Pemesinan Presisi adalah proses untuk menghilangkan material dari benda kerja selama memegang penyelesaian toleransi yang dekat. Mesin presisi memiliki banyak jenis, termasuk penggilingan, pembubutan dan pemesinan pelepasan listrik. Sebuah mesin presisi saat ini umumnya dikendalikan menggunakan Computer Numerical Controls (CNC).
Hampir semua produk logam menggunakan pemesinan presisi, seperti halnya banyak bahan lain seperti plastik dan kayu. Mesin-mesin ini dioperasikan oleh ahli mesin khusus dan terlatih. Agar alat pemotong melakukan tugasnya, ia harus dipindahkan ke arah yang ditentukan untuk membuat pemotongan yang benar. Gerakan utama ini disebut "kecepatan potong". Benda kerja juga dapat dipindahkan, yang dikenal sebagai gerakan sekunder "umpan". Bersama-sama, gerakan ini dan ketajaman alat pemotong memungkinkan mesin presisi untuk beroperasi.
Pemesinan presisi berkualitas membutuhkan kemampuan untuk mengikuti cetak biru yang sangat spesifik yang dibuat oleh program CAD (computer aided design) atau CAM (computer aided manufacturing) seperti AutoCAD dan TurboCAD. Perangkat lunak ini dapat membantu menghasilkan diagram atau garis besar 3 dimensi yang kompleks yang diperlukan untuk membuat alat, mesin, atau objek. Cetak biru ini harus dipatuhi dengan sangat rinci untuk memastikan bahwa suatu produk mempertahankan integritasnya. Sementara sebagian besar perusahaan pemesinan presisi bekerja dengan beberapa bentuk program CAD/CAM, mereka masih sering bekerja dengan sketsa yang digambar tangan pada fase awal desain.
Mesin presisi digunakan pada sejumlah bahan termasuk baja, perunggu, grafit, kaca dan plastik untuk beberapa nama. Tergantung pada ukuran proyek dan bahan yang akan digunakan, berbagai alat pemesinan presisi akan digunakan. Setiap kombinasi mesin bubut, mesin penggilingan, mesin bor, gergaji dan gerinda, dan bahkan robotika berkecepatan tinggi dapat digunakan. Industri kedirgantaraan mungkin menggunakan pemesinan berkecepatan tinggi, sementara industri pembuatan perkakas kayu mungkin menggunakan proses etsa dan penggilingan foto-kimia. Berputar keluar dari lari, atau jumlah tertentu dari item tertentu, dapat berjumlah ribuan, atau hanya beberapa. Pemesinan presisi sering membutuhkan pemrograman perangkat CNC yang berarti mereka dikendalikan secara numerik oleh komputer. Perangkat CNC memungkinkan dimensi yang tepat untuk diikuti sepanjang menjalankan produk.
Penggilingan adalah proses pemesinan menggunakan pemotong putar untuk menghilangkan material dari benda kerja dengan memajukan (atau mengumpankan) pemotong ke dalam benda kerja pada arah tertentu. Pemotong juga dapat dipegang pada sudut relatif terhadap sumbu pahat. Penggilingan mencakup berbagai macam operasi dan mesin yang berbeda, pada skala mulai dari suku cadang individu kecil hingga operasi penggilingan geng tugas berat yang besar. Ini adalah salah satu proses yang paling umum digunakan untuk pemesinan suku cadang kustom dengan toleransi yang tepat.
Penggilingan dapat dilakukan dengan berbagai macam peralatan mesin. Kelas asli peralatan mesin untuk penggilingan adalah mesin penggilingan (sering disebut penggilingan). Setelah munculnya kontrol numerik komputer (CNC), mesin penggilingan berkembang menjadi pusat permesinan: mesin penggilingan ditambah dengan pengubah alat otomatis, majalah alat atau korsel, kemampuan CNC, sistem pendingin, dan penutup. Pusat penggilingan umumnya diklasifikasikan sebagai pusat pemesinan vertikal (VMC) atau pusat pemesinan horizontal (HMC).
Integrasi penggilingan ke dalam lingkungan pembubutan, dan sebaliknya, dimulai dengan perkakas hidup untuk mesin bubut dan penggunaan gilingan sesekali untuk operasi pembubutan. Hal ini menyebabkan kelas baru peralatan mesin, mesin multitasking (MTM), yang dibuat khusus untuk memfasilitasi penggilingan dan pembubutan dalam lingkup kerja yang sama.
Untuk insinyur desain, tim R&D, dan produsen yang bergantung pada sumber suku cadang, pemesinan CNC presisi memungkinkan pembuatan suku cadang kompleks tanpa pemrosesan tambahan. Faktanya, permesinan CNC presisi sering memungkinkan bagian jadi dibuat pada satu mesin.
Proses pemesinan menghilangkan material dan menggunakan berbagai macam alat potong untuk membuat desain bagian akhir, dan seringkali sangat rumit. Tingkat presisi ditingkatkan melalui penggunaan kontrol numerik komputer (CNC), yang digunakan untuk mengotomatisasi kontrol alat permesinan.
Peran "CNC" dalam pemesinan presisi
Menggunakan instruksi pemrograman berkode, pemesinan CNC presisi memungkinkan benda kerja dipotong dan dibentuk sesuai spesifikasi tanpa intervensi manual oleh operator mesin.
Mengambil model desain dibantu komputer (CAD) yang disediakan oleh pelanggan, ahli mesin menggunakan perangkat lunak manufaktur dibantu komputer (CAM) untuk membuat instruksi untuk mesin bagian. Berdasarkan model CAD, perangkat lunak menentukan jalur pahat apa yang diperlukan dan menghasilkan kode pemrograman yang memberi tahu mesin:
Berapa RPM dan kecepatan umpan yang benar
Kapan dan di mana memindahkan pahat dan/atau benda kerja
Seberapa dalam untuk dipotong
Kapan harus menggunakan cairan pendingin
Faktor lain yang terkait dengan kecepatan, laju umpan, dan koordinasi
Pengontrol CNC kemudian menggunakan kode pemrograman untuk mengontrol, mengotomatisasi, dan memantau pergerakan mesin.
Saat ini, CNC adalah fitur bawaan dari berbagai peralatan, mulai dari mesin bubut, penggilingan, dan router hingga kabel EDM (pemesinan pelepasan listrik), laser, dan mesin pemotong plasma. Selain mengotomatisasi proses pemesinan dan meningkatkan presisi, CNC menghilangkan tugas manual dan membebaskan masinis untuk mengawasi beberapa mesin yang berjalan pada saat yang bersamaan.
Selain itu, setelah jalur pahat dirancang dan mesin diprogram, ia dapat menjalankan bagian beberapa kali. Ini memberikan tingkat presisi dan pengulangan yang tinggi, yang pada gilirannya membuat proses ini sangat hemat biaya dan skalabel.
Bahan yang dikerjakan dengan mesin
Beberapa logam yang biasanya dikerjakan dengan mesin termasuk aluminium, kuningan, perunggu, tembaga, baja, titanium, dan seng. Selain itu, kayu, busa, fiberglass, dan plastik seperti polipropilen juga dapat dikerjakan dengan mesin.
Faktanya, hampir semua material dapat digunakan dengan mesin CNC presisi — tentu saja, tergantung pada aplikasi dan persyaratannya.
Beberapa keuntungan dari mesin CNC presisi
Untuk banyak suku cadang dan komponen kecil yang digunakan dalam berbagai produk manufaktur, pemesinan CNC presisi sering kali menjadi metode fabrikasi pilihan.
Seperti halnya hampir semua metode pemotongan dan pemesinan, bahan yang berbeda berperilaku berbeda, dan ukuran serta bentuk komponen juga memiliki dampak besar pada proses. Namun, secara umum proses pemesinan CNC presisi menawarkan keunggulan dibandingkan metode pemesinan lainnya.
Itu karena permesinan CNC mampu menghasilkan:
Tingkat kerumitan bagian yang tinggi
Toleransi yang ketat, biasanya berkisar dari ±0,0002" (±0,00508 mm) hingga ±0,0005" (±0,0127 mm)
Permukaan akhir yang sangat halus, termasuk sentuhan akhir khusus
Pengulangan, bahkan pada volume tinggi
Sementara seorang masinis yang terampil dapat menggunakan mesin bubut manual untuk membuat suku cadang berkualitas dalam jumlah 10 atau 100, apa yang terjadi bila Anda membutuhkan 1.000 suku cadang? 10.000 bagian? 100.000 atau sejuta bagian?
Dengan mesin CNC presisi, Anda bisa mendapatkan skalabilitas dan kecepatan yang dibutuhkan untuk jenis produksi volume tinggi ini. Selain itu, pengulangan yang tinggi dari permesinan CNC presisi memberi Anda suku cadang yang semuanya sama dari awal hingga akhir, tidak peduli berapa banyak suku cadang yang Anda produksi.
Ada beberapa metode pemesinan CNC yang sangat khusus, termasuk EDM kawat (pemesinan pelepasan listrik), pemesinan aditif, dan pencetakan laser 3D. Misalnya, kawat EDM menggunakan bahan konduktif — biasanya logam — dan pelepasan listrik untuk mengikis benda kerja menjadi bentuk yang rumit.
Namun, di sini kita akan fokus pada proses penggilingan dan pembubutan — dua metode subtraktif yang tersedia secara luas dan sering digunakan untuk pemesinan CNC presisi.
Penggilingan vs. memutar
Penggilingan adalah proses pemesinan yang menggunakan alat pemotong silindris yang berputar untuk menghilangkan material dan membuat bentuk. Peralatan penggilingan, yang dikenal sebagai penggilingan atau pusat permesinan, menyelesaikan alam semesta geometri bagian yang kompleks pada beberapa benda logam mesin terbesar.
Karakteristik penting dari penggilingan adalah benda kerja tetap diam saat pahat berputar. Dengan kata lain, di penggilingan, pahat yang berputar bergerak di sekitar benda kerja, yang tetap di tempat di tempat tidur.
Pembubutan adalah proses pemotongan atau pembentukan suatu benda kerja pada peralatan yang disebut mesin bubut. Biasanya, mesin bubut memutar benda kerja pada sumbu vertikal atau horizontal sementara alat pemotong tetap (yang mungkin atau mungkin tidak berputar) bergerak di sepanjang sumbu yang diprogram.
Alat tidak dapat secara fisik mengelilingi bagian tersebut. Bahan berputar, memungkinkan alat untuk melakukan operasi yang diprogram. (Ada subset mesin bubut di mana alat berputar di sekitar kawat spool-fed, namun, itu tidak tercakup di sini.)
Dalam pembubutan, tidak seperti penggilingan, benda kerja berputar. Stok bagian menyalakan spindel mesin bubut dan pahat pemotong bersentuhan dengan benda kerja.
Mesin manual vs. CNC
Meskipun penggilingan dan mesin bubut tersedia dalam model manual, mesin CNC lebih sesuai untuk keperluan manufaktur suku cadang kecil — menawarkan skalabilitas dan pengulangan untuk aplikasi yang membutuhkan produksi suku cadang bertoleransi ketat dalam volume tinggi.
Selain menawarkan mesin 2-sumbu sederhana di mana pahat bergerak dalam sumbu X dan Z, peralatan CNC presisi mencakup model multi-sumbu di mana benda kerja juga dapat bergerak. Ini berbeda dengan mesin bubut di mana benda kerja terbatas pada pemintalan dan pahat akan bergerak untuk menciptakan geometri yang diinginkan.
Konfigurasi multi-sumbu ini memungkinkan produksi geometri yang lebih kompleks dalam satu operasi, tanpa memerlukan pekerjaan tambahan oleh operator alat berat. Hal ini tidak hanya memudahkan untuk memproduksi suku cadang yang kompleks, tetapi juga mengurangi atau menghilangkan kemungkinan kesalahan operator.
Selain itu, penggunaan cairan pendingin bertekanan tinggi dengan pemesinan CNC presisi memastikan chip tidak masuk ke dalam pekerjaan, bahkan saat menggunakan mesin dengan spindel yang berorientasi vertikal.
pabrik CNC
Mesin penggilingan yang berbeda bervariasi dalam ukuran, konfigurasi sumbu, laju umpan, kecepatan potong, arah umpan penggilingan, dan karakteristik lainnya.
Namun, secara umum, semua pabrik CNC menggunakan spindel yang berputar untuk memotong material yang tidak diinginkan. Mereka digunakan untuk memotong logam keras seperti baja dan titanium tetapi juga dapat digunakan dengan bahan seperti plastik dan aluminium.
Pabrik CNC dibuat untuk pengulangan dan dapat digunakan untuk segala hal mulai dari pembuatan prototipe hingga produksi volume tinggi. Pabrik CNC presisi tinggi sering digunakan untuk pekerjaan dengan toleransi ketat seperti penggilingan cetakan halus dan cetakan.
Sementara penggilingan CNC dapat menghasilkan perputaran yang cepat, penyelesaian yang telah digiling menciptakan bagian-bagian dengan tanda pahat yang terlihat. Ini juga dapat menghasilkan bagian dengan beberapa tepi dan gerinda yang tajam, sehingga proses tambahan mungkin diperlukan jika tepi dan gerinda tidak dapat diterima untuk fitur tersebut.
Tentu saja, alat deburring yang diprogram ke dalam urutan akan deburr, meskipun biasanya paling banyak mencapai 90% dari kebutuhan akhir, meninggalkan beberapa fitur untuk penyelesaian akhir dengan tangan.
Sedangkan untuk permukaan akhir, ada alat yang akan menghasilkan tidak hanya permukaan akhir yang dapat diterima, tetapi juga penyelesaian seperti cermin pada bagian-bagian dari produk kerja.
Jenis pabrik CNC
Dua tipe dasar mesin penggilingan dikenal sebagai pusat pemesinan vertikal dan pusat pemesinan horizontal, di mana perbedaan utamanya adalah pada orientasi poros mesin.
Pusat pemesinan vertikal adalah gilingan di mana sumbu spindel disejajarkan dalam arah sumbu Z. Mesin vertikal ini dapat dibagi lagi menjadi dua jenis:
Bed mill, di mana spindel bergerak sejajar dengan sumbunya sendiri sedangkan meja bergerak tegak lurus terhadap sumbu spindel
Turret mills, di mana spindel tidak bergerak dan meja digerakkan sehingga selalu tegak lurus dan sejajar dengan sumbu spindel selama operasi pemotongan
Di pusat pemesinan horizontal, sumbu spindel pabrik disejajarkan dalam arah sumbu Y. Struktur horizontal berarti pabrik ini cenderung mengambil lebih banyak ruang di lantai bengkel mesin; mereka juga umumnya lebih berat dan lebih kuat daripada mesin vertikal.
Sebuah pabrik horizontal sering digunakan ketika permukaan akhir yang lebih baik diperlukan; itu karena orientasi poros berarti chip pemotong secara alami jatuh dan mudah dilepas. (Sebagai manfaat tambahan, pelepasan chip yang efisien membantu meningkatkan masa pakai alat.)
Secara umum, pusat pemesinan vertikal lebih umum karena dapat sekuat pusat pemesinan horizontal dan dapat menangani bagian yang sangat kecil. Selain itu, pusat vertikal memiliki tapak yang lebih kecil daripada pusat pemesinan horizontal.
Pabrik CNC multi-sumbu
Pusat pabrik CNC presisi tersedia dengan beberapa sumbu. Pabrik 3-sumbu menggunakan sumbu X, Y, dan Z untuk berbagai macam pekerjaan. Dengan gilingan 4 sumbu, alat berat dapat berputar pada sumbu vertikal dan horizontal dan memindahkan benda kerja untuk memungkinkan pemesinan yang lebih kontinu.
Penggilingan 5-sumbu memiliki tiga sumbu tradisional dan dua sumbu putar tambahan, memungkinkan benda kerja diputar saat kepala spindel bergerak di sekitarnya. Ini memungkinkan lima sisi benda kerja untuk dikerjakan tanpa melepas benda kerja dan mengatur ulang mesin.
mesin bubut CNC
Mesin bubut — juga disebut pusat pembubutan — memiliki satu atau lebih spindel, dan sumbu X dan Z. Mesin digunakan untuk memutar benda kerja pada porosnya untuk melakukan berbagai operasi pemotongan dan pembentukan, menerapkan berbagai macam pahat ke benda kerja.
Mesin bubut CNC, yang juga disebut mesin bubut perkakas aksi langsung, ideal untuk membuat bagian silinder atau bola yang simetris. Seperti pabrik CNC, mesin bubut CNC dapat menangani operasi yang lebih kecil seperti pembuatan prototipe tetapi juga dapat diatur untuk pengulangan yang tinggi, mendukung produksi volume tinggi.
Mesin bubut CNC juga dapat diatur untuk produksi yang relatif hands-free, yang membuatnya banyak digunakan di industri otomotif, elektronik, dirgantara, robotika, dan peralatan medis.
Cara kerja mesin bubut CNC
Dengan mesin bubut CNC, batang kosong bahan stok dimuat ke dalam chuck spindel mesin bubut. Chuck ini menahan benda kerja di tempatnya saat spindel berputar. Ketika spindel mencapai kecepatan yang diperlukan, alat pemotong stasioner dibawa ke dalam kontak dengan benda kerja untuk menghilangkan material dan mencapai geometri yang benar.
Sebuah mesin bubut CNC dapat melakukan sejumlah operasi, seperti pengeboran, threading, membosankan, reaming, menghadapi, dan lancip. Operasi yang berbeda memerlukan perubahan alat dan dapat meningkatkan biaya dan waktu penyiapan.
Ketika semua operasi pemesinan yang diperlukan selesai, bagian tersebut dipotong dari stok untuk diproses lebih lanjut, jika diperlukan. Mesin bubut CNC kemudian siap untuk mengulangi operasi, dengan sedikit atau tanpa waktu penyetelan tambahan yang biasanya diperlukan di antaranya.
Mesin bubut CNC juga dapat mengakomodasi berbagai pengumpan batang otomatis, yang mengurangi jumlah penanganan bahan baku manual dan memberikan keuntungan seperti berikut:
Kurangi waktu dan tenaga yang dibutuhkan operator mesin
Dukung barstock untuk mengurangi getaran yang dapat memengaruhi presisi secara negatif
Biarkan alat mesin beroperasi pada kecepatan spindel yang optimal
Minimalkan waktu pergantian
Mengurangi limbah material
Jenis mesin bubut CNC
Ada beberapa jenis mesin bubut, tetapi yang paling umum adalah mesin bubut CNC 2 sumbu dan mesin bubut otomatis gaya China.
Sebagian besar mesin bubut CNC China menggunakan satu atau dua spindel utama ditambah satu atau dua spindel belakang (atau sekunder), dengan transfer putar yang bertanggung jawab untuk spindel yang pertama. Spindel utama melakukan operasi pemesinan utama, dengan bantuan bushing pemandu.
Selain itu, beberapa mesin bubut gaya China dilengkapi dengan kepala pahat kedua yang beroperasi sebagai pabrik CNC.
Dengan mesin bubut otomatis gaya Cina CNC, material stok diumpankan melalui poros kepala geser ke bushing pemandu. Hal ini memungkinkan pahat untuk memotong material lebih dekat ke titik di mana material ditopang, membuat mesin China sangat bermanfaat untuk bagian yang panjang dan ramping dan untuk permesinan mikro.
Pusat pembubutan CNC multi-sumbu dan mesin bubut gaya China dapat menyelesaikan beberapa operasi pemesinan menggunakan satu mesin. Ini menjadikannya pilihan hemat biaya untuk geometri kompleks yang membutuhkan banyak mesin atau penggantian alat menggunakan peralatan seperti pabrik CNC tradisional.