Cos'è una macchina CNC?
A macchina CNC è una macchina utensile a controllo numerico con la caratteristica aggiuntiva di un computer di bordo. Il computer è denominato unità di controllo macchina (MCU). I dati numerici richiesti per produrre una parte vengono forniti alla macchina sotto forma di programma. Il programma viene tradotto nei segnali elettrici appropriati per l'input ai motori che azionano la macchina.
Il letto del telaio della macchina è la struttura meccanica della macchina CNC ed è anche composto dal sistema di azionamento principale, dal sistema di azionamento di avanzamento, dal letto, dal banco di lavoro e dai dispositivi di movimento ausiliari, dai sistemi idraulici e pneumatici, dai sistemi di lubrificazione, dai dispositivi di raffreddamento, dalla rimozione dei trucioli, dai sistemi di protezione e da altre parti. Ma per soddisfare i requisiti del controllo numerico e dare pieno gioco alle prestazioni della macchina utensile, ha subito grandi cambiamenti nel layout generale, nell'aspetto, nella struttura del sistema di trasmissione, nel sistema degli utensili e nelle prestazioni operative. Le parti meccaniche delle macchine CNC includono letto, scatola, colonna, guida, tavolo di lavoro, mandrino, meccanismo di avanzamento, meccanismo di cambio utensile.
Come funziona una macchina CNC?
Le macchine CNC utilizzano computer per realizzare la tecnologia del controllo del programma digitale. Questa tecnologia utilizza un computer per eseguire la funzione di controllo logico sequenziale della traccia di movimento del dispositivo e il funzionamento delle periferiche in base al programma di controllo memorizzato in anticipo. Poiché un computer viene utilizzato per sostituire il dispositivo di controllo numerico originale composto da circuiti logici hardware, la memorizzazione, l'elaborazione, il calcolo, il giudizio logico e altre funzioni di controllo delle istruzioni operative di input possono essere realizzate tramite software per computer e le micro-istruzioni generate dall'elaborazione possono essere trasmesse. Azionare il motore o gli attuatori idraulici al dispositivo di azionamento servo per azionare la macchina CNC per funzionare.
Per far funzionare una macchina CNC, è possibile seguire i seguenti passaggi:
Fase 1. In base al disegno e al piano di processo della parte lavorata, utilizzare il codice specificato e il formato del programma per programmare il percorso di movimento dell'utensile, il processo di elaborazione, i parametri di processo e la quantità di taglio nel modulo di istruzioni che può essere riconosciuto dal sistema CNC, ovvero per scrivere il programma di elaborazione.
Fase 2. Inserire il programma di elaborazione programmato nel dispositivo CNC.
Fase 3. Il dispositivo CNC decodifica ed elabora il programma di input (codice) e invia i segnali di controllo corrispondenti al dispositivo di azionamento servo e al dispositivo di controllo delle funzioni ausiliarie di ciascun asse delle coordinate per controllare il movimento di ciascuna parte della macchina utensile.
Fase 4. Nel processo di movimento, il sistema CNC deve rilevare in qualsiasi momento la posizione dell'asse delle coordinate della macchina CNC, lo stato dell'interruttore di corsa, ecc. e confrontarlo con i requisiti del programma per determinare l'azione successiva fino all'elaborazione di una parte qualificata.
Fase 5. L'operatore può osservare e controllare le condizioni di lavorazione e lo stato di lavoro della macchina CNC in qualsiasi momento. Se necessario, è necessario regolare l'azione della macchina CNC e il programma di lavorazione per garantire il funzionamento sicuro e affidabile della macchina utensile.
Sistema di coordinate cartesiano
Quasi tutto ciò che può essere prodotto su una macchina utensile convenzionale può essere prodotto su una macchina utensile a controllo numerico computerizzato, con i suoi numerosi vantaggi. I movimenti della macchina utensile utilizzati per produrre un prodotto sono di 2 tipi fondamentali: punto a punto (movimenti rettilinei) e percorso continuo (movimenti di contorno).
Il sistema di coordinate cartesiane, o rettangolari, fu ideato dal matematico e filosofo francese René Descartes. Con questo sistema, qualsiasi punto specifico può essere descritto matematicamente a partire da qualsiasi altro punto lungo 3 assi perpendicolari. Questo concetto si adatta perfettamente alle macchine utensili, poiché la loro costruzione si basa generalmente su 3 assi di movimento (X, Y, Z) più un asse di rotazione. Su una fresatrice verticale, l'asse X rappresenta il movimento orizzontale (a destra o a sinistra) del piano di lavoro, l'asse Y il movimento trasversale del piano (verso o lontano dalla colonna) e l'asse Z il movimento verticale del ginocchio o del mandrino. I sistemi CNC si basano in larga misura sull'uso delle coordinate rettangolari perché consentono al programmatore di localizzare con precisione ogni punto del pezzo. Per localizzare i punti su un pezzo, si utilizzano due linee rette intersecanti, una verticale e una orizzontale. Queste linee devono essere perpendicolari tra loro e il punto in cui si intersecano è chiamato origine, o punto zero (Fig. 1).
Fig. 1 Le linee che si intersecano formano angoli retti e stabiliscono il punto zero.
Fig. 2 I piani di coordinate tridimensionali (assi) utilizzati nel CNC.
I piani di coordinate tridimensionali sono mostrati nella Fig. 3. I piani X e Y (asse) sono orizzontali e rappresentano i movimenti orizzontali del tavolo della macchina. Il piano o asse Z rappresenta il movimento verticale dell'utensile. I segni più (+) e meno (-) indicano la direzione dal punto zero (origine) lungo l'asse del movimento. I 2 quadranti formati quando l'asse XY si incrocia sono numerati in senso antiorario (Fig. 4). Tutte le posizioni situate nel quadrante 3 sarebbero positive (X+) e positive (Y+). Nel 1° quadrante, tutte le posizioni sarebbero negative X (X-) e positive (Y+). Nel 2° quadrante, tutte le posizioni sarebbero negative X (X-) e negative (Y-). Nel 3° quadrante, tutte le posizioni sarebbero positive X (X+) e negative Y (Y-).
Fig. 3 I quadranti formati dall'incrocio degli assi X e Y vengono utilizzati per localizzare con precisione i punti dallo zero X/Y, o punto di origine.
Nella Fig. 3, il punto A sarebbe 2 unità a destra dell'asse Y e 2 unità sopra l'asse X. Supponiamo che ogni unità sia uguale a 1.000. La posizione del punto A sarebbe X + 2.000 e Y + 2.000. Per il punto B, la posizione sarebbe X + 1.000 e Y - 2.000. Nella programmazione CNC non è necessario indicare valori più (+) poiché questi sono presunti. Tuttavia, i valori meno (-) devono essere indicati. Ad esempio, le posizioni di A e B sarebbero indicate come segue:
Un X2.000 Y2.000
B X1.000 Y-2.000
Un sistema informatico è collegato alla macchina, comprendente sensori e azionamenti elettrici. Il programma controlla i movimenti degli assi della macchina.
Quali sono i tipi più comuni di macchine CNC?
Le prime macchine utensili erano progettate in modo che l'operatore stesse in piedi di fronte alla macchina mentre azionava i comandi. Questa progettazione non è più necessaria, poiché nel CNC l'operatore non controlla più i movimenti della macchina utensile. Sulle macchine utensili convenzionali, solo circa il 20 percento del tempo veniva impiegato per rimuovere il materiale. Con l'aggiunta dei comandi elettronici, il tempo effettivo impiegato per rimuovere il metallo è aumentato all'80 percento e anche di più. Ha anche ridotto la quantità di tempo necessaria per portare l'utensile da taglio in ogni posizione di lavorazione.
Esistono 10 tipi più comuni di macchine CNC, impiegate in diversi settori industriali.
1. Fresatrici CNC (Mulini a controllo numerico)
2. Macchine per fresatura CNC (Router CNC)
3. Macchine laser CNC (Tagliatrici laser, incisori laser, saldatrici laser)
4. Torni CNC (Torni CNC)
5. Macchine per foratura CNC (trapani CNC)
6. Alesatrici CNC
7. Rettificatrici CNC (rettificatrici CNC)
8. Macchine a scarica elettrica (EDM)
9. Macchine per il taglio al plasma CNC (CNC Plasma Cutters)
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