Uchakataji wa Usahihi ni mchakato wa kuondoa nyenzo kutoka kwa kipande cha kazi wakati wa kushikilia umaliziaji wa uvumilivu wa karibu. Mashine ya usahihi ina aina nyingi, ikiwa ni pamoja na kusaga, kugeuza na kuchakataji umeme. Mashine ya usahihi leo kwa ujumla hudhibitiwa kwa kutumia Vidhibiti vya Nambari za Kompyuta (CNC).
Karibu bidhaa zote za chuma hutumia uchakataji wa usahihi, kama vile vifaa vingine vingi kama vile plastiki na mbao. Mashine hizi zinaendeshwa na mafundi maalum na waliofunzwa. Ili kifaa cha kukata kifanye kazi yake, lazima kihamishwe kwa maelekezo yaliyoainishwa ili kukata kwa usahihi. Mwendo huu wa msingi unaitwa "kasi ya kukata." Kifaa cha kazi pia kinaweza kuhamishwa, kinachojulikana kama mwendo wa pili wa "kulisha." Kwa pamoja, mwendo huu na ukali wa kifaa cha kukata huruhusu mashine ya usahihi kufanya kazi.
Uchakataji wa usahihi wa ubora unahitaji uwezo wa kufuata michoro maalum sana iliyotengenezwa na programu za CAD (muundo unaosaidiwa na kompyuta) au CAM (utengenezaji unaosaidiwa na kompyuta) kama AutoCAD na TurboCAD. Programu inaweza kusaidia kutoa michoro au michoro tata, yenye vipimo vitatu inayohitajika ili kutengeneza kifaa, mashine au kitu. Michoro hii lazima izingatiwe kwa undani mkubwa ili kuhakikisha kuwa bidhaa inadumisha uadilifu wake. Ingawa kampuni nyingi za uchakataji wa usahihi hufanya kazi na aina fulani ya programu za CAD/CAM, bado hufanya kazi mara nyingi na michoro iliyochorwa kwa mkono katika awamu za awali za muundo.
Uchakataji sahihi hutumika kwenye vifaa kadhaa ikiwa ni pamoja na chuma, shaba, grafiti, glasi na plastiki kutaja vichache. Kulingana na ukubwa wa mradi na vifaa vitakavyotumika, zana mbalimbali za uchakataji sahihi zitatumika. Mchanganyiko wowote wa lathe, mashine za kusagia, mashine za kuchimba visima, misumeno na grinder, na hata roboti za kasi kubwa zinaweza kutumika. Sekta ya anga inaweza kutumia uchakataji wa kasi ya juu, huku tasnia ya utengenezaji wa vifaa vya mbao inaweza kutumia michakato ya kuchora na kusaga kwa kutumia picha-kemikali. Kuchimba kwa kukimbia, au kiasi maalum cha bidhaa yoyote, kunaweza kuhesabiwa kuwa maelfu, au kuwa chache tu. Uchakataji sahihi mara nyingi unahitaji upangaji wa vifaa vya CNC ambayo inamaanisha kuwa vinadhibitiwa kwa nambari na kompyuta. Kifaa cha CNC huruhusu vipimo halisi kufuatwa katika kipindi chote cha uendeshaji wa bidhaa.
Kusaga ni mchakato wa uchakataji wa kutumia vikataji vinavyozunguka ili kuondoa nyenzo kutoka kwa kipande cha kazi kwa kusongesha (au kulisha) kikata hadi kwenye kipande cha kazi kwa mwelekeo fulani. Kikata kinaweza pia kushikiliwa kwa pembe inayohusiana na mhimili wa kifaa. Kusaga hushughulikia aina mbalimbali za shughuli na mashine tofauti, kwa mizani kuanzia sehemu ndogo hadi shughuli kubwa za kusaga zenye majukumu mengi. Ni mojawapo ya michakato inayotumika sana kwa ajili ya uchakataji wa sehemu maalum hadi uvumilivu sahihi.
Kusaga kunaweza kufanywa kwa kutumia zana mbalimbali za mashine. Darasa la awali la zana za mashine za kusaga lilikuwa mashine ya kusaga (mara nyingi huitwa kinu). Baada ya ujio wa udhibiti wa nambari za kompyuta (CNC), mashine za kusaga zilibadilika na kuwa vituo vya usagaji: mashine za kusaga zilizoongezwa na vibadilishaji vya zana kiotomatiki, majarida ya zana au karouseli, uwezo wa CNC, mifumo ya kupoeza, na vizimba. Vituo vya kusaga kwa ujumla huainishwa kama vituo vya usagaji wima (VMCs) au vituo vya usagaji mlalo (HMCs).
Ujumuishaji wa usagaji katika mazingira ya kugeuza, na kinyume chake, ulianza na vifaa vya moja kwa moja vya lathe na matumizi ya mara kwa mara ya vinu vya kugeuza shughuli. Hii ilisababisha aina mpya ya vifaa vya mashine, mashine za kufanya kazi nyingi kwa wakati mmoja (MTM), ambazo zimejengwa kwa madhumuni ya kurahisisha usagaji na ugeuzaji ndani ya bahasha moja ya kazi.
Kwa wahandisi wa usanifu, timu za utafiti na maendeleo, na watengenezaji wanaotegemea vyanzo vya sehemu, usahihi wa usindikaji wa CNC huruhusu uundaji wa sehemu ngumu bila usindikaji wa ziada. Kwa kweli, usahihi wa usindikaji wa CNC mara nyingi huwezesha sehemu zilizokamilika kutengenezwa kwenye mashine moja.
Mchakato wa uchakataji huondoa nyenzo na hutumia zana mbalimbali za kukata ili kuunda muundo wa mwisho, na mara nyingi tata sana, wa sehemu. Kiwango cha usahihi huimarishwa kupitia matumizi ya udhibiti wa nambari wa kompyuta (CNC), ambao hutumika kuendesha kiotomatiki udhibiti wa zana za uchakataji.
Jukumu la "CNC" katika utengenezaji wa usahihi
Kwa kutumia maagizo ya programu yaliyosimbwa, usahihi wa usindikaji wa CNC huruhusu kipande cha kazi kukatwa na kuumbwa kulingana na vipimo bila kuingilia kwa mikono na mwendeshaji wa mashine.
Kwa kuchukua modeli ya usanifu unaosaidiwa na kompyuta (CAD) inayotolewa na mteja, mtaalamu wa mashine hutumia programu ya utengenezaji unaosaidiwa na kompyuta (CAM) kuunda maagizo ya kutengeneza sehemu hiyo. Kulingana na modeli ya CAD, programu huamua ni njia gani za zana zinazohitajika na hutoa msimbo wa programu unaoambia mashine:
■ Viwango sahihi vya RPM na viwango vya mipasho ni vipi?
■ Wakati na wapi pa kuhamisha kifaa na/au kipande cha kazi
■ Jinsi ya kukata kwa kina
■ Wakati wa kutumia kipoezaji
■ Mambo mengine yoyote yanayohusiana na kasi, kiwango cha mlisho, na uratibu
Kidhibiti cha CNC kisha hutumia msimbo wa programu kudhibiti, kuendesha kiotomatiki, na kufuatilia mienendo ya mashine.
Leo, CNC ni kipengele kilichojengewa ndani cha vifaa mbalimbali, kuanzia lathes, mill, na ruta hadi waya EDM (umeme wa kutokwa), leza, na mashine za kukata plasma. Mbali na kuendesha kiotomatiki mchakato wa uchakataji na kuongeza usahihi, CNC huondoa kazi za mikono na huwapa uhuru mafundi kusimamia mashine nyingi zinazofanya kazi kwa wakati mmoja.
Zaidi ya hayo, mara tu njia ya zana ikishabuniwa na mashine imepangwa, inaweza kuendesha sehemu mara yoyote. Hii hutoa kiwango cha juu cha usahihi na kurudiwa, ambacho hufanya mchakato huo kuwa wa gharama nafuu na unaoweza kupanuliwa.
Vifaa vilivyotengenezwa kwa mashine
Baadhi ya metali ambazo kwa kawaida hutengenezwa kwa mashine ni pamoja na alumini, shaba, shaba, shaba, chuma, titani, na zinki. Zaidi ya hayo, mbao, povu, fiberglass, na plastiki kama vile polipropilini pia zinaweza kutengenezwa kwa mashine.
Kwa kweli, karibu nyenzo yoyote inaweza kutumika kwa usahihi wa usindikaji wa CNC — bila shaka, kulingana na matumizi na mahitaji yake.
Baadhi ya faida za usahihi wa usindikaji wa CNC
Kwa sehemu na vipengele vingi vidogo vinavyotumika katika bidhaa mbalimbali zilizotengenezwa, usahihi wa uchakataji wa CNC mara nyingi ndiyo njia bora ya utengenezaji.
Kama ilivyo kwa karibu mbinu zote za kukata na kutengeneza, vifaa tofauti hufanya kazi tofauti, na ukubwa na umbo la sehemu pia vina athari kubwa kwenye mchakato. Hata hivyo, kwa ujumla mchakato wa utengenezaji wa usahihi wa CNC hutoa faida zaidi ya mbinu zingine za kutengeneza.
Hiyo ni kwa sababu usindikaji wa CNC una uwezo wa kutoa:
■ Kiwango cha juu cha ugumu wa sehemu
■ Uvumilivu mgumu, kwa kawaida huanzia ±0.0002" (±0.00508 mm) hadi ±0.0005" (±0.0127 mm)
■ Umaliziaji laini wa uso, ikiwa ni pamoja na umaliziaji maalum
■ Kurudia, hata kwa wingi
Ingawa fundi stadi anaweza kutumia lathe ya mkono kutengeneza sehemu bora kwa kiasi cha 10 au 100, nini kinatokea unapohitaji sehemu 1,000, sehemu 10,000, sehemu 100,000 au milioni?
Kwa usahihi wa usindikaji wa CNC, unaweza kupata uwezo wa kupanuka na kasi inayohitajika kwa aina hii ya uzalishaji wa ujazo mkubwa. Zaidi ya hayo, uwezo wa kurudia wa usahihi wa usindikaji wa CNC hukupa sehemu ambazo ni sawa kuanzia mwanzo hadi mwisho, bila kujali ni sehemu ngapi unazozalisha.
Kuna baadhi ya mbinu maalum sana za uchakataji wa CNC, ikiwa ni pamoja na waya EDM (uchakataji wa kutokwa kwa umeme), uchakataji wa nyongeza, na uchapishaji wa leza wa 3D. Kwa mfano, waya EDM hutumia vifaa vya upitishaji - kwa kawaida metali -- na uchakataji wa umeme ili kumomonyoa kipande cha kazi kuwa maumbo tata.
Hata hivyo, hapa tutazingatia michakato ya kusaga na kugeuza — mbinu mbili za kutoa ambazo zinapatikana sana na hutumika mara kwa mara kwa ajili ya usindikaji sahihi wa CNC.
Kusaga dhidi ya kugeuza
Kusaga ni mchakato wa uchakataji unaotumia kifaa cha kukata cha mviringo kinachozunguka ili kuondoa nyenzo na kuunda maumbo. Vifaa vya kusaga, vinavyojulikana kama kinu au kituo cha uchakataji, hutimiza ulimwengu wa jiometri changamano za sehemu kwenye baadhi ya vitu vikubwa zaidi vilivyotengenezwa kwa chuma.
Sifa muhimu ya kusaga ni kwamba kipini cha kazi hubaki kimesimama huku kifaa cha kukatia kikizunguka. Kwa maneno mengine, kwenye kinu, kifaa cha kukatia kinachozunguka huzunguka kipini cha kazi, ambacho hubaki kimewekwa mahali pake kwenye kitanda.
Kugeuza ni mchakato wa kukata au kuunda kipande cha kazi kwenye vifaa vinavyoitwa lathe. Kwa kawaida, lathe huzungusha kipande cha kazi kwenye mhimili wima au mlalo huku kifaa cha kukata kisichobadilika (ambacho kinaweza kuwa kinazunguka au kisizunguke) kikisogea kando ya mhimili uliopangwa.
Kifaa hakiwezi kuzunguka sehemu hiyo kimwili. Nyenzo huzunguka, na kuruhusu kifaa kufanya shughuli zilizopangwa. (Kuna sehemu ndogo ya lathe ambapo vifaa huzunguka waya unaotumia spool, hata hivyo, ambao haujafunikwa hapa.)
Kwa kugeuza, tofauti na kusaga, kipini cha kazi huzunguka. Sehemu ya hisa hugeuka kwenye spindle ya lathe na kifaa cha kukata huletwa kwenye kipini cha kazi.
Uchakataji wa mikono dhidi ya CNC
Ingawa vinu na lathe zote zinapatikana katika mifumo ya mikono, mashine za CNC zinafaa zaidi kwa madhumuni ya utengenezaji wa sehemu ndogo — zinazotoa uwezo wa kupanuka na kurudiwa kwa matumizi yanayohitaji uzalishaji wa kiasi kikubwa cha sehemu zenye uvumilivu mdogo.
Mbali na kutoa mashine rahisi za mhimili 2 ambapo chombo husogea kwenye shoka za X na Z, vifaa vya usahihi vya CNC vinajumuisha modeli za mhimili mingi ambapo kipande cha kazi kinaweza pia kusogea. Hii ni tofauti na lathe ambapo kipande cha kazi kimepunguzwa kwa kusogea na zana zitasogea ili kuunda jiometri inayotakiwa.
Mipangilio hii ya mhimili mingi huruhusu uzalishaji wa jiometri changamano zaidi katika operesheni moja, bila kuhitaji kazi ya ziada na opereta wa mashine. Hii sio tu kwamba hurahisisha utengenezaji wa sehemu changamano, lakini pia hupunguza au kuondoa uwezekano wa hitilafu ya opereta.
Zaidi ya hayo, matumizi ya kipozezi cha shinikizo la juu chenye uchakataji sahihi wa CNC huhakikisha kwamba chipsi haziingii kazini, hata wakati wa kutumia mashine yenye spindle inayoelekezwa wima.
Vinu vya CNC
Mashine tofauti za kusaga hutofautiana katika ukubwa wao, usanidi wa mhimili, viwango vya malisho, kasi ya kukata, mwelekeo wa malisho ya kusaga, na sifa zingine.
Hata hivyo, kwa ujumla, vinu vya CNC vyote hutumia spindle inayozunguka kukata nyenzo zisizohitajika. Hutumika kukata metali ngumu kama vile chuma na titani lakini pia zinaweza kutumika na vifaa kama vile plastiki na alumini.
Vinu vya CNC vimejengwa kwa ajili ya kurudia na vinaweza kutumika kwa kila kitu kuanzia uundaji wa prototype hadi uzalishaji wa ujazo mkubwa. Vinu vya CNC vya usahihi wa hali ya juu mara nyingi hutumiwa kwa kazi ngumu ya uvumilivu kama vile kusaga vipande vidogo na ukungu.
Ingawa usagaji wa CNC unaweza kutoa mabadiliko ya haraka, umaliziaji wa kusaga huunda sehemu zenye alama za zana zinazoonekana. Inaweza pia kutoa sehemu zenye kingo na vizuizi vikali, kwa hivyo michakato ya ziada inaweza kuhitajika ikiwa kingo na vizuizi havikubaliki kwa vipengele hivyo.
Bila shaka, zana za kuondoa michirizi zilizopangwa katika mfuatano zitaondoa michirizi, ingawa kwa kawaida hufikia 90% ya mahitaji yaliyokamilika, na kuacha baadhi ya vipengele vya kumaliza kwa mkono.
Kuhusu umaliziaji wa uso, kuna vifaa ambavyo havitatoa tu umaliziaji unaokubalika wa uso, lakini pia umaliziaji kama kioo kwenye sehemu za bidhaa ya kazi.
Aina za vinu vya CNC
Aina mbili za msingi za mashine za kusaga zinajulikana kama vituo vya usindikaji wima na vituo vya usindikaji mlalo, ambapo tofauti kuu iko katika mwelekeo wa spindle ya mashine.
Kituo cha usindikaji wima ni kinu ambapo mhimili wa spindle umepangwa katika mwelekeo wa mhimili wa Z. Mashine hizi wima zinaweza kugawanywa zaidi katika aina mbili:
■Vinu vya kusaga, ambapo spindle husogea sambamba na mhimili wake huku meza ikisogea sambamba na mhimili wa spindle.
■Vinu vya turret, ambapo spindle haibadiliki na meza husogezwa ili iwe daima imesimama na sambamba na mhimili wa spindle wakati wa operesheni ya kukata.
Katika kituo cha uchakataji mlalo, mhimili wa spindle wa kinu umepangwa katika mwelekeo wa mhimili wa Y. Muundo mlalo unamaanisha kuwa vinu hivi huwa vinachukua nafasi zaidi kwenye sakafu ya duka la mashine; pia kwa ujumla vina uzito mkubwa na vina nguvu zaidi kuliko mashine za wima.
Kinu cha mlalo mara nyingi hutumika wakati umaliziaji bora wa uso unahitajika; hiyo ni kwa sababu mwelekeo wa spindle unamaanisha kuwa vipande vya kukata huanguka kiasili na huondolewa kwa urahisi. (Kama faida ya ziada, kuondoa vipande kwa ufanisi husaidia kuongeza muda wa matumizi ya kifaa.)
Kwa ujumla, vituo vya usindikaji wima vimeenea zaidi kwa sababu vinaweza kuwa na nguvu kama vituo vya usindikaji mlalo na vinaweza kushughulikia sehemu ndogo sana. Zaidi ya hayo, vituo vya usindikaji wima vina alama ndogo kuliko vituo vya usindikaji mlalo.
Vinu vya CNC vyenye mhimili mingi
Vituo vya kinu vya CNC vya usahihi vinapatikana vyenye shoka nyingi. Kinu cha mhimili 3 hutumia shoka za X, Y, na Z kwa kazi mbalimbali. Kwa kinu cha mhimili 4, mashine inaweza kuzunguka kwenye mhimili wima na mlalo na kusogeza sehemu ya kazi ili kuruhusu usindikaji unaoendelea zaidi.
Kinu cha mhimili 5 kina shoka tatu za kitamaduni na shoka mbili za ziada zinazozunguka, kuwezesha kipande cha kazi kuzungushwa huku kichwa cha spindle kikizunguka. Hii inaruhusu pande tano za kipande cha kazi kutengenezwa bila kuondoa kipande cha kazi na kuweka upya mashine.
Mashine za kusaga za CNC
Lathe — ambayo pia huitwa kituo cha kugeuza — ina spindle moja au zaidi, na shoka za X na Z. Mashine hutumika kuzungusha kipande cha kazi kwenye mhimili wake ili kufanya shughuli mbalimbali za kukata na kuunda, kwa kutumia zana mbalimbali kwenye kipande cha kazi.
Lathe za CNC, ambazo pia huitwa lathe za zana za vitendo vya moja kwa moja, zinafaa kwa kuunda sehemu zenye ulinganifu za silinda au duara. Kama vile viwanda vya CNC, lathe za CNC zinaweza kushughulikia shughuli ndogo kama hizo za prototaipu lakini pia zinaweza kuwekwa kwa ajili ya kurudiwa mara nyingi, kusaidia uzalishaji wa kiasi kikubwa.
Lathe za CNC pia zinaweza kuwekwa kwa ajili ya uzalishaji usiotumia mikono, jambo linalozifanya zitumike sana katika tasnia ya magari, vifaa vya elektroniki, anga za juu, roboti, na vifaa vya matibabu.
Jinsi lathe ya CNC inavyofanya kazi
Kwa kutumia lathe ya CNC, kipande tupu cha nyenzo za hisa hupakiwa kwenye kipande cha spindle ya lathe. Chuck hii hushikilia kipande cha kazi mahali pake huku spindle ikizunguka. Spindle inapofikia kasi inayohitajika, kifaa cha kukata kisichobadilika huletwa kwenye sehemu ya kazi ili kuondoa nyenzo na kufikia jiometri sahihi.
Lathe ya CNC inaweza kufanya shughuli kadhaa, kama vile kuchimba visima, kuzungusha nyuzi, kuboa, kugeuza kwa kutumia waya, kukabili, na kugeuza kwa kutumia waya. Shughuli tofauti zinahitaji mabadiliko ya zana na zinaweza kuongeza gharama na muda wa usanidi.
Wakati shughuli zote zinazohitajika za uchakataji zinapokamilika, sehemu hukatwa kutoka kwenye hisa kwa ajili ya usindikaji zaidi, ikiwa inahitajika. Kisha lathe ya CNC iko tayari kurudia operesheni, ikiwa na muda mdogo au hakuna wa ziada wa usanidi ambao kwa kawaida huhitajika kati ya hizo.
Lathe za CNC pia zinaweza kubeba aina mbalimbali za vilishaji vya baa otomatiki, ambavyo hupunguza kiwango cha utunzaji wa malighafi kwa mikono na kutoa faida kama vile zifuatazo:
■ Punguza muda na juhudi zinazohitajika na mwendeshaji wa mashine
■ Saidia barstock kupunguza mitetemo ambayo inaweza kuathiri vibaya usahihi
■ Ruhusu kifaa cha mashine kufanya kazi kwa kasi bora ya spindle
■ Punguza nyakati za mabadiliko
■ Punguza upotevu wa nyenzo
Aina za lathe za CNC
Kuna aina kadhaa tofauti za lathe, lakini zinazojulikana zaidi ni lathe za CNC zenye mhimili 2 na lathe za kiotomatiki za mtindo wa China.
Lathe nyingi za CNC China hutumia spindle kuu moja au mbili pamoja na spindle moja au mbili za nyuma (au za sekondari), huku uhamisho wa mzunguko ukiwajibika kwa ile ya kwanza. Spindle kuu hufanya operesheni ya msingi ya usindikaji, kwa msaada wa bushing ya mwongozo.
Zaidi ya hayo, baadhi ya lathe za mtindo wa China huja na kichwa cha pili cha zana kinachofanya kazi kama kinu cha CNC.
Kwa kutumia lathe ya kiotomatiki ya mtindo wa CNC China, nyenzo ya hisa hulishwa kupitia spindle ya kichwa kinachoteleza hadi kwenye bushing ya mwongozo. Hii inaruhusu kifaa kukata nyenzo karibu na mahali ambapo nyenzo hiyo inaungwa mkono, na kuifanya mashine ya China kuwa na manufaa hasa kwa sehemu ndefu na nyembamba zilizogeuzwa na kwa ajili ya kutengeneza kwa kutumia mashine ndogo.
Vituo vya kugeuza CNC vyenye mhimili mingi na lathe za mtindo wa China vinaweza kukamilisha shughuli nyingi za uchakataji kwa kutumia mashine moja. Hii inazifanya kuwa chaguo la gharama nafuu kwa jiometri tata ambazo vinginevyo zingehitaji mashine nyingi au mabadiliko ya zana kwa kutumia vifaa kama vile kinu cha kawaida cha CNC.