CNC-machines: gids voor numerieke besturing

De CNC-machines zijn vele industriële sectoren en allerlei soorten werkplaatsen binnengedrongen, en de laatste tijd ook in een van de meest veelbelovende varianten: 3D-printers. Hierdoor kunnen materialen op meerdere manieren worden bewerkt, met absolute precisie, snel en met resultaten die moeilijk te bereiken zijn met handmatige procedures. Dit zijn slechts enkele van de voordelen van deze systemen die we hier zullen beschrijven.

Wat is CNC

CNC (Computerized Numerical Control), of Computer Numerical Control in het Engels, Het is een wijdverbreid systeem in de techniek om materialen en onderdelen te verwerken met minimale menselijke tussenkomst. De CNC-techniek is afgeleid van numerieke besturing, een geautomatiseerd systeem voor werktuigmachines die worden bediend door middel van commando's via handwielen of hendels. Deze machines zijn echter geëvolueerd en laten nu hun controle toe via software en een computer om het proces verder te automatiseren en betere prestaties te bieden.

De werking van deze CNC-systemen is vrij eenvoudig te begrijpen. Het is gebaseerd op de bewerking van een onderdeel door het gebruik van: coördinaten die de beweging van het gereedschap specificeren (snijden, boren, frezen, lassen...). Vergelijkbaar met de werking van een 3D-printer, die ook kan worden opgevat als een CNC-machine, maar in plaats van machinaal te bewerken, voegt hij materiaallagen toe om een onderdeel te bouwen.

En net als bij 3D-printers, kun je meerdere assen hebben, zoals de X, Y en Z, het kunnen uitvoeren van respectievelijk longitudinale, verticale en transversale verplaatsingen. door sommigen servomotoren en / of stappenmotoren, wordt het gereedschap verplaatst naar het exacte punt dat wordt aangegeven door de computersoftware en wordt de bewerking snel en met de hoogste precisie uitgevoerd.

Vóór de uitvinding van de CNC, was er arbeid nodig om de gereedschappen handmatig te hanteren, maar de mogelijke fouten die ze konden veroorzaken, waren van invloed op de kwaliteit, herhaalbaarheid, kosten en verminderde productie. Stel je bijvoorbeeld een medewerker voor in een aluminium winkel die kozijnen wil boren voor een raam. Deze taak vereist dat:

De telefoniste pakt het stuk op.
Leg het op de werktafel.
Plaats het juiste bit in de boor.
En boren.

Dit is geen probleem om een enkel gat te maken, maar stel je voor dat er honderden of duizenden moeten worden gemaakt om een aanzienlijke productie te behouden en in de kortst mogelijke tijd, terwijl alle gaten hetzelfde zijn. In dat geval is het personeelsbestand niet toereikend, en dat is waar cnc-machines bracht grote verbeteringen aan de industrie. In dit geval zouden de stappen zijn:

Zorg ervoor dat de machine wordt gevoed met materiaal (soms hebben ze zelfs automatische invoer).
Start het met de nodige programmering (het kan maar één keer nodig zijn en geef het aantal herhalingen aan).
En zij zal de perforaties met precisie maken en ze zo vaak herhalen als nodig is, zonder dat de operator hoeft in te grijpen.

Bovendien heeft kan sneller werken dan een operator en wordt niet moe, dus allemaal voordelen voor de industrie of werkplaats.

Wat zijn CNC-machines en hoe werkt het?

een CNC-machine is een soort bewerkingsmachine die wordt bediend door computernumerieke besturing.. Op deze manier wordt procesautomatisering bereikt door nauwkeurige coördinaten vast te stellen voor het snijden, lassen, frezen, gieten, slijpen, plaatsen van onderdelen, enz., van alle soorten materialen, van zachte materialen zoals polymeren, foami, MDF of hout, zelfs harder zoals marmer, metaal, rotsen, enz.

Evenzo zorgen CNC-machines voor een geavanceerd systeem van: feedback die constant controleert en bijstuurt de snelheid en positie van de gereedschappen die voor de bewerking worden gebruikt, zonder de noodzaak van dergelijk frequent handmatig onderhoud. Zelfs sommige meer geavanceerde systemen hebben intelligente systemen om problemen te detecteren, de kwaliteit van het werk of onderdeel te controleren, enz., of om onderling te worden verbonden als het een industrie 4.0 is.

Het is belangrijk op te merken dat sommige CNC-machines ze werken anders:

punt tot punt controle: In dit type CNC-machines worden het begin- en eindpunt van elk pad vastgesteld.
paraaxiale controle: daarin is het mogelijk om de bewegingssnelheid van de stukken te regelen.
interpoleren controle: ze voeren bewerkingen uit op enigerlei wijze parallel aan hun assen.

Hoewel dit niet de soorten cnc-machinesWe zullen dat in toekomstige berichten in meer detail behandelen.

Geschiedenis

De eerste bewerking die werd uitgevoerd, was volledig handmatig, met behulp van verschillende soorten rudimentaire gereedschappen die beetje bij beetje werden ontwikkeld. Van begin van de twintigste eeuw, heeft de industrie een grote sprong gemaakt in de richting van aangedreven machines om handmatige inspanning te besparen en de productiviteit en efficiëntie te verhogen.

Deze machines waren nog niet significant verplaatst arbeidskrachten, wat nog steeds erg belangrijk was. Dit hield in dat het produceren van een onderdeel langer duurde, hogere kosten en lagere winstmarges had en dat de verkregen kwaliteit en precisie niet homogeen waren in alle geproduceerde onderdelen.

In de Jaren 40 en 50, Numerieke besturingsmachines beginnen te worden ontwikkeld in de Verenigde Staten. John T. Parsons, destijds een ingenieur, zou destijds een freesmachine aanpassen zodat deze kon worden bestuurd door invoer van ponskaarten, de voorloper van het huidige geheugen en de software. Op deze manier kregen de machines informatie over de exacte bewegingen die ze moesten maken om het onderdeel te bewerken en hadden ze niet zoveel menselijke tussenkomst nodig om hendels, stuurwielen, enz.

Die Parsons-machine zou een van de... voorlopers van de huidige CNC-machines modern. Maar het was nog steeds een zeer rudimentaire freesmachine met een elektronisch analoog besturingssysteem met vacuümventielen. Deze systemen werden populairder en geavanceerder met de rijping van solid-state en digitale elektronica. Van vacuümbuizen tot transistors, van transistors tot gedrukte schakelingen en vervolgens tot geïntegreerde schakelingen, totdat microcontrollers (MCU's) goedkoop genoeg werden om op grote schaal te worden gebruikt.

Toen werden de CNC-machines geboren met intelligentere en programmeerbare systemen, om de bewerkingswaarden naar wens te kunnen variëren. In de 70 jaar De CNC-machines die we vandaag kennen, zouden aankomen, aangestuurd door een computer. Dankzij deze andere geweldige mijlpaal was het mogelijk om het hele proces intuïtiever te besturen vanuit software, verschillende programma's te programmeren om ze te gebruiken wanneer gewenst, parameters snel aan te passen, enz.

In onze tijd, met de ontwikkeling van de cloud en het IoT (Internet of Things), of het internet der dingen, is het mogelijk om een groot aantal apparaten met de cloud te verbinden en dat ze op een intelligentere manier met elkaar kunnen communiceren. andere, plaats maken voor een Industrie 4.0, waarin CNC-machines hun capaciteiten aanzienlijk kunnen verbeteren. Ze kunnen bijvoorbeeld met elkaar communiceren in een productieketen, zodat als een machine of fase een vertraging of probleem ondervindt, de volgende machines kunnen worden uitgeschakeld terwijl ze wachten om energie te besparen, of ze kunnen de vraag bepalen om hun productieniveau aan te passen, enz. .

Waar is een CNC-machine van gemaakt?

Als het gaat om het detailleren van de onderdelen of componenten van een CNC-machine, kunnen de volgende essentiële elementen worden aangehaald:

Invoerapparaat

Het staat bekend als invoerapparaat van een CNC-machine tot het systeem dat wordt gebruikt om de gegevens voor het bewerkingsproces te kunnen laden of wijzigen. Het kan bijvoorbeeld een bedieningspaneel, een aanraakscherm, enz. Dat wil zeggen, een interface waarmee de machinist de machine kan activeren en besturen.

Besturingseenheid of controller

Het is het digitaal elektronisch systeem die verantwoordelijk is voor het interpreteren van de ingevoerde gegevens en het genereren van een reeks besturingssignalen om de beweging van de servomotoren te regelen om de werkkop door de assen en het gereedschap te bewegen, zodat ze precies doen wat het door de gebruiker ingevoerde programma aangeeft.

gereedschap

La Herramienta Het is een van de meest essentiële componenten, omdat het degene is die de bewerking daadwerkelijk uitvoert, degene die in contact staat met het stuk dat wordt verwerkt. Het kan een multitoolkop zijn die verschillende taken kan uitvoeren, maar ook individuele vaste of verwisselbare gereedschappen. Bijvoorbeeld: boor, frees, frees, laspunt, enz.

Daarnaast is het belangrijk op te merken dat er verschillende soorten CNC-machines kunnen zijn in termen van hun type en aantal assen:

3 assen: zijn de meest voorkomende, met een X-, Y- en Z-as.
4 assen: zoals sommige routers of CNC-routers die een A-as toevoegen aan de vorige drie. Hierdoor kan de spil van links naar rechts bewegen om drie oppervlakken tegelijk te bewerken en zowel plat als in 3D te graveren. Ze zijn ideaal voor het snijden van hout, metalen, complexe patronen, enz.
roterende as- Het heeft een roterende spil voor het gereedschap, waarmee u vier oppervlakken tegelijk kunt bewerken. Dit soort machines worden gebruikt voor het bewerken van cilindrische onderdelen, houten beelden, complexe metalen elementen, enz.

Bevestiging of ondersteuningssysteem

Het is het plaats waar het stuk is verankerd om het bewerkingsproces uit te voeren zonder dat het beweegt. Afhankelijk van het systeem kan het van verschillende typen zijn, met of zonder ankers. Bovendien hebben sommige extra's nodig, zoals stofopvangsystemen of waterstraalsnijden, waarvoor een watertank of reservoir nodig is om de kracht van de straal op te vangen en af te voeren zodra deze door het onderdeel gaat.

Deze systemen worden vaak ook bed of tafel. Veel ervan zijn meestal gemaakt van materialen zoals aluminium, wanneer de stukken aan de tafel moeten worden bevestigd, om cilinders of complexe vormen te verwerken. In plaats daarvan zal het vacuümbed of de tafel het onderdeel stofzuigen zonder het vast te klemmen, wat een hogere mate van precisie, minder beweging tijdens gebruik en een grotere mate van vrijheid mogelijk maakt.

Terugmeldinrichtingen (servomotoren)

Er zijn alleen dit soort apparaten. feedback op CNC-machines die servomotoren gebruiken. Bij de andere is dat niet nodig.

monitor

Naast al het bovenstaande kan er ook een informatie- of monitoringsysteem van het bewerkingsproces zelf. Dit kan via dezelfde interface van waaruit het opereert of onafhankelijk.

overige onderdelen

Naast het bovenstaande moet worden opgemerkt: twee essentiële elementen plus:

Motores: zijn de apparaten die het bewerkingsgereedschap bewegen of activeren volgens de gegevens die van de besturingseenheid worden ontvangen.
- Servo-: verdraagt hoge snelheden, zodat u kunt snijden, boren, etc. Ideaal voor stil, stabiel werk en voor ingewikkelde patronen.
- stepper: Deze stappenmotoren zijn lager geprijsd, maar worden gebruikt voor meer basale gravures of bewegingen. Ze zijn eenvoudig te bedienen, betrouwbaar en zeer nauwkeurig, waardoor ze geschikt zijn waar maximale precisie nodig is.
spindel: Dit element van een CNC-machine kan twee soorten koel- of koelsystemen hebben:
- Door de lucht: Ze worden eenvoudig gekoeld door een ventilator die de spil koelt, en zijn goedkoper, gemakkelijker te onderhouden en te gebruiken.
- over het water: Ze gebruiken water om te koelen. Het is duurder, complexer en moeilijker te onderhouden, maar het gaat over het algemeen langer mee, is efficiënter en stiller.

Hardwarelibre