मशीन द्वारा संसाधित भागों की सतह की परिष्कृतता मूल रूप से यह वर्णन करती है कि वे कितने चिकने या बनावट वाले हैं, साथ ही उनके सटीक आयाम भी। यह बहुत महत्वपूर्ण है क्योंकि इसका प्रभाव इन भागों के कार्य करने की अच्छाई और खराब होने से पहले उनके जीवनकाल पर पड़ता है। 2024 की मशीन द्वारा संसाधित सतह की गुणवत्ता पर नवीनतम रिपोर्ट में एक चौंकाने वाली बात दिखाई गई है: लगभग दस में से नौ शुरुआती भाग विफलताएँ तब होती हैं जब सतह की खुरदरापन सही नहीं होता। ऐसे उद्योगों में जहाँ सटीकता सब कुछ है, जैसे एयरोस्पेस निर्माण, छोटी माप त्रुटियाँ सब कुछ बदल देती हैं। हम खुरदरापन औसत (Ra) में मात्र 0.4 माइक्रोमीटर जैसे अंतर की बात कर रहे हैं, फिर भी ये सूक्ष्म भिन्नताएँ वास्तव में सील तोड़ सकती हैं या बियरिंग की सतह को पूरी तरह बर्बाद कर सकती हैं। इसलिए सतह की परिष्कृतता को सही करना केवल दिखावे के लिए नहीं है, यह सुरक्षा और प्रदर्शन के लिए पूर्णतः महत्वपूर्ण है।
Ra सतह के शिखर और घाटियों के मध्य रेखा से अंकगणितीय औसत विचलन को मापता है। अधिकांश सीएनसी दुकानें Ra मान 0.8—6.3 µm (31—250 µin) के बीच प्राथमिकता देती हैं, जो लागत और प्रदर्शन के बीच संतुलन बनाता है। मेट्रोलॉजी उपकरणों में हालिया उन्नति से मशीनिंग के दौरान वास्तविक समय में Ra की निगरानी संभव हो गई है, जिससे निरीक्षण के बाद की लागत में 70% तक की कमी आई है (पोनेमन 2023)।
ये मानक उद्योगों में सुसंगतता सुनिश्चित करते हैं, जहाँ कसे हुए सहिष्णुता (Ra < 0.4 µm) आमतौर पर द्वितीयक पॉलिशिंग या ग्राइंडिंग की आवश्यकता होती है।
सीएनसी मशीनिंग से अच्छे परिणाम प्राप्त करना वास्तव में कटिंग गति, उपकरण के सामग्री में प्रवेश करने की गति और प्रत्येक कट की गहराई के बीच सही संतुलन खोजने पर निर्भर करता है। पिछले साल प्रकाशित उद्योग के हालिया निष्कर्षों के अनुसार, फिनिशिंग कार्य के दौरान प्रति चक्र 0.1 मिमी से कम फीड दर को कम करने वाली दुकानों को लगभग 28% बेहतर सतह फिनिश (Ra मान) देखने को मिलती है। लेकिन इन सेटिंग्स के साथ बहुत सावधानी बरतने से वास्तव में उत्पादन समय प्रभावित होता है। उदाहरण के लिए, कट की गहराई में केवल 15% की वृद्धि करने से जितनी सामग्री निकाली जाती है उसमें 40% की छलांग आ सकती है, जबकि एल्यूमीनियम भागों के लिए सतह खुरदरापन 3.2 माइक्रन तक या उससे कम बना रहता है। अधिकांश मशीनिस्ट वर्षों तक वर्कशॉप में प्रयोग और त्रुटि के बाद इस व्यापार-ऑफ को अच्छी तरह जानते हैं।
आधुनिक सीएनसी नियंत्रक वास्तविक समय वाइब्रेशन सेंसर और कटिंग-फोर्स एल्गोरिदम का उपयोग पैरामीटर को स्वचालित रूप से अनुकूलित करने के लिए करते हैं। एडाप्टिव फीड सिस्टम मशीनीकरण के दौरान दरों को समायोजित करते हैं जब टूल डिफ्लेक्शन 5 माइक्रोमीटर से अधिक हो जाता है, बैच रन के दौरान ±0.8 माइक्रोमीटर आरए स्थिरता बनाए रखते हुए। इस दृष्टिकोण से एयरोस्पेस घटकों में पहले प्रयास में 92% उत्पादन दर प्राप्त होती है जबकि मैनुअल परीक्षण में 65% की कमी आती है।
काम को निपुणता से पूरा करने के मामले में, कार्बाइड उपकरण पारंपरिक हाई स्पीड स्टील (HSS) की तुलना में वास्तव में उत्कृष्ट होते हैं। 200 मीटर प्रति मिनट से अधिक की कटिंग गति पर चलने पर इनका जीवनकाल HSS की तुलना में तीन से पाँच गुना अधिक होता है। लेकिन HSS को अभी बाहर न तोड़ें। उन पेचीदा असम्मत कटिंग्स के लिए जहां उपकरण बार-बार रुकता और शुरू होता है, HSS अभी भी अपनी जगह रखता है क्योंकि यह टूटने के प्रति अधिक मजबूत होता है। इसका अर्थ है कि स्टेनलेस स्टील के आवेशों पर काम करते समय किनारे को कम क्षति होती है। 2024 में प्रकाशित कुछ नवीनतम अनुसंधान के अनुसार, टाइटेनियम मिलिंग के दौरान कार्बाइड पर स्विच करने से सतह की खुरदरापन (Ra) में लगभग 15 से 20 प्रतिशत की कमी आती है। लेकिन इसका दाम? प्रति घंटे संचालन खर्च में 18 से 22 डॉलर की वृद्धि होती है। इसलिए जबकि कार्बाइड बेहतर परिणाम देता है, दुकानों को संभावित उत्पादकता लाभों के खिलाफ इन अतिरिक्त लागतों का आकलन करना चाहिए।
चमकदार रेक फलकों के साथ 45 डिग्री हेलिक्स कोण के संयोजन वाले नए उपकरण डिज़ाइन मशीनिंग के दौरान लगभग 30% तक प्रतिरोध कम कर देते हैं। इससे पीईईके बहुलकों के साथ काम करते समय Ra 0.4 माइक्रॉन जितनी चिकनी सतह परिष्करण प्राप्त करना संभव होता है। टूल निर्माता संघ के आंकड़ों के अनुसार, कठोरता HRC 55 वाले इस्पात को काटते समय AlTiN लेपित एंड मिल्स आम अलेपित उपकरणों की तुलना में लगभग 40% बेहतर Ra परिणाम दर्शाते हैं। एक अन्य दिलचस्प विकास सूक्ष्म बनावट वाली फ्लैंक सतहों का है, जो तांबे के मिश्र धातु जैसी चिपचिपी सामग्री के साथ होने वाले प्रकोपित किनारों को कम करने में सहायता करती है। विभिन्न उद्योगों में वर्कशॉप परिचालन में ये सुधार वास्तविक अंतर ला रहे हैं।
जब कटिंग उपकरणों पर फ्लैंक का क्षय 0.2 मिमी से अधिक हो जाता है, तो निकेल मिश्र धातुओं में सतह की खुरदरापन (Ra) मूल मान की तुलना में तीन गुना तक बिगड़ सकता है। आधुनिक इंफ्रारेड निगरानी प्रणालियाँ ऑपरेटरों को उपकरण विफलता से लगभग 15 से 20 मिनट पहले चेतावनी संकेत देती हैं। ये प्रणालियाँ तब पता लगाती हैं जब कार्बाइड किनारे 650 डिग्री सेल्सियस से अधिक खतरनाक तापमान तक पहुँच जाते हैं, जिससे सतह के फिनिश की सहनशीलता को सख्त +/- 0.5 माइक्रोमीटर की सीमा के भीतर बनाए रखने के लिए समायोजन किए जा सकते हैं। निर्माता पूरे उत्पादन चक्र के दौरान अप्रत्याशित फिनिश गुणवत्ता की समस्याओं का कारण बन सकने वाले छोटे किनारे के दोषों को पकड़ने के लिए मशीनिंग के बाद चिंगारी परीक्षण पर भी निर्भर रहते हैं।
संरचनात्मक कठोरता 25 GPa/mm² से अधिक होने वाली सीएनसी मशीनें कंपन के कारण होने वाली सतह की अनियमितताओं को 60—80% तक कम कर देती हैं। कठोर फ्रेम और मजबूत गाइडवे हार्मोनिक दोलनों को दबा देते हैं जो दृश्यमान उपकरण चिह्न बनाते हैं, जो विशेष रूप से एयरोस्पेस मिश्र धातुओं या चिकित्सा घटकों को प्रसंस्कृत करते समय महत्वपूर्ण होते हैं जिनके लिए Ra मान 0.8 µm से कम होना आवश्यक होता है।
तिमाही लेजर संरेखण जांच स्थिति की प्राप्ति को ±2 µm के भीतर बनाए रखती है, जो बहु-अक्ष संचालन में संचित त्रुटियों को रोकती है। गलत संरेखित स्पिंडल उत्पादन बैचों में सतह की खुरदरापन भिन्नता को 37% तक बढ़ा देते हैं। स्वचालित प्रोबिंग प्रणाली अब वास्तविक समय में कैलिब्रेशन करती है, जो निरंतर मशीनीकरण चक्र के दौरान तापीय विस्थापन की भरपाई करती है।
0.1 µm सं solution वाले आधुनिक सीएनसी नियंत्रक ग्राइंडिंग के समतुल्य सतह परिष्करण प्राप्त करते हैं। एडॉप्टिव मोशन नियंत्रण एल्गोरिदम के माध्यम से ऑप्टिकल घटकों पर Ra 0.1—0.4 µm का परिष्करण बनाए रखा जाता है, जो कट के दौरान टूल डिफ्लेक्शन के अनुसार समायोजित होता है।
तापमान नियंत्रित स्पिंडल हाउसिंग और चिल्ड बॉल स्क्रू 0.5°C के भीतर तापीय स्थिरता बनाए रखते हैं, जो लंबी शिफ्ट के दौरान ±5 µm सहिष्णुता बनाए रखने के लिए आवश्यक है। उन्नत मिस्ट कूलिंग प्रणाली पारंपरिक फ्लड कूलेंट विधियों की तुलना में तापीय विरूपण को 70% तक कम कर देती है और 90% कम तरल का उपयोग करती है, जैसा कि हाल के स्थायी विनिर्माण परीक्षणों में प्रदर्शित किया गया है।
| गुणनखंड | शुष्क मशीनिंग | फ्लडेड कूलिंग | 
|---|---|---|
| सतह समापन एकरूपता | Ra ±0.2 µm भिन्नता | Ra ±0.1 µm भिन्नता | 
| थर्मल प्रबंधन | निष्क्रिय ऊष्मा अपव्यय | सक्रिय ऊष्मा निष्कासन | 
| पोस्ट-प्रोसेसिंग की आवश्यकता | न्यूनतम सफाई | डीग्रीसिंग की आवश्यकता है | 
शुष्क मशीनीकरण कूलेंट संदूषण के जोखिम को खत्म कर देता है, लेकिन टाइटेनियम और इनकॉनेल मिश्र धातुओं के लिए बाढ़ शीतलन को प्राथमिकता दी जाती है जहां कटिंग क्षेत्र का तापमान 800°C से अधिक होता है। नए संकर प्रणाली उच्च सतही गुणवत्ता और पर्यावरणीय प्रभाव के बीच संतुलन बनाए रखने के लिए न्यूनतम मात्रा स्नेहन को वायु भंवर शीतलन के साथ जोड़ते हैं।
आज के सीएनसी मशीनें वास्तव में Ra 0.4 माइक्रॉन से कम की सतह फिनिश प्राप्त कर सकती हैं, जब टूल पथ को सही ढंग से सेट किया जाता है। कटिंग टूल के प्रत्येक पास के बीच रेखाओं के रूप में दिखाई देने वाले उन परेशान करने वाले स्टेपओवर निशान? आजकल निकटता से कॉन्टूर का अनुसरण करने और कटिंग कोण को पूरे समय स्थिर रखने जैसी बेहतर प्रोग्रामिंग तकनीकों के धन्यवाद उन्हें कम किया जा रहा है। ट्रॉकोइडल मिलिंग को एक उदाहरण के रूप में लें। स्मिथ और सहयोगियों द्वारा 2023 में किए गए कुछ अध्ययनों में पाया गया कि इस दृष्टिकोण से अधिकांश वर्कशॉप्स द्वारा पहले उपयोग की जाने वाली विधियों की तुलना में लगभग 32 प्रतिशत तक टूल डिफ्लेक्शन कम हो जाता है। इसका अर्थ है कि फैक्ट्रियों को अब विमानों या अंतरिक्ष यानों में जाने वाले भागों के लिए आवश्यक कठोर विनिर्देशों को प्राप्त करने के लिए हाथ से पॉलिशिंग करने में अतिरिक्त समय खर्च करने की आवश्यकता नहीं है।
जब उच्च गति मशीनीकरण को स्मार्ट टूल पाथ समायोजनों के साथ जोड़ा जाता है, तो इससे उत्पादन के दौरान सतहों को विकृत करने वाली प्रकोपी ऊष्मा के निर्माण को रोकने में वास्तविक सहायता मिलती है। चाबी है फीड दरों को लगातार बदलकर चिप्स की मोटाई को बिल्कुल सही स्तर पर बनाए रखना। इस दृष्टिकोण से एल्युमीनियम के भागों पर सतह की समाप्ति लगभग 0.8 माइक्रॉन तक कम की जा सकती है, जिसे कई विनिर्माण इकाइयाँ काफी प्रभावशाली मानती हैं। पिछले वर्ष के हालिया अध्ययनों को देखते हुए, जिन निर्माताओं ने इन अनुकूलवादी दृष्टिकोणों में स्विच किया, उनके चक्र समय में बिना गुणवत्ता के नुकसान के लगभग 18 प्रतिशत की कमी आई। इसके अलावा, जटिल आकृतियों के साथ भी सतहों की निरंतरता बनी रहती है जो पारंपरिक विधियों के लिए काफी चुनौतीपूर्ण होती हैं।
आधुनिक मशीन लर्निंग उपकरण निर्माण के लिए सबसे अच्छे कटिंग पथ का 90-95% के करीब काफी प्रभावशाली सटीकता के साथ पूर्वानुमान लगा सकते हैं। इनमें सामग्री की कठोरता और गर्म होने पर उसके विस्तार जैसे विभिन्न प्रकार के चर सम्मिलित होते हैं। ऑटो उद्योग से एक वास्तविक केस स्टडी भी वास्तविक परिणाम दर्शाती है। पिछले साल ग्रीनवुड द्वारा बताए गए अनुसार, एक कंपनी ने इन स्मार्ट एआई द्वारा उत्पन्न पथों के धन्यवाद से प्रति भाग मशीनिंग के बाद अपने ग्राइंडिंग समय को लगभग आधा कर दिया, जो लगभग 45 मिनट से घटकर केवल 22 मिनट रह गया। इन प्रणालियों के लिए वास्तविक मूल्य यह है कि वे कुछ गति पर होने वाले परेशान करने वाले कंपनों से बच सकती हैं। यह तब बहुत महत्वपूर्ण होता है जब पतली दीवारों वाले नाजुक भागों पर काम किया जा रहा होता है जहाँ सतह का फिनिश बहुत सुचारु होना चाहिए, आमतौर पर 1.6 माइक्रॉन से कम खुरदरापन औसत।
सीएनसी मशीनिंग आमतौर पर लगभग 0.4 माइक्रॉन आरए सतह के फिनिश तक पहुँच जाती है, लेकिन कई अनुप्रयोगों के लिए अभी भी अतिरिक्त कार्य की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, चिकित्सा इम्प्लांट या ऑप्टिकल भागों को लीजिए—केवल मानक मशीनिंग से इनका काम नहीं चलता। यहीं पर ग्राइंडिंग उपयोगी होती है। इस प्रक्रिया में घर्षण पहियों का उपयोग करके मशीन द्वारा छोड़े गए सूक्ष्म उपकरण के निशानों को हटा दिया जाता है। इससे मशीन से सीधे निकले हुए उत्पाद की तुलना में आरए मान लगभग 15 से 30 प्रतिशत तक कम हो जाता है। 0.1 माइक्रॉन आरए से कम के वास्तविक दर्पण जैसे फिनिश के लिए, अधिकांश दुकानें हाथ से पॉलिशिंग का सहारा लेती हैं। वे मोटी ग्राइंड से शुरुआत करते हैं और धीरे-धीरे 1,500 ग्रिट पेपर जैसी महीन ग्राइंड तक बढ़ते हैं। समस्या यह है कि यह सामान्य मशीनिंग की तुलना में काफी अधिक समय लेता है, जिससे पूरी प्रक्रिया में 20 से 50 प्रतिशत तक अतिरिक्त समय लग जाता है। सौभाग्य से, बाजार में अब कुछ नए स्वचालित प्रणालियाँ उपलब्ध हैं जो डायमंड एब्रेसिव्स के साथ एआई नियंत्रित पथ को जोड़ती हैं। ये सेटअप सभी उन्नत फिनिशिंग कार्य करते समय चीजों को लगभग प्लस या माइनस 2 माइक्रॉन के भीतर बनाए रखने में मदद करते हैं।
जब जटिल आकृतियों के साथ काम करना हो जिन तक सामान्य औजारों की पहुँच न हो, तो 50 से 150 माइक्रोन के बीच के ग्लास कणों का उपयोग करके बीड ब्लास्टिंग मैट सतहों को एकरूप बनाने में अद्भुत परिणाम देता है। यह परिष्करण आमतौर पर Ra 1.6 से 3.2 माइक्रोन के आसपास होता है और साथ ही उन परेशान करने वाले तीखे किनारों को भी हटा देता है। एक अन्य विकल्प है इलेक्ट्रोपॉलिशिंग, जो स्टेनलेस स्टील की सतह से लगभग 10 से 40 माइक्रोन तक की परत हटा देता है। यह प्रक्रिया न केवल पुर्जों को जंग से अधिक प्रतिरोधी बनाती है, बल्कि एक शानदार Ra 0.8 माइक्रोन परिष्करण तक पहुँच सकती है। पिछले साल प्रकाशित कुछ अनुसंधान में वास्तव में पाया गया कि विमान के पुर्जों में इलेक्ट्रोपॉलिश किए गए पुर्जे खराब होने से पहले लगभग 18 प्रतिशत अधिक समय तक चलते हैं, क्योंकि यह आंतरिक तनाव को कम करता है और समय के साथ बढ़ने वाली छोटी-छोटी दरारों को साफ कर देता है।
जब रॉकवेल स्केल पर 45 HRC से अधिक कठोरता वाले इस्पात के साथ काम किया जा रहा हो, तो क्रायोजेनिक ग्राइंडिंग से सबसे अच्छे परिणाम मिलते हैं। यह विधि सतह की अखंडता को बनाए रखने में सहायता करती है क्योंकि यह चीजों को बहुत ठंडा रखती है, आमतौर पर लगभग शून्य से 150 डिग्री सेल्सियस से नीचे। 1 मिलीमीटर से कम मोटाई वाले पतले दीवार वाले एल्युमीनियम घटकों के साथ भी विशेष व्यवहार की आवश्यकता होती है। लगभग 12 से 15 वोल्ट पर कम दबाव एनोडीकरण यहाँ अच्छी तरह से काम करता है क्योंकि यह प्रसंस्करण के दौरान उनके विकृत होने को रोकता है और फिर भी 10 से 25 माइक्रोमीटर मोटी सुरक्षात्मक ऑक्साइड परत बनाता है। और जब आंतरिक चैनलों के साथ काम किया जा रहा हो जहाँ लंबाई व्यास की 8 गुना से अधिक हो, तो अपघर्षक प्रवाह मशीनीकरण का बहुत अंतर आता है। अध्ययनों से पता चलता है कि इस तकनीक से नियमित अप्रसंस्कृत सतहों की तुलना में प्रवाह दक्षता में लगभग 22 प्रतिशत की वृद्धि होती है, जो जटिल ज्यामिति के लिए इस पर विचार करने योग्य बनाता है।
जबकि 5-अक्षीय सीएनसी मशीनें अब टाइटेनियम मिश्र धातुओं में Ra 0.2 µm प्राप्त कर लेती हैं, 68% निर्माता अभी भी तीन कारणों से पोस्ट-प्रोसेसिंग (PMI 2023) का उपयोग करते हैं:
Ra, या रफ़नेस औसत, सतह के शिखर और गर्तों के एक केंद्रीय रेखा से अंकगणितीय औसत विचलन को मापकर सीएनसी मशीनिंग में सतह की गुणवत्ता का आकलन करने के लिए उपयोग किया जाने वाला एक प्रमुख मापदंड है।
सतह फिनिश महत्वपूर्ण है क्योंकि यह मशीन किए गए भागों के प्रदर्शन और टिकाऊपन को प्रभावित करती है, जो सील अखंडता और बेयरिंग सतहों जैसे कारकों को प्रभावित करती है। एयरोस्पेस निर्माण जैसे उद्योगों में सटीक सतह फिनिश विशेष रूप से महत्वपूर्ण है।
कार्बाइड और उच्च-गति इस्पात (HSS) जैसी टूल सामग्री सतह के निष्पादन पर काफी प्रभाव डाल सकती हैं। कार्बाइड टूल अधिक लागत पर लंबे जीवन और बेहतर परिणाम प्रदान करते हैं, जबकि HSS टूल टूटी हुई कटिंग के लिए उपयोगी होते हैं और टूटने के खिलाफ मजबूती प्रदान करते हैं।
सीएनसी प्रौद्योगिकी में प्रगति के बावजूद, चिकित्सा प्रत्यारोपण या ऑप्टिकल भागों जैसे विशिष्ट अनुप्रयोगों और उद्योग-विशिष्ट निष्पादन मानकों को पूरा करने के लिए अक्सर पोस्ट-प्रोसेसिंग की आवश्यकता होती है।
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