CNC-Maschinen: Leitfaden zur numerischen Steuerung

CNC-Maschinen

Die CNC-Maschinen haben in viele Industriezweige und Werkstätten aller Art Einzug gehalten, und neuerdings auch in einer seiner vielversprechendsten Varianten: 3D-Drucker. Dank ihm können Materialien auf vielfältige Weise bearbeitet werden, mit absoluter Präzision, schnell und mit Ergebnissen, die mit manuellen Verfahren nur schwer zu erreichen sind. Dies sind nur einige der Vorteile dieser Systeme, die wir hier beschreiben.

Was ist CNC

cnc

CNC (Computerized Numerical Control) oder Computer Numerical Control in Englisch, Es ist ein weit verbreitetes System in der Technik, um Materialien und Teile mit minimalem menschlichen Eingriff zu verarbeiten. Die CNC-Technik leitet sich von der numerischen Steuerung ab, einem automatisierten System für Werkzeugmaschinen, die durch Befehle über Handräder oder Hebel bedient werden. Diese Maschinen haben sich jedoch weiterentwickelt und ermöglichen nun ihre Steuerung durch Software und einen Computer, um den Prozess weiter zu automatisieren und eine bessere Leistung zu bieten.

Die Bedienung dieser CNC-Systeme ist recht einfach zu verstehen. Es basiert auf der Bearbeitung eines Teils durch die Verwendung von Koordinaten, die die Bewegung des Werkzeugs angeben (Schneiden, Bohren, Fräsen, Schweißen...). Ähnlich wie bei einem 3D-Drucker, den man auch als CNC-Maschine verstehen könnte, nur statt zu bearbeiten, fügt er Materialschichten hinzu, um ein Teil zu bauen.

Und genau wie bei 3D-Druckern können Sie mehrere Achsen haben, z die X, Y und Z, wobei Längs-, Vertikal- und Querverschiebungen ausgeführt werden können. Durch einige Servomotor und / oder Schrittmotorenwird das Werkzeug exakt an die von der Computersoftware vorgegebene Stelle bewegt und die Bearbeitung schnell und mit höchster Präzision durchgeführt.

Vor der Erfindung der CNC, war Arbeit erforderlich, um die Werkzeuge manuell zu handhaben, aber die möglichen Fehler, die sie verursachen könnten, beeinträchtigten Qualität, Wiederholbarkeit, Kosten und verminderte Produktion. Stellen Sie sich zum Beispiel einen Mitarbeiter in einem Aluminiumgeschäft vor, der Rahmen für ein Fenster bohren möchte. Diese Aufgabe erfordert Folgendes:

  1. Der Bediener nimmt das Stück auf.
  2. Legen Sie es auf den Arbeitstisch.
  3. Setzen Sie den passenden Bohrer in den Bohrer ein.
  4. Und bohren.

Es ist kein Problem, ein einziges Loch zu machen, aber stellen Sie sich vor, dass Hunderte oder Tausende von ihnen hergestellt werden müssen, um eine beträchtliche Produktion und in kürzester Zeit aufrechtzuerhalten, zusätzlich dazu, dass alle Löcher gleich sind. In diesem Fall ist die Belegschaft nicht ausreichend, und das ist der Punkt CNC-Maschinen brachte große Verbesserungen für die Industrie. In diesem Fall wären die Schritte:

  1. Stellen Sie sicher, dass die Maschine mit Material beschickt wird (manchmal haben sie sogar eine automatische Beschickung).
  2. Beginnen Sie mit der notwendigen Programmierung (evtl. nur einmal notwendig und geben Sie die Anzahl der Wiederholungen an).
  3. Und sie ist dafür verantwortlich, die Perforationen präzise herzustellen und sie so oft wie nötig zu wiederholen, ohne dass der Bediener eingreifen muss.

Zusätzlich kann schneller arbeiten als ein Bediener und wird nicht müde, also alle Vorteile für die Industrie oder Werkstatt.

Was sind CNC-Maschinen und wie funktionieren sie?

CNC-Maschine

Eine CNC-Maschine ist eine Art Bearbeitungsmaschine, die von einer numerischen Computersteuerung betrieben wird.. Auf diese Weise wird eine Prozessautomatisierung erreicht, indem genaue Koordinaten für das Schneiden, Schweißen, Fräsen, Formen, Schleifen, Platzieren von Teilen usw. aller Arten von Materialien festgelegt werden, von weichen Materialien wie Polymeren, Schaumstoffen, MDF oder sogar Holz härter wie Marmor, Metall, Steine ​​usw.

Ebenso ermöglichen CNC-Maschinen ein ausgeklügeltes System von Feedback, das ständig überwacht und angepasst wird die Geschwindigkeit und Position der für die Bearbeitung verwendeten Werkzeuge, ohne dass eine so häufige manuelle Wartung erforderlich ist. Sogar einige fortschrittlichere haben intelligente Systeme, um Probleme zu erkennen, die Qualität der Arbeit oder eines Teils zu kontrollieren usw., oder miteinander verbunden zu sein, wenn es sich um Industrie 4.0 handelt.

Es ist wichtig zu beachten, dass einige CNC-Maschinen sie funktionieren anders:

  • Punkt-zu-Punkt-Steuerung: Bei dieser Art von CNC-Maschinen werden die Start- und Endpunkte jedes Pfads festgelegt.
  • paraxiale Steuerung: In ihnen ist es möglich, die Bewegungsgeschwindigkeit der Teile zu steuern.
  • Steuerung interpolieren: Sie bearbeiten beliebig parallel zu ihren Achsen.

Dies sind zwar nicht die Arten von CNC-MaschinenWir werden das in zukünftigen Beiträgen ausführlicher behandeln.

Geschichte

Die erste Bearbeitung, die begann, war vollständig manuell, wobei verschiedene Arten von rudimentären Werkzeugen verwendet wurden, die nach und nach weiterentwickelt wurden. Aus Anfang des zwanzigsten Jahrhunderts, hat die Industrie einen großen Sprung in Richtung antriebskraftbetriebener Maschinen gemacht, um manuellen Aufwand zu sparen und die Produktivität und Effizienz zu steigern.

Diese Maschinen hatten sich noch nicht wesentlich verdrängt Belegschaft, was immer noch sehr wichtig war. Dies bedeutete, dass die Herstellung eines Teils länger dauerte, höhere Kosten und niedrigere Gewinnspannen verursachte und die erzielte Qualität und Präzision nicht bei allen hergestellten Teilen gleich war.

Bei einer 40 Jahren und 50, Numerische Steuerungsmaschinen beginnen in den Vereinigten Staaten entwickelt zu werden. John T. Parsons, ein damaliger Ingenieur, modifizierte damals eine Fräsmaschine so, dass sie durch Eingaben von Lochkarten, den Vorläufern heutiger Speicher und Software, gesteuert werden konnte. Auf diese Weise erhielten die Maschinen Informationen über die genauen Bewegungen, die sie ausführen mussten, um das Teil zu bearbeiten, und benötigten weniger menschliche Eingriffe, um Hebel, Lenkräder usw.

Diese Parsons-Maschine würde eine der werden Vorgänger der heutigen CNC-Maschinen modern. Aber es war immer noch eine sehr rudimentäre Fräsmaschine mit einem elektronisch-analogen Steuersystem mit Vakuumventilen. Diese Systeme wurden mit der Reifung der Digital- und Festkörperelektronik populär und weiterentwickelt. Von Vakuumröhren zu Transistoren, von Transistoren zu gedruckten Schaltungen und dann zu integrierten Schaltkreisen, bis Mikrocontroller (MCUs) billig genug wurden, um weit verbreitet zu sein.

Dann wurden die CNC-Maschinen mit intelligenteren und programmierbaren Systemen geboren, um die Bearbeitungswerte nach Belieben variieren zu können. In dem años 70 Die CNC-Maschinen, die wir heute kennen, würden kommen, gesteuert von einem Computer. Dank dieses weiteren großen Meilensteins war es möglich, den gesamten Prozess intuitiver per Software zu steuern, verschiedene Programme zu programmieren, um sie bei Bedarf zu verwenden, Parameter schnell zu ändern usw.

Heutzutage ist es mit der Entwicklung der Cloud und des IoT (Internet of Things) oder des Internets der Dinge möglich, eine Vielzahl von Geräten mit der Cloud zu verbinden und auf intelligentere Weise mit jedem zu interagieren andere, weicht a Industrie 4.0, in der CNC-Maschinen ihre Fähigkeiten erheblich verbessern können. Beispielsweise könnten sie in einer Fertigungskette miteinander kommunizieren, sodass bei einer Verzögerung oder einem Problem an einer Maschine oder Stufe nachfolgende Maschinen abgeschaltet werden können, während sie darauf warten, Energie zu sparen, oder sie den Bedarf ermitteln können, um ihr Produktionsniveau anzupassen. usw. .

Woraus besteht eine CNC-Maschine?

CNC-Werkzeugköpfe

Wenn es um die Detaillierung geht Teile oder Komponenten einer CNC-Maschinelassen sich folgende wesentliche Elemente nennen:

Eingabegerät

Bekannt als Eingabegerät von einer CNC-Maschine auf das verwendete System, um die Daten für den Bearbeitungsprozess laden oder ändern zu können. Dies kann beispielsweise ein Bedienfeld, ein Touchscreen usw. sein. Das heißt, eine Schnittstelle, die es dem Maschinenbediener ermöglicht, die Maschine zu aktivieren und zu steuern.

Steuereinheit oder Controller

Ist digitales elektronisches System die für die Interpretation der eingegebenen Daten und die Generierung einer Reihe von Steuersignalen zuständig ist, um die Bewegung der Servomotoren zu steuern, um den Arbeitskopf durch die Achsen und das Werkzeug zu bewegen, damit sie genau das tun, was das vom Benutzer eingegebene Programm vorgibt.

Werkzeug

La herramienta Es ist eine der wichtigsten Komponenten, da es die eigentliche Bearbeitung durchführt, dasjenige, das mit dem zu bearbeitenden Teil in Kontakt steht. Das kann ein Multi-Tool-Kopf sein, der mehrere unterschiedliche Aufgaben erfüllen kann, oder auch einzelne feststehende oder austauschbare Werkzeuge. Zum Beispiel: Bohrer, Fräser, Fräser, Schweißspitze usw.

Darüber hinaus ist es wichtig zu beachten, dass es verschiedene Arten von CNC-Maschinen hinsichtlich ihrer geben kann Art und Anzahl der Achsen:

  • 3 Achsen: sind die gebräuchlichsten, mit einer X-, Y- und Z-Achse.
  • 4 Achsen: wie einige Fräser oder CNC-Fräser, die den vorherigen drei eine A-Achse hinzufügen. Dadurch kann sich die Spindel von links nach rechts bewegen, um drei Oberflächen gleichzeitig zu bearbeiten und flach oder in 3D zu gravieren. Sie sind ideal zum Schnitzen von Holz, Metallen, komplexen Mustern usw.
  • Drehachse- Es hat eine rotierende Spindel für das Werkzeug, mit der Sie vier Oberflächen gleichzeitig bearbeiten können. Diese Maschinentypen werden zur Bearbeitung zylindrischer Teile, Holzstatuen, komplexer Metallelemente usw. verwendet.

Befestigungs- oder Stützsystem

Ist Ort, an dem das Teil verankert ist, um den Bearbeitungsprozess durchzuführen, ohne dass es sich bewegt. Je nach System kann es sich um unterschiedliche Typen handeln, mit oder ohne Anker. Darüber hinaus benötigen einige Extras, wie z. B. Staubsammelsysteme oder Wasserstrahlschneiden, für die ein Wassertank oder -reservoir erforderlich wäre, um die Kraft des Strahls zu sammeln und abzuleiten, sobald er das Teil passiert.

Diese Systeme werden oft genannt auch Bett oder Tisch. Viele von ihnen bestehen normalerweise aus Materialien wie Aluminium, wenn die Teile am Tisch befestigt werden müssen, um Zylinder oder komplexe Formen zu bearbeiten. Stattdessen saugt das Vakuumbett oder der Vakuumtisch das Teil an, ohne es einzuspannen, was ein höheres Maß an Präzision, weniger Bewegung während des Gebrauchs und einen größeren Freiheitsgrad ermöglicht.

Feedback-Geräte (Servomotoren)

Es gibt nur diese Art von Geräten. Feedback zu CNC-Maschinen die Servomotoren verwenden. Bei den anderen ist es nicht nötig.

Überwachen

Zusätzlich zu all dem oben Genannten kann es auch eine geben Informations- oder Überwachungssystem des Bearbeitungsprozesses selbst. Dies kann über dieselbe Schnittstelle erfolgen, von der aus es betrieben wird, oder unabhängig davon.

Andere Teile

Darüber hinaus ist darauf hinzuweisen zwei wesentliche Elemente Plus:

  • Engines: sind die Geräte, die das Bearbeitungswerkzeug gemäß den von der Steuereinheit empfangenen Daten bewegen oder aktivieren.
    • Servo: verträgt hohe Geschwindigkeiten, sodass Sie schneiden, bohren usw. Ideal für ruhiges, stabiles Arbeiten und für komplizierte Muster.
    • Stepper: Diese Schrittmotoren sind preisgünstiger, werden aber für einfachere Gravuren oder Bewegungen verwendet. Sie sind einfach zu steuern, zuverlässig und hochpräzise und eignen sich daher überall dort, wo höchste Präzision erforderlich ist.
  • Spindel: Dieses Element einer CNC-Maschine kann zwei Arten von möglichen Kühl- oder Kühlsystemen haben:
    • Auf dem Luftweg: Sie werden einfach durch einen Lüfter gekühlt, der die Spindel kühlt, und sind billiger, einfacher zu warten und zu verwenden.
    • Von wasser: Sie verwenden Wasser zum Kühlen. Es ist teurer, komplexer und schwieriger zu warten, aber es hält im Allgemeinen länger, ist effizienter und leiser.

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