Duša obrazovanja za demokratsko građanstvo - od alatnih strojeva do CNC-a

 

I Pozadina

Ako postoji jedan stručni izraz koji većina ljudi prvi čuje kada uđu u EDC (Everyday Carry) zajednicu, to je nedvojbeno CNC. Nakon toga slijede različiti visokotehnološki pojmovi kao što su troosno, četveroosno, petoosno te precizno rezbarenje. Cilj ovog članka je pružiti sveobuhvatno, ali pristupačno razumijevanje onoga što CNC, duša EDC-a, zapravo jest (uglavnom predstavljanje CNC obradnih centara i CNC rezanje žice; više CNC strojeva bit će predstavljeno kasnije).

 

II Porijeklo

Prije nego što zaronimo u CNC, prvo ćemo razumjeti dva tradicionalna alatna stroja u industriji strojne obrade - tokarski stroj i glodalicu.

 

▲Ručni rad tokarilice

 

Princip rada struga:Izradak je stegnut između dva centra, a rezanje se izvodi rotacijom izratka i pomicanjem alata.

 

▲Ručni rad glodalice

 

Princip rada glodalice: Alat se okreće velikom brzinom kako bi izrezao površinu izratka. Kroz video demonstracije možemo vidjeti da ručna glodalica okretanjem ručica kontrolira tri smjera kretanja: pomicanje radnog stola vodoravno ili okomito (X i Y osi) i pomicanje radnog stola okomito (Z os). Kretanje izratka omogućuje rotirajućem alatu da obradi površinu i dubinu izratka.

 

 

Tradicionalna strojna obrada uključuje ručno rukovanje konvencionalnim alatnim strojevima, pri čemu se metal reže ručnim okretanjem ručki i mjerenjem preciznosti pomoću čeljusti i drugih alata. Dodavanjem tehnologije računalnog numeričkog upravljanja ovim konvencionalnim strojevima stvaraju se CNC strojevi. CNC je kratica za "Computer Numerical Control", što znači automatizirani alatni strojevi kojima upravlja računalo. Računalo automatski obrađuje proizvode i dijelove na temelju unaprijed programiranih uputa, poznatih kao CNC obrada.

 

III Naslov Zanatstvo

U ovom trenutku, čitatelji bi trebali razumjeti kako funkcionira troosna obrada: trima smjerovima upravljanja glodalice upravlja računalo. Budući da se obradak pomiče u odnosu na alat samo u smjerovima X, Y i Z, svaka postavka može dovršiti obradu samo jednog lica. Ako treba obraditi drugu površinu, obradak se mora ponovno stegnuti i ponovno obraditi.

 

▲ Demonstracija obrade s tri osi, Demonstracija obrade glodanjem i struganjem

 

Implementacija strojne obrade u četiri osi prilično je jednostavna: izratku je omogućen dodatni smjer kretanja (A-os). Najčešći stroj za postizanje četveroosne obrade je stroj za glodanje. Kontrolom rotacije izratka oko središta tokarilice (A-os) i pomicanjem glodala po tri osi (X, Y, Z), stroj dovršava obradu izratka u punom krugu. Razlika između standardnog stroja s četiri osi i stroja za glodanje leži u njihovom fokusu: strojevi za glodanje ističu funkciju "okretanja", pri čemu stezna glava A-osi daje dovoljnu snagu za obradu, dok standardni strojevi s četiri osi koriste A-os prvenstveno za promjenu orijentacije obratka bez pružanja snage obrade.

 

▲Demonstracija Demonstracija glodalice

 

Slijedi petoosna obrada koja zvuči najnaprednije, a koja je prilično jasna u svojoj primjeni: dodavanje još jednog stupnja slobode, koji se obično naziva C-os. Ovisno o modelu, to se može postići dvostrukim zakretnim glavama, dvostrukim rotirajućim stolovima ili kombinacijom jednog okretnog i jednog zakretnog mehanizma.

 

▲ Simultana obrada impelera u pet osi

 

▲Pet osi u obradi s pet osi

 

Međutim, često čujemo izraze poput "pseudo pet osi" i "3+2." Što ovo znači? Sposobnost postizanja pet stupnjeva slobode ne znači nužno pravu "simultanu obradu u pet osi". Većina obradnih centara dizajnirana je s mogućnošću naknadne ugradnje dodatnih osi, što je takozvana postavka "3+2". Ključna značajka koja ih razlikuje od pravih petoosnih simultanih obradnih centara je "RTCP (Rotational Tool Center Point)." Načelo "3+2" u biti je postizanje funkcionalnosti tri osi pod određenim kutovima (tj. "pozicioniranje"), što znači da nakon što se stroj okrene pod određenim kutom, i dalje radi kao standardni stroj s tri osi . Razlika u cijeni između ove dvije vrste strojne obrade također je značajna.

 

 

 

 

 

▲Obrada u pet osi s kontrolom središnje točke alata (TCP).

 

IV Čest problem

 

P: Je li više sjekira u CNC obradi uvijek bolje?

O: U praksi izbor osi ovisi o stvarnim potrebama izratka. Kao što je prikazano na slici, više stupnjeva slobode može bolje iskoristiti alat, poboljšati učinkovitost obrade i smanjiti broj vremena stezanja, što dovodi do manje pogreške. Međutim, nisu svi obradaci prikladni za obradu u četiri ili pet osi. Osobito u svakodnevnoj EDC obradi, nijedan dizajn ne zahtijeva vrlo složene površine, konkavna područja ili relativno tanke površine poput turbinskih lopatica. Stoga, troosna i četveroosna obrada može zadovoljiti većinu potreba za EDC obradom. Poboljšanje u kvaliteti zakrivljene površine s 3+2 je minimalno, a trošak i korist korištenja prave simultane obrade s pet osi industrijskog razreda s RTCP sustavima nisu proporcionalni. Malo je vjerojatno da bi bilo koji dizajner odabrao ovu metodu.

 

 

 

 

P: Koje vrste dizajna imaju veće troškove za CNC?

O: Prvo, važno je pojasniti da se CNC troškovi temelje na vremenu obrade. U EDC obradi, najvažniji čimbenik koji utječe na vrijeme obrade je složenost površine. Za razliku od ravnih površina, obrada zakrivljenih površina zahtijeva sporo "penjanje" s kuglastim glodalicama. Ako se dvije različite zakrivljene površine oštro sijeku, potrebna je sporija i pažljivija strojna obrada kako bi se osigurali jasni rubovi (skošenja i zaokruživanja ne zahtijevaju kuglasta glodala).

 

 

 

 

P: Koliko su značajne razlike u preciznosti između različitih strojeva?

O: Preciznost u strojnoj obradi je kvantificirana "tolerancijom". Rasponi tolerancije za uobičajene operacije glodanja u EDC obradi su sljedeći:

 

 

 

 

 

 

Točnost glodanja općenito se kreće od IT8 do IT7. Za grubo glodanje, točnost obrade je IT11-IT13, s površinskom hrapavošću od 5-20μm. Za poluzavršno glodanje, točnost je IT8-IT11, s površinskom hrapavošću od 2.5-10μm. Za završno glodanje, točnost je IT{{10}}IT8, s površinskom hrapavošću od 0.63-5μm.

 

Dakle, koji je raspon preciznosti za našu EDC obradu? Zapravo, većina EDC proizvoda zahtijeva samo "polu-završnu obradu," gdje je tolerancija proizvoda oko IT8-IT7, a hrapavost površine je približno R 3.2-1.6. Ova razina preciznosti dovoljna je za zahtjeve sklapanja EDC-a, kao što je ugradnja ležajeva, magneta i kugličnih utora. Nakon poliranja hrapavost površine može doseći R 0.8. Stoga se preciznost strojne obrade može vizualno promatrati u nekim užljebljenim vrhovima, a specifične vrijednosti preciznosti mogu se odrediti usporedbom "uzoraka hrapavosti površine". Vrijedno je spomenuti da će procesi poput pranja kamena i pjeskarenja promijeniti hrapavost površine izratka. Ovi tretmani mogu povećati hrapavost površine uz očuvanje dovoljno rubova. Odabir specifične površinske obrade trebao bi se temeljiti na karakteristikama proizvoda.

 

 

 

 

IVTroškovi i cijene

Glavni razlog zašto je EDC zajednica ostala niša jesu visoke cijene koje proizlaze iz CNC troškova. Ali trebaju li se troškovi CNC-a pretvoriti u samu prodajnu prednost? Po mom mišljenju, umijeće uvijek treba služiti proizvodu. Dobar proizvod zahtijeva ravnotežu između cijene i dizajna. Iako složena izrada može dovesti do bolje prezentacije, ona također donosi visoke cijene i dugo vrijeme proizvodnje. Ponekad pretjerano kompliciranje stvari može odvratiti potencijalne kupce. Naravno, reputacija proizvoda ovisi o mnogim čimbenicima, a izvrstan dizajn može izazvati entuzijazam na tržištu, čineći cijenu manje kritičnim faktorom. Što se vas tiče, dragi čitatelji, vjerujem da ćete nakon čitanja ovog članka imati svoj odgovor.