Què són les màquines CNC?

La història de les màquines CNC
John T. Parsons (1913-2007) de Parsons Corporation a Traverse City, MI és considerat el pioner del control numèric, el precursor de la moderna màquina CNC.Per la seva obra, John Parsons ha estat anomenat el pare de la 2a revolució industrial.Necessitava fabricar pales d'helicòpters complexes i ràpidament es va adonar que el futur de la fabricació era connectar màquines a ordinadors.Avui dia, les peces fabricades amb CNC es poden trobar a gairebé totes les indústries.A causa de les màquines CNC, tenim productes menys costosos, una defensa nacional més sòlida i un nivell de vida més alt del que és possible en un món no industrialitzat.En aquest article, explorarem els orígens de la màquina CNC, els diferents tipus de màquines CNC, els programes de màquines CNC i les pràctiques habituals dels tallers de màquines CNC.

Les màquines es troben amb l'ordinador
El 1946, la paraula "ordinador" significava una màquina de càlcul operada amb targeta perforada.Tot i que la Parsons Corporation només havia fabricat una hèlix abans, John Parsons va convèncer Sikorsky Helicopter que podien produir plantilles extremadament precises per al muntatge i la fabricació d'hèlixs.Va acabar inventant un mètode informàtic de targetes perforades per calcular punts en la pala del rotor d'un helicòpter.Després va fer que els operadors giren les rodes cap a aquests punts en una fresadora de Cincinnati.Va fer un concurs pel nom d'aquest nou procés i va donar 50 dòlars a la persona que va encunyar "Numerical Control" o NC.

El 1958, va presentar una patent per connectar l'ordinador a la màquina.La seva sol·licitud de patent va arribar tres mesos abans que el MIT, que estava treballant en el concepte que havia iniciat.El MIT va utilitzar els seus conceptes per fer que l'equip original i el titular de la llicència del Sr. Parsons (Bendix) subllicència a IBM, Fujitusu i GE, entre d'altres.El concepte de NC va tardar a entendre's.Segons el Sr. Parsons, les persones que venien la idea eren gent d'ordinadors en lloc de fabricar persones.A principis de la dècada de 1970, però, el mateix exèrcit nord-americà va popularitzar l'ús d'ordinadors NC construint-los i arrendant-los a nombrosos fabricants.El controlador CNC va evolucionar paral·lelament a l'ordinador, impulsant cada vegada més productivitat i automatització en els processos de fabricació, especialment en el mecanitzat.

Què és el mecanitzat CNC?
Les màquines CNC fan peces a tot el món per a gairebé totes les indústries.Creen coses amb plàstics, metalls, alumini, fusta i molts altres materials durs.La paraula "CNC" significa control numèric per ordinador, però avui tothom l'anomena CNC.Aleshores, com es defineix una màquina CNC?Totes les màquines de control de moviment automatitzades tenen tres components principals: una funció de comandament, un sistema d'accionament/moviment i un sistema de retroalimentació.El mecanitzat CNC és el procés d'utilitzar una màquina-eina impulsada per ordinador per produir una peça de material sòlid amb una forma diferent.

El CNC depèn d'instruccions digitals fetes normalment amb programari de fabricació assistida per ordinador (CAM) o disseny assistit per ordinador (CAD) com SolidWorks o MasterCAM.El programari escriu el codi G que el controlador de la màquina CNC pot llegir.El programa informàtic del controlador interpreta el disseny i mou les eines de tall i/o la peça en diversos eixos per tallar la forma desitjada de la peça.El procés de tall automatitzat és molt més ràpid i precís que un moviment manual d'eines i peces que es fa amb palanques i engranatges en equips més antics.Les màquines CNC actuals tenen múltiples eines i fan molts tipus de talls.El nombre de plans de moviment (eixos) i el nombre i tipus d'eines a què la màquina pot accedir automàticament durant el procés de mecanitzat determinen la complexitat d'una peça que pot fer un CNC.

Com utilitzar una màquina CNC?
Els maquinistes CNC han d'adquirir habilitats tant en programació com en el treball del metall per aprofitar al màxim la potència d'una màquina CNC.Les escoles de comerç tècnic i els programes d'aprenentatge sovint inicien els estudiants amb torns manuals per tenir una idea de com tallar metall.El maquinista hauria de ser capaç d'imaginar les tres dimensions.Avui el programari fa que sigui més fàcil que mai fer peces complexes, perquè la forma de la peça es pot dibuixar virtualment i, a continuació, el programari pot suggerir rutes d'eines per fer aquestes peces.

Tipus de programari utilitzat habitualment en el procés de mecanitzat CNC
Dibuix assistit per ordinador (CAD)
El programari CAD és el punt de partida per a la majoria de projectes CNC.Hi ha molts paquets de programari CAD diferents, però tots s'utilitzen per crear dissenys.Els programes CAD populars inclouen AutoCAD, SolidWorks i Rhino3D.També hi ha solucions CAD basades en núvol, i algunes ofereixen habilitats CAM o s'integren amb el programari CAM millor que altres.

Fabricació assistida per ordinador (CAM)
Les màquines CNC sovint utilitzen programes creats per programari CAM.CAM permet als usuaris configurar un "arbre de treball" per organitzar el flux de treball, establir camins d'eines i executar simulacions de tall abans que la màquina faci qualsevol tall real.Sovint, els programes CAM funcionen com a complements al programari CAD i generen codi g que indica a les eines CNC i les peces mòbils de la peça on han d'anar.Els assistents del programari CAM fan que sigui més fàcil que mai programar una màquina CNC.El programari CAM popular inclou Mastercam, Edgecam, OneCNC, HSMWorks i Solidcam.Mastercam i Edgecam representen gairebé el 50% de la quota de mercat de CAM de gamma alta segons un informe de 2015.

Què és un control numèric distribuït?
Control numèric directe que es va convertir en Control numèric distribuït (DNC)
Es van utilitzar controls numèrics directes per gestionar els programes NC i els paràmetres de la màquina.Va permetre que els programes es moguessin per una xarxa des d'un ordinador central als ordinadors de bord coneguts com a unitats de control de màquina (MCU).Originalment anomenat "Control numèric directe", va passar per alt la necessitat de cinta de paper, però quan l'ordinador es va caure, totes les seves màquines es van caure.

El Control Numèric Distribuït utilitza una xarxa d'ordinadors per coordinar el funcionament de múltiples màquines alimentant un programa al CNC.La memòria CNC conté el programa i l'operador pot recollir, editar i retornar el programa.

Els programes DNC moderns poden fer el següent:
● Edició: pot executar un programa NC mentre s'estan editant altres.
● Comparar: compareu els programes NC originals i editats al costat de l'altre i consulteu les edicions.
● Reiniciar: quan es trenca una eina, el programa es pot aturar i es reinicia on es va deixar.
● Seguiment de treballs: els operadors poden registrar tasques i fer un seguiment de la configuració i del temps d'execució, per exemple.
● Mostrar dibuixos: mostrar fotos, dibuixos CAD d'eines, accessoris i peces d'acabat.
● Interfícies de pantalla avançades – Mecanitzat amb un sol toc.
● Gestió avançada de bases de dades: organitza i manté les dades on es poden recuperar fàcilment.

Recollida de dades de fabricació (MDC)
El programari MDC pot incloure totes les funcions del programari DNC a més de recopilar dades addicionals i analitzar-les per a l'eficàcia global de l'equip (OEE).L'efectivitat global de l'equip depèn del següent: Qualitat: el nombre de productes que compleixen els estàndards de qualitat de tots els productes produïts. Disponibilitat: percentatge del temps previst que l'equip especificat està treballant o produint peces. Rendiment: velocitat de funcionament real en comparació amb el funcionament planificat o ideal. taxa de l'equip.

OEE = Qualitat x Disponibilitat x Rendiment
L'OEE és una mètrica de rendiment clau (KPI) per a molts tallers de màquines.

Solucions de monitorització de màquines
El programari de monitorització de màquines es pot incorporar al programari DNC o MDC o es pot comprar per separat.Amb les solucions de monitorització de màquines, les dades de la màquina, com ara la configuració, el temps d'execució i el temps d'inactivitat, es recullen automàticament i es combinen amb dades humanes, com ara codis de raó, per proporcionar una comprensió històrica i en temps real de com funcionen els treballs.Les màquines CNC modernes recullen fins a 200 tipus de dades, i el programari de control de màquines pot fer que aquestes dades siguin útils per a tothom, des de la planta fins a la planta superior.Empreses com Memex ofereixen programari (Tempus) que pren dades de qualsevol tipus de màquina CNC i les introdueix en un format de base de dades estandarditzat que es pot mostrar en gràfics i gràfics significatius.Un estàndard de dades utilitzat per la majoria de solucions de monitorització de màquines que ha guanyat terreny als EUA es diu MTConnect.Avui en dia moltes noves màquines eina CNC vénen equipades per proporcionar dades en aquest format.Les màquines més antigues encara poden proporcionar informació valuosa amb adaptadors.La supervisió de màquines per a màquines CNC s'ha generalitzat només en els últims anys, i les noves solucions de programari estan sempre en desenvolupament.

Quins són els diferents tipus de màquines CNC?
Actualment hi ha infinitat de tipus diferents de màquines CNC.Les màquines CNC són màquines eina que tallen o mouen material tal com està programat al controlador, tal com es descriu anteriorment.El tipus de tall pot variar des del tall per plasma fins al tall per làser, fresat, fresat i torns.Les màquines CNC fins i tot poden recollir i moure articles en una línia de muntatge.

A continuació es mostren els tipus bàsics de màquines CNC:
Torns:Aquest tipus de CNC gira la peça i mou l'eina de tall a la peça.Un torn bàsic és de 2 eixos, però es poden afegir molts més eixos per augmentar la complexitat del tall possible.El material gira sobre un eix i es pressiona contra una eina de mòlta o talla que dóna la forma desitjada.Els torns s'utilitzen per fer objectes simètrics com esferes, cons o cilindres.Moltes màquines CNC són multifunció i combinen tot tipus de tall.

Encaminadors:Els encaminadors CNC s'utilitzen normalment per tallar grans dimensions en fusta, metall, làmines i plàstics.Els routers estàndard funcionen en coordenades de 3 eixos, de manera que poden tallar en tres dimensions.Tanmateix, també podeu comprar màquines de 4,5 i 6 eixos per a models prototip i formes complexes.

Fresat:Les fresadores manuals utilitzen volants i cargols de plom per articular una eina de tall sobre una peça de treball.En un molí CNC, el CNC mou cargols de boles d'alta precisió a les coordenades exactes programades.Les màquines de fresat CNC tenen una àmplia varietat de mides i tipus i poden funcionar en diversos eixos.

Talladors de plasma:El tallador de plasma CNC utilitza un potent làser per tallar.La majoria de talladores de plasma tallen formes programades a partir de làmina o placa.

Impressora 3D:Una impressora 3D utilitza el programa per indicar-li on col·locar petits trossos de material per construir la forma desitjada.Les peces 3D es construeixen capa per capa amb un làser per solidificar el líquid o la potència a mesura que les capes creixen.

Màquina de selecció i col·locació:Una màquina CNC "pick and place" funciona de manera semblant a un encaminador CNC, però en comptes de tallar material, la màquina té molts broquets petits que recullen components mitjançant un buit, els mouen a la ubicació desitjada i els posen.S'utilitzen per fer taules, plaques base d'ordinadors i altres conjunts elèctrics (entre altres coses).

Les màquines CNC poden fer moltes coses.Avui dia, la tecnologia informàtica es pot posar en pràcticament una màquina imaginable.El CNC substitueix la interfície humana necessària per moure peces de la màquina per obtenir el resultat desitjat.Els CNC actuals són capaços de començar amb matèria primera, com un bloc d'acer, i fer una peça molt complexa amb toleràncies precises i una repetibilitat sorprenent.

Ajuntant-ho tot: com els tallers de màquines CNC fan peces
El funcionament d'un CNC implica tant l'ordinador (controlador) com una configuració física.Un procés típic de taller de màquines és el següent:

Un enginyer dissenyador crea el disseny al programa CAD i l'envia a un programador CNC.El programador obre el fitxer al programa CAM per decidir les eines necessàries i crear el programa NC per al CNC.Ell o ella envia el programa NC a la màquina CNC i proporciona una llista de la configuració correcta d'eines a un operador.Un operador de configuració carrega les eines tal com s'indica i carrega la matèria primera (o peça).A continuació, executa peces de mostra i les mesura amb eines de garantia de qualitat per verificar que la màquina CNC fa peces segons les especificacions.Normalment, l'operador de configuració proporciona una primera peça d'article al departament de qualitat que verifica totes les dimensions i tanca la configuració.La màquina CNC o les màquines associades es carreguen amb prou matèria primera per fer el nombre desitjat de peces, i un operador de màquina està a l'abast per assegurar-se que la màquina segueix funcionant, fent peces segons les especificacions.i té matèria primera.Depenent de la feina, sovint és possible executar màquines CNC "apagades" sense cap operador present.Les peces acabades es mouen automàticament a una àrea designada.

Els fabricants actuals poden automatitzar gairebé qualsevol procés amb prou temps, recursos i imaginació.La matèria primera pot entrar a una màquina i les peces acabades poden sortir envasades a punt per a l'ús.Els fabricants depenen d'una àmplia gamma de màquines CNC per fer les coses de manera ràpida, precisa i rendible.