U Machining di Precisione hè un prucessu per rimuovere u materiale da un pezzu durante a tenuta di finiture di tolleranza strette. A macchina di precisione hà parechji tippi, cumpresi fresatura, tornitura è lavorazione à scarica elettrica. Una macchina di precisione oghje hè generalmente cuntrullata aduprendu un Cuntrolli numerichi urdinatori (CNC).
Quasi tutti i prudutti di metallu utilizanu l'usinamentu di precisione, cum'è assai altri materiali cum'è u plasticu è u legnu. Queste macchine sò gestite da macchinisti specializzati è addestrati. Per chì l'uttellu di tagliu faci u so travagliu, deve esse spostatu in direzzioni specificate per fà u tagliu currettu. Stu muvimentu primariu hè chjamatu "velocità di tagliu". U pezzu di travagliu pò ancu esse spostatu, cunnisciutu cum'è u muvimentu secundariu di "alimentazione". Inseme, sti muvimenti è a nitidezza di u strumentu di tagliu permettenu à a macchina di precisione di operà.
L'usinamentu di precisione di qualità richiede a capacità di seguità piani estremamente specifici fatti da prugrammi CAD (cuncepimentu aiutatu da computer) o CAM (fabbricazione assistita da computer) cum'è AutoCAD è TurboCAD. U software pò aiutà à pruduce i diagrammi cumplessi, tridimensionali o contorni necessarii per fabricà un strumentu, macchina o oggettu. Questi piani devenu esse rispettati cun grande dettagliu per assicurà chì un pruduttu conservi a so integrità. Mentre a maiò parte di l'imprese di machining di precisione travaglianu cù una forma di prugrammi CAD / CAM, travaglianu sempre spessu cù schizzi disegnati a manu in e fasi iniziali di un cuncepimentu.
L'usinamentu di precisione hè adupratu annantu à una quantità di materiali cumpresi l'acciaiu, u bronzu, u grafitu, u vetru è a plastica per citarne uni pochi. A seconda di e dimensioni di u prugettu è di i materiali da aduprà, seranu aduprati vari strumenti di lavorazione di precisione. Ogni cumbinazione di torni, fresatrici, presse di trapano, seghe è macine, è ancu robotica à grande velocità pò esse aduprata. L'industria aerospaziale pò aduprà l'usinamentu à grande velocità, mentre un'industria di fabbricazione di strumenti in legnu puderia aduprà processi di incisione foto-chimica è fresatura. U sferimentu di una corsa, o una quantità specifica di qualsiasi articulu particulare, pò numerà in migliaia, o esse solu pochi. L'usinatura di precisione richiede spessu a prugrammazione di dispositivi CNC chì significa chì sò urdinati numericamente cuntrullati. U dispositivu CNC permette di seguità dimensioni esatte per tutta a corsa di un pruduttu.
A fresatura hè u prucessu di machining di l'usu di frese rotanti per sguassà materiale da un pezzu di travagliu avanzendu (o alimentendu) u cutter in u pezzu in una certa direzzione. U cutter pò ancu esse tenutu à un angulu in quantu à l'assi di l'utensile. A fresatura copre una larga varietà di diverse operazioni è macchine, in scala da piccule parti individuali à grandi operazioni di fresatura à banda pesante. Hè unu di i prucessi più cumunimenti usati per l'usinamentu di pezzi persunalizati à tolleranze precise.
A fresatura pò esse fatta cù una vasta gamma di macchine utensili. A classa uriginale di macchine utensili per a fresatura era a fresatrice (spessu chjamata mulinu). Dopu l'avventu di u cuntrollu numericu urdinatore (CNC), e fresatrici si sò trasfurmate in centri di machining: fresatrici aumentate da cambiatori d'utensili automatichi, magazzini d'utensili o carruselli, capacità CNC, sistemi di refrigerazione, è custodie. I centri di fresatura sò generalmente classificati cum'è centri di lavorazione verticale (VMC) o centri di lavorazione orizzontali (HMC).
L'integrazione di u fragnu in ambienti di girata, è vice versa, hà iniziatu cù l'attrezzi in diretta per torni è l'usu occasionale di mulini per operazioni di tornitura. Questu hà purtatu à una nova classe di macchine utensili, macchine multitasking (MTM), chì sò fatte apposta per facilità a fresatura è a girata in a stessa busta di travagliu.
Per ingegneri di cuncepimentu, squadre di R&D, è produttori chì dipendenu da u sourcing di parti, l'usinatura CNC di precisione permette a creazione di parti cumplesse senza trasfurmazioni supplementari. In fattu, l'usinatura CNC di precisione spessu permette di fà e parti finite nantu à una sola macchina.
U prucessu di lavorazione elimina u materiale è utilizza una vasta gamma di strumenti di taglio per creà u cuncepimentu finale, è spessu assai cumplessu, di una parte. U livellu di precisione hè miglioratu attraversu l'usu di u cuntrollu numericu urdinatore (CNC), chì hè adupratu per automatizà u cuntrollu di l'utensili di lavorazione.
U rolu di u "CNC" in l'usinamentu di precisione
Utilizendu istruzzioni di prugrammazione codificate, l'usinatura CNC di precisione permette di taglià è pezziunà un pezzu da seguità cù specificazioni senza intervenzione manuale da un operatore di macchina.
Pigliendu un mudellu di cuncepimentu aiutatu da computer (CAD) furnitu da un cliente, un macchinista espertu utilizza un software di fabbricazione assistita da computer (CAM) per creà l'istruzzioni per l'usinamentu di a parte. Basatu nantu à u mudellu CAD, u lugiziale determina chì strade di strumentu sò necessarie è genera u codice di prugrammazione chì dice à a macchina:
■ Chì sò i RPM è i tassi di alimentazione curretti
■ Quandu è induve spustà u strumentu è / o a pezza
■ Quantu hè prufondu da taglià
■ Quandu applicà u refrigerante
■ Qualsiasi altri fattori in relazione à a velocità, a velocità di alimentazione è a coordinazione
Un controller CNC usa allora u codice di prugrammazione per cuntrullà, automatizà è monitorà i muvimenti di a macchina.
Oghje, u CNC hè una caratteristica integrata di una vasta gamma di apparecchiature, da torni, mulini, è router à fili EDM (lavorazione à scarica elettrica), laser è macchine di taglio à plasma. Oltre à automatizà u prucessu di lavorazione è à migliorà a precisione, u CNC elimina i compiti manuali è libera i macchinisti per supervisionà più macchine chì funzionanu à tempu.
Inoltre, una volta chì un percorsu di l'utensile hè statu disignatu è una macchina hè prugrammata, pò gestisce una parte parechje volte. Questu furnisce un altu livellu di precisione è ripetibilità, chì a so volta rende u prucessu altamente efficace è scalabile.
Materiali chì sò machinati
Alcuni metalli chì sò comunemente lavorati includenu alluminiu, ottone, bronzu, rame, acciaio, titaniu è zincu. Inoltre, u legnu, a sciuma, a fibra di vetru è i plastichi cum'è u polipropilene ponu ancu esse machinati.
In fatti, guasi ogni materiale pò esse adupratu cù una lavorazione CNC di precisione - naturalmente, secondu l'applicazione è e so esigenze.
Alcuni vantaghji di l'usinatura CNC di precisione
Per parechje di e piccule parti è cumpunenti chì sò aduprati in una vasta gamma di prudutti fabbricati, l'usinatura CNC di precisione hè spessu u metudu di fabbricazione di scelta.
Cum'è vera di guasi tutti i metudi di tagliu è di lavorazione, diversi materiali si comportanu diversamente, è a dimensione è a forma di un cumpunente anu ancu un grande impattu annantu à u prucessu. Tuttavia, in generale u prucessu di lavorazione CNC di precisione offre vantaghji nantu à altri metudi di lavorazione.
Hè perchè l'usinatura CNC hè capace di consegnà:
■ Un altu gradu di cumplessità di e parte
■ Tolleranze strette, tipicamente da ± 0.0002 "(± 0.00508 mm) a ± 0.0005" (± 0.0127 mm)
■ Finiture di superficie eccezionalmente lisce, cumprese finiture persunalizate
■ Ripetibilità, ancu à volumi elevati
Mentre un macchinista abilitatu pò aduprà un tornu manuale per fà una parte di qualità in quantità di 10 o 100, chì accade quandu avete bisognu di 1000 parti? 10.000 parti? 100.000 o un milione di parti?
Cù una lavorazione CNC di precisione, pudete uttene a scalabilità è a velocità necessarie per stu tipu di produzzione à grande volume. Inoltre, l'elevata ripetibilità di l'usinatura CNC di precisione vi dà parti chì sò tutte uguali da u principiu à a fine, ùn importa quante parti state producendu.
Ci hè alcuni metudi assai specializati di lavorazione CNC, cumpresu EDM di filu (lavorazione à scarica elettrica), lavorazione additiva, è stampa laser 3D. Per esempiu, l'EDM di filu utilizza materiali cunduttivi - tipicamente metalli - è scariche elettriche per erosione un pezzu in forme intricate.
Tuttavia, quì ci concentreremu nantu à i processi di fresatura è di girata - dui metudi sustrattivi chì sò largamente dispunibili è spessu usati per l'usinatura CNC di precisione.
Fresatura vs. tornitura
A Fresatura hè un prucessu di lavorazione chì utilizza un strumentu di tagliu cilindricu rotativu per rimuovere u materiale è creà forme. L'attrezzatura di fresatura, cunnisciuta cum'è mulinu o un centru di machining, realizeghja un universu di geometrie di parti cumplesse nantu à alcuni di i più grandi oggetti lavorati in metallo.
Una caratteristica impurtante di a fresatura hè chì u pezzu di travagliu ferma fermu mentre u strumentu di tagliu gira. In altre parolle, nantu à un mulinu, l'uttellu rotante di tagliu si move intornu à u pezzu di travagliu, chì ferma fissu in postu nantu à un lettu.
A giratura hè u prucessu di taglià o di mudellà un pezzu di travagliu nantu à l'attrezzatura chjamata tornu. Tipicamente, u tornu face u pezzu nantu à un assi verticale o orizzontale mentre un attrezzu di tagliu fissu (chì pò o ùn pò girà) si move longu à l'assi prugrammatu.
U strumentu ùn pò micca circundà fisicamente intornu à a parte. U materiale gira, permettendu à u strumentu di fà e operazioni prugrammate. (Ci hè un sottogruppu di torni in cui l'utensili giranu intornu à un filu alimentatu da bobina, tuttavia, chì ùn hè micca cupertu quì.)
In tornitura, à u cuntrariu di a fresatura, u pezzu di travagliu gira. U parcorsu di a parte accende u fustu di u tornu è u strumentu di tagliu hè messu in cuntattu cù u pezzu.
Usinazione manuale vs. CNC
Mentre sia i mulini sia i torni sò dispunibuli in mudelli manuali, e macchine CNC sò più adatte per scopi di fabbricazione di piccule parti - chì offre scalabilità è ripetibilità per l'applicazioni chì richiedenu una produzzione à grande volume di parti di tolleranza stretta.
Oltre à offre macchine semplici à 2 assi in cui l'utensile si move in l'assi X è Z, l'attrezzatura CNC di precisione include mudelli multi-assi in cui u pezzu pò ancu spostà. Questu hè in cuntrastu cù un tornu induve u pezzu hè limitatu à u filatu è l'utili si spostanu per creà a geometria desiderata.
Queste cunfigurazioni multi-assi permettenu a produzzione di geometrie più cumplesse in una sola operazione, senza necessità di travagliu addizionale da l'operatore di a macchina. Questu micca solu facilita a produzzione di parti cumplesse, ma riduce o elimina ancu a possibilità di errore di l'operatore.
Inoltre, l'usu di u refrigerante ad alta pressione cun una lavorazione CNC di precisione assicura chì i chip ùn entrinu micca in opera, ancu quandu si utilizza una macchina cù un fustu orientatu verticalmente.
Mulini CNC
Diverse fresatrici varienu in e so dimensioni, cunfigurazioni di l'assi, velocità di avanzamentu, velocità di tagliu, a direzzione di alimentazione di fresatura, è altre caratteristiche.
Tuttavia, in generale, i mulini CNC utilizanu tutti un fusu rotativu per taglià u materiale indesideratu. Sò aduprati per taglià metalli duri cum'è l'acciaiu è u titaniu ma ponu ancu esse aduprati cù materiali cum'è u plasticu è l'aluminiu.
I mulini CNC sò custruiti per a ripetibilità è ponu esse aduprati per tuttu, da a prototipazione à a produzzione à grande volume. I mulini CNC di precisione high-end sò spessu usati per u travagliu di tolleranza stretta cume a macinazione di stampi fini è stampi.
Mentre a fresatura CNC pò furnisce un ritornu rapidu, a finitura macinata crea parti cù marchi di strumenti visibili. Pò ancu pruduce parti cù alcuni bordi taglienti è sbavature, dunque prucessi addiziunali ponu esse richiesti se i bordi è e sbavature sò inaccettabili per quelle caratteristiche.
Benintesa, i strumenti di sbavatura prugrammati in a sequenza sbarrazzaranu, ancu se di solitu uttenenu 90% di u requisitu finitu massimu, lascendu alcune caratteristiche per a finitura manuale finale.
In quantu à a finitura superficiale, ci sò strumenti chì pruduceranu micca solu una finitura superficiale accettabile, ma ancu una finitura simile à un specchiu nantu à porzioni di u pruduttu di travagliu.
Tipi di mulini CNC
I dui tippi di basa di fresatrici sò cunnisciuti cum'è centri di lavorazione verticale è centri di lavorazione orizzontali, induve a differenza primaria hè in l'orientazione di u fustu di a macchina.
Un centru di lavorazione verticale hè un mulinu in cui l'assi di u mandrinu hè alliniatu in una direzzione di l'assi Z. Queste macchine verticali ponu esse ulteriormente divise in dui tippi:
■ Mulini di lettu, in chì u fustu si move parallele à u so propiu assi mentre a tavula si move perpendiculare à l'assi di u fustu
■ Mulini à torretta, in chì u fustu hè fermu è a tavula hè sposta in modu chì sia sempre perpendiculare è parallella à l'assi di u fustu durante l'operazione di tagliu
In un centru di lavorazione orizzontale, l'assi di u fustu di u mulinu hè alliniatu in una direzzione di l'assi Y. A struttura orizontale significa chì sti mulini tendenu à occupà più spaziu nantu à u pavimentu di a macchina; sò ancu generalmente più pesanti in pesu è più putenti chì e macchine verticali.
Un mulinu horizontale hè spessu adupratu quandu hè necessaria una migliore finitura superficiale; hè perchè l'orientazione di u mandrinu significa chì i cippati di tagliu falanu naturalmente è sò facilmente rimossi. (Cum'è un benefiziu aghjuntu, una rimozione efficiente di chip aiuta à aumentà a vita di l'utensili.)
In generale, i centri di lavorazione verticale sò più prevalenti perchè ponu esse putenti quant'è i centri di lavorazione orizzontali è ponu gestisce parti assai chjuche. Inoltre, i centri verticali anu una impronta più chjuca di i centri di lavorazione orizzontali.
Mulini CNC multi-assi
I centri di mulinu CNC di precisione sò dispunibili cù più assi. Un mulinu à 3 assi utilizza l'assi X, Y è Z per una larga varietà di travagliu. Cù un mulinu à 4 assi, a macchina pò girà nantu à un assi verticale è orizontale è spustà u pezzu per permette un usinamentu più continuu.
Un mulinu à 5 assi hà trè assi tradiziunali è dui assi rotatori addiziunali, chì permettenu à u pezzu di travagliu di esse giratu mentre a testa di u mandrinu si move intornu. Questu permette à cinque lati di una pezza da lavorà senza rimuovere u pezzu è resettà a macchina.
Torni CNC
Un tornu - chjamatu ancu centru di rotazione - hà unu o più fusi, è assi X è Z. A macchina hè aduprata per girà un pezzu di travagliu nantu à u so assi per eseguisce varie operazioni di tagliu è di forma, applicendu una larga gamma di strumenti à u pezzu di travagliu.
I torni CNC, chì sò chjamati dinò torni d'utensili à azzione diretta, sò ideali per creà parti cilindriche o sferiche simmetriche. Cum'è i mulini CNC, i torni CNC ponu gestisce operazioni più chjuche tale prototipu ma ponu ancu esse messi in opera per una alta ripetibilità, supportendu a produzzione à grande volume.
I torni CNC ponu ancu esse istituiti per una pruduzzione relativamente mani-libere, chì li rende ampiamente aduprati in l'industria automobilistica, elettronica, aerospaziale, robotica, è dispositivi medici.
Cumu funziona un tornu CNC
Cù un tornu CNC, una barra in biancu di materiale di stock hè caricata in u mandrinu di u fustu di u tornu. Stu mandrinu tene u pezzu in travagliu mentre u mandrinu gira. Quandu u mandrinu righjunghji a velocità necessaria, un attrezzu di tagliu stazziunale hè messu in cuntattu cù u pezzu per rimuovere u materiale è uttene a geometria curretta.
Un tornu CNC pò fà una serie di operazioni, cum'è foratura, filettatura, alesatura, alesatura, affruntà, è tornitura cunica. Diverse operazioni richiedenu cambiamenti di strumenti è ponu aumentà i costi è u tempu di installazione.
Quandu tutte l'operazioni di lavorazione richieste sò compie, a parte hè tagliata da u stock per ulteriore trasfurmazione, se necessariu. U tornu CNC hè tandu prontu à ripete l'operazione, cù pocu o nisunu tempu di messa in opera addizionale richiestu di solitu trà.
I torni CNC ponu ancu accoglie una varietà di alimentatori di barra automatici, chì riducenu a quantità di manipolazione manuale di materia prima è furniscenu vantaghji cum'è i seguenti:
■ Riduce u tempu è u sforzu necessariu da l'operatore di a macchina
■ Sustegnu u barstock per riduce e vibrazioni chì ponu influenzà negativamente a precisione
■ Permettite à a macchina utensile di operà à velocità ottimali di u mandrinu
■ Minimizà i tempi di cambiamentu
■ Riduce i ghjetti materiali
Tipi di torni CNC
Ci hè una quantità di sfarenti tippi di torni, ma i più cumuni sò i torni CNC à 2 assi è i torni automatichi in stile China.
A maiò parte di i torni CNC China utilizanu unu o dui mandrini principali più unu o dui mandrini posteriori (o secondarii), cù u trasferimentu rotariu rispunsevule di u primu. U fusu principale esegue l'operazione di lavorazione primaria, cù l'aiutu di una boccola di guida.
Inoltre, alcuni torni in stile China venenu dotati di una seconda testa d'uttellu chì funziona cum'è mulinu CNC.
Cù un tornu automaticu CNC à stile China, u materiale di scorta hè alimentatu attraversu un fustu di testa culisante in una boccola di guida. Questu permette à l'utensile di taglià u materiale più vicinu à u puntu induve u materiale hè supportatu, rendendu a macchina Cina particolarmente benefica per e parti girate lunghe è snelle è per u micromachining.
Centri di rotazione CNC multi-assi è torni à a stile China ponu fà più operazioni di machining cù una sola macchina. Questu li face una opzione economicamente efficace per e geometrie cumplesse chì altrimenti richiederianu più macchine o cambiamenti di strumenti uttenendu apparecchiature cum'è un mulinu CNC tradiziunale.