The Soul of EDC - Από τις εργαλειομηχανές στο CNC

 

Ι φόντο

Αν υπάρχει ένας επαγγελματικός όρος που ακούνε πρώτα οι περισσότεροι όταν εισέρχονται στην κοινότητα EDC (Everyday Carry), αυτός είναι αναμφίβολα ο CNC. Ακολουθούν διάφοροι όροι υψηλής τεχνολογίας όπως τρεις άξονες, τέσσερις άξονες, πέντε άξονες και σκάλισμα ακριβείας. Αυτό το άρθρο στοχεύει να παρέχει μια ολοκληρωμένη αλλά προσβάσιμη κατανόηση του τι είναι πραγματικά το CNC, η ψυχή του EDC (κυρίως εισάγοντας τα κέντρα κατεργασίας CNC και την κοπή σύρματος CNC· περισσότερες μηχανές CNC θα παρουσιαστούν αργότερα).

 

II Προέλευση

Πριν βουτήξουμε στο CNC, ας κατανοήσουμε πρώτα δύο παραδοσιακές εργαλειομηχανές στη βιομηχανία μηχανουργικής κατεργασίας - τον τόρνο και τη φρέζα.

 

▲Χειροκίνητη λειτουργία τόρνου

 

Αρχή Λειτουργίας του Τόρνου:Το τεμάχιο εργασίας συσφίγγεται μεταξύ δύο κέντρων και η κοπή πραγματοποιείται περιστρέφοντας το τεμάχιο εργασίας και μετακινώντας το εργαλείο.

 

▲Χειροκίνητη λειτουργία φρέζας

 

Αρχή εργασίας της μηχανής φρεζαρίσματος: Το εργαλείο περιστρέφεται με υψηλή ταχύτητα για να κόψει την επιφάνεια του τεμαχίου εργασίας. Μέσω επιδείξεων βίντεο, μπορούμε να δούμε ότι μια χειροκίνητη μηχανή φρεζαρίσματος ελέγχει τρεις κατευθύνσεις κίνησης περιστρέφοντας τις λαβές: μετακινώντας την επιφάνεια εργασίας οριζόντια ή κάθετα (άξονες X και Y) και μετακινώντας την επιφάνεια εργασίας κάθετα (άξονας Z). Η κίνηση του τεμαχίου εργασίας επιτρέπει στο περιστρεφόμενο εργαλείο να επεξεργαστεί την επιφάνεια και το βάθος του τεμαχίου εργασίας.

 

 

Η παραδοσιακή μηχανική κατεργασία περιλαμβάνει χειροκίνητο χειρισμό συμβατικών εργαλειομηχανών, με το μέταλλο να κοπεί με χειροκίνητη περιστροφή λαβών και τη μέτρηση της ακρίβειας με δαγκάνες και άλλα εργαλεία. Η προσθήκη τεχνολογίας αριθμητικού ελέγχου υπολογιστή σε αυτές τις συμβατικές μηχανές δημιουργεί μηχανές CNC. Το CNC σημαίνει "Computer Numerical Control", που σημαίνει αυτοματοποιημένες εργαλειομηχανές που ελέγχονται από έναν υπολογιστή. Ο υπολογιστής επεξεργάζεται αυτόματα προϊόντα και εξαρτήματα με βάση προ-προγραμματισμένες οδηγίες, κοινώς γνωστές ως κατεργασία CNC.

 

III Τίτλος Χειροτεχνία

Σε αυτό το σημείο, οι αναγνώστες θα πρέπει να κατανοήσουν πώς λειτουργεί η μηχανική κατεργασία τριών αξόνων: οι τρεις κατευθύνσεις ελέγχου της μηχανής φρεζαρίσματος διαχειρίζονται ένας υπολογιστής. Δεδομένου ότι το τεμάχιο εργασίας κινείται σε σχέση με το εργαλείο μόνο στις κατευθύνσεις X, Y και Z, κάθε ρύθμιση μπορεί να ολοκληρώσει την κατεργασία μόνο μιας όψης. Εάν μια άλλη όψη χρειάζεται μηχανική κατεργασία, το τεμάχιο εργασίας πρέπει να ξανασφιχθεί και να υποβληθεί σε μηχανική επεξεργασία ξανά.

 

▲ Επίδειξη μηχανικής κατεργασίας τριών αξόνων Επίδειξη μηχανικής κατεργασίας στροφής

 

Η εφαρμογή της κατεργασίας τεσσάρων αξόνων είναι αρκετά απλή: παρέχεται μια πρόσθετη κατεύθυνση κίνησης για το τεμάχιο εργασίας (ο άξονας Α). Το πιο συνηθισμένο μηχάνημα για την επίτευξη μηχανικής κατεργασίας τεσσάρων αξόνων είναι το μηχάνημα στροφής μύλου. Ελέγχοντας την περιστροφή του τεμαχίου εργασίας γύρω από το κέντρο τόρνου (άξονας Α) και την κίνηση τριών αξόνων του φρεζαρίσματος (Χ, Υ, Ζ), το μηχάνημα ολοκληρώνει τη μηχανική κατεργασία του τεμαχίου εργασίας σε έναν πλήρη κύκλο. Η διαφορά μεταξύ μιας τυπικής μηχανής τεσσάρων αξόνων και μιας μηχανής στροφής μύλου βρίσκεται στο επίκεντρό τους: οι μηχανές στροφής δίνουν έμφαση στη λειτουργία "στροφής", με το τσοκ άξονα Α να παρέχει επαρκή ισχύ για κατεργασία, ενώ οι τυπικές μηχανές τεσσάρων αξόνων χρησιμοποιούν ο άξονας Α κυρίως για την αλλαγή του προσανατολισμού του τεμαχίου εργασίας χωρίς να παρέχει ισχύ μηχανικής κατεργασίας.

 

▲Επίδειξη μηχανικής κατεργασίας στροφών επίδειξης

 

Ακολουθεί η πιο προηγμένη μηχανική επεξεργασία πέντε αξόνων, η οποία είναι αρκετά σαφής στην εφαρμογή της: προσθέτοντας έναν άλλο βαθμό ελευθερίας, που συνήθως αναφέρεται ως άξονας C. Ανάλογα με το μοντέλο, αυτό μπορεί να επιτευχθεί μέσω διπλών περιστρεφόμενων κεφαλών, διπλών περιστρεφόμενων τραπεζιών ή συνδυασμού ενός περιστρεφόμενου και ενός περιστρεφόμενου μηχανισμού.

 

▲Ταυτόχρονη μηχανική κατεργασία πέντε αξόνων μιας πτερωτής

 

▲Πέντε άξονες σε κατεργασία πέντε αξόνων

 

Ωστόσο, ακούμε συχνά όρους όπως "ψευδοπεντάξονες" και "3+2." Τι σημαίνουν αυτά; Η ικανότητα επίτευξης πέντε βαθμών ελευθερίας δεν σημαίνει απαραίτητα αληθινή «ταυτόχρονη μηχανική κατεργασία πέντε αξόνων». Τα περισσότερα κέντρα κατεργασίας έχουν σχεδιαστεί με την επιλογή εκ των υστέρων τοποθέτησης πρόσθετων αξόνων, η οποία είναι η λεγόμενη ρύθμιση "3+2". Το βασικό χαρακτηριστικό που τα διακρίνει από τα πραγματικά κέντρα ταυτόχρονης κατεργασίας πέντε αξόνων είναι το "RTCP (Rotational Tool Center Point)." Η αρχή του "3+2" είναι ουσιαστικά η επίτευξη λειτουργικότητας τριών αξόνων σε συγκεκριμένες γωνίες (δηλ. "τοποθέτηση"), που σημαίνει ότι αφού το μηχάνημα στρίψει σε μια συγκεκριμένη γωνία, εξακολουθεί να λειτουργεί ως τυπικό μηχάνημα τριών αξόνων . Η διαφορά τιμής μεταξύ αυτών των δύο τύπων μηχανικής κατεργασίας είναι επίσης σημαντική.

 

 

 

 

 

▲ Επεξεργασία πέντε αξόνων με έλεγχο κέντρου εργαλείων (TCP).

 

IV Κοινό πρόβλημα

 

Ε: Είναι πάντα καλύτεροι περισσότεροι άξονες στην κατεργασία CNC;

Α: Στην πράξη, η επιλογή των αξόνων εξαρτάται από τις πραγματικές ανάγκες του τεμαχίου εργασίας. Όπως φαίνεται στην εικόνα, περισσότεροι βαθμοί ελευθερίας μπορούν να κάνουν καλύτερη χρήση του εργαλείου, να βελτιώσουν την απόδοση μηχανικής κατεργασίας και να μειώσουν τον αριθμό των χρόνων σύσφιξης, οδηγώντας σε λιγότερα σφάλματα. Ωστόσο, δεν είναι όλα τα τεμάχια εργασίας κατάλληλα για κατεργασία τεσσάρων ή πέντε αξόνων. Ειδικά στην καθημερινή κατεργασία EDC, κανένας σχεδιασμός δεν απαιτεί πολύ περίπλοκες επιφάνειες, κοίλες περιοχές ή σχετικά λεπτές επιφάνειες όπως πτερύγια στροβίλου. Επομένως, η μηχανική κατεργασία τριών αξόνων και τεσσάρων αξόνων μπορεί να καλύψει τις περισσότερες ανάγκες κατεργασίας EDC. Η βελτίωση στην ποιότητα της καμπύλης επιφάνειας με το 3+2 είναι ελάχιστη και το κόστος και τα οφέλη από τη χρήση βιομηχανικής ποιότητας πραγματικής ταυτόχρονης κατεργασίας πέντε αξόνων με συστήματα RTCP δεν είναι ανάλογα. Είναι απίθανο κάποιος σχεδιαστής να επιλέξει αυτή τη μέθοδο.

 

 

 

 

Ε: Τι είδους σχέδια έχουν υψηλότερο κόστος CNC;

Α: Πρώτον, είναι σημαντικό να διευκρινιστεί ότι το κόστος CNC βασίζεται στον χρόνο κατεργασίας. Στην κατεργασία EDC, ο πιο σημαντικός παράγοντας που επηρεάζει τον χρόνο κατεργασίας είναι η πολυπλοκότητα της επιφάνειας. Σε αντίθεση με τις επίπεδες επιφάνειες, η κατεργασία με καμπύλες επιφάνειες απαιτεί αργό «σκαρφάλωμα» με μύλους με σφαιρίδια. Εάν δύο διαφορετικές καμπύλες επιφάνειες τέμνονται απότομα, απαιτείται πιο αργή και πιο σχολαστική κατεργασία για να διασφαλιστούν καθαρές άκρες (οι λοξότμητες και τα φιλέτα δεν απαιτούν μύλους με σφαιρίδια).

 

 

 

 

Ε: Πόσο σημαντικές είναι οι διαφορές ακρίβειας μεταξύ διαφορετικών μηχανών;

Α: Η ακρίβεια στη μηχανική κατεργασία ποσοτικοποιείται με την "ανοχή". Τα εύρη ανοχής για τις συνήθεις εργασίες φρεζαρίσματος στη μηχανική κατεργασία EDC είναι τα εξής:

 

 

 

 

 

 

Η ακρίβεια άλεσης κυμαίνεται γενικά από IT8 έως IT7. Για ακατέργαστη άλεση, η ακρίβεια επεξεργασίας είναι IT11-IT13, με τραχύτητα επιφάνειας 5-20μm. Για ημιτελική άλεση, η ακρίβεια είναι IT8-IT11, με τραχύτητα επιφάνειας 2.5-10μm. Για το φινίρισμα φρεζαρίσματος, η ακρίβεια είναι IT{{1{0}}IT8, με τραχύτητα επιφάνειας 0.63-5μm.

 

Λοιπόν, ποιο είναι το εύρος ακριβείας για την επεξεργασία EDC; Στην πραγματικότητα, τα περισσότερα προϊόντα EDC απαιτούν μόνο "ημιτελική κατεργασία", όπου η ανοχή προϊόντος είναι περίπου IT8-IT7 και η τραχύτητα επιφάνειας είναι περίπου R 3.2-1.6. Αυτό το επίπεδο ακρίβειας επαρκεί για τις απαιτήσεις συναρμολόγησης του EDC, όπως η εγκατάσταση ρουλεμάν, μαγνητών και σφαιρικών αυλακώσεων. Μετά το γυάλισμα, η τραχύτητα της επιφάνειας μπορεί να φτάσει το R 0.8. Έτσι, η ακρίβεια κατεργασίας μπορεί να παρατηρηθεί οπτικά σε ορισμένες αυλακωμένες κορυφές και οι συγκεκριμένες τιμές ακρίβειας μπορούν να προσδιοριστούν συγκρίνοντας "δείγματα τραχύτητας επιφάνειας". Αξίζει να σημειωθεί ότι διαδικασίες όπως το πλύσιμο πέτρας και η αμμοβολή θα αλλάξουν την επιφανειακή τραχύτητα του τεμαχίου εργασίας. Αυτές οι επεξεργασίες μπορεί να αυξήσουν την τραχύτητα της επιφάνειας διατηρώντας παράλληλα αρκετές άκρες. Η επιλογή ειδικής επεξεργασίας επιφάνειας πρέπει να βασίζεται στα χαρακτηριστικά του προϊόντος.

 

 

 

 

IVΚόστος και Τιμολόγηση

Ο κύριος λόγος που η κοινότητα EDC έχει παραμείνει εξειδικευμένη οφείλεται στις υψηλές τιμές που προκύπτουν από το κόστος CNC. Πρέπει όμως το κόστος του CNC να μετατραπεί σε σημείο πώλησης; Κατά τη γνώμη μου, η δεξιοτεχνία πρέπει πάντα να εξυπηρετεί το προϊόν. Ένα καλό προϊόν απαιτεί ισορροπία μεταξύ κόστους και σχεδίασης. Ενώ η πολύπλοκη χειροτεχνία μπορεί να οδηγήσει σε καλύτερη παρουσίαση, φέρνει επίσης υψηλές τιμές και μεγάλους χρόνους παραγωγής. Μερικές φορές, το να κάνετε τα πράγματα υπερβολικά περίπλοκα για χάρη του μπορεί να αποτρέψει τους πιθανούς αγοραστές. Φυσικά, η φήμη ενός προϊόντος εξαρτάται από πολλούς παράγοντες και ένας εξαιρετικός σχεδιασμός μπορεί να πυροδοτήσει τον ενθουσιασμό της αγοράς, καθιστώντας την τιμή λιγότερο κρίσιμο παράγοντα. Όσο για εσάς, αγαπητοί αναγνώστες, πιστεύω ότι αφού διαβάσετε αυτό το άρθρο, θα έχετε τη δική σας απάντηση.