CNC tradisional.