Hoe een CNC-machine werkt en toepassingen

De alomtegenwoordige CNC-machines staan in een groot aantal fabrieken en allerlei soorten werkplaatsen. Hun geweldige voordelen hebben ze tot bijna essentiële machines gemaakt voor het bewerken van onderdelen. Nu u weet wat dit soort machines zijn, is het volgende: weet hoe een CNC-machine werkt, hoe de onderdelen worden bewerkt, de programmeertaal die ze gebruiken en de meest voorkomende toepassingen van deze machines.

Hoe een CNC-machine werkt: CNC- of numerieke besturing

Van CAD (Computer-Aided Design of Computer Aided Design) of CAM (Computer-Aided Manufacturing of Computer Aided Manufacturing) ontwerpen, sommige lezen of taalcodes waarmee de CNC-machine de routes of bewegingen kan volgen die zijn gemarkeerd voor de bewerking van het onderdeel in een geschikte volgorde, zodat het gewenste resultaat wordt verkregen. Dat wil zeggen, zodat aan het einde van het proces het stuk identiek is aan dat in het computerontwerp.

Met andere woorden, dankzij deze codes is het mogelijk om: beweeg het hoofd met het uitrustingsstuk door de assen van de machine. Natuurlijk kan het gereedschap van machine tot machine verschillen, sommige hebben zelfs een multitoolkop om tussen meerdere te wisselen en meer flexibiliteit bij het werk te bieden. Het kan bijvoorbeeld gaan om snijgereedschappen, boorgereedschappen, frees- of draaigereedschappen, lasgereedschappen, lokaliseergereedschappen, etc.

Bewegingscontrole

CNC-machines hebben: twee of meer programmeerbare adressen (assen). Over het algemeen zijn er 3 (X, Y, Z), hoewel ze er soms meer kunnen hebben, zoals we in het vorige artikel hebben gezien, naast het toestaan van rotaties (rotatie-assen worden A, B, C genoemd). Afhankelijk van het aantal assen kunt u meer of minder complexe bewerkingen uitvoeren. Hoe meer assen, hoe meer bewegingsvrijheid, dus het zou veel complexere gravures kunnen maken.

naar controle beweging Van deze assen kunnen twee soorten systemen worden gebruikt die afzonderlijk of samen kunnen werken:

Absolute waarden (code G90): in dit geval worden de coördinaten van het bestemmingspunt verwezen naar het oorsprongspunt van de coördinaten. De variabelen X (meting van de uiteindelijke diameter) en Z (meting in een richting evenwijdig aan de rotatie-as van de spindel) worden gebruikt.
Oplopende waarden (code G91): in dit andere geval worden de coördinaten van het bestemmingspunt naar het huidige punt verwezen. De variabelen U (radiale afstand) en W (gemeten in een richting evenwijdig aan de rotatie-as van de spil) worden gebruikt.

Programmeerbare accessoires

Alleen met een motion control kon de CNC-machine niet worden gebruikt. Daarom zijn de machines moet op andere manieren worden geprogrammeerd. Het type CNC-machine hangt namelijk nauw samen met het type programmeerbare accessoires dat het heeft. Binnen de bewerking kunt u bijvoorbeeld specifieke programmeerbare functies hebben, zoals:

automatische gereedschapswissel: op sommige multi-tool bewerkingscentra. De gereedschapskop kan worden geprogrammeerd om in elk geval het benodigde gereedschap te gebruiken zonder het handmatig in de spil te hoeven plaatsen.
Spindelsnelheid en activering: Het spiltoerental in omwentelingen per minuut (RPM) kan ook worden geprogrammeerd, inclusief de draairichting (met de klok mee of tegen de klok in), evenals stoppen of activeren.
Koelmiddel: Veel bewerkingsmachines die met harde materialen werken, zoals steen of metaal, hebben een koelvloeistof nodig om oververhitting te voorkomen. De koelvloeistof kan ook worden geprogrammeerd om tijdens de werkcyclus in of uit te schakelen.

CNC programma

CNC-machines kunnen worden geprogrammeerd, zoals is gezien, maar dat doen ze door: verschillende methoden die u moet weten wanneer u met een van hen werkt:

Handmatig: de gewenste informatie invoeren bij een opdrachtprompt. Hiervoor moet u een alfanumerieke code kennen die gestandaardiseerd is, zoals die van DIN 66024 en DIN 66025.
Automaat: dit is momenteel het meest gebruikelijke geval en wordt uitgevoerd door middel van een computer die is aangesloten op de CNC-machine. Een persoon kan de gegevens via software wijzigen zonder de codes te hoeven kennen, aangezien het programma zelf verantwoordelijk is voor het vertalen ervan in begrijpelijke instructies voor de CNC-machine. Dit wordt gedaan door middel van een taal genaamd APT, die op zijn beurt zal worden vertaald in binair (nullen en enen), zodat de microcontroller van de CNC-machine het kan begrijpen en in bewegingen kan vertalen.

Momenteel zijn er ook enkele andere CNC-machines geavanceerder en gebruiksvriendelijker, zoals de automatische die misschien nog minder menselijke tussenkomst nodig hebben.

Voorbeeld van een CNC-programma. Bron: Researchgate

Het zogenaamde CNC-programma, dat is geschreven in a taal op laag niveau genaamd G en M (gestandaardiseerd door de ISO 6983 en EIA RS274) en samengesteld uit:

G-codes: generieke bewegingsinstructies. G kan bijvoorbeeld vooruit gaan, radiaal bewegen, pauzeren, fietsen, enzovoort.
M-codes: die niet overeenkomen met bewegingen of diversen. Voorbeelden van M zijn het starten of stoppen van de spil, het wisselen van gereedschap, het aanbrengen van koelvloeistof, enz.
N: het programma is opgedeeld in fasen of instructieblokken met als kop de letter N. Elk blok is genummerd, aangezien de bewerkingshandelingen sequentieel worden uitgevoerd. De machine respecteert de nummering.
Variabelen of adressen: De code bevat ook dit soort waarden, zoals F voor voeding, S voor spiltoerental, T voor gereedschapsselectie, I, J en K voor het lokaliseren van het middelpunt van een boog, X, Y en Z voor de beweging van assen, enz.

alle zal afhangen van het type machine;. Een CNC-machine voor het buigen van plaatwerk is bijvoorbeeld niet hetzelfde als voor het snijden. De eerste heeft geen spindel en vereist geen koelvloeistof.

Voorbeeldtabel G en M-code

Als je naar de bovenstaande tabel kijkt, kunnen we: gebruik een voorbeeld blok om uit te leggen wat er gebeurt. Stel je bijvoorbeeld voor dat je de volgende code of CNC-programma hebt:

N3 G01 X12.500 Z32.000 F800

Dit kleine stukje CNC-code zou de CNC-machine vertellen, zodra het in binair is vertaald, om te doen de volgende acties::

N3 geeft aan dat dit het derde blok is dat moet worden uitgevoerd. Daarom zouden er twee eerdere blokken zijn.
G01: voer een lineaire beweging uit.
X12.500: zou 12.5 mm langs de X-as bewegen.
Z32.000: het zou 32 mm bewegen langs de Z-as. In dit geval zou er geen beweging zijn in Y.
F800: Er wordt aangevoerd met een snelheid van 800 mm/min.

APT-taal

Bovendien de toepasselijke taal het is een programmeertaal die zal worden gebruikt als een tussencode tussen de vorige en de machinecode (binaire code) die begrijpelijk is voor de MCU. Het werd ontwikkeld in het MIT-laboratorium door Douglas T. Ross. Destijds, in 1956, werd het gebruikt om servomechanismen te besturen, maar het gebruik ervan is nu verspreid en het is een internationale standaard geworden voor numerieke besturing.

Het werd overwogen een voorloper van CAM, en is vergelijkbaar met andere talen zoals FORTRAN. Deze code wordt door computersoftware omgezet in een reeks binaire instructies die in het geheugen van de microcontroller van de CNC-machine worden geladen, zodat deze deze kan uitvoeren en elektrische besturingssignalen genereert om de motoren en gereedschappen te bewegen.

Deze APT-taal kan controle over veel parameters van de CNC-machine:

Spindelsnelheid (RPM)
Spindel aan of uit
omwenteling
geplande stop
Frisdrank
Bewegingen in alle mogelijke richtingen (XYZ en ABC)
timing
herhaal cycli
trajecten
Enz.

Natuurlijk hoeven degenen die CNC-machines bedienen deze APT-taal niet te kennen, aangezien de huidige software vrij intuïtief is en eenvoudige bediening mogelijk maakt, waarbij de APT transparant naar de gebruiker wordt vertaald om het onderdeel te maken dat is ontworpen in het CAD/CAM-bestand. Het kan echter nooit kwaad om te weten dat het bestaat en wat het is.

Tegenwoordig hebben moderne CNC-machines al: grafische interfaces met aanraakschermen en geïntegreerde computer die het gebruik ervan enorm vergemakkelijkt. Ze zijn extreem intuïtief en hoeven niet veel te worden geleerd. Via een pen-drive of USB-geheugen kunt u het ontwerp van het stuk laden, zodat het op een andere onafhankelijke computer kan worden ontworpen.

CNC-controller:

El cnc-controller Hij zal verantwoordelijk zijn voor het interpreteren van het CNC-programma, de commando's in sequentiële volgorde, en het zal onder meer de nodige bewegingen en functies uitvoeren.

CAM / CAD-programma

Un CAD- of CAM-software Het zal worden gebruikt om het ontwerp of model te maken van wat bedoeld is om te worden vervaardigd. De huidige software maakt het al mogelijk om automatisch van dit soort formaten naar een CNC-programma te gaan.

DNC-systeem

Wat betreft DNC (directe numerieke besturing), is een term die verwijst naar een computer die via een netwerk is verbonden met een of meer CNC-machines. Op deze manier kan het CNC-programma naar de machines worden overgebracht, hetzij via Ehternet, hetzij via meer klassieke en rudimentaire poorten zoals de RS-232C seriële poorten, die nog steeds in veel industriële machines worden gebruikt.

CNC-machinetoepassingen

cnc-machines ze hebben meer toepassingen dan je denkt. Een groot deel van de industrie en werkplaatsen, van de kleinste tot de grootste, zijn afhankelijk van een of meer van deze teams. Ze kunnen zelfs thuis worden gebruikt voor bepaalde doe-het-zelfklussen voor makers.

Vrije tijd (DIY en makers)

Veel makers hebben kleine CNC-machines van verschillende soorten thuis om wat DIY-projecten te maken. Het kan ook door individuen worden gebruikt om bepaalde taken vanuit huis uit te voeren:

Sieraden maken.
Machinale bewerking van materialen om onderdelen of componenten te maken.
Maak onderdelen om voertuigen of andere soorten apparatuur te repareren wanneer reserveonderdelen niet langer worden verkocht.
Maak artistieke werken of gravures.

Werkplaatsen en maakindustrie

Natuurlijk in de professionele sector, zowel in werkplaatsen als fabrieken, het is ook heel gebruikelijk om CNC-machines te zien, zowel voor timmerlieden, reparatiewerkplaatsen, onderdelenfabricage, de textielindustrie, de luchtvaartsector, decoratie, meubelmakerij, enz. Bijvoorbeeld:

Lasersnijden van plaatwerk.
Plasma lassen.
Pick & Place, of om onderdelen of componenten precies op hun montageplaats te plaatsen.
Buigen van staven, buizen, platen…
Boren.
Draaien of frezen van hout.
Vervaardiging van op maat gemaakte onderdelen.
Modellering of additieve fabricage.
Creatie van implantaten of prothesen voor medisch gebruik.
Gravures.
Enz.

elektronische industrie

Speciale vermelding verdienen de CNC-machines die ook zijn gebruikt in een sector die zo competitief en geavanceerd is als die van elektronica- en halfgeleiderindustrie. Deze machines kunnen een groot aantal taken uitvoeren, zoals:

Het snijden van halfgeleiderwafels.
Vervaardiging van koellichamen uit koperen of aluminium blokken.
Maken van behuizingen/structuren voor computers, televisies, mobiele telefoons, enz.
Pick & Place voor het plaatsen van opbouwcomponenten op een printplaat om vervolgens te solderen.
Lassen.
Lasergraveren van merken en logo's.
Om de lenzen te vormen.
Enz.

Hardwarelibre