Come funziona e applicazioni una macchina CNC

Le onnipresenti macchine CNC si trovano in una moltitudine di fabbriche e officine di ogni tipo. I loro meravigliosi vantaggi le hanno rese macchine quasi essenziali per la lavorazione di parti. Ora che sai quali sono questi tipi di macchine, ecco quanto segue sapere come funziona una macchina a controllo numerico, come vengono lavorate le parti, il linguaggio di programmazione che utilizzano e le applicazioni più comuni di queste macchine.

Come funziona una macchina a controllo numerico: lavorazione a controllo numerico o CNC

Dai progetti CAD (Computer-Aided Design o Computer Aided Design) o CAM (Computer-Aided Manufacturing o Computer Aided Manufacturing), alcuni codici di lettura o lingua con cui la macchina a controllo numerico potrà seguire i percorsi o i movimenti segnati per la lavorazione del pezzo in un ordine appropriato in modo da ottenere il risultato desiderato. Cioè, in modo che alla fine del processo, la parte sia identica a quella del design del computer.

In altre parole, grazie a questi codici sarà possibile muovere la testa con lo strumento di lavoro attraverso gli assi della macchina. Naturalmente, l'utensile può essere diverso da una macchina all'altra, alcuni hanno anche una testa multiutensile per cambiare tra diversi e offrire una maggiore flessibilità di lavoro. Ad esempio, possono essere presenti utensili da taglio, utensili di perforazione, utensili di fresatura o tornitura, utensili di saldatura, utensili di posizionamento, ecc.

Controllo del movimento

Le macchine a controllo numerico hanno due o più indirizzi programmabili (assi). Generalmente sono 3 (X, Y, Z), anche se a volte possono averne di più come abbiamo visto nell'articolo precedente, oltre a consentire le rotazioni (gli assi rotanti si chiamano A, B, C). A seconda del numero di assi si possono eseguire lavorazioni più o meno complesse. Più assi, maggiore è il grado di libertà di movimento, quindi potrebbe realizzare intagli molto più complessi.

a controllare il movimento Di questi assi possono essere utilizzati due tipi di sistemi che possono lavorare singolarmente o insieme:

Valori assoluti (codice G90): in questo caso le coordinate del punto di destinazione sono riferite al punto di origine delle coordinate. Vengono utilizzate le variabili X (misura del diametro finale) e Z (misura in una direzione parallela all'asse di rotazione del mandrino).
Valori incrementali (codice G91): in questo altro caso le coordinate del punto di destinazione sono riferite al punto attuale. Vengono utilizzate le variabili U (distanza radiale) e W (misurata in una direzione parallela all'asse di rotazione del mandrino).

Accessori programmabili

Solo con un controllo del movimento la macchina CNC non poteva essere utilizzata. Pertanto, le macchine deve essere programmato in altro modo. La tipologia di macchina CNC è, infatti, strettamente correlata alla tipologia di accessori programmabili di cui dispone. Ad esempio, all'interno della lavorazione si possono avere specifiche funzioni programmabili come:

cambio utensile automatico: su alcuni centri di lavoro multiutensile. La testa dell'utensile può essere programmata per utilizzare l'utensile necessario in ogni caso senza doverlo inserire manualmente nel mandrino.
Velocità del mandrino e attivazione: È inoltre possibile programmare la velocità del mandrino in giri al minuto (RPM), compreso il senso di rotazione (orario o antiorario), nonché arrestare o attivare.
Bibita: Molte macchine di lavorazione che lavorano con materiali duri, come pietra o metallo, necessitano di un refrigerante per non surriscaldarsi. Il liquido di raffreddamento può anche essere programmato per accendersi o spegnersi durante il ciclo di lavoro.

Programma CNC

Le macchine a controllo numerico possono essere programmate, come si è visto, ma lo fanno in base a metodi diversi che dovresti sapere quando operi con uno di essi:

Manuale: Immissione delle informazioni desiderate al prompt dei comandi. Per fare ciò è necessario conoscere un codice alfanumerico unificato, come quello delle norme DIN 66024 e DIN 66025.
automatico: al momento è il caso più comune, e viene effettuato tramite un computer collegato alla macchina CNC. Una persona potrà modificare i dati tramite software, senza la necessità di conoscere i codici, poiché il programma stesso sarà incaricato di tradurli in istruzioni comprensibili per la macchina CNC. Questo avviene attraverso un linguaggio chiamato APT, che a sua volta verrà tradotto in binario (zeri e uno) in modo che il microcontrollore della macchina CNC possa capirlo e tradurlo in movimenti.

Attualmente ci sono anche altre macchine a controllo numerico più avanzato e più facile da usare, come quelli automatici che potrebbero richiedere un intervento umano ancora minore.

Esempio di programma CNC. Fonte: Researchgate

Il cosiddetto programma CNC, che è scritto in a linguaggio di basso livello chiamato G e M (standardizzato dal ISO 6983 y VIA RS274) e composto da:

Codici G: istruzioni generiche di movimento. Ad esempio, G può andare avanti, spostarsi radialmente, mettere in pausa, scorrere e così via.
Codici M: che non corrispondono a movimenti o vari. Esempi di M potrebbero essere l'avvio o l'arresto del mandrino, il cambio utensile, l'applicazione di refrigerante, ecc.
N: il programma è suddiviso in fasi o blocchi di istruzioni che saranno intestati dalla lettera N. Ogni blocco è numerato, poiché le azioni di lavorazione vengono eseguite in sequenza. La macchina rispetterà la numerazione.
Variabili o indirizzi: Il codice contiene anche questi tipi di valori, come F per l'avanzamento, S per la velocità del mandrino, T per la selezione dell'utensile, I, J e K per individuare il centro di un arco, X, Y e Z per il movimento di assi, ecc.

tutto dipenderà dal tipo di macchina. Ad esempio, una macchina CNC per la piegatura della lamiera non è la stessa di una per il taglio. Il primo non ha un mandrino e non necessita di refrigerante.

Tabella di esempio dei codici G e M

Se guardi la tabella sopra, potremmo usa un esempio blocco per spiegare cosa succede. Ad esempio, immagina di avere il seguente codice o programma CNC:

N3 G01x12.500 Z32.000 F800

Questo piccolo frammento di codice CNC direbbe alla macchina CNC, una volta tradotta in binario, di fare le seguenti azioni:

N3 indica che è il terzo blocco da eseguire. Pertanto, ci sarebbero due blocchi precedenti.
G01: esegue un movimento lineare.
X12.500: si sposterebbe di 12.5 mm lungo l'asse X.
Z32.000: si muoverebbe di 32 mm lungo l'asse Z. In questo caso non ci sarebbe nessun movimento in Y.
F800: Viene eseguito un avanzamento a una velocità di 800 mm/min.

Linguaggio APT

Inoltre, la lingua adatta è un linguaggio di programmazione che verrà utilizzato come codice intermedio tra il precedente e il codice macchina (codice binario) comprensibile dalla MCU. È stato sviluppato nel laboratorio del MIT, da Douglas T. Ross. All'epoca, nel 1956, era utilizzato per controllare i servomeccanismi, ma ora il suo utilizzo si è diffuso ed è diventato uno standard internazionale per il controllo numerico.

È stato considerato un predecessore di CAM, ed è simile ad altre lingue come FORTRAN. Questo codice verrà trasformato dal software del computer in una serie di istruzioni binarie che verranno caricate nella memoria del microcontrollore della macchina CNC in modo che possa eseguirle, generando segnali elettrici di controllo per muovere i motori e gli utensili.

Questa lingua APT può controllare molti parametri della macchina CNC:

Velocità del mandrino (RPM)
Mandrino acceso o spento
rotazione
fermata programmata
Bevande analcoliche
Movimenti in tutte le direzioni possibili (XYZ e ABC)
sincronizzazione
ripetere i cicli
traiettorie
Etc.

Ovviamente chi opera con macchine a controllo numerico non ha bisogno di conoscere questo linguaggio APT, poiché il software attuale è abbastanza intuitivo e consente un facile controllo, traducendo in modo trasparente l'APT all'utente per creare il pezzo che è stato progettato in il file CAD/CAM. Tuttavia, non fa mai male sapere che esiste e che cosa è.

Al giorno d'oggi, le moderne macchine CNC hanno già interfacce grafiche con touch screen e computer integrato che ne facilita notevolmente l'utilizzo. Sono estremamente intuitivi e non hanno bisogno di molto apprendimento. Attraverso una pen drive o una memoria USB, ti permetteranno di caricare il disegno del pezzo, in modo che possa essere disegnato su un altro computer indipendente.

Controllore CNC

El controllore cnc Sarà responsabile dell'interpretazione del programma CNC, dei suoi comandi in ordine sequenziale, ed eseguirà, tra le altre cose, i movimenti e le funzioni necessarie.

Programma CAM/CAD

Un Software CAD o CAM Sarà utilizzato per creare il disegno o il modello di ciò che si intende produrre. Il software attuale permette già di passare automaticamente da questo tipo di formati ad un programma CNC.

Sistema DNC

Da DNC (controllo numerico diretto), è un termine che si riferisce a un computer connesso in rete a una o più macchine a controllo numerico. In questo modo il programma CNC può essere trasferito alle macchine, sia tramite Ehternet, sia tramite porte più classiche e rudimentali come le porte seriali RS-232C, che sono ancora utilizzate in molte macchine industriali.

Applicazioni su macchine CNC

macchine cnc hanno più applicazioni di quanto immagini. Gran parte dell'industria e delle officine, dalle più piccole alle più grandi, dipendono da uno o più di questi team. Possono anche essere utilizzati a casa per alcuni lavori fai-da-te per i produttori.

Tempo libero (fai da te e produttori)

Molti produttori hanno piccole macchine a controllo numerico di vario tipo in casa per realizzare dei progetti fai da te. Può anche essere utilizzato da individui per svolgere determinati compiti da casa:

Crea gioielli.
Lavorazione di materiali per creare parti o componenti.
Crea parti per riparare veicoli o altri tipi di attrezzature quando i pezzi di ricambio non vengono più venduti.
Realizza opere artistiche o incisioni.

Officine e industria manifatturiera

Ovviamente, nel settore professionale, sia nelle officine che negli stabilimenti, è anche molto comune vedere macchine a controllo numerico, sia per falegnamerie, officine di riparazione, lavorazioni di componentistica, industria tessile, settore aeronautico, decorazione, ebanisteria, ecc. Per esempio:

Taglio laser lamiera.
Saldatura al plasma.
Pick & Place, o per posizionare parti o componenti direttamente nel luogo di assemblaggio.
Piegatura di barre, tubi, lamiere...
Foratura.
Tornitura o fresatura del legno.
Produzione di parti personalizzate.
Modellazione o produzione additiva.
Realizzazione di impianti o protesi per uso medico.
Incisioni.
Etc.

industria elettronica

Una menzione speciale meritano le macchine a controllo numerico che sono state impiegate anche in un settore competitivo ed evoluto come quello della industria elettronica e dei semiconduttori. Queste macchine possono eseguire un gran numero di attività, come ad esempio:

Taglio di wafer a semiconduttore.
Fabbricazione di dissipatori di calore da blocchi di rame o alluminio.
Realizzazione di involucri/strutture per computer, televisori, cellulari, ecc.
Pick & Place per posizionare i componenti a montaggio superficiale su una scheda PCB in posizione per la successiva saldatura.
Saldatura.
Incisione laser di marchi e loghi.
Per modellare le lenti.
Etc.

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