El mecanitzat de precisió és un procés per eliminar el material d’una peça durant els acabats de tolerància estreta. La màquina de precisió compta amb molts tipus, com ara el fresat, el gir i el mecanitzat de descàrrega elèctrica. Actualment, una màquina de precisió es controla generalment mitjançant un ordinador controls numèrics (CNC).
Gairebé tots els productes metàl·lics utilitzen mecanitzat de precisió, com fan molts altres materials com el plàstic i la fusta. Aquestes màquines són operades per maquinistes especialitzats i formats. Perquè l’eina de tall faci la seva feina, s’ha de moure en les indicacions especificades per fer el tall correcte. Aquest moviment principal s’anomena “velocitat de tall”. La peça també es pot moure, coneguda com el moviment secundari de "Feed". En conjunt, aquests moviments i la nitidesa de l’eina de tall permeten funcionar la màquina de precisió.
El mecanitzat de precisió de qualitat requereix la possibilitat de seguir models extremadament específics realitzats per programes CAD (disseny assistit per ordinador) o CAM (fabricació assistida per ordinador) com AutoCAD i Turbocad. El programari pot ajudar a produir diagrames o esquemes complexos i tridimensionals necessaris per fabricar una eina, una màquina o un objecte. Aquests models s’han d’adherir amb un gran detall per assegurar -se que un producte conserva la seva integritat. Si bé la majoria de les empreses de mecanitzat de precisió treballen amb alguna forma de programes CAD/CAM, encara funcionen sovint amb esbossos dibuixats a mà en les fases inicials d’un disseny.
El mecanitzat de precisió s’utilitza en diversos materials que inclouen acer, bronze, grafit, vidre i plàstics per citar -ne alguns. Depenent de la mida del projecte i dels materials que s’han d’utilitzar, s’utilitzaran diverses eines de mecanitzat de precisió. Es pot utilitzar qualsevol combinació de torns, màquines de fresat, premses de perforació, serres i rectificadores, i fins i tot robòtica d’alta velocitat. La indústria aeroespacial pot utilitzar un mecanitzat d’alta velocitat, mentre que una indústria d’eines de fusteria pot utilitzar processos de gravat i fresat fotogràfics. El fet de sortir d'una tirada, o una quantitat específica de qualsevol element en concret, pot numerar en els milers o ser només uns quants. El mecanitzat de precisió requereix sovint la programació de dispositius CNC, cosa que significa que estan controlats per ordinador numèricament. El dispositiu CNC permet seguir les dimensions exactes durant tot el producte.
El fresat és el procés de mecanitzat d’utilitzar talladors rotatius per eliminar el material d’una peça de treball avançant (o alimentant) el tallador a la peça en una determinada direcció. El tallador també es pot mantenir en un angle respecte a l'eix de l'eina. El fresat cobreix una gran varietat d’operacions i màquines diferents, en escales des de petites parts individuals fins a grans operacions de fresat de bandes resistents. És un dels processos més utilitzats per mecanitzar peces personalitzades amb toleràncies precises.
El fresat es pot fer amb una àmplia gamma de màquines -eina. La classe original de màquines -eina per a la mòlta era la fresadora (sovint anomenada molí). Després de l’arribada del control numèric de l’ordinador (CNC), les màquines fresadores van evolucionar cap a centres de mecanitzat: màquines fresadores augmentades per canviadors d’eines automàtiques, revistes d’eines o carrusels, capacitat CNC, sistemes de refrigeració i tancaments. Els centres de fresat es classifiquen generalment com a centres de mecanitzat vertical (VMCs) o centres de mecanitzat horitzontal (HMCs).
La integració del fresat en entorns de gir i viceversa va començar amb eines en viu per als torns i l’ús ocasional de molins per a les operacions de gir. Això va provocar una nova classe de màquines-eina, màquines multitasking (MTMS), que es construeixen a propòsit per facilitar el fresat i l’entrada dins del mateix sobre de treball.
Per als enginyers de disseny, equips d’R + D i fabricants que depenen de l’abastament de parts, el mecanitzat de precisió CNC permet la creació de peces complexes sense processament addicional. De fet, el mecanitzat de precisió CNC sovint fa possible que les parts acabades es facin en una sola màquina.
El procés de mecanitzat elimina el material i utilitza una àmplia gamma d’eines de tall per crear el disseny final i sovint molt complex d’una part. El nivell de precisió es millora mitjançant l’ús del control numèric de l’ordinador (CNC), que s’utilitza per automatitzar el control de les eines de mecanitzat.
El paper de "CNC" en el mecanitzat de precisió
Utilitzant instruccions de programació codificada, el mecanitzat de precisió CNC permet tallar i donar forma a una peça i donar forma a especificacions sense intervenció manual per part d’un operador de màquines.
Prenent un model de disseny assistit per ordinador (CAD) proporcionat per un client, un maquinista expert utilitza programari de fabricació assistida per ordinador (CAM) per crear les instruccions per mecanitzar la part. A partir del model CAD, el programari determina quines rutes d’eines es necessiten i genera el codi de programació que indica a la màquina:
■ Quins són els rpms i les taxes de pinso correctes
■ Quan i on moure l'eina i/o la peça
■ Que profund de tallar
■ Quan aplicar el refrigerant
■ Qualsevol altre factors relacionats amb la velocitat, la velocitat d’alimentació i la coordinació
Un controlador CNC utilitza el codi de programació per controlar, automatitzar i controlar els moviments de la màquina.
Avui en dia, CNC és una característica integrada d’una àmplia gamma d’equips, des de torns, molins i encaminadors fins a Wire EDM (mecanitzat de descàrrega elèctrica), làser i màquines de tall de plasma. A més d’automatitzar el procés de mecanitzat i millorar la precisió, CNC elimina les tasques manuals i allibera maquinistes per supervisar diverses màquines que funcionen alhora.
A més, un cop dissenyada una ruta de l’eina i es programi una màquina, pot executar una part de vegades. Això proporciona un alt nivell de precisió i repetibilitat, que al seu torn fa que el procés sigui molt rendible i escalable.
Materials mecanitzats
Alguns metalls que es mecanitzen habitualment inclouen alumini, llautó, bronze, coure, acer, titani i zinc. A més, també es poden mecanitzar fusta, escuma, fibra de vidre i plàstics com el polipropilè.
De fet, gairebé qualsevol material es pot utilitzar amb un mecanitzat CNC de precisió, per descomptat, segons l’aplicació i els seus requisits.
Alguns avantatges del mecanitzat CNC de precisió
Per a moltes de les parts petites i components que s’utilitzen en una àmplia gamma de productes fabricats, el mecanitzat de precisió CNC és sovint el mètode de fabricació que tria.
Com és cert en pràcticament tots els mètodes de tall i mecanitzat, diferents materials es comporten de manera diferent i la mida i la forma d’un component també tenen un gran impacte en el procés. Tanmateix, en general, el procés de mecanitzat de precisió CNC ofereix avantatges respecte a altres mètodes de mecanitzat.
Això és degut a que el mecanitzat CNC és capaç de lliurar:
■ Un alt grau de complexitat parcial
■ Toleràncies estretes, normalment oscil·lant entre ± 0,0002 "(± 0,00508 mm) a ± 0,0005" (± 0,0127 mm)
■ Acabats de superfície excepcionalment llisos, inclosos els acabats personalitzats
■ Repetibilitat, fins i tot a grans volums
Si bé un maquinista especialitzat pot utilitzar un torn manual per fer una part de qualitat en quantitats de 10 o 100, què passa quan necessiteu 1.000 parts? 10.000 parts? 100.000 o un milió de parts?
Amb el mecanitzat de precisió CNC, podeu obtenir l’escalabilitat i la velocitat necessàries per a aquest tipus de producció d’alt volum. A més, l’elevada repetibilitat del mecanitzat de precisió CNC us proporciona parts que són iguals des del principi fins al final, independentment de quantes parts estigueu produint.
Hi ha alguns mètodes molt especialitzats de mecanitzat CNC, incloent -hi el filferro de filferro (mecanitzat de descàrrega elèctrica), mecanitzat additiu i impressió làser 3D. Per exemple, Wire EDM utilitza materials conductors, normalment metalls -i descàrregues elèctriques per erosionar una peça en formes complexes.
Tot i això, aquí ens centrarem en els processos de fresat i gir: dos mètodes subtractius que estan àmpliament disponibles i utilitzats freqüentment per al mecanitzat de CNC de precisió.
Fresc vs. Turning
El fresat és un procés de mecanitzat que utilitza una eina de tall cilíndrica rotativa per eliminar el material i crear formes. Els equips de fresat, coneguts com a molí o centre de mecanitzat, aconsegueixen un univers de geometries de part complexes en alguns dels objectes més grans de metall mecanitzat.
Una característica important del fresat és que la peça es manté estacionària mentre l’eina de tall gira. Dit d’una altra manera, en un molí, l’eina de tall rotativa es mou al voltant de la peça, que es manté fixada al seu lloc sobre un llit.
El fet de girar és el procés de tallar o donar forma a una peça en equips anomenat torn. Normalment, el torn gira la peça en un eix vertical o horitzontal mentre una eina de tall fix (que pot ser o no girar) es mou al llarg de l’eix programat.
L’eina no pot girar físicament per la peça. El material gira, permetent a l'eina realitzar les operacions programades. (Hi ha un subconjunt de torns en què les eines giren al voltant d’un filferro alimentat per bobines, però, que no es cobreix aquí.)
En convertir -se, a diferència del fresat, la peça gira. L'estoc de la peça envia el cargol del torn i l'eina de tall es posa en contacte amb la peça.
Manual vs. Mecanatge CNC
Si bé tant els molins com els torns estan disponibles en models manuals, les màquines CNC són més adequades per a la fabricació de peces petites, que ofereixen escalabilitat i repetibilitat per a aplicacions que requereixen una producció d’alt volum de peces de tolerància estreta.
A més d’oferir màquines simples de 2 eixos en què l’eina es mou en els eixos X i Z, els equips de precisió CNC inclouen models de diversos eixos en els quals la peça també es pot moure. Això contrasta amb un torn on la peça es limita a girar i les eines es mouran per crear la geometria desitjada.
Aquestes configuracions de diversos eixos permeten la producció de geometries més complexes en una sola operació, sense requerir un treball addicional per part de l’operador de la màquina. Això no només facilita la producció de peces complexes, sinó que també redueix o elimina la possibilitat d’error de l’operador.
A més, l’ús de refrigerant d’alta pressió amb mecanitzat CNC de precisió garanteix que els xips no s’introdueixen a les obres, fins i tot quan s’utilitzen una màquina amb un cargol orientat verticalment.
CNC Mills
Diferents màquines de fresat varien en les seves mides, configuracions de l’eix, taxes d’alimentació, velocitat de tall, direcció d’alimentació de fresat i altres característiques.
No obstant això, en general, els Mills CNC utilitzen un cargol giratori per tallar material no desitjat. S’utilitzen per tallar metalls durs com l’acer i el titani, però també es poden utilitzar amb materials com el plàstic i l’alumini.
Els molins CNC estan construïts per a la repetibilitat i es poden utilitzar per a tot, des de prototipat fins a una producció de gran volum. Els fàbriques de CNC de precisió d’alta precisió s’utilitzen sovint per a treballs de tolerància estreta, com ara les matrius i els motlles.
Mentre que el fresat CNC pot oferir un canvi ràpid, els acabats com a frescos creen peces amb marques d’eines visibles. També pot produir parts amb algunes vores i burrs afilades, de manera que es poden requerir processos addicionals si les vores i els burrs són inacceptables per a aquestes funcions.
Per descomptat, les eines de debat programades a la seqüència es desprèn, tot i que solen assolir el 90% del requisit acabat com a màxim, deixant algunes funcions per acabar amb la mà.
Pel que fa a l’acabat superficial, hi ha eines que produiran no només un acabat superficial acceptable, sinó també un acabat semblant a miralls a les porcions del producte de treball.
Tipus de molins CNC
Els dos tipus bàsics de màquines de fresat es coneixen com a centres de mecanitzat vertical i centres de mecanitzat horitzontal, on la diferència primària es troba en l’orientació del cargol de la màquina.
Un centre de mecanitzat vertical és un molí en què l’eix del cargol s’alinea en direcció a l’eix Z. Aquestes màquines verticals es poden dividir en dos tipus:
■ Mills de llit, en què el cargol es mou paral·lel al seu propi eix mentre la taula es mou perpendicular a l’eix del cargol
■ Mills de torreta, en què el cargol és estacionari i la taula es mou de manera que sigui sempre perpendicular i paral·lela a l’eix del cargol durant l’operació de tall
En un centre de mecanitzat horitzontal, l’eix del cargol del molí s’alinea en direcció a l’eix Y. L’estructura horitzontal significa que aquests molins solen ocupar més espai al pis de la botiga de màquines; També són generalment més pesades en pes i més potents que les màquines verticals.
Sovint s’utilitza un molí horitzontal quan es requereix un millor acabat superficial; Això és degut a que l’orientació del cargol significa que els xips tallats cauen naturalment i s’eliminen fàcilment. (Com a benefici afegit, l’eliminació eficient del xip ajuda a augmentar la vida de l’eina.)
En general, els centres de mecanitzat vertical són més prevalents perquè poden ser tan potents com els centres de mecanitzat horitzontal i poden manejar parts molt petites. A més, els centres verticals tenen una petjada menor que els centres de mecanitzat horitzontal.
Mills CNC de diversos eixos
Els centres de precisió CNC Mill estan disponibles amb diversos eixos. Un molí de 3 eixos utilitza els eixos X, Y i Z per a una gran varietat de treballs. Amb un molí de 4 eixos, la màquina pot girar sobre un eix vertical i horitzontal i moure la peça de treball per permetre un mecanitzat més continu.
Un molí de 5 eixos té tres eixos tradicionals i dos eixos rotatius addicionals, que permeten girar la peça a mesura que el cap del cargol es mou al seu voltant. Això permet mecanitzar cinc cares d’una peça sense treure la peça i restablir la màquina.
Torns CNC
Un torn, també anomenat centre de gir, té un o més eixos i eixos X i Z. La màquina s'utilitza per girar una peça al seu eix per realitzar diverses operacions de tall i conformació, aplicant una àmplia gamma d'eines a la peça.
Els torns CNC, que també s’anomenen torns d’eines d’acció en directe, són ideals per crear parts cilíndriques o esfèriques simètriques. Igual que CNC Mills, els torns CNC poden gestionar operacions més petites com prototipat, però també es poden configurar per a una alta repetibilitat, donant suport a una producció d’alt volum.
Els torns CNC també es poden configurar per a una producció relativament lliure de mans, cosa que els fa àmpliament utilitzats en les indústries d'automoció, electrònica, aeroespacial, robòtica i dispositius mèdics.
Com funciona un torn CNC
Amb un torn CNC, es carrega una barra en blanc de material de material a la trama del cargol del torn. Aquest Chuck manté la peça al seu lloc mentre el cargol gira. Quan el cargol arriba a la velocitat requerida, es posa en contacte una eina estacionària de tall amb la peça per eliminar material i aconseguir la geometria correcta.
Un torn CNC pot realitzar diverses operacions, com ara perforació, roscat, avorrit, reamenament, cap i gir. Les diferents operacions requereixen canvis d’eines i poden augmentar el temps de cost i configuració.
Si es completen totes les operacions de mecanitzat necessàries, la part es retalla de les accions per a un processament posterior, si cal. El torn CNC està a punt per repetir l'operació, amb poc o cap temps de configuració addicional que se sol requerir pel mig.
Els torns CNC també poden allotjar una gran varietat d’alimentadors de barres automàtics, que redueixen la quantitat de manipulació manual de matèries primeres i proporcionen avantatges com els següents:
■ Reduir el temps i l’esforç necessari de l’operador de la màquina
■ Donar suport a la barstoc per reduir les vibracions que poden afectar negativament la precisió
■ Deixeu que la màquina -eina funcioni a velocitats òptimes del cargol
■ Minimitzar els temps de canvi
■ Reduir els residus de materials
Tipus de torns CNC
Hi ha diversos tipus de torns diferents, però els més habituals són els torns CNC de 2 eixos i els torns automàtics a la Xina.
La majoria dels torns de la Xina CNC utilitzen un o dos cargols principals més un o dos cargols d'esquena (o secundari), amb transferència rotativa responsable dels primers. El cargol principal realitza l'operació de mecanitzat primari, amb l'ajut d'un malestar.
A més, alguns torns a la Xina estan equipats amb un segon capçal d’eina que funciona com a molí CNC.
Amb un torn automàtic a l'estil de la Xina CNC, el material de la borsa s'alimenta a través d'un cargol lliscant cap a un bosc guia. Això permet a l’eina tallar el material més a prop del punt en què es recolza el material, cosa que fa que la màquina de la Xina sigui especialment beneficiosa per a parts giratòries llargues i esveltes i per a la micromacinització.
Els centres de gir CNC multi-eix i els torns a la Xina poden realitzar múltiples operacions de mecanitzat mitjançant una sola màquina. Això els converteix en una opció rendible per a geometries complexes que d’altra manera requeririen diverses màquines o canvis d’eines mitjançant equips com ara un molí CNC tradicional.