Hassas İşleme, yakın tolerans bitişlerini tutarken bir iş parçasından malzemeyi çıkarma işlemidir. Hassas makinenin frezeleme, tornalama ve elektrik deşarjlı işleme dahil olmak üzere birçok türü vardır. Günümüzde hassas bir makine genellikle Bilgisayar Sayısal Kontrolleri (CNC) kullanılarak kontrol edilir.
Hemen hemen tüm metal ürünler, plastik ve ahşap gibi diğer birçok malzemede olduğu gibi hassas işleme kullanır. Bu makineler, uzman ve eğitimli makinistler tarafından çalıştırılır. Kesici takımın işini yapabilmesi için doğru kesimi yapmak için belirtilen yönlerde hareket ettirilmesi gerekir. Bu birincil harekete "kesme hızı" denir. İş parçası, "besleme"nin ikincil hareketi olarak bilinen hareket ettirilebilir. Birlikte, bu hareketler ve kesici takımın keskinliği hassas makinenin çalışmasına izin verir.
Kaliteli hassas işleme, AutoCAD ve TurboCAD gibi CAD (bilgisayar destekli tasarım) veya CAM (bilgisayar destekli üretim) programları tarafından yapılan son derece özel planları takip etme becerisini gerektirir. Yazılım, bir alet, makine veya nesne üretmek için gereken karmaşık, 3 boyutlu diyagramların veya ana hatların üretilmesine yardımcı olabilir. Bir ürünün bütünlüğünü korumasını sağlamak için bu planlara büyük ayrıntılarla bağlı kalınmalıdır. Çoğu hassas işleme şirketi, bir tür CAD/CAM programıyla çalışırken, tasarımın ilk aşamalarında hala elle çizilmiş eskizlerle çalışır.
Çelik, bronz, grafit, cam ve plastik gibi birkaç malzemede hassas işleme kullanılır. Projenin büyüklüğüne ve kullanılacak malzemelere bağlı olarak çeşitli hassas işleme takımları kullanılacaktır. Torna tezgahları, freze makineleri, matkap presleri, testereler ve öğütücüler ve hatta yüksek hızlı robotların herhangi bir kombinasyonu kullanılabilir. Havacılık ve uzay endüstrisi, yüksek hızda işleme kullanabilirken, ahşap işi alet yapımı endüstrisi, foto-kimyasal aşındırma ve frezeleme işlemlerini kullanabilir. Bir seriden çıkan çalkalama veya belirli bir öğenin belirli bir miktarı, binlerce veya sadece birkaç olabilir. Hassas işleme genellikle CNC cihazlarının programlanmasını gerektirir, bu da bilgisayarların sayısal olarak kontrol edildiği anlamına gelir. CNC cihazı, bir ürünün çalışması boyunca tam boyutların takip edilmesini sağlar.
Frezeleme, kesiciyi iş parçasına belirli bir yönde ilerleterek (veya besleyerek) bir iş parçasından malzeme çıkarmak için döner kesiciler kullanma işlemidir. Kesici, aletin eksenine göre bir açıda da tutulabilir. Frezeleme, küçük bireysel parçalardan büyük, ağır hizmet tipi frezeleme operasyonlarına kadar çeşitli ölçeklerde farklı operasyonları ve makineleri kapsar. Özel parçaların hassas toleranslara işlenmesi için en yaygın kullanılan işlemlerden biridir.
Frezeleme, çok çeşitli takım tezgahları ile yapılabilir. Frezeleme için orijinal takım tezgahları sınıfı, freze makinesiydi (genellikle değirmen olarak adlandırılır). Bilgisayarlı sayısal kontrolün (CNC) ortaya çıkmasından sonra, freze makineleri işleme merkezlerine dönüştü: otomatik takım değiştiriciler, takım magazinleri veya karuseller, CNC yeteneği, soğutma sıvısı sistemleri ve muhafazalarla zenginleştirilmiş freze makineleri. Frezeleme merkezleri genellikle dikey işleme merkezleri (VMC'ler) veya yatay işleme merkezleri (HMC'ler) olarak sınıflandırılır.
Frezelemenin tornalama ortamlarına entegrasyonu ve tam tersi, torna tezgahları için canlı takımlama ve tornalama işlemleri için frezelerin nadiren kullanılmasıyla başladı. Bu, aynı çalışma zarfı içinde frezeleme ve tornalamayı kolaylaştırmak için özel olarak tasarlanmış yeni bir takım tezgahları, çok görevli makineler (MTM'ler) sınıfına yol açtı.
Parça kaynağına bağımlı tasarım mühendisleri, Ar-Ge ekipleri ve üreticiler için hassas CNC işleme, ek işleme gerekmeden karmaşık parçaların oluşturulmasına olanak tanır. Aslında, hassas CNC işleme genellikle bitmiş parçaların tek bir makinede yapılmasını mümkün kılar.
İşleme süreci, malzemeyi kaldırır ve bir parçanın nihai ve genellikle oldukça karmaşık tasarımını oluşturmak için çok çeşitli kesme aletleri kullanır. Hassasiyet seviyesi, işleme aletlerinin kontrolünü otomatikleştirmek için kullanılan bilgisayarlı sayısal kontrol (CNC) kullanılarak artırılır.
Hassas işlemede "CNC"nin rolü
Kodlanmış programlama talimatlarını kullanan hassas CNC işleme, bir makine operatörü tarafından manuel müdahale olmaksızın bir iş parçasının spesifikasyonlara göre kesilmesine ve şekillendirilmesine olanak tanır.
Bir müşteri tarafından sağlanan bilgisayar destekli tasarım (CAD) modelini alan uzman bir makinist, parçayı işlemek için talimatları oluşturmak için bilgisayar destekli üretim yazılımını (CAM) kullanır. CAD modeline bağlı olarak yazılım, hangi takım yollarının gerekli olduğunu belirler ve makineye şunları söyleyen programlama kodunu oluşturur:
■ Doğru RPM'ler ve ilerleme oranları nelerdir?
■ Takımın ve/veya iş parçasının ne zaman ve nereye taşınacağı
■ Ne kadar derin kesme
■ Soğutma sıvısı ne zaman uygulanmalı?
■ Hız, ilerleme hızı ve koordinasyonla ilgili diğer faktörler
Bir CNC kontrolörü daha sonra makinenin hareketlerini kontrol etmek, otomatikleştirmek ve izlemek için programlama kodunu kullanır.
Bugün CNC, torna tezgahlarından, frezelerden ve yönlendiricilerden tel EDM'ye (elektrik deşarjlı işleme), lazer ve plazma kesme makinelerine kadar çok çeşitli ekipmanların yerleşik bir özelliğidir. CNC, işleme sürecini otomatikleştirmeye ve hassasiyeti artırmaya ek olarak, manuel görevleri ortadan kaldırır ve makinistlerin aynı anda çalışan birden fazla makineyi denetlemesini sağlar.
Ayrıca, bir takım yolu tasarlanıp bir makine programlandıktan sonra, bir parçayı herhangi bir sayıda çalıştırabilir. Bu, yüksek düzeyde bir hassasiyet ve tekrarlanabilirlik sağlar ve bu da süreci son derece uygun maliyetli ve ölçeklenebilir hale getirir.
İşlenen malzemeler
Yaygın olarak işlenen bazı metaller arasında alüminyum, pirinç, bronz, bakır, çelik, titanyum ve çinko bulunur. Ayrıca ahşap, köpük, fiberglas ve polipropilen gibi plastikler de işlenebilir.
Aslında, hemen hemen her malzeme hassas CNC işleme ile kullanılabilir - tabii ki uygulamaya ve gereksinimlerine bağlı olarak.
Hassas CNC işlemenin bazı avantajları
Çok çeşitli imal edilmiş ürünlerde kullanılan küçük parçaların ve bileşenlerin çoğu için, hassas CNC işleme genellikle tercih edilen imalat yöntemidir.
Hemen hemen tüm kesme ve işleme yöntemlerinde olduğu gibi, farklı malzemeler farklı davranır ve bir bileşenin boyutu ve şekli de süreç üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Bununla birlikte, genel olarak hassas CNC işleme süreci, diğer işleme yöntemlerine göre avantajlar sunar.
Bunun nedeni, CNC işlemenin şunları sunabilmesidir:
■ Yüksek derecede parça karmaşıklığı
■ Tipik olarak ±0,0002" (±0,00508 mm) ile ±0,0005" (±0,0127 mm) arasında değişen sıkı toleranslar
■ Özel yüzeyler de dahil olmak üzere olağanüstü pürüzsüz yüzey kaplamaları
■ Yüksek hacimlerde bile tekrarlanabilirlik
Yetenekli bir makinist, 10 veya 100 adetlik miktarlarda kaliteli bir parça yapmak için manuel bir torna tezgahı kullanabilirken, 1.000 parçaya ihtiyacınız olduğunda ne olur? 10.000 parça mı? 100.000 parça mı yoksa bir milyon parça mı?
Hassas CNC işleme ile bu tür yüksek hacimli üretim için gereken ölçeklenebilirliği ve hızı elde edebilirsiniz. Ek olarak, hassas CNC işlemenin yüksek tekrarlanabilirliği, ne kadar parça üretiyor olursanız olun size baştan sona aynı olan parçalar sunar.
Tel EDM (elektrik deşarjlı işleme), eklemeli işleme ve 3D lazer baskı dahil olmak üzere bazı çok özel CNC işleme yöntemleri vardır. Örneğin, tel EDM, bir iş parçasını karmaşık şekillerde aşındırmak için iletken malzemeler (genellikle metaller) ve elektrik deşarjları kullanır.
Ancak burada, hassas CNC işleme için yaygın olarak bulunan ve sıklıkla kullanılan iki eksiltici yöntem olan frezeleme ve tornalama işlemlerine odaklanacağız.
Frezeleme ve tornalama
Frezeleme, malzemeyi çıkarmak ve şekiller oluşturmak için dönen, silindirik bir kesici takım kullanan bir işleme sürecidir. Değirmen veya işleme merkezi olarak bilinen freze ekipmanı, metalle işlenmiş en büyük nesnelerin bazılarında karmaşık parça geometrilerinden oluşan bir evreni gerçekleştirir.
Frezelemenin önemli bir özelliği, kesici takım dönerken iş parçasının sabit kalmasıdır. Başka bir deyişle, bir değirmende, dönen kesici takım, bir yatak üzerinde yerinde sabit kalan iş parçasının etrafında hareket eder.
Tornalama, bir iş parçasının torna adı verilen ekipman üzerinde kesilmesi veya şekillendirilmesi işlemidir. Tipik olarak, torna iş parçasını dikey veya yatay bir eksende döndürürken, sabit bir kesme takımı (dönüyor olabilir veya olmayabilir) programlanmış eksen boyunca hareket eder.
Takım fiziksel olarak parçanın etrafından dolaşamaz. Malzeme dönerek aletin programlanmış işlemleri gerçekleştirmesini sağlar. (Takımların makara beslemeli bir telin etrafında döndüğü bir torna tezgahı alt grubu vardır, ancak bu burada ele alınmamaktadır.)
Tornalamada, frezelemeden farklı olarak iş parçası döner. Parça stoğu, torna tezgahının milini açar ve kesici takım iş parçası ile temas ettirilir.
Manuel ve CNC işleme
Hem frezeler hem de tornalar manuel modellerde bulunurken, CNC makineleri küçük parça üretimi amaçları için daha uygundur - yüksek hacimli dar toleranslı parça üretimi gerektiren uygulamalar için ölçeklenebilirlik ve tekrarlanabilirlik sunar.
Hassas CNC ekipmanı, takımın X ve Z eksenlerinde hareket ettiği basit 2 eksenli makineler sunmanın yanı sıra, iş parçasının da hareket edebileceği çok eksenli modeller içerir. Bu, iş parçasının eğirme ile sınırlı olduğu ve takımların istenen geometriyi oluşturmak için hareket edeceği bir torna tezgahının aksine.
Bu çok eksenli konfigürasyonlar, makine operatörünün ek çalışmasına gerek kalmadan tek bir işlemde daha karmaşık geometrilerin üretilmesine olanak tanır. Bu, yalnızca karmaşık parçaların üretilmesini kolaylaştırmakla kalmaz, aynı zamanda operatör hatası olasılığını azaltır veya ortadan kaldırır.
Ayrıca, hassas CNC işleme ile yüksek basınçlı kesme sıvısının kullanılması, dikey olarak yönlendirilmiş bir işmiline sahip bir makine kullanılırken bile talaşların işin içine girmemesini sağlar.
CNC değirmenleri
Farklı freze makineleri boyutlarına, eksen konfigürasyonlarına, besleme hızlarına, kesme hızlarına, frezeleme besleme yönüne ve diğer özelliklere göre farklılık gösterir.
Bununla birlikte, genel olarak, CNC frezelerinin tümü, istenmeyen malzemeleri kesmek için dönen bir iş mili kullanır. Çelik ve titanyum gibi sert metalleri kesmek için kullanılırlar ancak plastik ve alüminyum gibi malzemelerle de kullanılabilirler.
CNC frezeler tekrarlanabilirlik için tasarlanmıştır ve prototiplemeden yüksek hacimli üretime kadar her şey için kullanılabilir. Üst düzey hassas CNC frezeler, genellikle ince kalıpların ve kalıpların frezelenmesi gibi sıkı toleranslı işler için kullanılır.
CNC frezeleme hızlı geri dönüş sağlarken, frezelenmiş son işlem, görünür takım işaretlerine sahip parçalar oluşturur. Ayrıca bazı keskin kenarlara ve çapaklara sahip parçalar üretebilir, bu nedenle bu özellikler için kenarlar ve çapaklar kabul edilemezse ek işlemler gerekebilir.
Tabii ki, sıraya programlanmış çapak alma takımları, genellikle bitmiş gereksinimin en fazla %90'ını elde etmesine rağmen, son el finisajı için bazı özellikler bırakarak çapakları giderecektir.
Yüzey cilasına gelince, sadece kabul edilebilir bir yüzey cilası değil, aynı zamanda iş ürününün bölümlerinde ayna benzeri bir cila da üretecek araçlar vardır.
CNC değirmen çeşitleri
İki temel freze makinesi türü, dikey işleme merkezleri ve yatay işleme merkezleri olarak bilinir; burada birincil fark makine milinin oryantasyonundadır.
Dikey işleme merkezi, iş mili ekseninin Z ekseni yönünde hizalandığı bir frezedir. Bu dikey makineler ayrıca iki türe ayrılabilir:
■İş milinin kendi eksenine paralel hareket ettiği ve tablanın iğ eksenine dik hareket ettiği yataklı değirmenler
■İş milinin sabit olduğu ve tablanın kesme işlemi sırasında daima iş mili eksenine dik ve paralel olacak şekilde hareket ettirildiği taret frezeler
Yatay bir işleme merkezinde, frezenin iş mili ekseni Y ekseni yönünde hizalanır. Yatay yapı, bu değirmenlerin makine atölyesinde daha fazla yer kaplama eğiliminde olduğu anlamına gelir; ayrıca genellikle daha ağırdırlar ve dikey makinelerden daha güçlüdürler.
Daha iyi bir yüzey kalitesi gerektiğinde genellikle yatay bir freze kullanılır; bunun nedeni, iş milinin oryantasyonu, kesme talaşlarının doğal olarak düştüğü ve kolayca çıkarıldığı anlamına gelir. (Ek bir avantaj olarak, verimli talaş kaldırma, takım ömrünün artmasına yardımcı olur.)
Genel olarak dikey işleme merkezleri, yatay işleme merkezleri kadar güçlü olabildikleri ve çok küçük parçaları işleyebildikleri için daha yaygındır. Ayrıca dikey merkezler, yatay işleme merkezlerine göre daha küçük bir alana sahiptir.
Çok eksenli CNC frezeler
Hassas CNC freze merkezleri, çoklu eksenlerle mevcuttur. 3 eksenli bir freze, çok çeşitli işler için X, Y ve Z eksenlerini kullanır. 4 eksenli freze ile makine dikey ve yatay eksende dönebilir ve daha sürekli işlemeye izin vermek için iş parçasını hareket ettirebilir.
5 eksenli bir frezede üç geleneksel eksen ve iki ek döner eksen bulunur, bu da iş parçasının iş mili kafası etrafında hareket ederken döndürülmesini sağlar. Bu, iş parçasını çıkarmadan ve makineyi sıfırlamadan bir iş parçasının beş tarafının işlenmesini sağlar.
CNC torna tezgahları
Torna tezgahı - aynı zamanda torna merkezi olarak da adlandırılır - bir veya daha fazla iş miline ve X ve Z eksenlerine sahiptir. Makine, iş parçasına çok çeşitli takımlar uygulayarak çeşitli kesme ve şekillendirme işlemlerini gerçekleştirmek için bir iş parçasını kendi ekseni üzerinde döndürmek için kullanılır.
Canlı hareketli takım tezgahları olarak da adlandırılan CNC torna tezgahları, simetrik silindirik veya küresel parçalar oluşturmak için idealdir. CNC frezeleri gibi, CNC torna tezgahları da prototip oluşturma gibi daha küçük işlemleri gerçekleştirebilir ancak aynı zamanda yüksek hacimli üretimi destekleyen yüksek tekrarlanabilirlik için de kurulabilir.
CNC torna tezgahları, nispeten eller serbest üretim için de kurulabilir, bu da onları otomotiv, elektronik, havacılık, robotik ve tıbbi cihaz endüstrilerinde yaygın olarak kullanılmasını sağlar.
CNC torna tezgahı nasıl çalışır?
Bir CNC torna tezgahı ile, torna milinin aynasına boş bir stok malzeme çubuğu yüklenir. Bu ayna, iş mili dönerken iş parçasını yerinde tutar. İş mili gerekli hıza ulaştığında, malzemeyi çıkarmak ve doğru geometriyi elde etmek için sabit bir kesici takım iş parçasıyla temas ettirilir.
Bir CNC torna tezgahı, delme, diş açma, delik işleme, raybalama, yüzey kaplama ve konik tornalama gibi bir dizi işlemi gerçekleştirebilir. Farklı işlemler, takım değişiklikleri gerektirir ve maliyeti ve kurulum süresini artırabilir.
Gerekli tüm işleme operasyonları tamamlandığında, gerekirse daha fazla işlem için parça stoktan kesilir. CNC torna tezgahı daha sonra, genellikle arada çok az ek kurulum süresi gerekmeden veya hiç ek kurulum süresi olmadan işlemi tekrarlamaya hazırdır.
CNC torna tezgahları, manuel hammadde taşıma miktarını azaltan ve aşağıdaki gibi avantajlar sağlayan çeşitli otomatik çubuk sürücülerini de barındırabilir:
■ Makine operatörünün gerektirdiği zaman ve çabayı azaltın
■ Hassasiyeti olumsuz etkileyebilecek titreşimleri azaltmak için çubuk stoğu destekleyin
■ Takım tezgahının optimum iş mili hızlarında çalışmasına izin verin
■ Geçiş sürelerini en aza indirin
■ Malzeme israfını azaltın
CNC torna tezgahı çeşitleri
Bir dizi farklı torna tezgahı vardır, ancak en yaygın olanı 2 eksenli CNC torna tezgahları ve Çin tarzı otomatik torna tezgahlarıdır.
Çoğu CNC Çin torna tezgahı, bir veya iki ana iş mili artı bir veya iki arka (veya ikincil) iş mili kullanır ve birincisinden döner transfer sorumludur. Ana iş mili, bir kılavuz burç yardımıyla birincil işleme işlemini gerçekleştirir.
Ek olarak, bazı Çin tarzı torna tezgahları, CNC freze olarak çalışan ikinci bir takım kafası ile donatılmıştır.
CNC Çin tarzı otomatik torna tezgahı ile stok malzemesi, kayar bir kafa milinden bir kılavuz burç içine beslenir. Bu, aletin malzemeyi malzemenin desteklendiği noktaya daha yakın kesmesini sağlayarak Çin makinesini özellikle uzun, ince tornalanmış parçalar ve mikro işleme için faydalı hale getirir.
Çok eksenli CNC tornalama merkezleri ve Çin tarzı torna tezgahları, tek bir makine kullanarak birden fazla işleme işlemini gerçekleştirebilir. Bu, onları, aksi takdirde geleneksel bir CNC freze gibi ekipman kullanarak birden fazla makine veya takım değişikliği gerektirecek karmaşık geometriler için uygun maliyetli bir seçenek haline getirir.