Wie eine CNC-Maschine funktioniert und Anwendungen

Die allgegenwärtigen CNC-Maschinen stehen in einer Vielzahl von Fabriken und Werkstätten aller Art. Ihre wunderbaren Vorteile haben sie zu fast unentbehrlichen Maschinen für die Bearbeitung von Teilen gemacht. Nun, da Sie wissen, was diese Arten von Maschinen sind, ist das Folgende wissen, wie eine CNC-Maschine funktioniert, wie Teile bearbeitet werden, welche Programmiersprache sie verwenden, sowie die häufigsten Anwendungen dieser Maschinen.

Funktionsweise einer CNC-Maschine: CNC- oder NC-Bearbeitung

Einige von CAD- (Computer-Aided Design oder Computer Aided Design) oder CAM- (Computer-Aided Manufacturing oder Computer Aided Manufacturing) Entwürfen Lesen oder Sprachcodes mit der die CNC-Maschine den für die Bearbeitung des Teils markierten Routen oder Bewegungen in einer geeigneten Reihenfolge folgen kann, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Das heißt, dass das Teil am Ende des Prozesses identisch mit dem im Computerdesign ist.

Mit anderen Worten, dank dieser Codes wird es möglich sein Bewegen Sie den Kopf mit dem Arbeitswerkzeug durch die Maschinenachsen. Natürlich kann das Werkzeug von einer Maschine zur anderen unterschiedlich sein, einige haben sogar einen Multi-Tool-Kopf, um zwischen mehreren zu wechseln und eine größere Arbeitsflexibilität zu bieten. Beispielsweise können Schneidwerkzeuge, Bohrwerkzeuge, Fräs- oder Drehwerkzeuge, Schweißwerkzeuge, Ortungswerkzeuge usw.

Bewegungssteuerung

CNC-Maschinen haben zwei oder mehr programmierbare Adressen (Achsen). Im Allgemeinen gibt es 3 (X, Y, Z), obwohl sie manchmal mehr haben können, wie wir im vorherigen Artikel gesehen haben, zusätzlich zu Rotationen (Rotationsachsen werden A, B, C genannt). Je nach Anzahl der Achsen können Sie mehr oder weniger komplexe Bearbeitungen durchführen. Je mehr Achsen, desto größer die Bewegungsfreiheit, sodass viel komplexere Schnitzereien möglich sind.

zu Bewegung steuern Von diesen Achsen können zwei Arten von Systemen verwendet werden, die einzeln oder zusammen arbeiten können:

Absolute Werte (Code G90): In diesem Fall beziehen sich die Koordinaten des Zielpunkts auf den Ursprungspunkt der Koordinaten. Es werden die Größen X (Messung des Enddurchmessers) und Z (Messung in einer Richtung parallel zur Rotationsachse der Spindel) verwendet.
Inkrementelle Werte (Code G91): In diesem anderen Fall beziehen sich die Koordinaten des Zielpunkts auf den aktuellen Punkt. Es werden die Variablen U (radialer Abstand) und W (gemessen in einer Richtung parallel zur Rotationsachse der Spindel) verwendet.

Programmierbares Zubehör

Nur mit einer Bewegungssteuerung konnte die CNC-Maschine nicht genutzt werden. Deshalb die Maschinen müssen anderweitig programmiert werden. Die Art der CNC-Maschine hängt tatsächlich eng mit der Art des programmierbaren Zubehörs zusammen, über das sie verfügt. Beispielsweise können Sie innerhalb der Bearbeitung spezifische programmierbare Funktionen haben wie:

automatischer Werkzeugwechsel: auf einigen Multitool-Bearbeitungszentren. Der Werkzeugkopf kann so programmiert werden, dass er das jeweils benötigte Werkzeug verwendet, ohne es manuell in die Spindel einlegen zu müssen.
Spindeldrehzahl und Aktivierung: Die Spindeldrehzahl in Umdrehungen pro Minute (RPM) kann ebenfalls programmiert werden, einschließlich der Drehrichtung (im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn), sowie Stopp oder Aktivieren.
Kältemittel: Viele Bearbeitungsmaschinen, die mit harten Materialien wie Stein oder Metall arbeiten, benötigen ein Kühlmittel, damit sie nicht überhitzen. Das Kühlmittel kann auch so programmiert werden, dass es während des Betriebszyklus ein- oder ausgeschaltet wird.

CNC-Programm

CNC-Maschinen können, wie gesehen wurde, programmiert werden, aber sie tun dies durch verschiedene Methoden das Sie wissen sollten, wenn Sie mit einem von ihnen arbeiten:

Manuell: Geben Sie die gewünschten Informationen an einer Eingabeaufforderung ein. Dazu müssen Sie einen genormten alphanumerischen Code kennen, z. B. den der DIN 66024 und DIN 66025.
Automatisch: Dies ist derzeit der üblichste Fall und wird mit Hilfe eines Computers durchgeführt, der an die CNC-Maschine angeschlossen ist. Eine Person kann die Daten per Software ändern, ohne die Codes kennen zu müssen, da das Programm selbst dafür verantwortlich ist, sie in verständliche Anweisungen für die CNC-Maschine zu übersetzen. Dies geschieht über eine Sprache namens APT, die wiederum in Binärdateien (Nullen und Einsen) übersetzt wird, damit der Mikrocontroller der CNC-Maschine sie verstehen und in Bewegungen umsetzen kann.

Derzeit gibt es auch einige andere CNC-Maschinen fortschrittlicher und einfacher zu bedienen, wie die automatischen, die möglicherweise noch weniger menschliches Eingreifen erfordern.

CNC-Programmbeispiel. Quelle: Researchgate

Das sogenannte CNC-Programm, das in a geschrieben ist Low-Level-Sprache namens G und M (standardisiert durch die ISO 6983 y EIA RS274) und bestehend aus:

G-Codes: allgemeine Bewegungsanweisungen. Beispielsweise kann G sich vorwärts bewegen, sich radial bewegen, pausieren, radeln und so weiter.
M-Codes: die nicht Bewegungen oder Sonstigem entsprechen. Beispiele für M könnten das Starten oder Stoppen der Spindel, das Wechseln des Werkzeugs, das Auftragen von Kühlmittel usw. sein.
N: Das Programm ist in Phasen oder Anweisungsblöcke unterteilt, denen der Buchstabe N vorangestellt ist. Jeder Block ist nummeriert, da die Bearbeitungsvorgänge nacheinander ausgeführt werden. Die Maschine wird die Nummerierung respektieren.
Variablen oder Adressen: Der Code enthält auch diese Arten von Werten, z. B. F für Vorschub, S für Spindeldrehzahl, T für Werkzeugauswahl, I, J und K zum Auffinden des Mittelpunkts eines Bogens, X, Y und Z für die Bewegung von Achsen usw.

alle hängt von der Art der Maschine ab. Zum Beispiel ist eine CNC-Maschine zum Blechbiegen nicht dasselbe wie eine zum Schneiden. Die erste hat keine Spindel und benötigt kein Kühlmittel.

Beispieltabelle für G- und M-Codes

Wenn Sie sich die obige Tabelle ansehen, könnten wir Verwenden Sie ein Beispiel Block, um zu erklären, was passiert. Stellen Sie sich zum Beispiel vor, Sie haben den folgenden Code oder das folgende CNC-Programm:

N3 G01 X12.500 Z32.000 F800

Dieses kleine CNC-Code-Schnipsel würde der CNC-Maschine sagen, dass sie es tun soll, sobald es in Binär übersetzt ist die folgenden Aktionen:

N3 zeigt an, dass es sich um den dritten auszuführenden Block handelt. Daher gäbe es zwei vorherige Blöcke.
G01: Führen Sie eine lineare Bewegung aus.
X12.500: würde sich um 12.5 mm entlang der X-Achse bewegen.
Z32.000: es würde sich 32 mm entlang der Z-Achse bewegen In diesem Fall würde es keine Bewegung in Y geben.
F800: Ein Vorschub erfolgt mit einer Geschwindigkeit von 800 mm/min.

APT-Sprache

Ferner die treffende Sprache Es ist eine Programmiersprache, die als Zwischencode zwischen dem vorherigen und dem für die MCU verständlichen Maschinencode (Binärcode) verwendet wird. Es wurde im MIT-Labor von Douglas T. Ross entwickelt. Damals, 1956, wurde es zur Steuerung von Servomechanismen verwendet, aber seine Verwendung hat sich inzwischen verbreitet und ist zu einem internationalen Standard für die numerische Steuerung geworden.

Es wurde in Betracht gezogen ein Vorgänger von CAM, und ähnelt anderen Sprachen wie FORTRAN. Dieser Code wird von einer Computersoftware in eine Reihe binärer Anweisungen umgewandelt, die in den Speicher des Mikrocontrollers der CNC-Maschine geladen werden, damit dieser sie ausführen kann und elektrische Steuersignale zum Bewegen der Motoren und Werkzeuge erzeugt.

Diese APT-Sprache kann viele Parameter steuern der CNC-Maschine:

Spindeldrehzahl (RPM)
Spindel ein oder aus
Rotation
geplante Haltestelle
Kältemittel
Bewegungen in alle möglichen Richtungen (XYZ und ABC)
Zeitliche Koordinierung
Zyklen wiederholen
Flugbahnen
Usw.

Natürlich müssen diejenigen, die CNC-Maschinen bedienen, diese APT-Sprache nicht kennen, da die aktuelle Software ziemlich intuitiv ist und eine einfache Steuerung ermöglicht, indem sie die APT für den Benutzer transparent übersetzt, um das Teil zu erstellen, in dem konstruiert wurde die CAD/CAM-Datei. Es schadet jedoch nie zu wissen, dass es existiert und was es ist.

Heutzutage haben moderne CNC-Maschinen dies bereits grafische Oberflächen mit Touchscreens und integriertem Computer, der die Verwendung erheblich erleichtert. Sie sind äußerst intuitiv und erfordern nicht viel Lernen. Über einen USB-Stick oder USB-Speicher können Sie das Design des Stücks laden, damit es auf einem anderen unabhängigen Computer entworfen werden kann.

CNC-Steuerung

El CNC-Steuerung Er ist unter anderem für die Interpretation des CNC-Programms, seiner Befehle in sequentieller Reihenfolge und für die Durchführung der erforderlichen Bewegungen und Funktionen zuständig.

CAM / CAD-Programm

Un CAD- oder CAM-Software Es wird verwendet, um das Design oder Modell dessen zu erstellen, was hergestellt werden soll. Die aktuelle Software ermöglicht es bereits, von dieser Art von Formaten automatisch zu einem CNC-Programm zu wechseln.

DNC-System

Um DNC (direkte numerische Steuerung), ist ein Begriff, der sich auf einen Computer bezieht, der über ein Netzwerk mit einer oder mehreren CNC-Maschinen verbunden ist. Auf diese Weise kann das CNC-Programm entweder per Ethernet oder über klassischere und rudimentäre Ports wie die seriellen RS-232C-Ports, die immer noch in vielen Industriemaschinen verwendet werden, an die Maschinen übertragen werden.

CNC-Maschinenanwendungen

CNC-Maschinen Sie haben mehr Anwendungen, als Sie sich vorstellen. Ein Großteil der Industrie und der Werkstätten, von den kleinsten bis zu den größten, hängt von einem oder mehreren dieser Teams ab. Sie können sogar zu Hause für bestimmte Heimwerkerarbeiten für Maker verwendet werden.

Freizeit (DIY und Maker)

Viele Hersteller haben kleine CNC-Maschinen verschiedener Art zu Hause einige DIY-Projekte zu machen. Es kann auch von Einzelpersonen verwendet werden, um bestimmte Aufgaben von zu Hause aus zu erledigen:

Schmuckstücke herstellen.
Bearbeitung von Materialien zur Herstellung von Teilen oder Komponenten.
Erstellen Sie Teile, um Fahrzeuge oder andere Arten von Ausrüstung zu reparieren, wenn keine Ersatzteile mehr verkauft werden.
Machen Sie künstlerische Arbeiten oder Gravuren.

Werkstätten und produzierendes Gewerbe

Natürlich im professionellen Bereich, sowohl in Werkstätten als auch in Betrieben, CNC-Maschinen sind ebenfalls weit verbreitet, sowohl für Schreiner, Reparaturwerkstätten, Teilefertigung, die Textilindustrie, die Luftfahrtindustrie, Dekoration, Tischlerei usw. Zum Beispiel:

Laserschneiden von Blechen.
Plasmaschweißen.
Pick & Place, oder um Teile oder Komponenten direkt an ihrem Montageort zu platzieren.
Biegen von Stangen, Rohren, Platten…
Bohren.
Drehen oder Fräsen von Holz.
Fertigung von Sonderteilen.
Modellierung oder additive Fertigung.
Herstellung von Implantaten oder Prothesen für medizinische Zwecke.
Gravuren.
Usw.

Elektronik-Industrie

Besondere Erwähnung verdienen die CNC-Maschinen, die auch in einem so wettbewerbsfähigen und fortschrittlichen Sektor wie dem von eingesetzt wurden Elektronik- und Halbleiterindustrie. Diese Maschinen können eine Vielzahl von Aufgaben erfüllen, wie zum Beispiel:

Schneiden von Halbleiterwafern.
Herstellung von Kühlkörpern aus Kupfer- oder Aluminiumblöcken.
Erstellen von Gehäusen/Strukturen für Computer, Fernseher, Handys usw.
Pick & Place zum Platzieren von oberflächenmontierten Komponenten auf einer Leiterplatte zum anschließenden Löten.
Schweißen.
Lasergravur von Marken und Logos.
Um die Linsen zu formen.
Usw.

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