Hvad er CNC-maskiner?

Historien om CNC-maskiner
John T. Parsons (1913-2007) fra Parsons Corporation i Traverse City, MI betragtes som pioneren inden for den numeriske kontrol, forløberen for den moderne CNC-maskine.For sit arbejde er John Parsons blevet kaldt faderen til den 2. industrielle revolution.Han havde brug for at fremstille komplekse helikoptervinger og indså hurtigt, at fremtiden for fremstilling var at forbinde maskiner til computere.I dag kan CNC-fremstillede dele findes i næsten alle industrier.På grund af CNC-maskiner har vi billigere varer, stærkere nationalt forsvar og en højere levestandard, end det er muligt i en ikke-industrialiseret verden.I denne artikel vil vi udforske oprindelsen af ​​CNC-maskinen, forskellige typer CNC-maskiner, CNC-maskineprogrammer og almindelig praksis fra CNC-maskinforretninger.

Maskiner møder computer
I 1946 betød ordet "computer" en hulkortdrevet regnemaskine.Selvom Parsons Corporation kun havde lavet én propel før, overbeviste John Parsons Sikorsky Helicopter om, at de kunne producere ekstremt præcise skabeloner til propelsamling og -fremstilling.Han endte med at opfinde en hulkort-computermetode til at beregne point på en helikopters rotorblad.Så fik han operatører til at dreje hjulene til disse punkter på en Cincinnati fræsemaskine.Han afholdt en konkurrence om navnet på denne nye proces og gav $50 til den person, der opfandt "Numerical Control" eller NC.

I 1958 indgav han patent på at forbinde computeren med maskinen.Hans patentansøgning ankom tre måneder før MIT, som arbejdede på det koncept, han havde startet.MIT brugte sine koncepter til at gøre det originale udstyr og Mr. Parsons' licenstager (Bendix) underlicenseret til blandt andre IBM, Fujitusu og GE.NC-konceptet var langsomt til at fange.Ifølge hr. Parsons var de mennesker, der solgte ideen, computerfolk i stedet for produktionsfolk.I begyndelsen af ​​1970'erne populariserede den amerikanske hær imidlertid selv brugen af ​​NC-computere ved at bygge og lease dem til adskillige producenter.CNC-controlleren udviklede sig parallelt med computeren og drev mere og mere produktivitet og automatisering ind i fremstillingsprocesser, især bearbejdning.

Hvad er CNC-bearbejdning?
CNC-maskiner fremstiller dele rundt om i verden til næsten alle brancher.De skaber ting af plastik, metaller, aluminium, træ og mange andre hårde materialer.Ordet "CNC" står for Computer Numerical Control, men i dag kalder alle det CNC.Så hvordan definerer du en CNC-maskine?Alle automatiserede motion control-maskiner har tre primære komponenter - en kommandofunktion, et drive/motion-system og feedback-system.CNC-bearbejdning er processen med at bruge en computerdrevet værktøjsmaskine til at fremstille en del af fast materiale i en anden form.

CNC'en afhænger af digitale instruktioner, der normalt er lavet på Computer Aided Manufacturing (CAM) eller Computer Aided Design (CAD) software som SolidWorks eller MasterCAM.Softwaren skriver G-kode, som controlleren på CNC-maskinen kan læse.Computerprogrammet på controlleren fortolker designet og flytter skæreværktøjer og/eller emnet på flere akser for at skære den ønskede form fra emnet.Den automatiserede skæreproces er meget hurtigere og mere præcis end en manuel bevægelse af værktøj og emner, som udføres med håndtag og tandhjul på ældre udstyr.Moderne CNC-maskiner rummer flere værktøjer og laver mange typer snit.Antallet af bevægelsesplaner (akser) og antallet og typer af værktøjer, som maskinen automatisk kan få adgang til under bearbejdningsprocessen, bestemmer, hvor komplekst et emne en CNC kan lave.

Hvordan bruger man en CNC-maskine?
CNC-maskinmestre skal opnå færdigheder i både programmering og metalbearbejdning for at udnytte kraften i en CNC-maskine fuldt ud.Tekniske handelsskoler og lærlingeuddannelser starter ofte elever på manuelle drejebænke for at få en fornemmelse af, hvordan man skærer metal.Maskinmesteren skal kunne forestille sig alle tre dimensioner.I dag gør software det nemmere end nogensinde før at lave komplekse dele, fordi delens form kan tegnes virtuelt, og derefter kan værktøjsstier foreslås af software til at lave disse dele.

Type software, der almindeligvis anvendes i CNC-bearbejdningsprocessen
Computerstøttet tegning (CAD)
CAD-software er udgangspunktet for de fleste CNC-projekter.Der er mange forskellige CAD-softwarepakker, men alle bruges til at skabe designs.Populære CAD-programmer omfatter AutoCAD, SolidWorks og Rhino3D.Der er også cloud-baserede CAD-løsninger, og nogle tilbyder CAM-evner eller integrerer med CAM-software bedre end andre.

Computer Aided Manufacturing (CAM)
CNC-maskiner bruger ofte programmer skabt af CAM-software.CAM giver brugerne mulighed for at opsætte et "jobtræ" for at organisere arbejdsgange, indstille værktøjsstier og køre skæresimuleringer, før maskinen virkelig skærer.Ofte fungerer CAM-programmer som tilføjelser til CAD-software og genererer g-kode, der fortæller CNC-værktøjerne og arbejdsemnets bevægelige dele, hvor de skal hen.Wizards i CAM-software gør det nemmere end nogensinde før at programmere en CNC-maskine.Populær CAM-software inkluderer Mastercam, Edgecam, OneCNC, HSMWorks og Solidcam.Mastercam og Edgecam tegner sig for næsten 50 % af high-end CAM-markedsandelen ifølge en rapport fra 2015.

Hvad er en distribueret numerisk kontrol?
Direkte numerisk kontrol, som blev til distribueret numerisk kontrol (DNC)
Direkte numeriske kontroller blev brugt til at styre NC-programmer og maskinparametre.Det gjorde det muligt for programmer at flytte over et netværk fra en central computer til indbyggede computere kendt som maskinkontrolenheder (MCU).Oprindeligt kaldt "Direct Numeric Control", det omgik behovet for papirtape, men da computeren gik ned, gik alle dens maskiner ned.

Distribueret numerisk kontrol bruger et netværk af computere til at koordinere driften af ​​flere maskiner ved at føre et program til CNC'en.CNC-hukommelsen indeholder programmet, og operatøren kan indsamle, redigere og returnere programmet.

Moderne DNC-programmer kan gøre følgende:
● Redigering – Kan køre ét NC-program, mens andre redigeres.
● Sammenlign – Sammenlign originale og redigerede NC-programmer side om side og se redigeringerne.
● Genstart – Når et værktøj går i stykker, kan programmet stoppes og genstartes, hvor det slap.
● Jobsporing – Operatører kan f.eks. logge ind på job og spore opsætning og køretid.
● Visning af tegninger – Vis fotos, CAD-tegninger af værktøjer, armaturer og finishdele.
● Avancerede skærmgrænseflader – One touch-bearbejdning.
● Avanceret databasestyring – Organiserer og vedligeholder data, hvor de let kan hentes.

Manufacturing Data Collection (MDC)
MDC-software kan omfatte alle funktionerne i DNC-software samt indsamle yderligere data og analysere dem for overordnet udstyrseffektivitet (OEE).Den overordnede udstyrseffektivitet afhænger af følgende: Kvalitet – antallet af produkter, der opfylder kvalitetsstandarder ud af alle producerede produkter Tilgængelighed – procent af den planlagte tid, som specificeret udstyr arbejder eller producerer dele Ydelse – faktisk kørehastighed sammenlignet med planlagt eller ideel kørsel hastigheden på udstyret.

OEE = Kvalitet x Tilgængelighed x Ydeevne
OEE er en KPI (key performance metric) for mange maskinværksteder.

Maskinovervågningsløsninger
Maskinovervågningssoftware kan indbygges i DNC- eller MDC-software eller købes separat.Med maskinovervågningsløsninger indsamles maskindata såsom opsætning, køretid og nedetid automatisk og kombineres med menneskelige data såsom årsagskoder for at give både historisk og realtidsforståelse af, hvordan jobs kører.Moderne CNC-maskiner indsamler så meget som 200 typer data, og maskinovervågningssoftware kan gøre disse data nyttige for alle fra butiksgulvet til øverste etage.Virksomheder som Memex tilbyder software (Tempus), der tager data fra enhver form for CNC-maskine og indsætter dem i et standardiseret databaseformat, der kan vises i meningsfulde diagrammer og grafer.En datastandard, som bruges af de fleste maskinovervågningsløsninger, og som har vundet indpas i USA, hedder MTConnect.I dag er mange nye CNC-værktøjsmaskiner udstyret til at levere data i dette format.Ældre maskiner kan stadig give værdifuld information med adaptere.Maskinovervågning til CNC-maskiner er blevet mainstreamet inden for de seneste år, og nye softwareløsninger er altid under udvikling.

Hvad er de forskellige typer af CNC-maskiner?
Der findes i dag utallige forskellige typer af CNC-maskiner.CNC-maskiner er værktøjsmaskiner, der skærer eller flytter materiale som programmeret på controlleren, som beskrevet ovenfor.Typen af ​​skæring kan variere fra plasmaskæring til laserskæring, fræsning, fræsning og drejebænke.CNC-maskiner kan endda samle op og flytte emner på et samlebånd.

Nedenfor er de grundlæggende typer af CNC-maskiner:
Drejebænke:Denne type CNC drejer emnet og flytter skæreværktøjet til emnet.En grundlæggende drejebænk er 2-akset, men mange flere akser kan tilføjes for at øge kompleksiteten af ​​det mulige skær.Materialet roterer på en spindel og presses mod et slibe- eller udskæringsværktøj, der laver den ønskede form.Drejebænke bruges til at lave symmetriske genstande som kugler, kegler eller cylindre.Mange CNC-maskiner er multifunktionelle og kombinerer alle former for skæring.

Routere:CNC-fræsere bruges normalt til at skære store dimensioner i træ, metal, plader og plast.Standard routere fungerer på 3-akse koordinater, så de kan skære i tre dimensioner.Du kan dog også købe 4,5 og 6-aksede maskiner til prototypemodeller og komplekse former.

Fræsning:Manuelle fræsemaskiner bruger håndhjul og blyskruer til at artikulere et skærende værktøj på et emne.I en CNC-fræser flytter CNC'en kugleskruer med høj nøjagtighed til de nøjagtige programmerede koordinater.Fræse-CNC-maskiner kommer i en bred vifte af størrelser og typer og kan køre på flere akser.

Plasmaskærere:CNC plasmaskæreren bruger en kraftig laser til at skære.De fleste plasmaskærere skærer programmerede former ud af ark eller plade.

3D printer:En 3D-printer bruger programmet til at fortælle den, hvor den skal lægge små stykker materiale ned for at bygge den ønskede form.3D-dele bygges lag for lag med en laser for at størkne væsken eller kraften, efterhånden som lagene vokser.

Vælg og placer maskine:En CNC "pick and place"-maskine fungerer på samme måde som en CNC-fræser, men i stedet for at skære materiale har maskinen mange små dyser, som opsamler komponenter ved hjælp af et vakuum, flytter dem til det ønskede sted og lægger dem ned.Disse bruges til at lave borde, computerbundkort og andre elektriske samlinger (blandt andet.)

CNC-maskiner kan mange ting.I dag kan computerteknologi sættes på næsten tænkelige maskiner.CNC'en erstatter den menneskelige grænseflade, der er nødvendig for at flytte maskindele for at opnå det ønskede resultat.Nutidens CNC'er er i stand til at starte med råmateriale, som en blok af stål, og lave en meget kompleks del med præcise tolerancer og fantastisk repeterbarhed.

At sætte det hele sammen: Sådan fremstiller CNC-maskinforretninger dele
Betjening af en CNC involverer både computeren (controlleren) og en fysisk opsætning.En typisk maskinværkstedsproces ser sådan ud:

En designingeniør opretter designet i CAD-programmet og sender det til en CNC-programmør.Programmøren åbner filen i CAM-programmet for at bestemme de nødvendige værktøjer og for at oprette NC-programmet til CNC'en.Han eller hun sender NC-programmet til CNC-maskinen og giver en liste over den korrekte værktøjsopsætning til en operatør.En opsætningsoperatør læsser værktøjerne som anvist og læsser råmaterialet (eller arbejdsemnet).Han eller hun kører derefter prøvestykker og måler dem med kvalitetssikringsværktøjer for at verificere, at CNC-maskinen laver dele i overensstemmelse med specifikationerne.Typisk leverer opsætningsoperatøren en første artikel til kvalitetsafdelingen, som verificerer alle dimensioner og kvitterer med opsætningen.CNC-maskinen eller tilknyttede maskiner er fyldt med nok råmateriale til at lave det ønskede antal styk, og en maskinoperatør står klar for at sikre, at maskinen bliver ved med at køre og fremstiller dele efter specifikationer.og har råmateriale.Afhængigt af jobbet er det ofte muligt at køre CNC-maskiner "slukker" uden nogen operatør til stede.De færdige dele flyttes automatisk til et udpeget område.

Producenter af i dag kan automatisere næsten enhver proces givet nok tid, ressourcer og fantasi.Råmateriale kan gå ind i en maskine, og færdige dele kan komme ud pakket klar til brug.Producenter er afhængige af en lang række CNC-maskiner for at lave tingene hurtigt, præcist og omkostningseffektivt.