Macchine CNC: guida al controllo numerico

Le Le macchine a controllo numerico hanno invaso molti settori industriali e officine di ogni genere, e ultimamente anche in una delle sue varianti più promettenti: Stampanti 3D. Grazie ad essa i materiali possono essere lavorati in molteplici modi, con assoluta precisione, in tempi rapidi e con risultati difficilmente ottenibili con procedure manuali. Questi sono solo alcuni dei vantaggi di questi sistemi che descriveremo qui.

Cos'è il CNC

CNC (Computerized Numerical Control) o Computer Numerical Control in inglese, È un sistema diffuso nell'ingegneria per elaborare materiali e parti con il minimo intervento umano. La tecnica CNC deriva dal controllo numerico, un sistema automatizzato per macchine utensili che si azionano tramite comandi tramite volantini o leve. Tuttavia, queste macchine si sono evolute e ora ne consentono il controllo tramite software e un computer al fine di automatizzare ulteriormente il processo e offrire prestazioni migliori.

Il funzionamento di questi sistemi CNC è abbastanza semplice da capire. Si basa sulla lavorazione di una parte attraverso l'uso di coordinate che specificheranno il movimento dell'utensile (taglio, foratura, fresatura, saldatura...). Simile al funzionamento di una stampante 3D, che potrebbe anche essere intesa come una macchina CNC, solo che invece di lavorare, quello che fa è aggiungere strati di materiale per costruire una parte.

E proprio come le stampanti 3D, puoi avere più assi, come la X, la Y e la Z, potendo effettuare rispettivamente spostamenti longitudinali, verticali e trasversali. Attraverso alcuni servomotori e / o motori passo-passo, l'utensile verrà spostato nel punto esatto indicato dal software del computer e la lavorazione verrà eseguita in modo rapido e con la massima precisione.

Prima dell'invenzione del CNC, era necessaria manodopera per gestire gli strumenti manualmente, ma i possibili guasti che potevano commettere hanno influito sulla qualità, sulla ripetibilità, sui costi e sulla diminuzione della produzione. Ad esempio, immagina un dipendente in un negozio di alluminio che vuole forare i telai per una finestra. Questa attività richiede che:

L'operatore preleva il pezzo.
Mettilo sul tavolo da lavoro.
Metti la punta appropriata nel trapano.
E trapano.

Questo per fare un solo foro non è un problema, ma immagina che se ne debbano fare centinaia o migliaia per mantenere una produzione notevole e nel minor tempo possibile, oltre che tutti i fori sono uguali. In tal caso, la forza lavoro non è adeguata, ed è lì macchine cnc ha portato grandi miglioramenti al settore.In questo caso, i passaggi sarebbero:

Assicurati che la macchina sia alimentata con materiale (a volte potrebbe anche avere un'alimentazione automatica).
Avviarlo con la programmazione necessaria (potrebbe essere necessaria una sola volta e indicare il numero di ripetizioni).
E lei si occuperà di eseguire le perforazioni con precisione e di ripeterle tutte le volte che sarà necessario, senza che l'operatore debba intervenire.

Inoltre, può lavorare più velocemente di un operatore e non si stanca, quindi sono tutti vantaggi per l'industria o l'officina.

Cosa sono le macchine a controllo numerico e come funzionano?

Un La macchina CNC è un tipo di macchina per la lavorazione azionata dal controllo numerico del computer.. In questo modo si ottiene l'automazione del processo stabilendo coordinate precise per il taglio, saldatura, fresatura, stampaggio, rettifica, posizionamento di parti, ecc., di tutti i tipi di materiali, da quelli morbidi come polimeri, foami, MDF, o legno, anche più duri come marmo, metallo, rocce, ecc.

Allo stesso modo, le macchine CNC consentono un sofisticato sistema di feedback che monitora e regola costantemente la velocità e la posizione degli utensili utilizzati per la lavorazione, senza la necessità di così frequenti manutenzioni manuali. Anche alcuni più avanzati hanno sistemi intelligenti per rilevare problemi, controllare la qualità del lavoro o della parte, ecc., o essere interconnessi se si tratta di un'industria 4.0.

È importante notare che alcune macchine CNC funzionano in modo diverso:

controllo punto a punto: In questo tipo di macchine a controllo numerico, verranno stabiliti i punti di inizio e di fine di ogni percorso.
controllo parassiale: in essi è possibile controllare la velocità di movimento dei pezzi.
controllo interpolare: eseguono lavorazioni in qualsiasi modo parallele ai propri assi.

Anche se questi non sono i tipi di macchine cncLo tratteremo in modo più dettagliato nei post futuri.

Storia

Le prime lavorazioni che iniziarono ad essere eseguite furono completamente manuali, utilizzando vari tipi di strumenti rudimentali che via via venivano avanzati. A partire dal inizio del XX secolo, il settore ha compiuto un grande passo avanti verso le macchine motorizzate per risparmiare lo sforzo manuale, aumentando la produttività e l'efficienza.

Queste macchine non avevano ancora spostato in modo significativo forza lavoro, che era ancora molto importante. Ciò implicava che la produzione di un pezzo richiedeva più tempo, aveva costi più elevati e margini di profitto inferiori e la qualità e la precisione ottenute non erano omogenee in tutte le parti prodotte.

Durante i Anos 40 y 50, Le macchine a controllo numerico iniziano a essere sviluppate negli Stati Uniti. John T. Parsons, un ingegnere dell'epoca, avrebbe modificato una fresatrice in modo che potesse essere controllata dall'input delle schede perforate, il precursore della memoria e del software odierni. In questo modo le macchine ottenevano informazioni sui movimenti esatti che dovevano compiere per lavorare il pezzo e non avevano bisogno di tanto intervento umano per azionare leve, volanti, ecc.

Quella macchina di Parsons sarebbe diventata una delle predecessori delle moderne macchine a controllo numerico moderno. Ma era ancora una fresatrice molto rudimentale con un sistema di controllo analogico elettronico che utilizzava valvole per il vuoto. Questi sistemi sono diventati più popolari e avanzati con la maturazione dell'elettronica a stato solido e digitale. Dalle valvole ai transistor, dai transistor ai circuiti stampati e poi ai circuiti integrati, fino a quando i microcontrollori (MCU) sono diventati abbastanza economici da essere ampiamente utilizzati.

Poi sono nate le macchine a controllo numerico con sistemi più intelligenti e programmabili, per poter variare i valori di lavorazione a piacimento. Nel Le macchine a controllo numerico che conosciamo oggi arriverebbero, comandate da un computer. Grazie a questo altro grande traguardo, è stato possibile controllare l'intero processo in modo più intuitivo da software, programmare diversi programmi per utilizzarli quando desiderato, modificare rapidamente i parametri, ecc.

Ai nostri giorni, con lo sviluppo del cloud, e dell'IoT (Internet of Things), o Internet delle cose, è possibile connettere una moltitudine di dispositivi al cloud e che possono interagire in modo più intelligente con ciascuno altro, lasciando il posto ad a Industria 4.0, in cui le macchine a controllo numerico potranno migliorare considerevolmente le proprie capacità. Ad esempio, potrebbero comunicare tra loro in una catena di produzione in modo che se una macchina o una fase subisce un ritardo o un problema, le macchine successive possono essere spente mentre aspettano per risparmiare energia, oppure possono determinare la domanda per regolare il loro livello di produzione, ecc.

Di cosa è fatta una macchina CNC?

Quando si tratta di dettagliare il parti o componenti di una macchina CNC, si possono citare i seguenti elementi essenziali:

dispositivo di input

È conosciuto come dispositivo di input da una macchina CNC al sistema utilizzato per caricare o modificare i dati per il processo di lavorazione. Ad esempio, può essere un pannello di controllo, un touch screen, ecc. Cioè un'interfaccia per consentire all'operatore della macchina di attivare e controllare la macchina.

Unità di controllo o controller

È il sistema elettronico digitale che si occuperà di interpretare i dati inseriti e generare una serie di segnali di controllo per controllare il movimento dei servomotori per muovere la testa portapezzo attraverso gli assi e l'utensile in modo che eseguano esattamente quanto indicato dal programma inserito dall'utente.

Strumento

La strumento È uno dei componenti più essenziali, poiché è quello che esegue effettivamente la lavorazione, quello che è a contatto con il pezzo in lavorazione. Può essere una testa multiutensile, in grado di svolgere diversi compiti, oppure anche singoli utensili fissi o intercambiabili. Ad esempio: punta da trapano, fresa, fresa, punta per saldatura, ecc.

Inoltre, è importante notare che possono esistere vari tipi di macchine CNC in termini di loro tipo e numero di assi:

3 assi: sono i più comuni, con un asse X, Y e Z.
4 assi: come alcuni router o router CNC che aggiungono un asse A ai tre precedenti. Ciò consente al mandrino di spostarsi da sinistra a destra per elaborare tre superfici contemporaneamente, potendo incidere in piano o in 3D. Sono ideali per intagliare legno, metalli, motivi complessi, ecc.
asse rotante- Dispone di un mandrino rotante per l'utensile, che consente di lavorare quattro superfici contemporaneamente. Questi tipi di macchine vengono utilizzate per la lavorazione di parti cilindriche, statue lignee, elementi metallici complessi, ecc.

Sistema di fissaggio o supporto

È il luogo di ancoraggio del pezzo per eseguire la lavorazione senza che si muova. A seconda del sistema, può essere di diversi tipi, con o senza ancoraggi. Inoltre, alcuni necessitano di extra, come sistemi di raccolta della polvere o taglio a getto d'acqua, che richiederebbero un serbatoio dell'acqua o un serbatoio per raccogliere e dissipare la forza del getto una volta che passa attraverso la parte.

Questi sistemi sono spesso chiamati anche letto o tavolo. Molti di essi sono solitamente realizzati con materiali come l'alluminio, quando i pezzi devono essere fissati al tavolo, per lavorare cilindri o forme complesse. Invece, il piano o il tavolo aspirante aspirerà la parte senza bloccarla, consentendo un maggiore grado di precisione, una minore agitazione durante l'uso e un maggiore grado di libertà.

Dispositivi di feedback (servomotori)

Esistono solo questi tipi di dispositivi. feedback su macchine a controllo numerico che utilizzano servomotori. Negli altri non è necessario.

Monitorare

Oltre a tutto quanto sopra, potrebbe esserci anche a sistema informativo o di monitoraggio del processo di lavorazione stesso. Questo può avvenire attraverso la stessa interfaccia da cui opera o indipendentemente.

Altre parti

In aggiunta a quanto sopra, va notato due elementi essenziali più:

Motores: sono i dispositivi che muovono o attivano l'utensile di lavorazione in base ai dati ricevuti dalla centralina.
- Servo: tollera le alte velocità, quindi puoi tagliare, forare, ecc. Ideale per lavori silenziosi e stabili e per schemi complessi.
- stepper: Questi motori passo-passo hanno un prezzo inferiore ma vengono utilizzati per incisioni o movimenti più basilari. Sono facili da controllare, affidabili e altamente accurati, il che li rende adatti dove è necessaria la massima precisione.
mandrino: Questo elemento di una macchina CNC può avere due tipi di possibili sistemi di raffreddamento o raffreddamento:
- In aereo: Sono raffreddati semplicemente da una ventola che raffredda il mandrino e sono più economici, di facile manutenzione e utilizzo.
- Dall'acqua: Usano l'acqua per il raffreddamento. È più costoso, complesso e difficile da mantenere, ma generalmente dura più a lungo, è più efficiente ed è più silenzioso.

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