Ang Precision Machining ay isang proseso upang alisin ang materyal mula sa isang workpiece habang hinahawakan ang malapit na tolerance finishes. Ang precision machine ay may maraming uri, kabilang ang milling, turning at electrical discharge machining. Ang isang precision machine ngayon ay karaniwang kinokontrol gamit ang Computer Numerical Controls (CNC).
Halos lahat ng produktong metal ay gumagamit ng precision machining, gaya ng maraming iba pang materyales tulad ng plastik at kahoy. Ang mga makinang ito ay pinapatakbo ng mga espesyalisado at sinanay na mga machinist. Upang magawa ng cutting tool ang trabaho nito, dapat itong igalaw sa mga direksyong tinukoy upang makagawa ng tamang hiwa. Ang pangunahing galaw na ito ay tinatawag na "cutting speed." Maaari ding igalaw ang workpiece, na kilala bilang pangalawang galaw ng "feed." Magkasama, ang mga galaw na ito at ang talas ng cutting tool ay nagbibigay-daan sa precision machine na gumana.
Ang de-kalidad na precision machining ay nangangailangan ng kakayahang sumunod sa mga napaka-espesipikong blueprint na ginawa ng mga programang CAD (computer aided design) o CAM (computer aided manufacturing) tulad ng AutoCAD at TurboCAD. Makakatulong ang software na makagawa ng mga kumplikado at 3-dimensional na diagram o balangkas na kinakailangan upang makagawa ng isang kagamitan, makina, o bagay. Ang mga blueprint na ito ay dapat sundin nang may mahusay na detalye upang matiyak na mapapanatili ng isang produkto ang integridad nito. Bagama't karamihan sa mga kumpanya ng precision machining ay gumagamit ng ilang uri ng mga programang CAD/CAM, madalas pa rin silang gumagamit ng mga hand-drawn sketch sa mga unang yugto ng isang disenyo.
Ang precision machining ay ginagamit sa iba't ibang materyales kabilang ang bakal, bronse, grapayt, salamin at plastik, ilan lamang ito sa mga halimbawa. Depende sa laki ng proyekto at mga materyales na gagamitin, iba't ibang precision machining tool ang gagamitin. Maaaring gamitin ang anumang kombinasyon ng mga lathe, milling machine, drill press, saw at grinder, at maging ang high-speed robotics. Ang industriya ng aerospace ay maaaring gumamit ng high velocity machining, habang ang industriya ng paggawa ng mga kagamitan sa kahoy ay maaaring gumamit ng photo-chemical etching at milling processes. Ang pag-churn out ng isang run, o isang partikular na dami ng anumang partikular na item, ay maaaring umabot sa libu-libo, o ilan lamang. Ang precision machining ay kadalasang nangangailangan ng pagprograma ng mga CNC device na nangangahulugang ang mga ito ay kinokontrol ng computer numerically. Ang CNC device ay nagbibigay-daan para sa eksaktong sukat na masundan sa buong pagtakbo ng isang produkto.
Ang paggiling ay ang proseso ng pagma-machining gamit ang mga rotary cutter upang alisin ang materyal mula sa isang workpiece sa pamamagitan ng pag-usad (o pagpapakain) ng cutter papunta sa workpiece sa isang partikular na direksyon. Ang cutter ay maaari ring hawakan sa isang anggulo na may kaugnayan sa axis ng tool. Sakop ng paggiling ang iba't ibang uri ng operasyon at makina, sa mga antas mula sa maliliit na indibidwal na bahagi hanggang sa malalaki at mabibigat na operasyon ng gang milling. Ito ay isa sa mga pinakakaraniwang ginagamit na proseso para sa pagma-machining ng mga pasadyang bahagi sa mga tiyak na tolerance.
Ang paggiling ay maaaring gawin gamit ang iba't ibang uri ng mga makinang pang-makina. Ang orihinal na uri ng mga makinang pang-makina para sa paggiling ay ang makinang panggiling (madalas tinatawag na gilingan). Matapos ang pagdating ng computer numerical control (CNC), ang mga makinang panggiling ay umunlad sa mga machining center: mga makinang panggiling na pinalalakas ng mga awtomatikong tool changer, mga magasin o carousel ng kagamitan, kakayahan sa CNC, mga sistema ng coolant, at mga enclosure. Ang mga milling center ay karaniwang inuuri bilang mga vertical machining center (VMC) o horizontal machining center (HMC).
Ang pagsasama ng paggiling sa mga kapaligiran ng pag-ikot, at gayundin ang kabaligtaran, ay nagsimula sa live tooling para sa mga lathe at paminsan-minsang paggamit ng mga gilingan para sa mga operasyon ng pag-ikot. Ito ay humantong sa isang bagong uri ng mga machine tool, ang mga multitasking machine (MTM), na sadyang ginawa upang mapadali ang paggiling at pag-ikot sa loob ng iisang saklaw ng trabaho.
Para sa mga design engineer, mga R&D team, at mga tagagawa na umaasa sa pagkuha ng mga piyesa, ang precision CNC machining ay nagbibigay-daan para sa paglikha ng mga kumplikadong piyesa nang walang karagdagang pagproseso. Sa katunayan, ang precision CNC machining ay kadalasang ginagawang posible ang paggawa ng mga natapos na piyesa sa iisang makina lamang.
Ang proseso ng pagma-machining ay nag-aalis ng materyal at gumagamit ng malawak na hanay ng mga tool sa paggupit upang lumikha ng pangwakas, at kadalasang lubos na kumplikado, na disenyo ng isang bahagi. Ang antas ng katumpakan ay pinahuhusay sa pamamagitan ng paggamit ng computer numerical control (CNC), na ginagamit upang awtomatiko ang pagkontrol ng mga tool sa pagma-machining.
Ang papel ng "CNC" sa precision machining
Gamit ang mga naka-code na tagubilin sa programming, ang precision CNC machining ay nagbibigay-daan sa isang workpiece na maputol at mahubog ayon sa mga detalye nang walang manu-manong interbensyon ng isang operator ng makina.
Gamit ang isang computer aided design (CAD) model na ibinigay ng isang customer, ang isang ekspertong machinist ay gumagamit ng computer aided manufacturing software (CAM) upang lumikha ng mga tagubilin para sa pagma-machining ng bahagi. Batay sa CAD model, tinutukoy ng software kung anong mga tool path ang kinakailangan at bubuo ng programming code na nagsasabi sa makina:
■ Ano ang mga tamang RPM at feed rate
■ Kailan at saan ililipat ang kagamitan at/o workpiece
■ Gaano kalalim ang hiwain
■ Kailan maglalagay ng coolant
■ Anumang iba pang salik na may kaugnayan sa bilis, bilis ng pagpapakain, at koordinasyon
Pagkatapos, ginagamit ng isang CNC controller ang programming code upang kontrolin, i-automate, at subaybayan ang mga galaw ng makina.
Sa kasalukuyan, ang CNC ay isang built-in na tampok ng malawak na hanay ng mga kagamitan, mula sa mga lathe, mill, at router hanggang sa wire EDM (electrical discharge machining), laser, at plasma cutting machine. Bukod sa pag-automate ng proseso ng machining at pagpapahusay ng katumpakan, inaalis ng CNC ang mga manu-manong gawain at binibigyang-daan ang mga machinist na pangasiwaan ang maraming makinang tumatakbo nang sabay-sabay.
Bukod pa rito, kapag ang isang tool path ay naidisenyo na at ang isang makina ay na-program na, maaari nitong patakbuhin ang isang bahagi nang ilang beses. Nagbibigay ito ng mataas na antas ng katumpakan at kakayahang maulit, na siya namang ginagawang lubos na epektibo sa gastos at nasusukat ang proseso.
Mga materyales na makinarya
Ang ilan sa mga metal na karaniwang minamakina ay kinabibilangan ng aluminyo, tanso, bronse, tanso, bakal, titanium, at zinc. Bukod pa rito, ang kahoy, foam, fiberglass, at mga plastik tulad ng polypropylene ay maaari ding minamakina.
Sa katunayan, halos anumang materyal ay maaaring gamitin sa precision CNC machining — siyempre, depende sa aplikasyon at mga kinakailangan nito.
Ilan sa mga bentahe ng precision CNC machining
Para sa marami sa maliliit na bahagi at sangkap na ginagamit sa malawak na hanay ng mga produktong gawa, ang precision CNC machining ay kadalasang ang pinipiling paraan ng paggawa.
Gaya ng halos lahat ng pamamaraan ng pagputol at pagma-machining, ang iba't ibang materyales ay kumikilos nang magkakaiba, at ang laki at hugis ng isang bahagi ay mayroon ding malaking epekto sa proseso. Gayunpaman, sa pangkalahatan, ang proseso ng precision CNC machining ay nag-aalok ng mga kalamangan kumpara sa iba pang mga pamamaraan ng pagma-machining.
Iyon ay dahil ang CNC machining ay may kakayahang maghatid ng:
■ Mataas na antas ng kasalimuotan ng bahagi
■ Mahigpit na mga tolerance, karaniwang mula ±0.0002" (±0.00508 mm) hanggang ±0.0005" (±0.0127 mm)
■ Mga pambihirang makinis na pagtatapos ng ibabaw, kabilang ang mga pasadyang pagtatapos
■ Kakayahang maulit, kahit na sa mataas na volume
Bagama't maaaring gumamit ang isang bihasang machinist ng manu-manong lathe upang gumawa ng isang de-kalidad na piyesa sa dami na 10 o 100, ano ang mangyayari kapag kailangan mo ng 1,000 piyesa? 10,000 piyesa? 100,000 o isang milyong piyesa?
Sa pamamagitan ng precision CNC machining, makukuha mo ang scalability at bilis na kailangan para sa ganitong uri ng high-volume na produksyon. Bukod pa rito, ang mataas na repeatability ng precision CNC machining ay nagbibigay sa iyo ng mga bahagi na pare-pareho mula simula hanggang katapusan, gaano man karaming bahagi ang iyong ginagawa.
Mayroong ilang mga espesyalisadong pamamaraan ng CNC machining, kabilang ang wire EDM (electrical discharge machining), additive machining, at 3D laser printing. Halimbawa, ang wire EDM ay gumagamit ng mga konduktibong materyales — karaniwang mga metal — at mga electrical discharge upang mabulok ang isang workpiece at maging masalimuot na mga hugis.
Gayunpaman, dito ay tututuon tayo sa mga proseso ng paggiling at pag-ikot — dalawang pamamaraan ng subtractive na malawakang makukuha at madalas na ginagamit para sa precision CNC machining.
Paggiling vs. pag-ikot
Ang paggiling ay isang proseso ng pagma-machining na gumagamit ng umiikot at silindrikong tool sa paggupit upang alisin ang materyal at lumikha ng mga hugis. Ang kagamitan sa paggiling, na kilala bilang mill o machining center, ay nakakagawa ng isang mundo ng mga kumplikadong geometry ng bahagi sa ilan sa pinakamalalaking bagay na makinarya ng metal.
Isang mahalagang katangian ng paggiling ay ang workpiece ay nananatiling hindi gumagalaw habang umiikot ang cutting tool. Sa madaling salita, sa isang gilingan, ang umiikot na cutting tool ay gumagalaw sa paligid ng workpiece, na nananatiling nakapirmi sa lugar nito sa isang kama.
Ang pag-ikot ay ang proseso ng pagputol o paghubog ng isang workpiece sa kagamitang tinatawag na lathe. Kadalasan, iniikot ng lathe ang workpiece sa isang patayo o pahalang na aksis habang ang isang nakapirming kagamitan sa paggupit (na maaaring umiikot o hindi umiikot) ay gumagalaw sa nakaprogramang aksis.
Hindi maaaring pisikal na umikot ang kagamitan sa bahagi. Umiikot ang materyal, na nagpapahintulot sa kagamitan na isagawa ang mga naka-program na operasyon. (Gayunpaman, may isang subset ng mga lathe kung saan ang mga kagamitan ay umiikot sa isang spool-fed wire na hindi sakop dito.)
Sa pag-ikot, hindi tulad ng paggiling, ang workpiece ay umiikot. Ang part stock ay umiikot sa spindle ng lathe at ang cutting tool ay idinidikit sa workpiece.
Manu-manong vs. CNC machining
Bagama't parehong makukuha ang mga mills at lathe sa mga manu-manong modelo, ang mga CNC machine ay mas angkop para sa mga layunin ng paggawa ng maliliit na bahagi — na nag-aalok ng scalability at repeatability para sa mga aplikasyon na nangangailangan ng mataas na volume ng produksyon ng mga tight tolerance na bahagi.
Bukod sa pag-aalok ng mga simpleng makinang 2-axis kung saan ang tool ay gumagalaw sa X at Z axes, ang mga kagamitang precision CNC ay kinabibilangan ng mga multi-axis na modelo kung saan ang workpiece ay maaari ring gumalaw. Ito ay kabaligtaran ng isang lathe kung saan ang workpiece ay limitado sa pag-ikot at ang mga tool ay kikilos upang lumikha ng nais na geometry.
Ang mga multi-axis na konpigurasyong ito ay nagbibigay-daan para sa paggawa ng mas kumplikadong mga heometriya sa iisang operasyon, nang hindi nangangailangan ng karagdagang trabaho mula sa operator ng makina. Hindi lamang nito pinapadali ang paggawa ng mga kumplikadong bahagi, kundi binabawasan o inaalis din nito ang posibilidad ng pagkakamali ng operator.
Bukod pa rito, tinitiyak ng paggamit ng high-pressure coolant na may precision CNC machining na hindi mabubutas ang mga piraso sa trabaho, kahit na gumagamit ng makinang may vertical oriented spindle.
Mga CNC mill
Iba-iba ang laki ng iba't ibang milling machine, mga konfigurasyon ng axis, bilis ng pag-feed, bilis ng paggupit, direksyon ng pag-feed ng milling, at iba pang mga katangian.
Gayunpaman, sa pangkalahatan, ang mga CNC mill ay gumagamit ng umiikot na spindle upang putulin ang mga hindi gustong materyal. Ginagamit ang mga ito upang putulin ang matitigas na metal tulad ng bakal at titanium ngunit maaari ding gamitin sa mga materyales tulad ng plastik at aluminyo.
Ang mga CNC mill ay ginawa para sa repeatability at maaaring gamitin para sa lahat ng bagay mula sa prototyping hanggang sa high volume production. Ang mga high-end precision CNC mill ay kadalasang ginagamit para sa tight tolerance work tulad ng paggiling ng mga fine die at molde.
Bagama't mabilis na nakakagawa ng proseso ang CNC milling, ang as-milled finishing ay lumilikha ng mga bahaging may nakikitang marka ng tool. Maaari rin itong makagawa ng mga bahaging may matutulis na gilid at burr, kaya maaaring kailanganin ang mga karagdagang proseso kung ang mga gilid at burr ay hindi katanggap-tanggap para sa mga katangiang iyon.
Siyempre, ang mga kagamitang pang-alis ng burr na nakaprograma sa pagkakasunod-sunod ay mag-aalis ng burr, bagama't kadalasan ay nakakamit ang 90% ng natapos na kinakailangan, na nag-iiwan ng ilang mga tampok para sa pangwakas na pagtatapos gamit ang kamay.
Kung tungkol sa surface finish, may mga kagamitang hindi lamang makakagawa ng katanggap-tanggap na surface finish, kundi pati na rin ng mala-salamin na finish sa mga bahagi ng produktong gawa.
Mga uri ng CNC mill
Ang dalawang pangunahing uri ng mga milling machine ay kilala bilang mga vertical machining center at horizontal machining center, kung saan ang pangunahing pagkakaiba ay nasa oryentasyon ng spindle ng makina.
Ang isang patayong sentro ng makinarya ay isang gilingan kung saan ang ehe ng spindle ay nakahanay sa direksyong Z-axis. Ang mga patayong makinang ito ay maaaring hatiin pa sa dalawang uri:
■Mga bed mill, kung saan ang spindle ay gumagalaw nang parallel sa sarili nitong axis habang ang table ay gumagalaw nang patayo sa axis ng spindle
■Mga turret mill, kung saan ang spindle ay nakatigil at ang mesa ay inililipat upang ito ay laging patayo at parallel sa axis ng spindle habang nagpuputol
Sa isang pahalang na sentro ng machining, ang ehe ng spindle ng gilingan ay nakahanay sa direksyong Y-axis. Ang pahalang na istraktura ay nangangahulugan na ang mga gilingang ito ay may posibilidad na kumuha ng mas maraming espasyo sa sahig ng machine shop; ang mga ito ay karaniwang mas mabigat at mas malakas kaysa sa mga patayong makina.
Kadalasang ginagamit ang horizontal mill kapag kailangan ng mas maayos na pagkakagawa sa ibabaw; iyon ay dahil ang oryentasyon ng spindle ay nangangahulugan na ang mga cutting chips ay natural na nalalagas at madaling matanggal. (Bilang karagdagang benepisyo, ang mahusay na pag-alis ng chips ay nakakatulong upang pahabain ang buhay ng tool.)
Sa pangkalahatan, mas laganap ang mga patayong sentro ng machining dahil maaari silang maging kasinglakas ng mga pahalang na sentro ng machining at kayang humawak ng napakaliit na bahagi. Bukod pa rito, ang mga patayong sentro ay may mas maliit na bakas ng trabaho kaysa sa mga pahalang na sentro ng machining.
Mga multi-axis CNC mill
May mga precision CNC mill center na may maraming axes. Ginagamit ng 3-axis mill ang X, Y, at Z axes para sa iba't ibang uri ng trabaho. Sa 4-axis mill, maaaring umikot ang makina sa patayo at pahalang na axis at igalaw ang workpiece upang payagan ang mas tuluy-tuloy na pagma-machining.
Ang isang 5-axis mill ay may tatlong tradisyonal na axes at dalawang karagdagang rotary axes, na nagbibigay-daan sa pag-ikot ng workpiece habang gumagalaw ang spindle head dito. Nagbibigay-daan ito sa limang gilid ng isang workpiece na ma-machine nang hindi inaalis ang workpiece at nire-reset ang makina.
Mga lathe ng CNC
Ang isang lathe — tinatawag ding turning center — ay may isa o higit pang mga spindle, at mga X at Z axes. Ginagamit ang makina upang paikutin ang isang workpiece sa axis nito upang magsagawa ng iba't ibang operasyon sa pagputol at paghubog, na naglalapat ng malawak na hanay ng mga tool sa workpiece.
Ang mga CNC lathe, na tinatawag ding live action tooling lathe, ay mainam para sa paglikha ng simetriko at cylindrical o spherical na mga bahagi. Tulad ng mga CNC mill, ang mga CNC lathe ay maaaring humawak ng mas maliliit na operasyon tulad ng prototyping ngunit maaari ring i-set up para sa mataas na repeatability, na sumusuporta sa mataas na volume ng produksyon.
Maaari ring i-set up ang mga CNC lathe para sa medyo hands-free na produksyon, na siyang dahilan kung bakit malawakang ginagamit ang mga ito sa industriya ng automotive, electronics, aerospace, robotics, at medical device.
Paano gumagana ang isang CNC lathe
Sa isang CNC lathe, isang blangkong bar ng stock material ang inilalagay sa chuck ng spindle ng lathe. Ang chuck na ito ang humahawak sa workpiece sa lugar habang umiikot ang spindle. Kapag naabot na ng spindle ang kinakailangang bilis, isang nakatigil na cutting tool ang ididikit sa workpiece upang matanggal ang materyal at makamit ang tamang geometry.
Ang isang CNC lathe ay maaaring magsagawa ng ilang operasyon, tulad ng pagbabarena, pag-thread, pagbubutas, pag-reaming, pag-facing, at pag-taper turning. Ang iba't ibang operasyon ay nangangailangan ng pagpapalit ng tool at maaaring magpataas ng gastos at oras ng pag-setup.
Kapag nakumpleto na ang lahat ng kinakailangang operasyon sa machining, ang bahagi ay pinuputol mula sa stock para sa karagdagang pagproseso, kung kinakailangan. Pagkatapos ay handa na ang CNC lathe na ulitin ang operasyon, na may kaunti o walang karagdagang oras ng pag-setup na karaniwang kinakailangan sa pagitan.
Maaari ring magkasya ang mga CNC lathe sa iba't ibang awtomatikong bar feeder, na nagbabawas sa dami ng manu-manong paghawak ng hilaw na materyales at nagbibigay ng mga bentahe tulad ng mga sumusunod:
■ Bawasan ang oras at pagsisikap na kinakailangan ng operator ng makina
■ Suportahan ang barstock upang mabawasan ang mga vibrations na maaaring negatibong makaapekto sa katumpakan
■ Hayaang gumana ang makina sa pinakamainam na bilis ng spindle
■ Bawasan ang mga oras ng pagpapalit
■ Bawasan ang pag-aaksaya ng materyal
Mga uri ng CNC lathe
Mayroong iba't ibang uri ng mga lathe, ngunit ang pinakakaraniwan ay ang mga 2-axis CNC lathe at mga awtomatikong lathe na istilong China.
Karamihan sa mga CNC China lathe ay gumagamit ng isa o dalawang pangunahing spindle kasama ang isa o dalawang back (o secondary) spindle, kung saan ang rotary transfer ang responsable para sa una. Ang pangunahing spindle ang nagsasagawa ng pangunahing operasyon ng machining, sa tulong ng isang guide bushing.
Bukod pa rito, ang ilang lathe na istilong Tsina ay may pangalawang tool head na gumagana bilang isang CNC mill.
Gamit ang isang CNC China-style automatic lathe, ang stock material ay ipinapasok sa pamamagitan ng isang sliding head spindle papunta sa isang guide bushing. Nagbibigay-daan ito sa tool na putulin ang materyal nang mas malapit sa punto kung saan sinusuportahan ang materyal, na ginagawang kapaki-pakinabang ang China machine para sa mahahaba at payat na nakabaluktot na mga bahagi at para sa micromachining.
Ang mga multi-axis CNC turning center at mga lathe na istilong China ay kayang magsagawa ng maraming operasyon sa machining gamit ang iisang makina. Dahil dito, isa silang matipid na opsyon para sa mga kumplikadong geometry na kung hindi man ay mangangailangan ng maraming makina o pagpapalit ng tool gamit ang mga kagamitan tulad ng tradisyonal na CNC mill.