Mis on CNC-masinad?

CNC-masinate ajalugu
John T. Parsonsit (1913-2007) Parsons Corporationist Traverse Citys, MI-s peetakse arvjuhtimise pioneeriks, mis on kaasaegse CNC-masina eelkäija.Oma töö tõttu on John Parsonsit nimetatud 2. tööstusrevolutsiooni isaks.Tal oli vaja valmistada keerukaid helikopteri labasid ja ta mõistis kiiresti, et tootmise tulevik on masinate ühendamine arvutitega.Tänapäeval võib CNC-ga toodetud osi leida peaaegu igas tööstuses.Tänu CNC-masinatele on meil odavamad kaubad, tugevam riigikaitse ja kõrgem elatustase kui mitteindustrialiseerunud maailmas.Selles artiklis uurime CNC-masina päritolu, erinevat tüüpi CNC-masinaid, CNC-masinaprogramme ja CNC-masinatöökodade levinud tavasid.

Masinad kohtuvad arvutiga
1946. aastal tähendas sõna “arvuti” perfokaardiga töötavat arvutusmasinat.Kuigi Parsons Corporation oli varem valmistanud vaid ühe propelleri, veenis John Parsons Sikorsky Helicopterit, et nad suudavad toota propelleri kokkupanekuks ja tootmiseks äärmiselt täpseid malle.Ta leiutas kopteri rootori laba punktide arvutamiseks perfokaardi arvutimeetodi.Seejärel lasi ta operaatoritel Cincinnati freespinki rattad nendesse punktidesse keerata.Ta korraldas selle uue protsessi nimekonkursi ja andis 50 dollarit inimesele, kes lõi "Numerical Control" või NC.

1958. aastal esitas ta patendi arvuti ühendamiseks masinaga.Tema patenditaotlus saabus kolm kuud enne MIT-i, kes töötas tema algatatud kontseptsiooni kallal.MIT kasutas tema kontseptsioone originaalseadmete ja hr Parsonsi litsentsiaadi (Bendix) all-litsentsimiseks muu hulgas IBM-ile, Fujitusule ja GE-le.NC kontseptsioon oli aeglane.Hr Parsonsi sõnul olid ideed müünud ​​inimesed, mitte tootmisinimesed.1970. aastate alguseks aga populariseeris USA armee ise NC-arvutite kasutamist, ehitades ja rentides neid paljudele tootjatele.CNC-kontroller arenes paralleelselt arvutiga, suurendades tootlikkust ja automatiseeritust tootmisprotsessidesse, eriti mehaanilistesse töötlustesse.

Mis on CNC-mehaaniline töötlemine?
CNC-masinad toodavad osi peaaegu igas tööstusharus üle maailma.Nad loovad asju plastikust, metallist, alumiiniumist, puidust ja paljudest muudest kõvadest materjalidest.Sõna "CNC" tähistab arvutite arvjuhtimist, kuid tänapäeval kutsuvad kõik seda CNC-ks.Niisiis, kuidas määratleda CNC-masin?Kõikidel automaatsetel liikumisjuhtimismasinatel on kolm peamist komponenti – käsufunktsioon, ajami-/liikumissüsteem ja tagasisidesüsteem.CNC-mehaaniline töötlemine on protsess, mille käigus kasutatakse arvutipõhist tööpinki, et toota tahkest materjalist osa erineva kujuga.

CNC sõltub digitaalsetest juhistest, mida tavaliselt tehakse arvutipõhises tootmises (CAM) või arvutipõhises disainis (CAD) nagu SolidWorks või MasterCAM.Tarkvara kirjutab G-koodi, mida CNC-masina kontroller saab lugeda.Kontrolleri arvutiprogramm tõlgendab disaini ja liigutab lõiketööriistu ja/või töödeldavat detaili mitmel teljel, et lõigata toorikust soovitud kuju.Automaatne lõikamisprotsess on palju kiirem ja täpsem kui tööriistade ja toorikute käsitsi liigutamine, mida tehakse vanemate seadmete hoobade ja hammasrataste abil.Kaasaegsed CNC-masinad mahutavad mitut tööriista ja teevad mitut tüüpi lõikeid.Liikumistasandite (telgede) arv ning tööriistade arv ja tüübid, millele masin töötlemisprotsessi ajal automaatselt juurde pääseb, määrab, kui keeruka detaili CNC suudab valmistada.

Kuidas kasutada CNC-masinat?
CNC-masinistid peavad omandama nii programmeerimise kui ka metallitöötlemise oskused, et CNC-masina võimsust täielikult ära kasutada.Tehnilised kaubanduskoolid ja praktikaprogrammid panevad õpilasi sageli käsitsi treipinki tööle, et saada tunnetust, kuidas metalli lõigata.Masinamees peaks suutma ette kujutada kõiki kolme mõõdet.Tänapäeval teeb tarkvara keerukate osade valmistamise lihtsamaks kui kunagi varem, sest detaili kuju saab joonistada virtuaalselt ja seejärel saab tarkvara soovitada tööriistade liikumisteekondi nende osade valmistamiseks.

CNC-töötlusprotsessis tavaliselt kasutatav tarkvara tüüp
Arvuti abil joonistamine (CAD)
CAD-tarkvara on enamiku CNC-projektide lähtepunkt.Erinevaid CAD-tarkvarapakette on palju, kuid kujunduste loomiseks kasutatakse neid kõiki.Populaarsete CAD-programmide hulka kuuluvad AutoCAD, SolidWorks ja Rhino3D.Samuti on olemas pilvepõhised CAD-lahendused ja mõned pakuvad CAM-i võimeid või integreeruvad CAM-tarkvaraga paremini kui teised.

Computer Aided Manufacturing (CAM)
CNC-masinad kasutavad sageli CAM-tarkvara loodud programme.CAM võimaldab kasutajatel seadistada "tööpuu", et korraldada töövoogu, määrata tööriistade liikumisteed ja käivitada lõikesimulatsioone enne, kui masin tegelikku lõikamist alustab.Sageli töötavad CAM-programmid CAD-tarkvara lisandmoodulitena ja genereerivad g-koodi, mis ütleb CNC-tööriistadele ja tooriku liikuvatele osadele, kuhu minna.CAM-tarkvara viisardid muudavad CNC-masina programmeerimise lihtsamaks kui kunagi varem.Populaarne CAM-tarkvara sisaldab Mastercam, Edgecam, OneCNC, HSMWorks ja Solidcam.2015. aasta aruande kohaselt moodustavad Mastercam ja Edgecam peaaegu 50% tipptasemel kaamerate turuosast.

Mis on hajutatud arvjuhtimine?
Otsene arvjuhtimine, millest sai hajutatud arvjuhtimine (DNC)
NC-programmide ja masina parameetrite haldamiseks kasutati otseseid arvjuhte.See võimaldas programmidel liikuda üle võrgu keskarvutist pardaarvutitesse, mida tuntakse masinajuhtimisseadmetena (MCU).Algselt nimega "Direct Numeric Control" läks see mööda paberilindi vajadusest, kuid kui arvuti alla läks, läksid kõik selle masinad alla.

Distributed Numerical Control kasutab arvutite võrku, et koordineerida mitme masina tööd, suunates programmi CNC-le.CNC-mälu hoiab programmi ja operaator saab programmi koguda, redigeerida ja tagastada.

Kaasaegsed DNC-programmid saavad teha järgmist:
● Redigeerimine – saab käivitada üht NC-programmi, samal ajal kui teisi redigeeritakse.
● Võrdle – võrrelge originaal- ja redigeeritud NC-programme kõrvuti ja vaadake muudatusi.
● Taaskäivitamine – kui tööriist puruneb, saab programmi peatada ja taaskäivitada sealt, kus see pooleli jäi.
● Tööde jälgimine – operaatorid saavad töid jälgida ning näiteks seadistamist ja käitusaega jälgida.
● Jooniste kuvamine – kuvage fotosid, tööriistade, kinnitusdetailide ja viimistlusdetailide CAD-jooniseid.
● Täiustatud ekraaniliidesed – ühe puutega töötlemine.
● Täiustatud andmebaasihaldus – korraldab ja säilitab andmeid sealt, kus neid on lihtne hankida.

Tootmisandmete kogumine (MDC)
MDC tarkvara võib sisaldada kõiki DNC tarkvara funktsioone ning koguda täiendavaid andmeid ja analüüsida neid seadmete üldise tõhususe (OEE) jaoks.Seadme üldine tõhusus sõltub järgmistest teguritest: Kvaliteet – kvaliteedistandarditele vastavate toodete arv kõigist toodetud toodetest. Kättesaadavus – protsent kavandatud ajast, mille jooksul konkreetne seade töötab või osi toodab, jõudlus – tegelik sõidukiirus võrreldes planeeritud või ideaalse jooksuga. seadmete kiirus.

OEE = kvaliteet x saadavus x jõudlus
OEE on paljude masinatöökodade peamine jõudlusnäitaja (KPI).

Masina jälgimise lahendused
Masina jälgimise tarkvara saab sisse ehitada DNC või MDC tarkvara sisse või osta eraldi.Masina seirelahenduste abil kogutakse automaatselt masinaandmeid, nagu häälestus, käitusaeg ja seisakuaeg, ning kombineeritakse inimeste andmetega, nagu põhjuskoodid, et anda nii ajaloolist kui ka reaalajas ülevaadet tööde toimimisest.Kaasaegsed CNC-masinad koguvad kuni 200 tüüpi andmeid ja masinate seiretarkvara võib muuta need andmed kasulikuks kõigile alates töökojast kuni ülemise korruseni.Sellised ettevõtted nagu Memex pakuvad tarkvara (Tempus), mis võtab andmeid mis tahes tüüpi CNC-masinatest ja sisestab standardiseeritud andmebaasivormingusse, mida saab kuvada tähenduslike diagrammide ja graafikutena.USA-s levima hakanud andmestandard, mida kasutavad enamik masinaseire lahendusi, kannab nime MTConnect.Tänapäeval on paljud uued CNC-tööpingid varustatud sellises vormingus andmete esitamiseks.Vanemad masinad võivad ikkagi anda adapteritega väärtuslikku teavet.CNC-masinate seire on süvalaiendatud just viimastel aastatel ning uusi tarkvaralahendusi arendatakse pidevalt.

Millised on erinevat tüüpi CNC-masinad?
Tänapäeval on lugematu arv erinevaid CNC-masinaid.CNC-masinad on tööpingid, mis lõikavad või liigutavad materjali vastavalt kontrollerile programmeeritud viisil, nagu eespool kirjeldatud.Lõikamise tüüp võib varieeruda plasmalõikamisest laserlõikamiseni, freesimiseni, freesimise ja treipinkideni.CNC-masinad võivad isegi kogumisliinil esemeid korjata ja teisaldada.

Allpool on toodud peamised CNC-masinate tüübid:
Treipingid:Seda tüüpi CNC pöörab töödeldavat detaili ja liigutab lõikeriista toorikule.Põhitreipink on 2-teljeline, kuid võimaliku lõikamise keerukuse suurendamiseks saab lisada palju rohkem telgi.Materjal pöörleb spindlil ja surutakse vastu lihvimis- või nikerdustööriista, mis teeb soovitud kuju.Treipinke kasutatakse sümmeetriliste objektide, näiteks kerade, koonuste või silindrite valmistamiseks.Paljud CNC-masinad on multifunktsionaalsed ja kombineerivad kõiki lõiketüüpe.

Ruuterid:CNC-ruutereid kasutatakse tavaliselt suurte mõõtmetega puidu, metalli, lehtede ja plastide lõikamiseks.Tavalised ruuterid töötavad 3-teljelisel koordinaadil, nii et neid saab lõigata kolmes mõõtmes.Prototüüpmudelite ja keerukate kujundite jaoks saab aga osta ka 4-, 5- ja 6-teljelisi masinaid.

Freesimine:Käsitsi freespingid kasutavad lõikeriista toorikule liigendamiseks käsirattaid ja juhtkruvisid.CNC-freesis liigutab CNC suure täpsusega kuulkruvid nende asemel programmeeritud täpsetele koordinaatidele.CNC freespinke on laias valikus suurustes ja tüüpides ning need võivad töötada mitmel teljel.

Plasma lõikurid:CNC plasmalõikur kasutab lõikamiseks võimsat laserit.Enamik plasmalõikureid lõikab lehtedest või plaatidest välja programmeeritud kujundeid.

3D-printer:3D-printer ütleb programmi abil, kuhu soovitud kuju loomiseks väikesed materjalitükid laduda.3D-osad ehitatakse laseriga kiht-kihilt, et kihtide kasvades vedelikku või jõudu tahkuks.

Vali ja aseta masin:CNC “korja ja aseta” masin töötab sarnaselt CNC ruuteriga, kuid materjali lõikamise asemel on masinal palju väikeseid otsikuid, mis vaakumi abil komponendid üles korjavad, soovitud kohta liigutavad ja maha panevad.Neid kasutatakse laudade, arvuti emaplaatide ja muude elektriseadmete valmistamiseks (muu hulgas).

CNC-masinad saavad teha palju asju.Tänapäeval saab arvutitehnoloogiat peaaegu ette kujutada.CNC asendab soovitud tulemuse saavutamiseks masinaosade liigutamiseks vajalikku inimliidest.Tänapäevased CNC-d on võimelised alustama toormaterjalist, näiteks terasplokist, ja valmistama väga keerulisi detaile, millel on täpsed tolerantsid ja hämmastav korratavus.

Kõik kokku: kuidas CNC masinatöökojad osi valmistavad
CNC kasutamine hõlmab nii arvutit (kontrollerit) kui ka füüsilist seadistust.Tüüpiline masinatöökoja protsess näeb välja selline:

Disainiinsener loob disaini CAD-programmis ja saadab selle CNC-programmeerijale.Programmeerija avab faili CAM-programmis, et otsustada vajalike tööriistade üle ja luua CNC jaoks NC-programm.Ta saadab NC-programmi CNC-masinale ja esitab operaatorile õigete tööriistade seadistuste loendi.Seadistusoperaator laadib tööriistad vastavalt juhistele ja laadib tooraine (või tooriku).Seejärel juhib ta proovitükke ja mõõdab neid kvaliteedi tagamise tööriistadega, et kontrollida, kas CNC-masin valmistab osi vastavalt spetsifikatsioonidele.Tavaliselt annab seadistusoperaator esimese artikliosa kvaliteediosakonnale, kes kontrollib kõiki mõõtmeid ja registreerib häälestuse.CNC-masin või sellega seotud masinad on laaditud piisava koguse toormaterjaliga, et valmistada soovitud arv tükke, ja masina operaator on valmis, et tagada masina töö jätkamine, valmistades osi vastavalt spetsifikatsioonidele.ja sellel on tooraine.Olenevalt tööst on sageli võimalik CNC-masinaid käivitada ilma operaatorita.Valmis osad teisaldatakse automaatselt määratud alale.

Tänapäeva tootjad suudavad piisavalt aega, ressursse ja kujutlusvõimet arvestades automatiseerida peaaegu iga protsessi.Tooraine võib minna masinasse ja valmis osad võivad välja tulla pakendatud kasutusvalmis.Tootjad sõltuvad paljudest CNC-masinatest, et teha asju kiiresti, täpselt ja kulutõhusalt.