Ce sunt mașinile CNC?

Istoria mașinilor CNC
John T. Parsons (1913-2007) de la Parsons Corporation din Traverse City, MI este considerat pionierul controlului numeric, precursorul mașinii CNC moderne.Pentru munca sa, John Parsons a fost numit tatăl celei de-a doua revoluții industriale.Avea nevoie să fabrice pale complexe de elicopter și și-a dat seama rapid că viitorul producției era conectarea mașinilor la computere.Astăzi, piesele fabricate cu CNC pot fi găsite în aproape fiecare industrie.Datorită mașinilor CNC, avem produse mai puțin costisitoare, apărare națională mai puternică și un nivel de trai mai ridicat decât este posibil într-o lume neindustrializată.În acest articol, vom explora originile mașinii CNC, diferitele tipuri de mașini CNC, programele de mașini CNC și practicile comune ale atelierelor de mașini CNC.

Mașinile întâlnesc computerul
În 1946, cuvântul „calculator” însemna o mașină de calcul operată cu carduri perforate.Chiar dacă Parsons Corporation a fabricat înainte doar o elice, John Parsons a convins Sikorsky Helicopter că ar putea produce șabloane extrem de precise pentru asamblarea și fabricarea elicei.A ajuns să inventeze o metodă computerizată cu carduri perforate pentru a calcula punctele pe paleta rotorului unui elicopter.Apoi i-a pus pe operatori să întoarcă roțile către acele puncte pe o mașină de frezat Cincinnati.El a organizat un concurs pentru numele acestui nou proces și a dat 50 de dolari persoanei care a inventat „Numerical Control” sau NC.

În 1958, a depus un brevet pentru a conecta computerul la mașină.Cererea sa de brevet a sosit cu trei luni înainte de MIT, care lucra la conceptul pe care el a început.MIT și-a folosit conceptele pentru a face echipamentul original și deținătorul de licență al domnului Parsons (Bendix) să sublicențe IBM, Fujitusu și GE, printre altele.Conceptul NC a fost lent să prindă.Potrivit domnului Parsons, cei care vindeau ideea erau oameni de calculator în loc de oameni de producție.Cu toate acestea, la începutul anilor 1970, însăși armata SUA a popularizat utilizarea calculatoarelor NC prin construirea și închirierea acestora către numeroși producători.Controlerul CNC a evoluat în paralel cu computerul, conducând din ce în ce mai multă productivitate și automatizare în procesele de producție, în special în prelucrare.

Ce este prelucrarea CNC?
Mașinile CNC produc piese în întreaga lume pentru aproape fiecare industrie.Ei creează lucruri din plastic, metale, aluminiu, lemn și multe alte materiale dure.Cuvântul „CNC” înseamnă control numeric computerizat, dar astăzi toată lumea îl numește CNC.Deci, cum definiți o mașină CNC?Toate mașinile automate de control al mișcării au trei componente principale – o funcție de comandă, un sistem de acționare/mișcare și un sistem de feedback.Prelucrarea CNC este procesul de utilizare a unei mașini-unelte comandate de computer pentru a produce o piesă dintr-un material solid într-o formă diferită.

CNC-ul depinde de instrucțiunile digitale realizate de obicei pe software de fabricație asistată de computer (CAM) sau proiectare asistată de computer (CAD) precum SolidWorks sau MasterCAM.Software-ul scrie codul G pe care controlerul de pe mașina CNC îl poate citi.Programul de calculator de pe controler interpretează designul și mută sculele de tăiere și/sau piesa de prelucrat pe mai multe axe pentru a tăia forma dorită din piesa de prelucrat.Procesul de tăiere automatizat este mult mai rapid și mai precis decât o mișcare manuală a sculelor și pieselor de prelucrat care se face cu pârghii și roți dințate pe echipamente mai vechi.Mașinile CNC moderne dețin mai multe unelte și fac multe tipuri de tăieturi.Numărul de planuri de mișcare (axe) și numărul și tipurile de scule pe care mașina le poate accesa automat în timpul procesului de prelucrare determină cât de complexă poate face o piesă de prelucrat un CNC.

Cum se folosește o mașină CNC?
Mașinii CNC trebuie să dobândească abilități atât în ​​programare, cât și în prelucrarea metalelor pentru a folosi pe deplin puterea unei mașini CNC.Școlile de meserii tehnice și programele de ucenicie încep adesea elevii să folosească strunguri manuale pentru a înțelege cum să taie metalul.Mecanistul ar trebui să poată imagina toate cele trei dimensiuni.Astăzi, software-ul face mai ușor ca niciodată realizarea de piese complexe, deoarece forma piesei poate fi desenată virtual, iar apoi traseele sculei pot fi sugerate de software pentru a face acele piese.

Tip de software utilizat în mod obișnuit în procesul de prelucrare CNC
Desen asistat de calculator (CAD)
Software-ul CAD este punctul de plecare pentru majoritatea proiectelor CNC.Există multe pachete software CAD diferite, dar toate sunt folosite pentru a crea modele.Programele CAD populare includ AutoCAD, SolidWorks și Rhino3D.Există, de asemenea, soluții CAD bazate pe cloud, iar unele oferă abilități CAM sau se integrează cu software-ul CAM mai bine decât altele.

Fabricare asistată de calculator (CAM)
Mașinile CNC folosesc adesea programe create de software CAM.CAM le permite utilizatorilor să configureze un „arboresc de lucru” pentru a organiza fluxul de lucru, a seta traseele sculelor și a rula simulări de tăiere înainte ca mașina să efectueze orice tăiere reală.Adesea, programele CAM funcționează ca suplimente pentru software-ul CAD și generează cod-g care le spune instrumentelor CNC și pieselor în mișcare ale piesei de prelucrat unde să meargă.Vrăjitorii din software-ul CAM fac mai ușor ca niciodată programarea unei mașini CNC.Software-ul CAM popular include Mastercam, Edgecam, OneCNC, HSMWorks și Solidcam.Conform unui raport din 2015, Mastercam și Edgecam reprezintă aproape 50% din cota de piață CAM de vârf.

Ce este un control numeric distribuit?
Control numeric direct care a devenit Control numeric distribuit (DNC)
Controalele numerice directe au fost folosite pentru a gestiona programele NC și parametrii mașinii.A permis programelor să se deplaseze într-o rețea de la un computer central la computere de bord cunoscute sub numele de unități de control al mașinii (MCU).Numit inițial „Control numeric direct”, acesta a ocolit nevoia de bandă de hârtie, dar atunci când computerul s-a defectat, toate mașinile sale s-au oprit.

Controlul numeric distribuit folosește o rețea de calculatoare pentru a coordona funcționarea mai multor mașini prin alimentarea unui program către CNC.Memoria CNC deține programul, iar operatorul poate colecta, edita și returna programul.

Programele DNC moderne pot face următoarele:
● Editare – Poate rula un program NC în timp ce altele sunt editate.
● Comparare – Comparați programele NC originale și editate unul lângă altul și vedeți editările.
● Restart – Când un instrument se întrerupe, programul poate fi oprit și repornește de unde a rămas.
● Urmărirea lucrărilor – Operatorii pot cronometra joburi și pot urmări configurarea și timpul de execuție, de exemplu.
● Afișarea desenelor – Afișați fotografii, desene CAD ale uneltelor, dispozitivelor de fixare și pieselor de finisare.
● Interfețe avansate de ecran – Prelucrare cu o singură atingere.
● Gestionare avansată a bazei de date – organizează și menține datele de unde pot fi preluate cu ușurință.

Colectarea datelor de fabricație (MDC)
Software-ul MDC poate include toate funcțiile software-ului DNC plus colectarea de date suplimentare și analizarea acestora pentru eficiența generală a echipamentului (OEE).Eficacitatea generală a echipamentului depinde de următoarele: Calitate – numărul de produse care îndeplinesc standardele de calitate din toate produsele produse Disponibilitate – procent din timpul planificat în care echipamentul specificat funcționează sau produc piese Performanță – viteza reală de funcționare în comparație cu funcționarea planificată sau ideală rata echipamentului.

OEE = Calitate x Disponibilitate x Performanță
OEE este o măsură cheie de performanță (KPI) pentru multe ateliere de mașini.

Soluții de monitorizare a mașinilor
Software-ul de monitorizare a mașinii poate fi încorporat în software-ul DNC sau MDC sau achiziționat separat.Cu soluțiile de monitorizare a mașinii, datele mașinii, cum ar fi configurarea, timpul de rulare și timpul de nefuncționare, sunt colectate automat și combinate cu date umane, cum ar fi codurile de motiv, pentru a oferi înțelegere atât istorică, cât și în timp real a modului în care se desfășoară lucrările.Mașinile CNC moderne colectează până la 200 de tipuri de date, iar software-ul de monitorizare a mașinii poate face aceste date utile tuturor, de la atelier până la ultimul etaj.Companii precum Memex oferă software (Tempus) care preia date de la orice tip de mașină CNC și le introduce într-un format de bază de date standardizat care poate fi afișat în diagrame și grafice semnificative.Un standard de date folosit de majoritatea soluțiilor de monitorizare a mașinilor care a câștigat teren în SUA se numește MTConnect.Astăzi, multe mașini-unelte CNC noi sunt echipate pentru a furniza date în acest format.Mașinile mai vechi pot oferi în continuare informații valoroase cu adaptoare.Monitorizarea mașinilor pentru mașinile CNC a devenit generalizată doar în ultimii ani, iar noi soluții software sunt mereu în dezvoltare.

Care sunt diferitele tipuri de mașini CNC?
Există nenumărate tipuri diferite de mașini CNC astăzi.Mașinile CNC sunt mașini-unelte care taie sau mută material așa cum este programat pe controler, așa cum este descris mai sus.Tipul de tăiere poate varia de la tăiere cu plasmă la tăiere cu laser, frezare, frezare și strunguri.Mașinile CNC pot chiar ridica și muta articole pe o linie de asamblare.

Mai jos sunt tipurile de bază de mașini CNC:
Strunguri:Acest tip de CNC rotește piesa de prelucrat și mută unealta de tăiere pe piesa de prelucrat.Un strung de bază este cu 2 axe, dar pot fi adăugate multe axe pentru a crește complexitatea posibilă a tăierii.Materialul se rotește pe un ax și este presat pe o unealtă de șlefuit sau de sculptat care face forma dorită.Strungurile sunt folosite pentru a face obiecte simetrice precum sfere, conuri sau cilindri.Multe mașini CNC sunt multifuncționale și combină toate tipurile de tăiere.

Routere:Routerele CNC sunt de obicei folosite pentru a tăia dimensiuni mari în lemn, metal, foi și materiale plastice.Routerele standard funcționează pe coordonate pe 3 axe, astfel încât pot tăia în trei dimensiuni.Cu toate acestea, puteți cumpăra și mașini cu 4,5 și 6 axe pentru modele prototip și forme complexe.

Frezare:Mașinile de frezat manuale folosesc roți de mână și șuruburi de plumb pentru a articula o unealtă de tăiere pe o piesa de prelucrat.Într-o moară CNC, CNC mută șuruburile cu bile de mare precizie la coordonatele exacte programate în schimb.Mașinile de frezat CNC vin într-o gamă largă de dimensiuni și tipuri și pot rula pe mai multe axe.

Cuttere cu plasma:Dispozitivul de tăiat cu plasmă CNC folosește un laser puternic pentru a tăia.Majoritatea mașinilor de tăiat cu plasmă decupează forme programate din foaie sau placă.

imprimantă 3d:O imprimantă 3D folosește programul pentru a-i spune unde să așeze bucăți mici de material pentru a construi forma dorită.Piesele 3D sunt construite strat cu strat cu un laser pentru a solidifica lichidul sau puterea pe măsură ce straturile cresc.

Mașină de alegere și plasare:O mașină CNC „pick and place” funcționează similar cu un router CNC, dar în loc să taie material, mașina are multe duze mici care preiau componente folosind un vid, le mută în locația dorită și le pun jos.Acestea sunt folosite pentru a face mese, plăci de bază pentru computere și alte ansambluri electrice (printre altele.)

Mașinile CNC pot face multe lucruri.Astăzi, tehnologia computerizată poate fi folosită aproape de mașină imaginabilă.CNC înlocuiește interfața umană necesară pentru a muta piesele mașinii pentru a obține rezultatul dorit.CNC-urile de astăzi sunt capabile să înceapă cu materie primă, ca un bloc de oțel, și să realizeze o piesă foarte complexă, cu toleranțe precise și repetabilitate uimitoare.

Pune totul laolaltă: Cum fabrică piesele atelierelor de mașini CNC
Operarea unui CNC implică atât computerul (controlerul) cât și o setare fizică.Un proces tipic de atelier de mașini arată astfel:

Un inginer proiectant creează designul în programul CAD și îl trimite unui programator CNC.Programatorul deschide fișierul în programul CAM pentru a decide cu privire la instrumentele necesare și pentru a crea programul NC pentru CNC.El sau ea trimite programul NC mașinii CNC și oferă operatorului o listă cu configurarea corectă a sculelor.Un operator de configurare încarcă uneltele conform instrucțiunilor și încarcă materia primă (sau piesa de prelucrat).El sau ea rulează apoi piese de probă și le măsoară cu instrumente de asigurare a calității pentru a verifica dacă mașina CNC face piese conform specificațiilor.De obicei, operatorul de configurare oferă un prim articol departamentului de calitate care verifică toate dimensiunile și semnează configurarea.Mașina CNC sau mașinile asociate sunt încărcate cu suficientă materie primă pentru a face numărul dorit de piese, iar un operator al mașinii stă la dispoziție pentru a se asigura că mașina continuă să funcționeze, făcând piesele conform specificațiilor.si are materie prima.În funcție de sarcină, este adesea posibil să rulați mașinile CNC „stingere” fără niciun operator prezent.Piesele finite sunt mutate automat într-o zonă desemnată.

Producătorii de astăzi pot automatiza aproape orice proces având suficient timp, resurse și imaginație.Materia primă poate intra într-o mașină, iar piesele finalizate pot ieși ambalate gata de utilizare.Producătorii depind de o gamă largă de mașini CNC pentru a face lucrurile rapid, precis și rentabil.