Душа EDC - від верстатів до ЧПК

 

I Фон

Якщо є якийсь професійний термін, який більшість людей чує першим, коли входить до спільноти EDC (Everyday Carry), це, безсумнівно, CNC. Далі йдуть різні високотехнологічні терміни, такі як триосі, чотири осі, п’ять осей і точне різьблення. Ця стаття має на меті надати вичерпне, але доступне розуміння того, що насправді таке ЧПК, душа EDC (головним чином представлено обробні центри з ЧПК і різання дроту з ЧПК; інші верстати з ЧПК будуть представлені пізніше).

 

II Походження

Перш ніж зануритися в ЧПК, давайте спочатку розберемося з двома традиційними верстатами в машинобудівній промисловості - токарним верстатом і фрезерним верстатом.

 

▲Ручна робота токарного верстата

 

Принцип роботи токарного верстата:Заготовка затискається між двома центрами, а різання виконується шляхом обертання заготовки та переміщення інструменту.

 

▲Ручне керування фрезерним верстатом

 

Принцип роботи фрезерного верстата: інструмент обертається з високою швидкістю, щоб розрізати поверхню заготовки. За допомогою відеодемонстрацій ми можемо побачити, що ручний фрезерний верстат керує трьома напрямками руху за допомогою обертання ручок: переміщення робочого столу горизонтально або вертикально (осі X і Y) і переміщення робочого столу вертикально (вісь Z). Рух заготовки дозволяє обертовому інструменту обробляти поверхню та глибину заготовки.

 

 

Традиційна механічна обробка передбачає ручне керування звичайними верстатами, коли метал ріжуть за допомогою ручного повороту ручок і вимірювання точності за допомогою штангенциркуля та інших інструментів. Додавання комп’ютерної технології числового керування до цих звичайних верстатів створює верстати з ЧПК. CNC розшифровується як «Computer Numerical Control», що означає автоматизовані верстати, керовані комп’ютером. Комп’ютер автоматично обробляє продукти та деталі на основі попередньо запрограмованих інструкцій, широко відомих як обробка з ЧПУ.

 

III Назва Майстерність

На цьому етапі читачі повинні зрозуміти, як працює триосьова обробка: трьома напрямками керування фрезерним верстатом керує комп’ютер. Оскільки деталь рухається відносно інструменту лише в напрямках X, Y та Z, кожна установка може завершити обробку лише однієї поверхні. Якщо інша грань потребує обробки, заготовку необхідно повторно затиснути та обробити знову.

 

▲Демонстрація трьохосьової обробки Демонстрація фрезерно-токарної обробки

 

Реалізація чотирьохосьової обробки досить проста: для деталі передбачено додатковий напрямок руху (вісь А). Найпоширенішим верстатом для досягнення чотиривісної обробки є фрезерно-токарний верстат. Керуючи обертанням заготовки навколо центру токарного верстата (вісь A) і рухом фрези по трьох осях (X, Y, Z), верстат завершує обробку заготовки по повному колу. Різниця між стандартним чотириосьовим верстатом і фрезерно-токарним верстатом полягає в їхній спрямованості: фрезерно-токарні верстати підкреслюють функцію «точіння», при цьому патрон осі А забезпечує достатню потужність для обробки, тоді як стандартні чотириосьові верстати використовують вісь А головним чином для зміни орієнтації заготовки без забезпечення потужності обробки.

 

▲Демонстрація Демонстрація фрезерно-токарної обробки

 

Далі йде найдосконаліша п’ятиосьова обробка, яка досить чітка у своїй реалізації: додавання ще одного ступеня свободи, який зазвичай називають віссю С. Залежно від моделі цього можна досягти за допомогою подвійних поворотних головок, подвійних обертових столів або комбінації одного обертового й одного поворотного механізмів.

 

▲П’ятиосьова одночасна обробка робочого колеса

 

▲П’ять осей у п’ятиосьовій обробці

 

Однак ми часто чуємо такі терміни, як «псевдоп’ятиосьовий» і «3+2». Що вони означають? Можливість досягти п'яти ступенів свободи не обов'язково означає справжню "п'ятиосьову одночасну обробку". Більшість обробних центрів розроблено з можливістю модернізації додаткових осей, що є так званим налаштуванням "3+2". Ключовою особливістю, що відрізняє їх від справжніх п’ятиосьових центрів одночасної обробки, є «RTCP (Rotational Tool Center Point)». Принцип «3+2» по суті полягає в досягненні тривісної функціональності під певними кутами (тобто «позиціонування»), тобто після повороту машини на певний кут вона продовжує працювати як стандартна триосьова машина . Різниця в ціні між цими двома видами обробки також істотна.

 

 

 

 

 

▲П’ятиосьова обробка з керуванням центральною точкою інструменту (TCP).

 

IV Загальна проблема

 

Питання: чи завжди більше осей при обробці з ЧПК краще?

A: На практиці вибір осей залежить від фактичних потреб заготовки. Як показано на ілюстрації, більші ступені свободи можуть краще використовувати інструмент, покращити ефективність обробки та зменшити кількість разів затискання, що призводить до меншої кількості помилок. Однак не всі заготовки підходять для чотирьох- або п'ятиосьової обробки. Особливо в повсякденній обробці EDC жодна конструкція не потребує дуже складних поверхонь, увігнутих ділянок або відносно тонких поверхонь, таких як лопаті турбіни. Таким чином, три- та чотириосьова обробка може задовольнити більшість потреб у обробці EDC. Покращення якості криволінійної поверхні за допомогою 3+2 є мінімальним, а вартість і переваги використання справжньої п’ятиосьової одночасної обробки промислового рівня з системами RTCP не пропорційні. Навряд чи якийсь дизайнер вибере цей спосіб.

 

 

 

 

Питання: які типи конструкцій потребують вищих витрат з ЧПУ?

A: По-перше, важливо пояснити, що витрати на ЧПУ базуються на часу обробки. При обробці EDC найважливішим фактором, що впливає на час обробки, є складність поверхні. На відміну від плоских поверхонь, обробка вигнутих поверхонь вимагає повільного «підйому» за допомогою кулькових фрез. Якщо дві різні вигнуті поверхні різко перетинаються, необхідна повільніша та більш ретельна обробка, щоб забезпечити чіткі краї (фаски та галтелі не потребують кулькових фрез).

 

 

 

 

З: Наскільки суттєвими є відмінності в точності між різними машинами?

A: Точність обробки кількісно визначається "допуском". Діапазони допусків для звичайних операцій фрезерування при обробці EDC є такими:

 

 

 

 

 

 

Точність фрезерування зазвичай становить від IT8 до IT7. Для чорнового фрезерування точність обробки становить IT11-IT13 із шорсткістю поверхні 5-20мкм. Для напівчистового фрезерування точність IT8-IT11 із шорсткістю поверхні 2.5-10мкм. Для чистового фрезерування точність становить IT{{10}}IT8, із шорсткістю поверхні 0.63-5мкм.

 

Отже, який діапазон точності для нашої обробки EDC? Насправді більшість продуктів EDC вимагає лише «напівфінішної обробки», де допуск продукту становить близько IT8-IT7, а шорсткість поверхні становить приблизно R 3.2-1.6. Цей рівень точності достатній для вимог складання EDC, таких як встановлення підшипників, магнітів і кулькових канавок. Після полірування шорсткість поверхні може досягати R 0.8. Таким чином, точність обробки можна візуально спостерігати в деяких рифлених вершинах, а конкретні значення точності можна визначити шляхом порівняння «зразків шорсткості поверхні». Варто зазначити, що такі процеси, як миття каменю та піскоструминна обробка, змінять шорсткість поверхні заготовки. Ці обробки можуть збільшити шорсткість поверхні, зберігаючи достатню кількість країв. Вибір конкретної обробки поверхні має ґрунтуватися на характеристиках продукту.

 

 

 

 

IVВартість і ціноутворення

Основною причиною того, що спільнота EDC залишилася нішевою, є високі ціни, спричинені витратами на ЧПК. Але чи варто витрати на ЧПК перетворити на саму перевагу? На мою думку, майстерність завжди має служити продукту. Хороший продукт вимагає балансу між ціною та дизайном. Хоча складна майстерність може сприяти кращій презентації, вона також приносить високі ціни та тривалий час виробництва. Іноді надмірне ускладнення заради цього може відлякати потенційних покупців. Звичайно, репутація продукту залежить від багатьох факторів, і відмінний дизайн може викликати ентузіазм ринку, роблячи ціну менш критичним фактором. Що стосується вас, шановні читачі, я думаю, що після прочитання цієї статті у вас буде своя відповідь.