Idea
NC (controllo numerico)
Il controllo numerico è una tecnologia che utilizza segnali digitali per controllare automaticamente oggetti (ad esempio il movimento della macchina utensile e il suo processo di lavorazione), definita controllo numerico.
Tecnologia NC
Con tecnologia NC si intende la tecnologia di controllo automatico che utilizza numeri, lettere e simboli per programmare un determinato processo di lavorazione.
Sistema NC
Il sistema NC si riferisce al sistema organico integrato di moduli software e hardware che realizzano le funzioni della tecnologia NC. È il vettore della tecnologia NC.
Sistema CNC (sistema di controllo numerico computerizzato)
Il sistema CNC (Computer Numerical Control) si riferisce al sistema di controllo numerico il cui nucleo è il computer.
Con macchina CNC si intende una macchina utensile che utilizza la tecnologia di controllo numerico computerizzato per controllare il processo di lavorazione, oppure una macchina utensile dotata di un sistema di controllo numerico computerizzato.
Definizione NC
Il Controllo Numerico è la forma completa di NC per le macchine utensili. Il Controllo Numerico (NC) consente a un operatore di comunicare con le macchine utensili tramite numeri e simboli.
Definizione CNC
CNC è il nome abbreviato di Computer Numerical Control, che è una tecnologia automatica di controllo delle macchine utensili per completare la lavorazione automatizzata con software CAD/CAM nel moderno processo di produzione. Le nuove macchine utensili con CNC hanno permesso all'industria di produrre costantemente parti con precisioni inimmaginabili solo pochi anni fa. La stessa parte può essere riprodotta con lo stesso grado di precisione un numero qualsiasi di volte se il programma è stato preparato correttamente e il computer è stato programmato correttamente. I comandi operativi G-code che controllano la macchina utensile vengono eseguiti automaticamente con alta velocità, precisione, efficienza e ripetibilità.
La lavorazione CNC è un processo di produzione computerizzato: la macchina è collegata a un computer, che le indica dove muoversi. Per prima cosa, l'operatore deve creare il percorso utensile, utilizzando un software per disegnare le forme e creare il percorso utensile che la macchina seguirà.
L'uso sempre crescente nell'industria ha creato la necessità di personale esperto e in grado di preparare i programmi che guidano le macchine utensili per produrre parti con la forma e la precisione richieste. Con questo in mente, gli autori hanno preparato questo libro di testo per togliere il mistero dal CNC, per metterlo in una sequenza logica ed esprimerlo in un linguaggio semplice che tutti possono capire. La preparazione di un programma è spiegata in una procedura logica passo dopo passo, con esempi pratici per guidare l'utente.
Componente
La tecnologia CNC è composta da 3 parti: telaio del letto, sistema e tecnologia periferica.
Il kit telaio è composto principalmente da parti di base quali bancale, colonna, guida di scorrimento, tavolo di lavoro e altre parti di supporto quali portautensili e magazzino utensili.
Il sistema di controllo numerico è composto da apparecchiature di input/output, dispositivo di controllo numerico computerizzato, controllo logico programmabile (PLC), dispositivo di azionamento servo mandrino, dispositivo di azionamento servo avanzamento e dispositivo di misurazione. Tra questi, il dispositivo è il nucleo del sistema di controllo numerico.
La tecnologia periferica comprende principalmente la tecnologia degli utensili (sistemi di utensili), la tecnologia di programmazione e la tecnologia di gestione.
Glossario
CNC: Controllo numerico computerizzato.
G-Code: Linguaggio di programmazione per macchine utensili a controllo numerico universale (NC) che specifica i punti degli assi verso i quali si sposterà la macchina.
CAD: Progettazione assistita da computer.
CAM: Produzione assistita da computer.
Griglia: Il movimento minimo o avanzamento del mandrino. Il mandrino si sposta automaticamente alla posizione successiva della griglia quando il pulsante viene commutato in modalità continua o passo-passo.
TLT (HPGL): Linguaggio standard per la stampa di disegni al tratto basati su vettori, supportato da file CAD.
Percorso utensile: Percorso codificato e definito dall'utente che la fresa segue per lavorare il pezzo. Un percorso utensile "a tasca" taglia la superficie del pezzo; un percorso utensile "a profilo" o "a contorno" taglia completamente per separare la forma del pezzo.
Scendi: Distanza lungo l'asse Z alla quale l'utensile da taglio penetra nel materiale.
Scavalcare: Distanza massima sull'asse X o Y a cui l'utensile da taglio interagirà con il materiale non tagliato.
Motore passo-passo: Un motore a corrente continua che si muove a passi discreti ricevendo segnali o "impulsi" in una sequenza particolare, ottenendo così un posizionamento e un controllo della velocità molto precisi.
Velocità del mandrino: Velocità di rotazione dell'utensile da taglio (RPM).
Taglio convenzionale: La fresa ruota contro la direzione di avanzamento. Si verifica un minimo di vibrazioni ma può causare strappi in alcuni tipi di legno.
Metodo sottrattivo: La punta rimuove materiale per creare forme. (Opposto del metodo additivo.)
Tasso di alimentazione: Velocità alla quale l'utensile da taglio si muove attraverso il pezzo in lavorazione.
Posizione iniziale (macchina zero): Punto zero designato dalla macchina, determinato da finecorsa fisici. (Non identifica l'origine effettiva del lavoro durante l'elaborazione di un pezzo.)
Taglio di salita: La fresa ruota con la direzione di avanzamento. Il taglio in salita impedisce lo strappo, ma può causare segni di vibrazione con una punta a scanalature diritte; una punta a scanalature a spirale ridurrà la vibrazione.
Origine del lavoro (lavoro zero): Il punto zero designato dall'utente per il pezzo in lavorazione, da cui la testa eseguirà tutti i suoi tagli. Gli assi X, Y e Z sono impostati su zero.
LCD: Display a cristalli liquidi (utilizzato sul controller).
U Disk: Dispositivo di archiviazione dati esterno che viene inserito in un'interfaccia USB.
Caratteristiche
Alta precisione
Le macchine CNC sono prodotti meccatronici altamente integrati, composti da macchinari di precisione e sistemi di controllo automatici. Hanno un'elevata precisione di posizionamento e precisione di posizionamento ripetuto. Il sistema di trasmissione e la struttura hanno elevata rigidità e stabilità per ridurre gli errori. Pertanto, la macchina a controllo numerico computerizzato ha una maggiore precisione di lavorazione, in particolare la coerenza della produzione di parti nello stesso lotto e la qualità del prodotto è stabile, il tasso di superamento è elevato, il che è incomparabile con le normali macchine utensili.
Alta efficienza
Le macchine CNC possono utilizzare una maggiore quantità di taglio, il che consente di risparmiare efficacemente tempo di elaborazione. Hanno anche un cambio automatico della velocità, un cambio automatico dell'utensile e altre funzioni di funzionamento automatico, che riducono notevolmente il tempo ausiliario e, una volta formato un processo di elaborazione stabile, non è necessario eseguire ispezioni e misurazioni interprocesso. Pertanto, la produttività della lavorazione a controllo numerico computerizzato è 3-4 volte superiore a quella delle normali macchine utensili, o anche di più.
Alta adattabilità
Le macchine CNC eseguono l'elaborazione automatica in base al programma delle parti lavorate. Quando l'oggetto di lavorazione cambia, finché il programma viene modificato, non c'è bisogno di utilizzare attrezzature di processo speciali come master e modelli. Ciò è utile per accorciare il ciclo di preparazione della produzione e promuovere la sostituzione del prodotto.
Elevata lavorabilità
Alcune parti meccaniche formate da curve complesse e superfici curve sono difficili da lavorare o addirittura impossibili da completare con tecniche convenzionali e operazioni manuali, e possono essere facilmente realizzate da macchine CNC utilizzando collegamenti multi-asse.
Alto Valore Economico
I centri di lavorazione CNC utilizzano principalmente la concentrazione di processo e una macchina è multiuso. Nel caso di un serraggio, la maggior parte delle parti delle parti può essere elaborata. Possono sostituire diverse macchine utensili ordinarie. Ciò può non solo ridurre gli errori di serraggio, risparmiare tempo ausiliario tra trasporto, misurazione e serraggio tra i processi, ma anche ridurre i tipi di macchine utensili, risparmiare spazio e apportare maggiori vantaggi economici.
Pro e contro
Vantaggi
Sicurezza
L'operatore della macchina CNC è separato in modo sicuro da tutte le parti taglienti da una speciale struttura protettiva. Può comunque vedere cosa succede alla macchina attraverso il vetro, ma non deve avvicinarsi alla fresa o al mandrino. L'operatore non deve nemmeno toccare il refrigerante. A seconda del materiale, alcuni liquidi possono essere dannosi per la pelle umana.
Risparmia sui costi di manodopera
Oggi, le macchine utensili convenzionali richiedono un'attenzione costante. Ciò significa che ogni lavoratore può lavorare solo su una macchina. Quando è arrivata l'era del CNC, le cose sono cambiate radicalmente. La maggior parte delle parti richiede almeno 30 minuti per essere elaborata ogni volta che vengono installate. Ma le macchine a controllo numerico computerizzato lo fanno tagliando le parti stesse. Non c'è bisogno di toccare nulla. L'utensile si muove automaticamente e l'operatore controlla semplicemente se ci sono errori nel programma o nelle impostazioni. Detto questo, gli operatori CNC scoprono di avere molto tempo libero. Questo tempo può essere utilizzato per altre macchine. Quindi un operatore, molte macchine utensili. Ciò significa che puoi risparmiare manodopera.
Errore di impostazione minimo
Le macchine utensili tradizionali si basano sulla competenza dell'operatore con gli strumenti di misurazione, e i buoni lavoratori possono garantire che le parti siano assemblate con elevata precisione. Molti sistemi CNC utilizzano sonde di misurazione coordinate specializzate. Di solito è montato sul mandrino come utensile e la parte fissa viene toccata con una sonda per determinarne la posizione. Quindi, determinare il punto zero del sistema di coordinate per ridurre al minimo l'errore di configurazione.
Monitoraggio eccellente delle condizioni della macchina
L'operatore deve identificare i difetti di lavorazione e gli utensili da taglio e le sue decisioni potrebbero non essere ottimali. I moderni centri di lavorazione CNC sono dotati di diversi sensori. È possibile monitorare la coppia, la temperatura, la durata dell'utensile e altri fattori durante la lavorazione del pezzo. Sulla base di queste informazioni, è possibile perfezionare il processo in tempo reale. Ad esempio, si vede che la temperatura è troppo alta. Temperature più elevate indicano usura dell'utensile, scarse proprietà del metallo, ecc. È possibile ridurre l'avanzamento o aumentare la pressione del refrigerante per risolvere il problema. Nonostante ciò che molti affermano, la lavorazione è il metodo di produzione più diffuso oggi. Ogni settore utilizza la lavorazione in una certa misura.
Precisione stabile
Cosa c'è di più stabile di un programma per computer collaudato? Il movimento dello strumento è sempre lo stesso perché la sua accuratezza dipende solo dall'accuratezza dei motori passo-passo.
Meno test
La lavorazione tradizionale ha inevitabilmente delle parti di prova. Il lavoratore deve abituarsi alla tecnologia, gli mancherà sicuramente qualcosa quando esegue la prima parte e testa la nuova tecnologia. I sistemi CNC hanno un modo per evitare le esecuzioni di prova. Impiegano un sistema di visualizzazione che consente all'operatore di vedere effettivamente l'inventario dopo che tutti gli utensili sono passati.
Lavorazione facile di superfici complesse
La produzione di superfici complesse con elevata precisione è quasi impossibile con la lavorazione convenzionale. Richiede molto lavoro fisico. I sistemi CAM possono formare automaticamente percorsi utensile per qualsiasi superficie. Non devi fare alcuno sforzo. Questo è uno dei maggiori vantaggi della moderna tecnologia di lavorazione CNC.
Meno spreco di materiale
Il programma CNC utilizza algoritmi per ottimizzare la struttura del pezzo. In combinazione con un software di layout automatico, rimuove il materiale in eccesso, ottenendo un design leggero e riducendo al minimo gli sprechi di materiale.
Maggiore flessibilità
Il metodo tradizionale è quello delle fresatrici per scanalature o piani, dei torni per cilindri e coni e delle trapani per fori. La lavorazione CNC può combinare tutto quanto sopra in un'unica macchina utensile. Poiché le traiettorie degli utensili possono essere programmate, è possibile replicare qualsiasi movimento su qualsiasi macchina. Quindi abbiamo centri di fresatura che possono realizzare parti cilindriche e torni che possono fresare scanalature. Tutto ciò riduce la configurazione della parte.
Svantaggi
• Sono richieste elevate conoscenze e competenze per gli operatori delle macchine e per il personale addetto alla manutenzione.
• Avviare un'attività di lavorazione CNC richiede un investimento iniziale elevato.
• I tempi di fermo dovuti a guasti delle macchine incidono notevolmente sull'efficienza della produzione.
Applicazioni
Dal punto di vista della tecnologia CNC e delle applicazioni delle attrezzature nel mondo, i suoi principali campi di applicazione sono i seguenti:
Industria manifatturiera
L'industria manifatturiera di macchinari è la prima ad applicare la tecnologia del controllo numerico computerizzato ed è responsabile della fornitura di attrezzature avanzate per vari settori dell'economia nazionale. Le principali applicazioni sono lo sviluppo e la produzione di centri di lavorazione verticali a 5 assi per moderne attrezzature militari, centri di lavorazione a 5 assi, fresatura a portale a 5 assi su larga scala, linee di produzione flessibili per motori, cambi e alberi motore nell'industria automobilistica e centri di lavorazione ad alta velocità, nonché robot di saldatura, assemblaggio, verniciatura, saldatrici laser a piastre e macchine per il taglio laser, centri di lavorazione a 5 coordinate ad alta velocità per la lavorazione di eliche, motori, generatori e parti di pale di turbine nei settori dell'aviazione, della nautica e della produzione di energia, centri di lavorazione complessi di tornitura e fresatura per impieghi gravosi.
Industria dell'informazione
Nel settore dell'informazione, dal computer alla rete, alla comunicazione mobile, alla telemetria, al controllo remoto e ad altre apparecchiature, è necessario adottare apparecchiature di produzione basate sulla tecnologia di super-precisione e sulla nanotecnologia, come le macchine per la saldatura a filo per la produzione di chip, le macchine per la litografia di wafer. Il controllo di queste apparecchiature deve utilizzare la tecnologia di controllo numerico computerizzato.
Industria delle apparecchiature mediche
Nel settore medico, molte moderne apparecchiature per diagnosi e trattamento medico hanno adottato la tecnologia a controllo numerico, come gli strumenti diagnostici TC, le macchine per il trattamento di tutto il corpo e i robot chirurgici minimamente invasivi basati sulla guida visiva; in odontoiatria sono richiesti l'ortodonzia e il restauro dentale.
Equipaggiamento militare
Molti equipaggiamenti militari moderni utilizzano la tecnologia del controllo servoassistito, come il controllo automatico del puntamento dell'artiglieria, il controllo del tracciamento del radar e il controllo automatico del tracciamento dei missili.
Altre industrie
Nell'industria leggera, ci sono macchinari per la stampa, macchinari tessili, macchinari per l'imballaggio e macchinari per la lavorazione del legno che utilizzano servocomandi multiasse. Nell'industria dei materiali da costruzione, ci sono macchine da taglio a getto d'acqua a controllo numerico computerizzato per la lavorazione della pietra, macchine per l'incisione del vetro a controllo numerico computerizzato per la lavorazione del vetro, macchine da cucire a controllo numerico computerizzato utilizzate per la lavorazione Simmons e macchine da ricamo a controllo numerico computerizzato utilizzate per la lavorazione di indumenti. Nell'industria artistica, sempre più artigianato e opere d'arte saranno prodotti utilizzando macchine CNC a 5 assi ad alte prestazioni.
L'applicazione della tecnologia del controllo numerico non solo apporta cambiamenti rivoluzionari all'industria manifatturiera tradizionale, rendendo l'industria manifatturiera un simbolo di industrializzazione, ma anche con il continuo sviluppo della tecnologia del controllo numerico e l'espansione dei campi di applicazione, ha svolto un ruolo sempre più importante nell'economia nazionale e nel sostentamento delle persone (ad esempio IT e automobile), industria leggera, cure mediche, perché la digitalizzazione delle attrezzature richieste in questi settori è diventata una tendenza importante nella produzione moderna.
tendenze
Alta velocità / Alta precisione
Alta velocità e precisione sono gli obiettivi eterni dello sviluppo delle macchine utensili. Con il rapido sviluppo della scienza e della tecnologia, la velocità di sostituzione dei prodotti elettromeccanici è accelerata e anche i requisiti per la precisione e la qualità della superficie della lavorazione dei pezzi sono sempre più elevati. Per soddisfare le esigenze di questo mercato complesso e mutevole, le attuali macchine utensili si stanno sviluppando nella direzione del taglio ad alta velocità, del taglio a secco e del taglio quasi a secco e la precisione della lavorazione è in continuo miglioramento. Inoltre, l'applicazione di motori lineari, mandrini elettrici, cuscinetti a sfere in ceramica, viti e dadi a sfere ad alta velocità, guide lineari e altri componenti funzionali ha anche creato le condizioni per lo sviluppo di macchine utensili ad alta velocità e precisione. La macchina utensile a controllo numerico computerizzato adotta un mandrino elettrico, che elimina i collegamenti come cinghie, pulegge e ingranaggi, il che riduce notevolmente il momento di inerzia della trasmissione principale, migliora la velocità di risposta dinamica e la precisione di lavoro del mandrino e risolve completamente il problema delle vibrazioni e del rumore quando il mandrino funziona ad alta velocità. L'uso della struttura del mandrino elettrico può far raggiungere alla velocità del mandrino più di 10000 giri/min. Il motore lineare ha un'elevata velocità di azionamento, buone caratteristiche di accelerazione e decelerazione e ha eccellenti caratteristiche di risposta e precisione di seguito. L'uso del motore lineare come servoazionamento elimina il collegamento di trasmissione intermedio della vite a sfere, elimina lo spazio di trasmissione (incluso il gioco), l'inerzia del movimento è piccola, la rigidità del sistema è buona e può essere posizionato con precisione ad alta velocità, migliorando così notevolmente la precisione del servo. Grazie al suo gioco zero in tutte le direzioni e all'attrito volvente molto piccolo, la coppia di guide di rotolamento lineari ha una piccola usura e una generazione di calore trascurabile e ha un'ottima stabilità termica, che migliora la precisione di posizionamento e la ripetibilità dell'intero processo. Attraverso l'applicazione del motore lineare e della coppia di guide di rotolamento lineari, la velocità di movimento rapido della macchina può essere aumentata dagli originali 10-20 m/min a 60-80m/min, o addirittura fino a 120m/ min.
Alta affidabilità
L'affidabilità è un indicatore chiave della qualità delle macchine utensili a controllo numerico computerizzato. Se la macchina può esercitare le sue elevate prestazioni, elevata precisione ed elevata efficienza e ottenere buoni benefici, la chiave dipende dalla sua affidabilità.
Progettazione di macchine CNC con CAD, progettazione strutturale con modularizzazione
Con la diffusione delle applicazioni informatiche e lo sviluppo della tecnologia software, la tecnologia CAD è stata ampiamente sviluppata. Il CAD non solo può sostituire il noioso lavoro di disegno con il lavoro manuale, ma cosa più importante, può eseguire la selezione dello schema di progettazione e l'analisi delle caratteristiche statiche e dinamiche, il calcolo, la previsione e l'ottimizzazione della progettazione di macchine complete su larga scala e può eseguire la simulazione dinamica di ciascuna parte funzionante dell'intera attrezzatura. Sulla base della modularità, il modello geometrico tridimensionale e il colore realistico del prodotto possono essere visti nella fase di progettazione. L'uso del CAD può anche migliorare notevolmente l'efficienza del lavoro e migliorare il tasso di successo una tantum della progettazione, riducendo così il ciclo di produzione di prova, riducendo i costi di progettazione e migliorando la competitività del mercato. La progettazione modulare dei componenti delle macchine utensili può non solo ridurre il lavoro ripetitivo, ma anche rispondere rapidamente al mercato e accorciare i cicli di sviluppo e progettazione del prodotto.
Composizione funzionale
Lo scopo della composizione funzionale è quello di migliorare ulteriormente l'efficienza produttiva della macchina utensile e ridurre al minimo il tempo ausiliario di non lavorazione. Attraverso la composizione delle funzioni, la gamma di utilizzo della macchina utensile può essere ampliata, l'efficienza può essere migliorata e la multifunzionalità e la multifunzionalità di una macchina possono essere realizzate, ovvero una macchina CNC può realizzare sia la funzione di tornitura che il processo di fresatura. La rettifica è anche possibile sulle macchine utensili. Il centro di tornitura e fresatura a controllo numerico computerizzato funzionerà con assi X, Z, assi C e Y contemporaneamente. Attraverso l'asse C e l'asse Y, è possibile realizzare la fresatura piana e la lavorazione di fori e scanalature offset. La macchina è inoltre dotata di un potente supporto utensile e di un contromandrino. Il contromandrino adotta una struttura di mandrino elettrico integrata e la sincronizzazione della velocità dei mandrini principale e secondario può essere realizzata direttamente tramite il sistema di controllo numerico. Il pezzo della macchina utensile può completare tutta la lavorazione in un unico serraggio, il che migliora notevolmente l'efficienza.
Intelligente, in rete, flessibile e integrato
Le apparecchiature CNC nel 21° secolo saranno un sistema con una certa intelligenza. Il contenuto dell'intelligenza include tutti gli aspetti del sistema di controllo numerico: al fine di perseguire l'intelligenza nell'efficienza di lavorazione e nella qualità di lavorazione, come il controllo adattivo del processo di lavorazione, i parametri di processo vengono generati automaticamente; al fine di migliorare le prestazioni di guida e utilizzare l'intelligenza in connessione, come il controllo feedforward, il funzionamento autoadattativo dei parametri del motore, l'identificazione automatica del carico, la selezione automatica del modello, l'auto-tuning, ecc.; programmazione semplificata, intelligenza di funzionamento semplificata, come la programmazione automatica intelligente, l'interfaccia intelligente, la diagnosi intelligente, il monitoraggio intelligente e altri aspetti per facilitare la diagnosi e la manutenzione del sistema. Le apparecchiature di controllo numerico in rete sono un punto caldo nello sviluppo di macchine utensili negli ultimi anni. La messa in rete delle apparecchiature CNC soddisferà ampiamente le esigenze delle linee di produzione, dei sistemi di produzione e delle imprese manifatturiere per l'integrazione delle informazioni ed è anche l'unità di base per realizzare nuovi modelli di produzione, come la produzione agile, le imprese virtuali e la produzione globale. La tendenza di sviluppo delle macchine a controllo numerico computerizzato verso sistemi di automazione flessibili è: da punto (stand-alone, centro di lavorazione e centro di lavorazione composito), linea (FMC, FMS, FTL, FML) a superficie (isola di produzione indipendente in officina, FA), corpo (CIMS, sistema di produzione integrato in rete distribuita), d'altra parte per concentrarsi sulla direzione dell'applicazione e dell'economia. La tecnologia di automazione flessibile è il mezzo principale per l'industria manifatturiera per adattarsi alle richieste dinamiche del mercato e per aggiornare rapidamente i prodotti. Il suo obiettivo è migliorare l'affidabilità e la praticità del sistema come premessa, con l'obiettivo di una facile rete e integrazione e prestare attenzione al rafforzamento dello sviluppo e del miglioramento della tecnologia unitaria. Le macchine stand-alone CNC si stanno sviluppando nella direzione di alta precisione, alta velocità e alta flessibilità. Le macchine CNC e i loro sistemi di produzione flessibili costituenti possono essere facilmente collegati con CAD, CAM, CAPP e MTS e si sviluppano verso l'integrazione delle informazioni. Il sistema di rete si sviluppa nella direzione di apertura, integrazione e intelligenza.
Sintesi
In breve, la tecnologia CNC è onnipresente nel nostro lavoro e nella nostra vita quotidiana, dalle piccole officine ai grandi stabilimenti di produzione. Le macchine CNC sono in grado di svolgere qualsiasi compito, dall'intaglio e taglio di oggetti in legno personalizzati alla tornitura e fresatura di componenti metallici di precisione. Sono richieste da tutti, dagli appassionati del fai da te ai produttori industriali. Le macchine CNC aumentano la produttività risparmiando manodopera e materiali, rendendole il partner ideale per avviare una nuova attività o aggiornare una linea di produzione obsoleta.
