Vad är CNC-maskiner?

Historien om CNC-maskiner
John T. Parsons (1913-2007) från Parsons Corporation i Traverse City, MI anses vara pionjären inom den numeriska styrningen, föregångaren till den moderna CNC-maskinen.För sitt arbete har John Parsons kallats fadern till den andra industriella revolutionen.Han behövde tillverka komplexa helikopterblad och insåg snabbt att framtidens tillverkning var att koppla maskiner till datorer.Idag finns CNC-tillverkade delar i nästan alla branscher.På grund av CNC-maskiner har vi billigare varor, starkare nationellt försvar och en högre levnadsstandard än vad som är möjligt i en icke-industrialiserad värld.I den här artikeln kommer vi att utforska ursprunget till CNC-maskinen, olika typer av CNC-maskiner, CNC-maskinprogram och vanliga metoder från CNC-maskinverkstäder.

Maskiner möter dator
1946 betydde ordet "dator" en hålkortsstyrd beräkningsmaskin.Även om Parsons Corporation bara hade tillverkat en propeller tidigare, övertygade John Parsons Sikorsky Helicopter om att de kunde producera extremt exakta mallar för propellermontering och tillverkning.Det slutade med att han uppfann en datormetod med hålkort för att beräkna poäng på ett helikopterblad.Sedan fick han operatörerna att vrida på hjulen till de punkterna på en Cincinnati-fräsmaskin.Han höll en tävling om namnet på denna nya process och gav $50 till personen som myntade "Numerical Control" eller NC.

1958 lämnade han in ett patent för att ansluta datorn till maskinen.Hans patentansökan kom tre månader före MIT, som arbetade med konceptet som han hade startat.MIT använde sina koncept för att göra originalutrustningen och Mr. Parsons licenstagare (Bendix) underlicensierad till bland annat IBM, Fujitusu och GE.NC-konceptet var långsamt att få tag i.Enligt Mr. Parsons var personerna som sålde idén datormänniskor istället för tillverkare.I början av 1970-talet populariserade emellertid den amerikanska armén själv användningen av NC-datorer genom att bygga och hyra ut dem till många tillverkare.CNC-styrenheten utvecklades parallellt med datorn och driver mer och mer produktivitet och automatisering in i tillverkningsprocesser, särskilt bearbetning.

Vad är CNC-bearbetning?
CNC-maskiner tillverkar delar runt om i världen för nästan alla branscher.De skapar saker av plast, metaller, aluminium, trä och många andra hårda material.Ordet "CNC" står för Computer Numerical Control, men idag kallar alla det CNC.Så, hur definierar du en CNC-maskin?Alla automatiserade rörelsestyrningsmaskiner har tre primära komponenter – en kommandofunktion, ett driv-/rörelsesystem och återkopplingssystem.CNC-bearbetning är processen att använda en datordriven verktygsmaskin för att producera en del av fast material i en annan form.

CNC:n är beroende av digitala instruktioner som vanligtvis görs på datorstödd tillverkning (CAM) eller datorstödd design (CAD) programvara som SolidWorks eller MasterCAM.Programvaran skriver G-kod som styrenheten på CNC-maskinen kan läsa.Datorprogrammet på styrenheten tolkar designen och flyttar skärverktyg och/eller arbetsstycket på flera axlar för att skära den önskade formen från arbetsstycket.Den automatiserade skärprocessen är mycket snabbare och mer exakt än en manuell förflyttning av verktyg och arbetsstycken som görs med spakar och växlar på äldre utrustning.Moderna CNC-maskiner rymmer flera verktyg och gör många typer av skärningar.Antalet rörelseplan (axlar) och antalet och typer av verktyg som maskinen kan komma åt automatiskt under bearbetningsprocessen avgör hur komplext ett arbetsstycke en CNC kan göra.

Hur man använder en CNC-maskin?
CNC-maskinister måste få färdigheter i både programmering och metallbearbetning för att kunna utnyttja kraften i en CNC-maskin fullt ut.Tekniska handelsskolor och lärlingsprogram startar ofta elever på manuella svarvar för att få en känsla för hur man skär metall.Maskinisten bör kunna föreställa sig alla tre dimensionerna.Idag gör mjukvara det enklare än någonsin att göra komplexa delar, eftersom detaljformen kan ritas virtuellt och sedan verktygsbanor kan föreslås av programvara för att göra dessa delar.

Typ av programvara som vanligtvis används i CNC-bearbetningsprocessen
Datorstödd ritning (CAD)
CAD-mjukvara är utgångspunkten för de flesta CNC-projekt.Det finns många olika CAD-programpaket, men alla används för att skapa design.Populära CAD-program inkluderar AutoCAD, SolidWorks och Rhino3D.Det finns också molnbaserade CAD-lösningar, och vissa erbjuder CAM-förmåga eller integreras med CAM-mjukvara bättre än andra.

Computer Aided Manufacturing (CAM)
CNC-maskiner använder ofta program skapade av CAM-programvara.CAM tillåter användare att sätta upp ett "jobbträd" för att organisera arbetsflödet, ställa in verktygsbanor och köra skärsimuleringar innan maskinen gör någon riktig skärning.Ofta fungerar CAM-program som tillägg till CAD-programvara och genererar g-kod som talar om för CNC-verktygen och arbetsstyckets rörliga delar vart de ska gå.Wizards i CAM-programvara gör det enklare än någonsin att programmera en CNC-maskin.Populära CAM-programvara inkluderar Mastercam, Edgecam, OneCNC, HSMWorks och Solidcam.Mastercam och Edgecam står för nästan 50 % av den avancerade CAM-marknadsandelen enligt en rapport från 2015.

Vad är en distribuerad numerisk kontroll?
Direct Numeric Control som blev Distributed Numeric Control (DNC)
Direkta numeriska kontroller användes för att hantera NC-program och maskinparametrar.Det gjorde det möjligt för program att flytta över ett nätverk från en central dator till omborddatorer som kallas maskinkontrollenheter (MCU).Ursprungligen kallad "Direct Numeric Control" förbigick den behovet av papperstejp, men när datorn gick ner, gick alla dess maskiner ner.

Distribuerad numerisk kontroll använder ett nätverk av datorer för att koordinera driften av flera maskiner genom att mata ett program till CNC:n.CNC-minnet innehåller programmet och operatören kan samla in, redigera och returnera programmet.

Moderna DNC-program kan göra följande:
● Redigering – Kan köra ett NC-program medan andra redigeras.
● Jämför – Jämför original och redigerade NC-program sida vid sida och se redigeringarna.
● Starta om – När ett verktyg går sönder kan programmet stoppas och startas om där det slutade.
● Jobbspårning – Operatörer kan klocka in jobb och spåra inställningar och körtid, till exempel.
● Visar ritningar – Visa foton, CAD-ritningar av verktyg, fixturer och ytbehandlingsdelar.
● Avancerade skärmgränssnitt – One touch-bearbetning.
● Avancerad databashantering – Organiserar och underhåller data där de enkelt kan hämtas.

Manufacturing Data Collection (MDC)
MDC-programvara kan inkludera alla funktioner i DNC-programvara plus samla in ytterligare data och analysera den för övergripande utrustningseffektivitet (OEE).Den övergripande utrustningens effektivitet beror på följande: Kvalitet – antalet produkter som uppfyller kvalitetsstandarder av alla producerade produkter Tillgänglighet – procent av den planerade tiden som specificerad utrustning arbetar eller producerar delar Prestanda – faktisk körhastighet jämfört med planerad eller idealisk körning utrustningens hastighet.

OEE = Kvalitet x Tillgänglighet x Prestanda
OEE är ett nyckelprestandamått (KPI) för många maskinverkstäder.

Lösningar för maskinövervakning
Maskinövervakningsprogramvara kan byggas in i DNC- eller MDC-programvara eller köpas separat.Med maskinövervakningslösningar samlas maskindata som konfiguration, körtid och driftstopp automatiskt in och kombineras med mänskliga data såsom orsakskoder för att ge både historisk och realtidsförståelse av hur jobben körs.Moderna CNC-maskiner samlar in så mycket som 200 typer av data, och maskinövervakningsprogram kan göra denna data användbar för alla från verkstadsgolvet till översta våningen.Företag som Memex erbjuder mjukvara (Tempus) som tar data från alla typer av CNC-maskiner och lägger in i ett standardiserat databasformat som kan visas i meningsfulla diagram och grafer.En datastandard som används av de flesta maskinövervakningslösningar och som har vunnit mark i USA kallas MTConnect.Idag är många nya CNC-verktyg utrustade för att tillhandahålla data i detta format.Äldre maskiner kan fortfarande ge värdefull information med adaptrar.Maskinövervakning för CNC-maskiner har blivit mainstreaming bara under de senaste åren, och nya mjukvarulösningar är alltid under utveckling.

Vilka är de olika typerna av CNC-maskiner?
Det finns otaliga olika typer av CNC-maskiner idag.CNC-maskiner är verktygsmaskiner som skär eller flyttar material som programmerats på styrenheten, enligt beskrivningen ovan.Typen av skärning kan variera från plasmaskärning till laserskärning, fräsning, fräsning och svarvar.CNC-maskiner kan till och med plocka upp och flytta föremål på ett löpande band.

Nedan finns grundläggande typer av CNC-maskiner:
Svarvar:Denna typ av CNC vänder arbetsstycket och flyttar skärverktyget till arbetsstycket.En grundläggande svarv är 2-axlig, men många fler axlar kan läggas till för att öka komplexiteten i kapningen.Materialet roterar på en spindel och pressas mot ett slip- eller skärverktyg som gör den önskade formen.Svarvar används för att göra symmetriska föremål som sfärer, koner eller cylindrar.Många CNC-maskiner är multifunktionella och kombinerar alla typer av skärning.

Routrar:CNC-routrar används vanligtvis för att skära stora dimensioner i trä, metall, plåt och plast.Standardroutrar arbetar på 3-axliga koordinater, så de kan skära i tre dimensioner.Men du kan också köpa 4,5 och 6-axliga maskiner för prototypmodeller och komplexa former.

Fräsning:Manuella fräsmaskiner använder handhjul och ledarskruvar för att leda ett skärverktyg på ett arbetsstycke.I en CNC-fräs flyttar CNC:n kulskruvar med hög noggrannhet till de exakta koordinaterna som programmerats istället.CNC-fräsmaskiner finns i ett brett utbud av storlekar och typer och kan köras på flera axlar.

Plasmaskärare:CNC-plasmaskäraren använder en kraftfull laser för att skära.De flesta plasmaskärare skär programmerade former ur plåt eller plåt.

3d skrivare:En 3D-skrivare använder programmet för att tala om var den ska lägga ner små bitar av material för att bygga den önskade formen.3D-delar byggs lager för lager med en laser för att stelna vätskan eller kraften när lagren växer.

Välj och placera maskin:En CNC "pick and place"-maskin fungerar på samma sätt som en CNC-fräs, men istället för att skära material har maskinen många små munstycken som plockar upp komponenter med hjälp av vakuum, flyttar dem till önskad plats och lägger ner dem.Dessa används för att tillverka bord, datormoderkort och andra elektriska enheter (bland annat.)

CNC-maskiner kan göra många saker.Idag kan datorteknik sättas på nästan tänkbara maskiner.CNC:n ersätter det mänskliga gränssnittet som behövs för att flytta maskindelar för att få önskat resultat.Dagens CNC:er kan börja med råmaterial, som ett stålblock, och göra en mycket komplex del med exakta toleranser och fantastisk repeterbarhet.

Att lägga allt tillsammans: Hur CNC-maskinverkstäder tillverkar delar
Att driva en CNC involverar både datorn (kontrollern) och en fysisk installation.En typisk maskinverkstadsprocess ser ut så här:

En designingenjör skapar designen i CAD-programmet och skickar den till en CNC-programmerare.Programmeraren öppnar filen i CAM-programmet för att bestämma vilka verktyg som behövs och för att skapa NC-programmet för CNC.Han eller hon skickar NC-programmet till CNC-maskinen och tillhandahåller en lista över rätt verktygsinställning till en operatör.En installationsoperatör laddar verktygen enligt anvisningarna och laddar råmaterialet (eller arbetsstycket).Han eller hon kör sedan provbitar och mäter dem med kvalitetssäkringsverktyg för att verifiera att CNC-maskinen tillverkar delar enligt specifikation.Vanligtvis tillhandahåller installationsoperatören en första artikelbit till kvalitetsavdelningen som verifierar alla dimensioner och kvitterar på installationen.CNC-maskinen eller tillhörande maskiner är laddade med tillräckligt med råmaterial för att tillverka önskat antal bitar, och en maskinoperatör står till hands för att säkerställa att maskinen fortsätter att gå och tillverkar delar enligt specifikation.och har råvara.Beroende på jobbet är det ofta möjligt att köra CNC-maskiner "slocknar" utan att någon operatör är närvarande.De färdiga delarna flyttas automatiskt till ett angivet område.

Dagens tillverkare kan automatisera nästan vilken process som helst med tillräckligt med tid, resurser och fantasi.Råmaterial kan gå in i en maskin och färdiga delar kan komma ut förpackade redo att gå.Tillverkare är beroende av ett brett utbud av CNC-maskiner för att göra saker snabbt, exakt och kostnadseffektivt.