Mik azok a CNC gépek?

A CNC gépek története
John T. Parsons (1913-2007) a Parsons Corporation-től (Traverse City, MI) a numerikus vezérlés úttörője, a modern CNC gép előfutára.Munkája miatt John Parsons-t a 2. ipari forradalom atyjának nevezték.Összetett helikopterlapátokat kellett gyártania, és hamar rájött, hogy a gyártás jövője a gépek számítógépekhez való csatlakoztatása.Ma már szinte minden iparágban megtalálhatóak CNC gyártású alkatrészek.A CNC gépek miatt olcsóbb áruink, erősebb honvédelem és magasabb életszínvonal áll rendelkezésünkre, mint egy nem iparosodott világban lehetséges.Ebben a cikkben megvizsgáljuk a CNC gépek eredetét, a különböző típusú CNC gépeket, a CNC gépi programokat és a CNC gépműhelyek általános gyakorlatait.

A gépek találkoznak a számítógéppel
1946-ban a „számítógép” szó lyukkártyás számítási gépet jelentett.Annak ellenére, hogy a Parsons Corporation korábban csak egy légcsavart készített, John Parsons meggyőzte a Sikorsky Helicoptert, hogy rendkívül precíz sablonokat tudnak készíteni a propeller-összeszereléshez és -gyártáshoz.Végül feltalált egy lyukkártyás számítógépes módszert a helikopter forgórészének pontjainak kiszámítására.Aztán egy cincinnati marógépen a kezelők elfordították a kerekeket ezekre a pontokra.Versenyt rendezett ennek az új eljárásnak a nevéért, és 50 dollárt adott annak a személynek, aki megalkotta a „numerikus vezérlést” vagy az NC-t.

1958-ban szabadalmat nyújtott be a számítógép és a gép összekapcsolására.Szabadalmi kérelme három hónappal az MIT előtt érkezett meg, aki az általa elindított koncepción dolgozott.Az MIT az ő koncepcióit használta arra, hogy az eredeti berendezést és Mr. Parsons licenctulajdonosát (Bendix) allicencceljék többek között az IBM-nek, a Fujitusunak és a GE-nek.Az NC-koncepció lassan fogott meg.Mr. Parsons szerint az ötletet eladó emberek számítógépesek voltak, nem pedig gyártó emberek.Az 1970-es évek elejére azonban már maga az amerikai hadsereg is népszerűsítette az NC számítógépek használatát azáltal, hogy számos gyártónak megépítette és bérbe adta azokat.A CNC vezérlő a számítógéppel párhuzamosan fejlődött, egyre nagyobb termelékenységet és automatizálást hajtott a gyártási folyamatokba, különösen a megmunkálásba.

Mi az a CNC megmunkálás?
A CNC gépek világszerte szinte minden iparághoz gyártanak alkatrészeket.Műanyagból, fémből, alumíniumból, fából és sok más kemény anyagból készítenek dolgokat.A „CNC” szó a Számítógépes numerikus vezérlést jelenti, de ma már mindenki CNC-nek hívja.Szóval, hogyan definiál egy CNC gépet?Minden automatizált mozgásvezérlő gépnek három elsődleges összetevője van – egy parancsfunkció, egy hajtás/mozgásrendszer és egy visszacsatoló rendszer.A CNC megmunkálás az a folyamat, amikor egy számítógép-vezérelt szerszámgépet szilárd anyagból más alakú alkatrészt állítanak elő.

A CNC általában a számítógéppel segített gyártási (CAM) vagy számítógépes tervezésű (CAD) szoftvereken, például a SolidWorks vagy a MasterCAM digitális utasításaitól függ.A szoftver G-kódot ír, amelyet a CNC gépen lévő vezérlő be tud olvasni.A vezérlő számítógépes programja értelmezi a tervet, és több tengelyen mozgatja a forgácsolószerszámokat és/vagy a munkadarabot, hogy a kívánt formát levágja a munkadarabból.Az automatizált vágási folyamat sokkal gyorsabb és pontosabb, mint a szerszámok és munkadarabok kézi mozgatása, amelyet a régebbi berendezések karjaival és fogaskerekeivel végeznek.A modern CNC gépek többféle szerszámot tartalmaznak, és sokféle vágást végeznek.A mozgássíkok (tengelyek) száma, valamint azon szerszámok száma és típusai, amelyekhez a gép a megmunkálási folyamat során automatikusan hozzáfér, meghatározza, hogy egy CNC milyen összetett munkadarabot tud készíteni.

Hogyan használjunk CNC gépet?
A CNC megmunkálóknak mind programozási, mind fémmegmunkálási ismereteket kell szerezniük ahhoz, hogy teljes mértékben ki tudják használni a CNC gépek erejét.A műszaki szakiskolák és a gyakornoki programok gyakran kézi esztergagépeken indítják a tanulókat, hogy megtapasztalják a fémvágás módját.A gépésznek képesnek kell lennie arra, hogy mindhárom dimenziót elképzelje.Manapság a szoftver minden eddiginél egyszerűbbé teszi az összetett alkatrészek elkészítését, mivel az alkatrész alakja virtuálisan megrajzolható, majd a szoftverek szerszámpályákat javasolhatnak az alkatrészek elkészítéséhez.

A CNC megmunkálási folyamatban általánosan használt szoftver típusa
Számítógéppel segített rajz (CAD)
A CAD szoftver a legtöbb CNC projekt kiindulópontja.Sok különböző CAD szoftvercsomag létezik, de mindegyiket tervek készítésére használják.A népszerű CAD programok közé tartozik az AutoCAD, a SolidWorks és a Rhino3D.Vannak felhő alapú CAD-megoldások is, és egyesek CAM-képességeket kínálnak, vagy jobban integrálódnak a CAM-szoftverbe, mint mások.

Computer Aided Manufacturing (CAM)
A CNC gépek gyakran használnak CAM szoftverrel létrehozott programokat.A CAM lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy „munkafát” állítsanak fel a munkafolyamat megszervezéséhez, a szerszámpályák beállításához és a vágási szimulációk futtatásához, mielőtt a gép valódi vágást végezne.A CAM-programok gyakran a CAD-szoftver kiegészítőjeként működnek, és g-kódot generálnak, amely megmondja a CNC-szerszámoknak és a munkadarab mozgó alkatrészeinek, hogy merre menjenek.A CAM-szoftver varázslói minden eddiginél egyszerűbbé teszik a CNC gépek programozását.A népszerű CAM szoftverek közé tartozik a Mastercam, az Edgecam, a OneCNC, a HSMWorks és a Solidcam.Egy 2015-ös jelentés szerint a Mastercam és az Edgecam a csúcskategóriás CAM-piaci részesedés közel 50%-át teszi ki.

Mi az elosztott numerikus vezérlés?
Közvetlen numerikus vezérlés, amelyből elosztott numerikus vezérlés (DNC) lett
Közvetlen numerikus vezérlőket használtak az NC programok és gépparaméterek kezelésére.Lehetővé tette a programok számára, hogy hálózaton keresztül egy központi számítógépről a gépvezérlő egységként (MCU) ismert fedélzeti számítógépekre mozogjanak.Eredetileg „Közvetlen numerikus vezérlésnek” hívták, megkerülte a papírszalag szükségességét, de amikor a számítógép lemerült, minden gépe lemerült.

Az elosztott numerikus vezérlés számítógépek hálózatát használja több gép működésének koordinálására úgy, hogy egy programot táplál a CNC-be.A CNC memória tárolja a programot, és a kezelő összegyűjtheti, szerkesztheti és visszaküldheti a programot.

A modern DNC programok a következőkre képesek:
● Szerkesztés – Futtathat egy NC programot, miközben másokat szerkesztenek.
● Összehasonlítás – Hasonlítsa össze az eredeti és a szerkesztett NC programokat egymás mellett, és tekintse meg a módosításokat.
● Újraindítás – Amikor egy eszköz meghibásodik, a program leállítható, és onnan indul újra, ahol abbahagyta.
● Munkakövetés – A kezelők beállíthatják a feladatokat, és nyomon követhetik például a beállítást és a futási időt.
● Rajzok megjelenítése – Fényképek, CAD-rajzok megjelenítése szerszámokról, rögzítésekről és befejező alkatrészekről.
● Fejlett képernyőfelületek – Egyérintéses megmunkálás.
● Fejlett adatbázis-kezelés – Rendszerezi és karbantartja az adatokat, ahonnan könnyen visszakereshetők.

Gyártási adatgyűjtés (MDC)
Az MDC szoftver tartalmazhatja a DNC-szoftver összes funkcióját, valamint további adatokat gyűjthet, és elemzi azokat a berendezések általános hatékonysága (OEE) szempontjából.A berendezés összhatékonysága a következőktől függ: Minőség – a minőségi előírásoknak megfelelő termékek száma az összes legyártott termékből Elérhetőség – a tervezett munkaidő százaléka, ameddig az adott berendezés dolgozik vagy alkatrészt gyártanak Teljesítmény – tényleges futási sebesség a tervezett vagy ideális futáshoz képest a berendezés aránya.

OEE = minőség x elérhetőség x teljesítmény
Az OEE számos gépműhely kulcsfontosságú teljesítménymutatója (KPI).

Gépfelügyeleti megoldások
A gépfelügyeleti szoftver beépíthető DNC vagy MDC szoftverbe, vagy külön megvásárolható.A gépfelügyeleti megoldások révén a gépadatok, például a beállítás, a futásidő és az állásidő automatikusan összegyűjtésre kerülnek, és emberi adatokkal, például okkódokkal kombinálva előzményi és valós idejű képet adnak a feladatok működéséről.A modern CNC gépek akár 200 féle adatot is gyűjtenek, és a gépfigyelő szoftver mindenki számára hasznossá teheti ezeket az adatokat a műhelytől a legfelső emeletig.Az olyan cégek, mint a Memex, olyan szoftvert (Tempus) kínálnak, amely bármilyen CNC-gépről vesz adatokat, és szabványosított adatbázis-formátumba helyezi, amely értelmes diagramokban és grafikonokban jeleníthető meg.A legtöbb gépfelügyeleti megoldás által használt adatszabvány, amely az USA-ban teret hódított, az MTConnect nevet viseli.Manapság sok új CNC szerszámgép van felszerelve arra, hogy ebben a formátumban adatokat szolgáltasson.A régebbi gépek még mindig értékes információkkal szolgálhatnak az adapterekkel.A CNC gépek gépfelügyelete az elmúlt néhány évben vált általánossá, és folyamatosan fejlődnek az új szoftvermegoldások.

Melyek a különböző típusú CNC gépek?
Manapság számtalan különböző típusú CNC gép létezik.A CNC gépek olyan szerszámgépek, amelyek a vezérlőn programozott módon vágnak vagy mozgatnak anyagot, a fent leírtak szerint.A vágás típusa a plazmavágástól a lézervágásig, marásig, marásig és esztergagépig változhat.A CNC gépek akár összeszerelősoron is felvehetnek és mozgathatnak elemeket.

Az alábbiakban bemutatjuk a CNC gépek alapvető típusait:
Esztergagépek:Az ilyen típusú CNC forgatja a munkadarabot és mozgatja a vágószerszámot a munkadarabhoz.Az alap eszterga 2 tengelyes, de sokkal több tengely is hozzáadható a vágás bonyolultságának növeléséhez.Az anyag egy orsón forog, és egy csiszoló vagy faragó szerszámhoz préselik, amely a kívánt formát alakítja ki.Az esztergagépeket szimmetrikus tárgyak, például gömbök, kúpok vagy hengerek készítésére használják.Sok CNC gép többfunkciós, és mindenféle vágást kombinál.

Routerek:A CNC routereket általában nagy méretű fa, fém, lemezek és műanyagok vágására használják.A szabványos útválasztók 3 tengelyes koordinátákon működnek, így három dimenzióban vághatnak.Vásárolhat azonban 4,5 és 6 tengelyes gépeket is prototípusokhoz és összetett formákhoz.

Marás:A kézi marógépek kézikerekeket és ólomcsavarokat használnak a forgácsolószerszám csuklósra a munkadarabra.A CNC-malomban a CNC a nagy pontosságú golyóscsavarokat az helyette programozott pontos koordinátákra mozgatja.A CNC marógépek sokféle méretben és típusban kaphatók, és több tengelyen is működhetnek.

Plazmavágók:A CNC plazmavágó erős lézert használ a vágáshoz.A legtöbb plazmavágó programozott formákat vág ki lapból vagy lemezből.

3d nyomtató:A 3D-s nyomtató a program segítségével megmondja neki, hogy hova rakjon le kis anyagdarabokat a kívánt forma kialakításához.A 3D részeket lézerrel rétegről rétegre építik fel, hogy megszilárdítsák a folyadékot vagy az erőt, ahogy a rétegek növekednek.

Pick and Place Machine:A CNC „szedd és helyezd el” gép hasonlóan működik, mint egy CNC router, de az anyagvágás helyett a gépben sok kis fúvóka van, amelyek vákuum segítségével felszedik az alkatrészeket, a kívánt helyre mozgatják és lerakják.Ezekből asztalokat, számítógépes alaplapokat és egyéb elektromos szerelvényeket készítenek (többek között).

A CNC gépek sok mindenre képesek.Manapság a számítástechnika szinte elképzelhető gépre ültethető.A CNC helyettesíti a gépalkatrészek mozgatásához szükséges emberi interfészt a kívánt eredmény elérése érdekében.A mai CNC-k képesek a nyersanyagból, például egy acéltömbből kiindulni, és nagyon összetett alkatrészt készíteni precíz tűréssel és elképesztő ismételhetőséggel.

Mindent összerakva: Hogyan készítenek alkatrészt a CNC gépműhelyek
A CNC működtetése magában foglalja mind a számítógépet (vezérlőt), mind a fizikai beállítást.Egy tipikus gépműhelyi folyamat így néz ki:

Egy tervezőmérnök elkészíti a tervet a CAD programban, és elküldi egy CNC programozónak.A programozó megnyitja a fájlt a CAM programban, hogy eldöntse a szükséges eszközöket és létrehozza az NC programot a CNC számára.Elküldi az NC-programot a CNC-gépnek, és megadja a megfelelő szerszámbeállítások listáját a kezelőnek.A beállító operátor az utasításoknak megfelelően betölti a szerszámokat, és betölti a nyersanyagot (vagy a munkadarabot).Ezután lefuttatja a mintadarabokat, és minőségbiztosítási eszközökkel megméri azokat, hogy ellenőrizze, hogy a CNC gép a specifikációnak megfelelően készít-e alkatrészeket.Általában a beállítási operátor egy első cikkdarabot biztosít a minőségügyi osztálynak, amely ellenőrzi az összes méretet, és aláírja a beállítást.A CNC-gép vagy a hozzá tartozó gépek elegendő nyersanyaggal vannak megrakva a kívánt darabszám elkészítéséhez, és egy gépkezelő készenlétben gondoskodik a gép folyamatos működéséről, és az előírásoknak megfelelő alkatrészeket készít.és van alapanyaga.A munkától függően gyakran előfordulhat, hogy a CNC gépeket „kikapcsolva” üzemeltetik kezelő nélkül.A kész alkatrészek automatikusan egy kijelölt helyre kerülnek.

A mai gyártók szinte minden folyamatot képesek automatizálni, ha elegendő időt, erőforrást és képzelőerőt adnak.A nyersanyag bekerülhet a gépbe, az elkészült alkatrészek pedig készen csomagolva kerülhetnek ki.A gyártók a CNC gépek széles skálájára támaszkodnak, hogy gyorsan, pontosan és költséghatékonyan készítsenek dolgokat.