Što je strojna obrada?

Strojna obrada je pojam vezan uz proizvodnju koji obuhvaća širok raspon tehnologija i tehnika. Može se grubo definirati kao postupak uklanjanja materijala s obratka pomoću alatnih strojeva za oblikovanje u predviđeni dizajn.

Strojna obrada je postupak proizvodnje i izrade prototipa, koji stvara željeni oblik uklanjanjem neželjenog materijala s većeg komada materijala. Budući da se dio stvara uklanjanjem materijala, ovaj je postupak poznat i kao supstraktivna proizvodnja.

Koji materijali se koriste pri strojnoj obradi?

Strojna obrada podržava razne materijale. Najčešće se izvodi na metalnim obratcima, uključujući željezo, čelik, aluminij, broncu i bakar. Uz to se mogu obrađivati i obradci od nemetalnih materijala, uključujući drvo, keramiku, plastiku i kompozite.

Općenito govoreći, obratci izrađeni od tvrđih materijala zahtijevali su veći rad na stroju. Na primjer, čelični obradak može zahtijevati oštriji alat za rezanje, kao i veću silu od drvenog obratka.

Povijest i terminologija

Precizno značenje izraza strojna obrada evoluiralo je tijekom proteklog stoljeća kako je tehnologija napredovala.

U 18. stoljeću riječ strojar jednostavno je značila osobu koja je gradila ili popravljala strojeve. Posao ove osobe obavljao se uglavnom ručno, koristeći postupke kao što su rezbarenje drva te ručno kovanje i ručno brušenje metala. U to bi vrijeme mlinovi i graditelji novih vrsta motora, poput Jamesa Watta ili Johna Wilkinsona, odgovarali definiciji. Imenica alatni stroj i glagol obrađivati još nisu postojali.

Otprilike sredinom 20. stoljeća, potonje su riječi nastale kad su koncepti koje su opisali evoluirali u široko postojanje. Stoga se tijekom strojnog doba obrada odnosila na (tradicionalne) postupke obrade, poput tokarenja, bušenja, glodanja, provlačenja, piljenja, oblikovanja, blanjanja, razvrtavanja i slično. U tim "tradicionalnim" ili "konvencionalnim" postupcima obrade, alatni strojevi, poput tokarilica, glodalica, bušilica ili drugih, koriste se s oštrim reznim alatom za uklanjanje materijala radi postizanja željene geometrije.

Od pojave novih tehnologija u doba nakon Drugog svjetskog rata, kao što su obrada električnim pražnjenjem, elektrokemijska obrada, obrada elektronskim snopom, fotokemijska obrada i ultrazvučna obrada, retronim "konvencionalna obrada" može se koristiti za razlikovanje tih klasičnih tehnologija od one novije. U trenutnoj upotrebi izraz "strojna obrada" bez kvalifikacije obično podrazumijeva tradicionalne postupke obrade.

U desetljećima 2000-ih i 2010-ih, kako je aditivna proizvodnja (AM) evoluirala izvan svojih ranijih laboratorijskih i brzih prototipskih konteksta i počela postajati uobičajena u svim fazama proizvodnje, pojam substraktivna proizvodnja postao je zajednički retronimno u logičnom kontrastu s AM, pokrivajući u osnovi bilo koji postupak uklanjanja koji je prethodno obuhvaćen pojmom strojna obrada. Ta su dva pojma u stvari sinonimi, iako se dugotrajna upotreba izraza storjna obrada nastavlja.

 Vrste strojne obrade

Razne tehnike obrade postoje desetljećima, ali većina se svrstava u tri osnovna postupka, a svaki zahtijeva određeni alat. To su:

  • Tokarenje- tokarenje ili lamiranje uključuje rotiranje obratka na stroju, dok alat za rezanje s jednim rubom ostaje miran. Alat za rezanje polako se pomiče paralelno s rotacijskom osi obratka, uklanjajući materijal u hodu.
  • Bušenje - bušenje rezultira stvaranjem okrugle rupe zakretanjem cilindričnog alata paralelno s osi rotacije obratka. Stvorena je rupa promjera jednakog alatu koji je korišten.
  • Glodanje - glodanje je postupak uklanjanja materijala, pomoću rotacijskih rezača, s obratka u gibanju okomitom na rotacijsku os reznog alata. Ovo je jedan od najčešćih oblika obrade koji se danas koristi.

Postoje i razni obradni postupci koji ne spadaju u jednu od tri gore spomenute kategorije obradnih postupaka. Na primjer, brušenje je postupak obrade koji se oslanja na klizni kontakt kako bi se deformirala površina obratka. Poliranje se obično koristi na plastičnim obratcima kako bi se dobila glatka površina. Razni postupci obrade poput brušenja jedinstveni su jer uglavnom ne proizvode strugotinu. Tokarenje, glodanje i bušenje proizvode iverje kao nusproizvod. Razni postupci obrade, međutim, ne proizvode iver ili strugotinu.

Alatni strojevi

Alatni stroj je stroj za rukovanje ili obradu metala ili drugih krutih materijala, obično rezanjem, bušenjem, brušenjem ili drugim oblicima deformacija. Strojni alati koriste neku vrstu alata koji vrši rezanje ili oblikovanje. Svi alatni strojevi imaju neka sredstva za ograničavanje obratka i omogućuju vođeno kretanje dijelova stroja.

Tako se relativnim kretanjem između obratka i alata za rezanje (koji se naziva staza alata) stroj kontrolira ili ograničava barem u određenoj mjeri, umjesto da bude u potpunosti "neovisno" ili "slobodno".

Oblikovanje se vrši na četiri opća načina: (1) rezanjem viška materijala u obliku iverja iz dijela; (2) striženjem materijala; (3) cijeđenjem metalnih dijelova do željenog oblika; i (4) primjenom električne energije, ultrazvuka ili korozivnih kemikalija na materijal. Četvrta kategorija obuhvaća suvremene alatne strojeve i postupke za obradu ultratvrdih metala koji se ne mogu obraditi starijim metodama.

Alatni strojevi koji oblikuju dijelove uklanjanjem metalnih strugotina s obratka uključuju tokarilice, blanjalice, bušilice, glodalice, brusilice i električne pile. Hladno oblikovanje metalnih dijelova, kao što su posuđe za kuhanje, karoserije i slični predmeti, vrši se na prešama, dok se vruće oblikovanje užarenih praznih oblika u matrice odgovarajućeg oblika vrši na kovačkim prešama.

Suvremeni alatni strojevi režu ili oblikuju dijelove na tolerancije od plus ili minus jedne desettisućinke inča (0,0025 milimetra). U posebnim primjenama precizni strojevi za rezanje mogu proizvesti dijelove koji se nalaze na plus ili minus dvije milionite dionice inča (0,00005 milimetra). Zbog preciznih dimenzijskih zahtjeva dijelova i velikih sila rezanja na alat za rezanje, alatni strojevi kombiniraju težinu i krutost s osjetljivom točnošću.
Vrste alatnih strojeva:

Postoji mnogo vrsta alatnih strojeva, a mogu se koristiti sami ili zajedno s drugim alatima u različitim fazama proizvodnog procesa kako bi se postigla predviđena geometrija dijela. Glavne kategorije alatnih strojeva su:

  • Alati za bušenje: Tipično se koriste kao završna oprema za povećanje rupa prethodno izrezanih u materijalu.
  • Alati za rezanje: Uređaji poput pile i škara tipični su primjeri oruđa za rezanje. Često se koriste za rezanje materijala unaprijed zadanih dimenzija, poput lima, u željeni oblik.
  • Alati za bušenje: Ova se kategorija sastoji od rotacijskih uređaja s dvije oštrice koji stvaraju okrugle rupe paralelne osi rotacije.
  • Alati za brušenje: Ovi instrumenti primjenjuju rotacijski kotač kako bi postigli finu završnu obradu ili radili lagane rezove na izratku.ž
  • Alati za glodanje: Alat za glodanje koristi rotirajuću površinu za rezanje s nekoliko oštrica za stvaranje kružnih rupa ili izrezivanje jedinstvenih dizajna od materijala.
  • Alati za tokarenje: Ovi alati rotiraju obradak oko svoje osi dok ga alat za rezanje oblikuje u oblik. Tokarski strojevi su najčešći tip opreme za struganje.


Međutim, novi razvoj u postupcima obrade predstavlja uvođenje CNC obrade. Računalno numeričko upravljanje, CNC, dodavanje je računala obradnim postupcima, pa umjesto da se oslanja na ljudske sposobnosti, CNC obrada omogućuje različite alate za rezanje, brušenje, bušenje itd. Kojima upravlja računalo s preciznim dizajnom. Napredne tehnike obrade također uključuju obradu električnim pražnjenjem (EDM), elektrokemijsku obradu (ECM), lasersko rezanje ili rezanje vodenim mlazom za oblikovanje metalnih obradaka.

CNC strojna obrada

CNC obrada je proizvodni postupak u kojem unaprijed programirani računalni softver diktira kretanje tvorničkih alata i strojeva. Proces se može koristiti za upravljanje nizom složenih strojeva, od brusilica i tokarilica do mlinova i usmjerivača. Uz CNC obradu, trodimenzionalni zadaci rezanja mogu se ostvariti u jednom skupu upita.

Kratko od "računalno numeričko upravljanje" (eng: computer numerical control), CNC postupak radi suprotno - i time zamjenjuje - ograničenja ručnog upravljanja, gdje su operateri potrebni za upućivanje i usmjeravanje naredbi obradnih alata putem ručica, gumba i kotača. Za promatrače, CNC sustav može nalikovati redovnom skupu računalnih komponenata, ali softverski programi i konzole u CNC obradi razlikuju ga od svih ostalih oblika izračunavanja.

CNC programiranje

U CNC obradi se strojevima upravlja numeričkim upravljanjem, pri čemu je softverski program namijenjen za upravljanje objektom. Jezik iza CNC obrade naizmjenično se naziva G-kod, a on je napisan za kontrolu različitih ponašanja odgovarajućeg stroja, poput njegove brzine, brzine unosa i koordinacije.

U osnovi, CNC obrada omogućuje unaprijed programiranje brzine i položaje funkcija alatnih strojeva i njihovo pokretanje putem softvera u ponavljajućim, predvidljivim ciklusima, a sve uz malo sudjelovanje ljudskih operatera. Zahvaljujući tim mogućnostima, postupak je usvojen u svim krajevima proizvodnog sektora, a posebno je važan u područjima proizvodnje metala i plastike.

Za početak je zamišljen 2D ili 3D CAD crtež, koji se zatim prevodi u računalni kod za izvršenje CNC sustava. Nakon unosa programa, operater ga probno pokreće kako bi osigurao da u kodiranju nema pogrešaka.

Vrste alata za obradu

Alat za rezanje ili rezač je alat u obliku klina koji komprimira materijal obratka tijekom obrade kako bi postepeno uklanjao višak materijala šišanjem te kako bi se dobio željeni oblik, veličina i točnost.

Geometrija, orijentacija i materijal tri su važna čimbenika koji utječu na performanse reznog alata u uklanjanju materijala. Svaki uobičajeni postupak obrade koristi fizički alat za rezanje. Iako se osnovni oblik i značajka takvog reznog alata uvelike razlikuju ovisno o tipu zahvata koji je namijenjen izvođenju, svaki rezni alat obvezno posjeduje klinasti dio s oštrim reznim rubom, koji može pomoći u smicanju i na taj način glatko i učinkovito rezati materijal.

Određeni alat za rezanje može sadržavati jedan ili više glavnih reznih rubova, te se prema tome može svrstati u tri kategorije - alati za rezanje s jednom točkom, dvostrukom točkom i više točaka. Kao što i samo ime govori, alat za rezanje s jednom točkom sadrži samo jedan glavni rezni rub, alat za rezanje s dvije točke sadrži dva rezna ruba, dok alat za rezanje s više točaka sadrži više od dva glavna ruba za rezanje. Broj reznih rubova prisutnih u određenom rezaču igra vitalnu ulogu u nekoliko aspekata, uključujući opterećenje iverja, brzinu uklanjanja materijala, silu rezanja, troškove itd.

Sličnosti između alata za rezanje s jednom točkom i više točaka

I jednokraki i višestruki rezači slijede isti princip uklanjanja materijala (tj. komprimiranje tankog sloja materijala obratka kako bi se postupno odsjekao u obliku iverja).

Oboje se lako koriste u uobičajenim strojnim postupcima; međutim, određeni postupak obrade koristi određenu vrstu rezača.

Obje vrste rezača obavezno sadrže oštar rezni rub; međutim, broj reznih rubova je različit. Zapravo je ovo primarni cilj klasifikacije rezača kao jednostrukih i višestrukih.

Geometrija i materijal utječu na čimbenike obje vrste rezača.

Razlike između alata za rezanje s jednom točkom i više točaka

Alati za rezanje s više točaka sadrže više od jednog (čak i do stotine) reznih rubova u tijelu rezača.

Kod alata s jednom točkom, jedna oštrica neprekidno ostaje u kontaktu s izratkom, tako je brzina stvaranja topline i posljedičnog porasta temperature alata velika, dok je kod alata s više točaka niska.

Obično se primjenjuju niska stopa dodavanja i dubina reza kada se obrada vrši pomoću jednokrakih alata za rezanje. Sukladno tome, stopa uklanjanja materijala (MRR) i produktivnost su niske. Veća brzina dodavanja može se primijeniti kada se obrada vrši pomoću višestrukog reznog alata. To povećava MRR i produktivnost. Sukladno tome, postupak strojne obrade postaje ekonomičniji.

Primjeri rezača s jednom točkom:

  • Alat za okretanje
  • Alat za oblikovanje
  • Alat za blanjanje
  • Alat za urezivanje
  • Alat za bušenje

Primjeri rezača s više točaka:

  • Glodala
  • Brusne ploče
  • Razvrtač
  • Alat za narezivanje

Zaključak

Strojna obrada jedan je od sekundarnih proizvodnih procesa kojim se višak materijala uklanja smicanjem iz prethodno oblikovane sirovine u obliku strugotina pomoću klinastog reznog alata kako bi se dobio željeni oblik, obrada i tolerancija.

Strojna obrada je također poznata i kao operacija rezanja metala; međutim, mogu se rezati i materijali koji nisu metali, kao što su plastika, drvo, keramika itd. U osnovi je metal jedna vrsta čvrstog materijala, druge dvije su polimer i keramika.

Cilj strojne obrade je ukloniti samo višak materijala. Očito je da ne treba rezati materijal kad se postigne željeni oblik. Stoga se obrada naziva i subtraktivni proizvodni proces. Suprotno tome, brzo izrađivanje prototipa jedna je vrsta postupka aditivne proizvodnje.

Postoji nekoliko vrsta strojne obrade, a tri najosnovnija postupka su: glodanje, tokarenje i brušenje.

U suvremenoj proizvodnji, obrada se najčešće vrši pomoću CNC stroja, što je skraćenica od Computer Numeric Control. U osnovi, stroj koristi računalni softver za izradu CAD dizajnerskih modela i mapiranje putova alata, pretvarajući dizajn u 3D obrađene dijelove.

Zaključno, strojna obrada je najsvestranija i najtočnija od svih proizvodnih procesa u svojoj sposobnosti proizvodnje raznolikih geometrija dijelova i geometrijskih obilježja.

Klara Markotić
Content Creator at MachineDesk with a particular interest in marketing and social media.
marketing@machine-desk.com