Machinatio Praecisionis est processus quo materiam ex opere removes dum tolerantiae extremae ad finem operandi sunt. Machinae praecisionis multa genera habent, inter quae sunt fresatura, tornatio, et machinatio per electricitatem. Machina praecisionis hodie plerumque per Computatrum Numericum Moderator (CNC) regitur.
Fere omnia producta metallica machinis accuratis utuntur, sicut multae aliae materiae, ut plastica et lignum. Hae machinae a machinatoribus specialibus et exercitatis operantur. Ut instrumentum secans munus suum perficiat, in directiones specificatas moveri debet ut sectionem rectam faciat. Hic motus primarius "celeritas secandi" appellatur. Res etiam moveri potest, quod motus secundarius "progressus" appellatur. Simul, hi motus et acumen instrumenti secandi permittunt machinam accuratam operari.
Machinatio accurata qualitate praestans requirit facultatem sequendi delineationes admodum specificas, quae a programmatibus CAD (designatione adiuvata computatro) vel CAM (fabricatione adiuvata computatro) sicut AutoCAD et TurboCAD factae sunt. Programma adiuvare potest ad producendas complexas diagrammata vel lineamenta tridimensionalia necessaria ad fabricandum instrumentum, machinam vel rem. Hae delineationes summa cum cura adhaerere debent ut productum integritatem suam retineat. Dum pleraeque societates machinationis accuratae cum aliqua forma programmatum CAD/CAM utuntur, tamen saepe cum delineationibus manu depictis in primis phasibus designationis laborant.
Machinatio accurata in multis materiis adhibetur, inter quas ferrum, aes, graphitus, vitrum et materiae plasticae, ut pauca nominemus. Pro magnitudine operis et materiis adhibendis, varia instrumenta machinationis accuratae adhibebuntur. Quaevis combinatio tornorum, fresarum, terebrarum, serrarum et molarum, et etiam roboticae celerrimae adhiberi potest. Industria aëronautica machinationem celerrimam adhibere potest, dum industria instrumentorum ligneorum fabricationis processus photochemicos corrosionis et fresationis adhibere potest. Productio seriei, vel quantitas specifica cuiuslibet rei, in milibus numerari potest, vel pauca tantum esse. Machinatio accurata saepe programmationem instrumentorum CNC requirit, quod significat ea computatro numerice gubernari. Instrumentum CNC permittit dimensiones exactas per totam seriem producti observari.
Fresatura est processus machinationis quo utuntur cultris rotatoriis ad removendam materiam ex materia lavoranda, cultrum in rem laborandam ad certam directionem promovendo (vel immittendo). Cultrus etiam teneri potest ad angulum respectu axis instrumenti. Fresatura amplectitur amplam varietatem operationum et machinarum, a parvis partibus singularibus ad magnas, graves operationes fresaturae in grege. Est unus e processibus vulgatissimis ad machinandas partes consuetudinarias ad tolerantias praecisas.
Fresatura variis machinis fieri potest. Prima classis machinarum ad fresandum erat machina fresatoria (saepe mola appellata). Post adventum moderationis numericae computatralis (CNC), machinae fresatoriae in centra machinationis evolutae sunt: machinae fresatoriae mutatoribus automaticis instrumentorum, magazinis instrumentorum vel carrusellis, facultate CNC, systematibus refrigerationis, et clausuris auctae. Centra fresatoria plerumque classificantur ut centra machinationis verticalia (VMCs) vel centra machinationis horizontalia (HMCs).
Integratio fresaturae in ambitus tornandi, et vice versa, coepit cum instrumentis vivis pro tornis et usu interdum fresarum ad operationes tornandi. Hoc ad novam classem machinarum instrumentorum, machinas multifunctionales (MTMs), duxit, quae ad faciliorem reddendam fresationem et tornationem intra eundem ambitum laboris fabricatae sunt.
Ingeniariis designatoribus, manipulis investigationis et progressionis (R&D), et fabricatoribus qui a partium acquisitione pendent, machinatio CNC accurata creationem partium complexarum sine elaboratione addita permittit. Re vera, machinatio CNC accurata saepe efficit ut partes perfectae in una machina fabricentur.
Machinatio materiam removet et amplam varietatem instrumentorum secandi adhibet ad formam finalem, saepe valde complexam, partis creandam. Gradus praecisionis augetur per usum moderationis numericae computatralis (CNC), quae ad moderationem instrumentorum machinationis automatizandam adhibetur.
Munus "CNC" in machinatione accurata
Instructionibus programmandi codificatis, machinatio CNC accurata permittit ut materia ad specificationes secetur et formetur sine interventione manuali operatoris machinae.
Machinator peritus, exemplo designationis adiuvatae computatro (CAD) a cliente proviso, programmate fabricationis adiuvatae computatro (CAM) utitur ad instructiones machinationis partis creandas. Innixus exemplo CAD, programma determinat quae viae instrumentorum necessariae sint et codicem programmandi generat qui machinae haec indicat:
■ Quae sint rectae revolutiones per minutum (RPM) et celeritates alimentationis
■ Quando et quo instrumentum et/vel materiam movere
■ Quam profunde secare
■ Quando refrigerans adhibendum est
■ Quaelibet aliae res ad celeritatem, ratem alimentationis, et coordinationem pertinentes
Moderator CNC deinde codice programmandi utitur ad motus machinae regendos, automatizandos et observandos.
Hodie, CNC pars inest amplissimae varietatis instrumentorum, a tornis, molis, et machinis sectionis ad EDM filum (machinationem per disruptionem electricam), laser, et machinas secandas plasma. Praeter automationem processus machinationis et augendam praecisionem, CNC opera manualia eliminat et machinatores liberat ut multas machinas simul operantes curent.
Praeterea, semel iter instrumenti designatum et machina programmata, partem quovis numero currere potest. Hoc praebet altum gradum praecisionis et repetibilitatis, quod vicissim processum valde sumptuum efficientem et scalabilem reddit.
Materiae quae machinantur
Inter metalla quae vulgo machinantur sunt aluminium, aes, ferrum, cuprum, chalybs, titanium, et zincum. Praeterea, lignum, spuma, fibra vitrea, et plastica ut polypropylenum etiam machinari possunt.
Re vera, fere quaevis materia cum machinatione CNC accurata adhiberi potest — scilicet, pro applicatione et requisitis eius.
Quaedam commoda machinationis CNC accuratae
Pro multis partibus et componentibus parvis quae in ampla varietate productorum manufactorum adhibentur, machinatio CNC praecisa saepe est methodus fabricationis electa.
Ut fere de omnibus modis secandi et machinandi verum est, materiae variae aliter se gerunt, et magnitudo et forma partis etiam magnum momentum in processu habent. Attamen, in genere processus machinationis CNC accuratae commoda prae aliis modis machinandi offert.
Id enim est quia machinatio CNC haec praebere potest:
■ Gradus altus complexitatis partium
■ Tolerantiae strictae, typice a ±0.0002" (±0.00508 mm) ad ±0.0005" (±0.0127 mm) variantur.
■ Superficies eximie laevigatae, etiam superficies ad usum aptatae
■ Repetibilitas, etiam magnis voluminibus
Dum machinator peritus torno manuali uti potest ad partem qualitate praestantem in quantitatibus decem vel centum fabricandam, quid fit cum mille partibus? decem milibus partium? centum milibus an decies centena milia partium opus est?
Machinatione CNC accurata, scalabilitatem et celeritatem necessariam ad hoc genus productionis magnae voluminis adipisci potes. Praeterea, alta repetibilitas machinationis CNC accuratae tibi partes omnes eaedem ab initio ad finem praebet, quotcumque partes producas.
Sunt quaedam methodi machinationis CNC valde speciales, inter quas EDM filum (machinatio per disruptionem electricam), machinatio additiva, et impressio laserica tridimensionalis. Exempli gratia, EDM filum utitur materiis conductivis — plerumque metallis — et disruptionibus electricis ad erodendum opus in formas intricatas.
Hic autem in processibus fresandi et tornandi — duabus methodis subtractivis quae late praesto sunt et saepe ad machinationem CNC accuratam adhibentur — operabimur.
Fresatura contra tornaturam
Fresatura est processus machinalis qui instrumento cylindrico rotanti utitur ad materiam removendam et formas creandas. Instrumentum fresatorium, quod mola vel centrum machinale appellatur, seriem geometriarum partium complexarum in nonnullis ex maximis obiectis metallicis machinatis perficit.
Proprietas magni momenti fresandi est ut materia secandi immota maneat dum instrumentum secandi rotatur. Aliis verbis, in fresa, instrumentum secandi rotans circum materiam secandi movetur, quae in loco suo in lecto fixa manet.
Tornatio est processus secandi vel formandi materiam in instrumento quod tornum appellatur. Typice, tornus materiam secundum axem verticalem vel horizontalem rotat, dum instrumentum secans fixum (quod rotari potest vel non potest) secundum axem programmatum movetur.
Instrumentum circum partem physice moveri non potest. Materia rotatur, quo instrumento operationes programmatas perficere liceat. (Est tamen pars tornorum in quibus instrumenta circa filum a spola alimentatum rotantur, quae tamen hic non tractatur.)
In tornendo, dissimiliter fresando, materia rotatur. Materia circa fusum torni rotatur et instrumentum secans in contactum cum materia adducitur.
Machinatio manualis contra machinationem CNC
Cum et fresae et torni in exemplaribus manualibus praesto sint, machinae CNC aptiores sunt ad fabricationem partium parvarum — offerentes scalabilitatem et repetibilitatem ad applicationes quae productionem magnae voluminis partium strictae tolerantiae requirunt.
Praeter machinas simplices biaxiales, in quibus instrumentum secundum axes X et Z movetur, apparatus CNC praecisionis exempla multiaxialia includit, in quibus materia etiam moveri potest. Hoc differt a torno, ubi materia ad rotationem limitatur et instrumenta movebuntur ad geometriam desideratam creandam.
Hae configurationes multiaxiales permittunt productionem geometriarum complexiorum in una operatione, sine labore additionali ab operatore machinae requisito. Hoc non solum faciliorem reddit productionem partium complexarum, sed etiam minuit vel eliminat periculum erroris operatoris.
Praeterea, usus refrigerantis altae pressionis cum machinatione CNC accurata efficit ne frusta in opera intrent, etiam cum machina cum fuso verticaliter orientato adhibetur.
Fresae CNC
Machinae fresatrices diversae magnitudinibus, configurationibus axium, velocitatibus progressionis, celeritate sectionis, directione progressionis fresationis, et aliis proprietatibus variant.
Attamen, plerumque, fresae CNC omnes fusum rotantem ad materiam superfluam secandam utuntur. Ad metalla dura, ut chalybem et titanium, secanda adhibentur, sed etiam cum materiis ut plastica et aluminium adhiberi possunt.
Fresae CNC ad repetibilitatem fabricatae sunt et ad omnia, a prototypis creandis ad productionem magnae copiae, adhiberi possunt. Fresae CNC summae praecisionis saepe ad opera tolerantiae strictae, ut ad fresandas formas et matrices subtiles, adhibentur.
Dum fresatura CNC celerem conversionem praebere potest, politura secundum fresationem partes cum vestigiis instrumentorum visibilibus creat. Etiam partes cum quibusdam marginibus acutis et lavis producere potest, ita processus additionales requiri possunt si marginibus et lavis pro his notis non probantur.
Scilicet, instrumenta debavationis in seriem programmata debavabunt, quamquam plerumque 90% requisiti perfecti ad summum assequuntur, quibusdam elementis ad perficiendum manu finale relinquentes.
Quod ad ornatum superficiei attinet, sunt instrumenta quae non solum ornatum superficiale acceptabile, sed etiam ornatum speculi similem in partibus operis producent.
Genera fresarum CNC
Duo genera fundamentalia machinarum fresantium appellantur centra machinationis verticalia et centra machinationis horizontalia, ubi differentia primaria in orientatione fusi machinae est.
Centrum machinationis verticale est machina in qua axis fusi in directionem axis Z ordinatur. Hae machinae verticales ulterius in duos typos dividi possunt:
■ Fresae stratae, in quibus fusum parallele ad axem suum movetur, dum mensa perpendiculariter ad axem fusi movetur.
■Molae turricae, in quibus fusus immobilis est et mensa ita movetur ut semper perpendicularis et parallela sit axi fusi durante operatione secandi.
In centro machinali horizontali, axis fusi fresae in directionem axis Y ordinatur. Structura horizontalis significat has fresas plus spatii in area officinae machinalis occupare; etiam plerumque pondere maiori et potentiores sunt quam machinae verticales.
Fresa horizontalis saepe adhibetur cum melior superficies requiritur; id enim fit quia orientatio fusi significat fragmenta secandi naturaliter delabi et facile removeri. (Ut commodum additum, efficax remotio fragmentorum adiuvat ad vitam instrumenti augendam.)
In genere, centra machinationis verticalia magis praevalentia sunt, quia tam potentes quam centra machinationis horizontalia esse possunt et partes minimas tractare possunt. Praeterea, centra verticalia vestigium minus habent quam centra machinationis horizontalia.
Fresae CNC multiaxiales
Centra fresatoria CNC praecisionis cum multis axibus praesto sunt. Fresa trium axium axes X, Y, et Z ad amplam varietatem operum utitur. Fresa quadriaxium, machina in axibus verticalibus et horizontalibus rotari et materiam movere potest ut machinatio continuatior fiat.
Fresa quinque-axialis tres axes traditionales et duos axes rotatorios additionales habet, quae materiam rotari sinunt dum caput fusi circum eam movetur. Hoc quinque latera materiae machinari sinit materiam removere et machinam iterum initiare.
Torni CNC
Tornus — etiam centrum tornandi appellatus — unum vel plures fusos, et axes X et Z habet. Machina adhibetur ad rotandum opus in axe suo ad varias operationes secandi et formandi perficiendas, applicando amplam varietatem instrumentorum ad opus.
Torni CNC, qui etiam torni instrumentorum actionis vivae appellantur, ad partes cylindricas vel sphaericas symmetricas creandas aptissimi sunt. Sicut fresae CNC, torni CNC operationes minores, ut prototypa, tractare possunt, sed etiam ad altam repetibilitatem aptari possunt, productionem magni voluminis sustinentes.
Torni CNC etiam ad productionem relative manibus liberis disponi possunt, quod eas late in industriis autocineticis, electronicis, aëronauticis, roboticae, et instrumentorum medicorum adhiberi facit.
Quomodo tornus CNC operatur
In torno CNC, virga materiae brutae in mandrum fusi torni imponitur. Hic mandrum materiam in loco tenet dum fusus rotatur. Cum fusus celeritatem requisitam attingit, instrumentum secans immobile in contactum cum materia adducitur ut materia removeatur et geometria correcta efficiatur.
Tornus CNC plures operationes perficere potest, ut perforationem, filetationem, terebrationem, alesationem, facing, et conicam tornationem. Operationes variae mutationes instrumentorum requirunt et sumptum et tempus apparationis augere possunt.
Cum omnes operationes machinales necessariae perfectae sunt, pars e materia secatur ad ulteriorem elaborationem, si opus sit. Tornus CNC deinde paratus est ad operationem iterandam, cum parvo vel nullo tempore additionali praeparationis quod plerumque interea requiritur.
Torni CNC etiam varietatem alimentatorum automaticorum virgarum accommodare possunt, quae quantitatem tractationis manualis materiae rudis minuunt et commoda praebent qualia sequentia:
■ Tempus et laborem operatoris machinae requisitos minuere
■ Sustine virgam ad vibrationes minuendas quae praecisionem negative afficere possunt.
■ Permitte machinae instrumentum ad optimas celeritates fusi operari
■ Tempora mutationis ad minimum redige
■ Reduce iacturam materiae
Genera tornorum CNC
Sunt varia genera tornorum, sed frequentissima sunt torna CNC duorum axium et torna automatica Sinensis.
Plurimi torni CNC Sinenses uno vel duobus fusis principalibus, una cum uno vel duobus fusis posterioribus (vel secundariis), utuntur, cum translatione rotatoria priorem curante. Fusus principalis operationem machinationis primariam perficit, adiuvante buxa ductore.
Praeterea, nonnulla torni Sinensis secundo capite instrumenti instructi veniunt quod ut fresa CNC operatur.
Torno automatico CNC Sinensi, materia prima per fusum capitis mobilis in manubrium ductorium immittitur. Hoc instrumento permittit materiam propius ad punctum ubi materia sustentatur secare, machinam Sinensem praecipue utilem reddens ad partes longas, graciles tornatas et ad micromachinationem.
Centra tornatoria CNC multiaxialia et torni Sinenses plures operationes machinales una machina perficere possunt. Hoc eas optionem sumptu-efficacem reddit pro geometriis complexis quae aliter plures machinas vel mutationes instrumentorum per apparatum ut fresam CNC traditionalem requirerent.