Hva er CNC-maskiner?

Historien om CNC-maskiner
John T. Parsons (1913-2007) fra Parsons Corporation i Traverse City, MI regnes som pioneren innen numerisk kontroll, forløperen til den moderne CNC-maskinen.For sitt arbeid har John Parsons blitt kalt faren til den 2. industrielle revolusjon.Han trengte å produsere komplekse helikopterblader og innså raskt at fremtiden for produksjon var å koble maskiner til datamaskiner.I dag kan CNC-produserte deler finnes i nesten alle bransjer.På grunn av CNC-maskiner har vi rimeligere varer, sterkere nasjonalt forsvar og høyere levestandard enn det som er mulig i en ikke-industrialisert verden.I denne artikkelen skal vi utforske opprinnelsen til CNC-maskinen, forskjellige typer CNC-maskiner, CNC-maskinprogrammer og vanlig praksis fra CNC-maskinverksteder.

Maskiner møter datamaskin
I 1946 betydde ordet "datamaskin" en hullkortdrevet regnemaskin.Selv om Parsons Corporation bare hadde laget én propell før, overbeviste John Parsons Sikorsky Helicopter om at de kunne produsere ekstremt presise maler for propellmontering og produksjon.Han endte opp med å finne opp en hullkortdatametode for å beregne poeng på et helikopterblad.Så fikk han operatører til å snu hjulene til disse punktene på en Cincinnati-fresemaskin.Han holdt en konkurranse om navnet på denne nye prosessen og ga $50 til personen som laget "Numerical Control" eller NC.

I 1958 søkte han patent på å koble datamaskinen til maskinen.Patentsøknaden hans kom tre måneder før MIT, som jobbet med konseptet han hadde startet.MIT brukte konseptene hans for å gjøre det originale utstyret og Mr. Parsons' lisenshaver (Bendix) underlisensiert til blant andre IBM, Fujitusu og GE.NC-konseptet var tregt å fange opp.I følge Mr. Parsons var personene som solgte ideen datafolk i stedet for produksjonsfolk.På begynnelsen av 1970-tallet populariserte imidlertid den amerikanske hæren selv bruken av NC-datamaskiner ved å bygge og leie dem ut til en rekke produsenter.CNC-kontrolleren utviklet seg parallelt med datamaskinen, og drev mer og mer produktivitet og automatisering inn i produksjonsprosesser, spesielt maskinering.

Hva er CNC-bearbeiding?
CNC-maskiner lager deler over hele verden for nesten alle bransjer.De lager ting av plast, metaller, aluminium, tre og mange andre harde materialer.Ordet "CNC" står for Computer Numerical Control, men i dag kaller alle det CNC.Så, hvordan definerer du en CNC-maskin?Alle automatiserte bevegelseskontrollmaskiner har tre hovedkomponenter - en kommandofunksjon, et driv-/bevegelsessystem og tilbakemeldingssystem.CNC-maskinering er prosessen med å bruke en datamaskindrevet maskinverktøy for å produsere en del av solid materiale i en annen form.

CNC avhenger av digitale instruksjoner som vanligvis er laget på Computer Aided Manufacturing (CAM) eller Computer Aided Design (CAD) programvare som SolidWorks eller MasterCAM.Programvaren skriver G-kode som kontrolleren på CNC-maskinen kan lese.Dataprogrammet på kontrolleren tolker designet og flytter skjæreverktøy og/eller arbeidsstykket på flere akser for å kutte ønsket form fra arbeidsstykket.Den automatiserte kutteprosessen er mye raskere og mer nøyaktig enn en manuell bevegelse av verktøy og arbeidsstykker som gjøres med spaker og gir på eldre utstyr.Moderne CNC-maskiner holder flere verktøy og lager mange typer kutt.Antall bevegelsesplan (akser) og antall og typer verktøy som maskinen kan få tilgang til automatisk under bearbeidingsprosessen, bestemmer hvor komplekst et arbeidsstykke en CNC kan lage.

Hvordan bruke en CNC-maskin?
CNC-maskinister må få ferdigheter i både programmering og metallbearbeiding for å utnytte kraften til en CNC-maskin fullt ut.Tekniske handelsskoler og læreprogram starter ofte elever på manuelle dreiebenker for å få en følelse av hvordan man skjærer metall.Maskinisten skal kunne se for seg alle tre dimensjonene.I dag gjør programvare det enklere enn noen gang å lage komplekse deler, fordi delformen kan tegnes virtuelt og deretter verktøybaner kan foreslås av programvare for å lage disse delene.

Type programvare som vanligvis brukes i CNC-bearbeidingsprosessen
Computer Aided Drawing (CAD)
CAD-programvare er utgangspunktet for de fleste CNC-prosjekter.Det finnes mange forskjellige CAD-programvarepakker, men alle brukes til å lage design.Populære CAD-programmer inkluderer AutoCAD, SolidWorks og Rhino3D.Det finnes også skybaserte CAD-løsninger, og noen tilbyr CAM-evner eller integreres med CAM-programvare bedre enn andre.

Computer Aided Manufacturing (CAM)
CNC-maskiner bruker ofte programmer laget av CAM-programvare.CAM lar brukere sette opp et "jobbtre" for å organisere arbeidsflyt, angi verktøybaner og kjøre skjæresimuleringer før maskinen foretar noen reell kutting.Ofte fungerer CAM-programmer som tillegg til CAD-programvare og genererer g-kode som forteller CNC-verktøyene og arbeidsstykkets bevegelige deler hvor de skal gå.Veivisere i CAM-programvare gjør det enklere enn noen gang å programmere en CNC-maskin.Populær CAM-programvare inkluderer Mastercam, Edgecam, OneCNC, HSMWorks og Solidcam.Mastercam og Edgecam står for nesten 50 % av high-end CAM-markedsandelen ifølge en rapport fra 2015.

Hva er en distribuert numerisk kontroll?
Direkte numerisk kontroll som ble distribuert numerisk kontroll (DNC)
Direkte numeriske kontroller ble brukt til å administrere NC-programmer og maskinparametere.Det tillot programmer å flytte over et nettverk fra en sentral datamaskin til innebygde datamaskiner kjent som maskinkontrollenheter (MCU).Opprinnelig kalt "Direct Numeric Control", den omgikk behovet for papirtape, men da datamaskinen gikk ned, gikk alle maskinene ned.

Distribuert numerisk kontroll bruker et nettverk av datamaskiner for å koordinere driften av flere maskiner ved å mate et program til CNC.CNC-minnet holder programmet og operatøren kan samle inn, redigere og returnere programmet.

Moderne DNC-programmer kan gjøre følgende:
● Redigering – Kan kjøre ett NC-program mens andre redigeres.
● Sammenlign – Sammenlign originale og redigerte NC-programmer side ved side og se redigeringene.
● Start på nytt – Når et verktøy går i stykker, kan programmet stoppes og startes på nytt der det slapp.
● Jobbsporing – Operatører kan klokke inn jobber og spore oppsett og kjøretid, for eksempel.
● Vise tegninger – Vis bilder, CAD-tegninger av verktøy, inventar og finishdeler.
● Avanserte skjermgrensesnitt – Maskinering med ett trykk.
● Avansert databaseadministrasjon – Organiserer og vedlikeholder data der de enkelt kan hentes.

Innsamling av produksjonsdata (MDC)
MDC-programvare kan inkludere alle funksjonene til DNC-programvare pluss samle inn tilleggsdata og analysere det for total utstyrseffektivitet (OEE).Den generelle utstyrseffektiviteten avhenger av følgende: Kvalitet – antall produkter som oppfyller kvalitetsstandarder av alle produserte produkter Tilgjengelighet – prosent av den planlagte tiden som spesifisert utstyr fungerer eller produserer deler Ytelse – faktisk kjørehastighet sammenlignet med planlagt eller ideell drift hastigheten på utstyret.

OEE = Kvalitet x Tilgjengelighet x Ytelse
OEE er en nøkkelytelsesmåling (KPI) for mange maskinverksteder.

Løsninger for maskinovervåking
Maskinovervåkingsprogramvare kan bygges inn i DNC- eller MDC-programvare eller kjøpes separat.Med maskinovervåkingsløsninger blir maskindata som oppsett, kjøretid og nedetid automatisk samlet inn og kombinert med menneskelige data som årsakskoder for å gi både historisk og sanntidsforståelse av hvordan jobber kjører.Moderne CNC-maskiner samler inn så mye som 200 typer data, og maskinovervåkingsprogramvare kan gjøre disse dataene nyttige for alle fra butikkgulvet til toppetasjen.Selskaper som Memex tilbyr programvare (Tempus) som tar data fra alle typer CNC-maskiner og legger inn i et standardisert databaseformat som kan vises i meningsfulle diagrammer og grafer.En datastandard som brukes av de fleste maskinovervåkingsløsninger som har vunnet innpass i USA kalles MTConnect.I dag er mange nye CNC-maskiner utstyrt for å gi data i dette formatet.Eldre maskiner kan fortsatt gi verdifull informasjon med adaptere.Maskinovervåking for CNC-maskiner har blitt mainstream bare i løpet av de siste årene, og nye programvareløsninger er alltid under utvikling.

Hva er de forskjellige typene CNC-maskiner?
Det finnes utallige forskjellige typer CNC-maskiner i dag.CNC-maskiner er maskinverktøy som kutter eller flytter materiale som programmert på kontrolleren, som beskrevet ovenfor.Typen skjæring kan variere fra plasmaskjæring til laserskjæring, fresing, ruting og dreiebenk.CNC-maskiner kan til og med plukke opp og flytte gjenstander på et samlebånd.

Nedenfor er grunnleggende typer CNC-maskiner:
Dreiebenker:Denne typen CNC snur arbeidsstykket og flytter skjæreverktøyet til arbeidsstykket.En grunnleggende dreiebenk er 2-akset, men mange flere akser kan legges til for å øke kompleksiteten av kuttet mulig.Materialet roterer på en spindel og presses mot et slipe- eller skjæreverktøy som lager ønsket form.Dreiebenker brukes til å lage symmetriske gjenstander som kuler, kjegler eller sylindre.Mange CNC-maskiner er multifunksjonelle og kombinerer alle typer skjæring.

Rutere:CNC-rutere brukes vanligvis til å kutte store dimensjoner i tre, metall, plater og plast.Standard rutere opererer på 3-akse koordinater, slik at de kan kutte i tre dimensjoner.Du kan imidlertid også kjøpe 4,5 og 6-akse maskiner for prototypemodeller og komplekse former.

Fresing:Manuelle fresemaskiner bruker håndhjul og blyskruer for å artikulere et skjæreverktøy på et arbeidsstykke.I en CNC-fres flytter CNC-kuleskruene med høy nøyaktighet til de nøyaktige koordinatene som er programmert i stedet.Frese CNC-maskiner kommer i et bredt utvalg av størrelser og typer og kan kjøre på flere akser.

Plasmaskjærere:CNC plasmakutteren bruker en kraftig laser for å kutte.De fleste plasmakuttere skjærer programmerte former ut av ark eller plate.

3D-skriver:En 3D-printer bruker programmet til å fortelle den hvor den skal legge ned små biter av materiale for å bygge ønsket form.3D-deler bygges lag for lag med laser for å størkne væsken eller kraften etter hvert som lagene vokser.

Velg og plasser maskin:En CNC "pick and place"-maskin fungerer på samme måte som en CNC-fres, men i stedet for å kutte materiale har maskinen mange små dyser som plukker opp komponenter ved hjelp av et vakuum, flytter dem til ønsket sted og legger dem ned.Disse brukes til å lage bord, hovedkort til datamaskiner og andre elektriske enheter (blant annet.)

CNC-maskiner kan gjøre mange ting.I dag kan datateknologi settes på omtrent tenkelig maskin.CNC-en erstatter det menneskelige grensesnittet som trengs for å flytte maskindeler for å få ønsket resultat.Dagens CNC-er er i stand til å starte med råmateriale, som en stålblokk, og lage en veldig kompleks del med presise toleranser og utrolig repeterbarhet.

Sette det hele sammen: Hvordan CNC-maskinverksteder lager deler
Å betjene en CNC involverer både datamaskinen (kontrolleren) og et fysisk oppsett.En typisk maskinverkstedprosess ser slik ut:

En designingeniør lager designet i CAD-programmet og sender det til en CNC-programmerer.Programmereren åpner filen i CAM-programmet for å bestemme verktøyene som trengs og lage NC-programmet for CNC.Han eller hun sender NC-programmet til CNC-maskinen og gir en liste over riktig verktøyoppsett til en operatør.En oppsettoperatør laster verktøyene som anvist og laster inn råmaterialet (eller arbeidsstykket).Han eller hun kjører deretter prøvestykker og måler dem med kvalitetssikringsverktøy for å bekrefte at CNC-maskinen lager deler i henhold til spesifikasjonene.Vanligvis gir oppsettsoperatøren en første artikkel til kvalitetsavdelingen som verifiserer alle dimensjoner og signerer oppsettet.CNC-maskinen eller tilhørende maskiner er lastet med nok råmateriale til å lage ønsket antall stykker, og en maskinoperatør står på for å sikre at maskinen fortsetter å gå, og lager deler etter spesifikasjoner.og har råstoff.Avhengig av jobben er det ofte mulig å kjøre CNC-maskiner som «lyser ut» uten operatør til stede.De ferdige delene flyttes automatisk til et angitt område.

Produsenter i dag kan automatisere nesten alle prosesser gitt nok tid, ressurser og fantasi.Råstoff kan gå inn i en maskin og ferdige deler kan komme ut pakket ferdig til bruk.Produsenter er avhengige av et bredt spekter av CNC-maskiner for å lage ting raskt, nøyaktig og kostnadseffektivt.