Какво представляват CNC машините?

Историята на машините с ЦПУ
Джон Т. Парсънс (1913-2007) от Parsons Corporation в Траверс Сити, Мичиган се смята за пионер на цифровото управление, предшественик на съвременната CNC машина.Заради работата си Джон Парсънс е наричан бащата на 2-рата индустриална революция.Той трябваше да произвежда сложни хеликоптерни перки и бързо осъзна, че бъдещето на производството е свързването на машини с компютри.Днес части, произведени с ЦПУ, могат да бъдат намерени в почти всяка индустрия.Благодарение на CNC машините имаме по-евтини стоки, по-силна национална отбрана и по-висок стандарт на живот, отколкото е възможно в един неиндустриализиран свят.В тази статия ще проучим произхода на CNC машината, различните типове CNC машини, CNC машинните програми и обичайните практики в магазините за CNC машини.

Машините срещат компютъра
През 1946 г. думата „компютър“ означава изчислителна машина, работеща с перфокарта.Въпреки че Parsons Corporation беше направила само едно витло преди това, Джон Парсънс убеди Sikorsky Helicopter, че могат да произведат изключително прецизни шаблони за сглобяване и производство на витла.В крайна сметка той изобретява компютърен метод с перфокарти за изчисляване на точки върху роторна перка на хеликоптер.След това накара операторите да завъртят колелата до тези точки на фреза в Синсинати.Той проведе състезание за името на този нов процес и даде $50 на човека, който измисли "Чифрово управление" или NC.

През 1958 г. той подава патент за свързване на компютъра с машината.Неговата заявка за патент пристигна три месеца преди Масачузетския технологичен институт, който работеше върху концепцията, която той беше започнал.Масачузетският технологичен институт използва неговите концепции, за да направи оригиналното оборудване и лицензополучателя на г-н Парсънс (Bendix) подлицензиран на IBM, Fujitusu и GE, между другото.NC концепцията бавно се налагаше.Според г-н Парсънс, хората, продаващи идеята, са били компютърни хора, вместо хора производители.До началото на 70-те години обаче самата американска армия популяризира използването на NC компютри, като ги конструира и отдава под наем на множество производители.CNC контролерът се развива паралелно с компютъра, като води до все повече и повече производителност и автоматизация в производствените процеси, особено в машинната обработка.

Какво е CNC обработка?
Машините с ЦПУ произвеждат части по целия свят за почти всяка индустрия.Те създават неща от пластмаси, метали, алуминий, дърво и много други твърди материали.Думата „CNC“ означава компютърно цифрово управление, но днес всички го наричат ​​CNC.И така, как дефинирате CNC машина?Всички автоматизирани машини за управление на движението имат три основни компонента – командна функция, система за задвижване/движение и система за обратна връзка.CNC обработката е процес на използване на компютърно управлявана машина за производство на част от твърд материал в различна форма.

CNC зависи от цифрови инструкции, които обикновено се правят на компютърно подпомагано производство (CAM) или софтуер за автоматизирано проектиране (CAD) като SolidWorks или MasterCAM.Софтуерът пише G-код, който контролерът на CNC машината може да прочете.Компютърната програма на контролера интерпретира дизайна и премества режещите инструменти и/или детайла по множество оси, за да изреже желаната форма от детайла.Автоматизираният процес на рязане е много по-бърз и по-точен от ръчното движение на инструменти и детайли, което се извършва с лостове и зъбни колела на по-старо оборудване.Съвременните CNC машини съдържат множество инструменти и правят много видове разрези.Броят на равнините на движение (осите) и броят и видовете инструменти, до които машината има автоматичен достъп по време на процеса на обработка, определят колко сложен детайл може да направи CNC.

Как да използвате CNC машина?
CNC машинистите трябва да придобият умения както в програмирането, така и в металообработването, за да използват пълноценно силата на CNC машината.Техническите училища и програмите за чиракуване често започват учениците да се занимават с ръчни стругове, за да придобият представа как да режат метал.Машинистът трябва да може да си представи и трите измерения.Днес софтуерът прави по-лесно от всякога изработването на сложни части, тъй като формата на частта може да бъде начертана виртуално и след това софтуерът може да предложи пътеки на инструмента за направата на тези части.

Тип софтуер, често използван в процеса на обработка с ЦПУ
Компютърно рисуване (CAD)
CAD софтуерът е отправната точка за повечето CNC проекти.Има много различни CAD софтуерни пакети, но всички се използват за създаване на проекти.Популярните CAD програми включват AutoCAD, SolidWorks и Rhino3D.Има и базирани на облак CAD решения, а някои предлагат CAM способности или се интегрират с CAM софтуер по-добре от други.

Компютърно подпомагано производство (CAM)
CNC машините често използват програми, създадени от CAM софтуер.CAM позволява на потребителите да настроят „дърво на заданията“, за да организират работния процес, да зададат траектории на инструментите и да изпълнят симулации на рязане, преди машината да извърши реално рязане.Често CAM програмите работят като добавки към CAD софтуера и генерират g-код, който казва на CNC инструментите и движещите се части на детайла къде да отидат.Помощниците в CAM софтуера правят програмирането на CNC машина по-лесно от всякога.Популярният CAM софтуер включва Mastercam, Edgecam, OneCNC, HSMWorks и Solidcam.Mastercam и Edgecam представляват почти 50% от пазарния дял на CAM от висок клас според доклад от 2015 г.

Какво е разпределено цифрово управление?
Директно цифрово управление, което се превърна в разпределено цифрово управление (DNC)
Директните цифрови контроли бяха използвани за управление на NC програми и машинни параметри.Това позволи на програмите да се движат по мрежа от централен компютър към бордови компютри, известни като машинни контролни единици (MCU).Първоначално наречен „Директно цифрово управление“, той заобиколи нуждата от хартиена лента, но когато компютърът се повреди, всичките му машини се отказаха.

Разпределеното цифрово управление използва мрежа от компютри за координиране на работата на множество машини чрез подаване на програма към ЦПУ.Паметта на ЦПУ пази програмата и операторът може да събира, редактира и връща програмата.

Съвременните DNC програми могат да правят следното:
● Редактиране – Може да изпълнява една NC програма, докато други се редактират.
● Сравнение – Сравнете оригинални и редактирани NC програми една до друга и вижте редакциите.
● Рестартиране – Когато даден инструмент се повреди, програмата може да бъде спряна и рестартирана там, където е спряла.
● Проследяване на задания – Операторите могат да записват задания и да проследяват например настройката и времето за изпълнение.
● Показване на чертежи – Показване на снимки, CAD чертежи на инструменти, приспособления и завършващи части.
● Усъвършенствани екранни интерфейси – обработка с едно докосване.
● Усъвършенствано управление на бази данни – Организира и поддържа данни, където могат да бъдат лесно извлечени.

Събиране на производствени данни (MDC)
Софтуерът MDC може да включва всички функции на софтуера DNC плюс да събира допълнителни данни и да ги анализира за цялостна ефективност на оборудването (OEE).Цялостната ефективност на оборудването зависи от следното: Качество – броят продукти, които отговарят на стандартите за качество от всички произведени продукти Наличност – процент от планираното време, през което определеното оборудване работи или произвежда части Производителност – действителна скорост на движение в сравнение с планираното или идеалното движение скорост на оборудването.

OEE = качество x наличност x производителност
OEE е ключов показател за ефективност (KPI) за много машинни цехове.

Решения за наблюдение на машини
Софтуерът за наблюдение на машината може да бъде вграден в софтуера DNC или MDC или да бъде закупен отделно.С решенията за мониторинг на машини машинните данни като настройка, време на работа и престой се събират автоматично и се комбинират с човешки данни, като кодове на причини, за да осигурят историческо и разбиране в реално време за това как се изпълняват задачите.Съвременните машини с ЦПУ събират до 200 вида данни, а софтуерът за мониторинг на машината може да направи тези данни полезни за всеки от цеха до последния етаж.Компании като Memex предлагат софтуер (Tempus), който взема данни от всякакъв вид CNC машина и ги поставя в стандартизиран формат на база данни, който може да бъде показан в смислени диаграми и графики.Стандарт за данни, използван от повечето решения за мониторинг на машини, наложил се в САЩ, се нарича MTConnect.Днес много нови машини с ЦПУ са оборудвани да предоставят данни в този формат.По-старите машини все още могат да предоставят ценна информация с адаптери.Мониторингът на машини за машини с ЦПУ стана широко разпространен само през последните няколко години и винаги се разработват нови софтуерни решения.

Какви са различните видове CNC машини?
Днес има безброй различни видове CNC машини.CNC машините са машинни инструменти, които режат или преместват материал, както е програмирано на контролера, както е описано по-горе.Видът на рязане може да варира от плазмено рязане до лазерно рязане, фрезоване, фрезоване и стругове.CNC машините могат дори да взимат и преместват елементи на поточна линия.

По-долу са основните видове CNC машини:
Стругове:Този тип CNC завърта детайла и премества режещия инструмент към детайла.Основният струг е с 2 оси, но могат да се добавят много повече оси, за да се увеличи сложността на възможното рязане.Материалът се върти на шпиндел и се притиска към шлифовъчен или дърворезбен инструмент, който прави желаната форма.Струговете се използват за изработване на симетрични обекти като сфери, конуси или цилиндри.Много CNC машини са многофункционални и съчетават всички видове рязане.

Рутери:CNC рутерите обикновено се използват за рязане на големи размери в дърво, метал, листове и пластмаси.Стандартните рутери работят с 3-осна координата, така че могат да режат в три измерения.Можете обаче да закупите и 4,5 и 6-осни машини за прототипни модели и сложни форми.

Фрезоване:Ръчните фрезови машини използват ръчни колела и водещи винтове, за да закрепят режещия инструмент върху детайла.В мелницата с ЦПУ, ЦПУ премества сферичните винтове с висока точност към точните координати, програмирани вместо това.Фрезовите CNC машини се предлагат в широка гама от размери и типове и могат да работят на множество оси.

Плазмени резачки:CNC плазменият нож използва мощен лазер за рязане.Повечето плазмени резачки изрязват програмирани форми от лист или плоча.

3D принтер:3D принтер използва програмата, за да му каже къде да постави малки парчета материал, за да изгради желаната форма.3D частите се изграждат слой по слой с лазер за втвърдяване на течността или мощността, докато слоевете растат.

Машина за избор и поставяне:CNC машината за „вземане и поставяне“ работи подобно на CNC рутер, но вместо да реже материал, машината има много малки дюзи, които взимат компоненти с помощта на вакуум, преместват ги на желаното място и ги оставят.Те се използват за направата на маси, компютърни дънни платки и други електрически модули (наред с други неща.)

CNC машините могат да правят много неща.Днес компютърната технология може да бъде поставена на машина, която можете да си представите.CNC замества човешкия интерфейс, необходим за преместване на машинни части, за да получите желания резултат.Днешните ЦПУ са в състояние да започнат със суров материал, като стоманен блок, и да направят много сложна част с прецизни допуски и удивителна повторяемост.

Събираме всичко заедно: Как магазините за CNC машини правят части
Работата с ЦПУ включва както компютър (контролер), така и физическа настройка.Типичният машинен процес изглежда така:

Инженер-конструктор създава дизайна в CAD програмата и го изпраща на CNC програмист.Програмистът отваря файла в CAM програмата, за да вземе решение за необходимите инструменти и да създаде NC програмата за CNC.Той или тя изпраща NC програмата до CNC машината и предоставя списък с правилната настройка на инструмента на оператора.Оператор по настройка зарежда инструментите според указанията и зарежда суровината (или детайла).След това той или тя пуска пробни части и ги измерва с инструменти за осигуряване на качеството, за да провери дали CNC машината прави части според спецификацията.Обикновено операторът по настройката предоставя първата част от артикула на отдела по качеството, който проверява всички размери и подписва настройката.Машината с ЦПУ или свързаните с нея машини са заредени с достатъчно суровини, за да направят желания брой парчета, а оператор на машината е в готовност, за да гарантира, че машината продължава да работи, като прави части според спецификациите.и има суровина.В зависимост от работата, често е възможно CNC машините да работят „изгасени“ без присъствие на оператор.Готовите части се преместват автоматично в определено място.

Съвременните производители могат да автоматизират почти всеки процес, ако имат достатъчно време, ресурси и въображение.Суровият материал може да влезе в машина, а завършените части могат да излязат пакетирани, готови за работа.Производителите разчитат на широка гама от CNC машини, за да правят нещата бързо, точно и рентабилно.