Wat zijn CNC-machines?

De geschiedenis van CNC-machines
John T. Parsons (1913-2007) van Parsons Corporation in Traverse City, MI wordt beschouwd als de pionier van de numerieke besturing, de voorloper van de moderne CNC-machine.Vanwege zijn werk wordt John Parsons wel de vader van de 2e industriële revolutie genoemd.Hij moest complexe helikopterbladen vervaardigen en besefte al snel dat de toekomst van de productie bestond uit het verbinden van machines met computers.Tegenwoordig zijn CNC-gefabriceerde onderdelen in vrijwel elke branche te vinden.Dankzij CNC-machines hebben we goedkopere goederen, een sterkere nationale defensie en een hogere levensstandaard dan mogelijk is in een niet-geïndustrialiseerde wereld.In dit artikel onderzoeken we de oorsprong van de CNC-machine, verschillende soorten CNC-machines, CNC-machineprogramma's en gangbare praktijken bij CNC-machinewerkplaatsen.

Machines ontmoeten computers
In 1946 betekende het woord ‘computer’ een rekenmachine die met een ponskaart werd bediend.Hoewel Parsons Corporation eerder slechts één propeller had gemaakt, overtuigde John Parsons Sikorsky Helicopter ervan dat ze uiterst nauwkeurige sjablonen konden produceren voor de assemblage en productie van propellers.Uiteindelijk vond hij een computermethode uit met een ponskaart om punten op het rotorblad van een helikopter te berekenen.Vervolgens liet hij operators de wielen naar die punten op een freesmachine uit Cincinnati draaien.Hij hield een wedstrijd voor de naam van dit nieuwe proces en gaf $50 aan de persoon die “Numerical Control” of NC bedacht.

In 1958 diende hij een patent in om de computer op de machine aan te sluiten.Zijn patentaanvraag arriveerde drie maanden vóór MIT, die werkte aan het concept waarmee hij was begonnen.MIT gebruikte zijn concepten om de originele apparatuur te maken en de licentiehouder van de heer Parsons (Bendix) gaf onder meer een sublicentie aan IBM, Fujitusu en GE.Het NC-concept sloeg langzaam aan.Volgens de heer Parsons waren de mensen die het idee verkochten computermensen in plaats van productiemensen.Aan het begin van de jaren zeventig maakte het Amerikaanse leger echter zelf het gebruik van NC-computers populair door deze te bouwen en te verhuren aan talloze fabrikanten.De CNC-controller evolueerde parallel met de computer, waardoor steeds meer productiviteit en automatisering in productieprocessen, vooral machinale bewerking, ontstond.

Wat is CNC-bewerking?
CNC-machines maken over de hele wereld onderdelen voor vrijwel elke branche.Ze maken dingen uit kunststoffen, metalen, aluminium, hout en vele andere harde materialen.Het woord “CNC” staat voor Computer Numerical Control, maar tegenwoordig noemt iedereen het CNC.Dus, hoe definieer je een CNC-machine?Alle geautomatiseerde motion control-machines hebben drie hoofdcomponenten: een commandofunctie, een aandrijf-/bewegingssysteem en een feedbacksysteem.CNC-bewerking is het proces waarbij een computergestuurde werktuigmachine wordt gebruikt om een ​​onderdeel uit massief materiaal in een andere vorm te produceren.

De CNC is afhankelijk van digitale instructies die meestal worden gemaakt met Computer Aided Manufacturing (CAM) of Computer Aided Design (CAD) software zoals SolidWorks of MasterCAM.De software schrijft G-code die de controller op de CNC-machine kan lezen.Het computerprogramma op de controller interpreteert het ontwerp en beweegt snijgereedschappen en/of het werkstuk over meerdere assen om de gewenste vorm uit het werkstuk te snijden.Het geautomatiseerde snijproces is veel sneller en nauwkeuriger dan een handmatige verplaatsing van gereedschappen en werkstukken, die wordt uitgevoerd met hendels en tandwielen op oudere apparatuur.Moderne CNC-machines bevatten meerdere gereedschappen en maken vele soorten sneden.Het aantal bewegingsvlakken (assen) en het aantal en de soorten gereedschappen waartoe de machine tijdens het bewerkingsproces automatisch toegang heeft, bepalen hoe complex een werkstuk een CNC kan maken.

Hoe gebruik je een CNC-machine?
CNC-machinisten moeten vaardigheden opdoen in zowel programmeren als metaalbewerking om de kracht van een CNC-machine volledig te kunnen benutten.Technische handelsscholen en leerlingprogramma's laten studenten vaak op handmatige draaibanken beginnen om een ​​idee te krijgen van het snijden van metaal.De machinist moet zich alle drie de dimensies kunnen voorstellen.Tegenwoordig maakt software het eenvoudiger dan ooit om complexe onderdelen te maken, omdat de vorm van het onderdeel virtueel kan worden getekend en vervolgens door de software gereedschapspaden kunnen worden voorgesteld om die onderdelen te maken.

Type software dat vaak wordt gebruikt in het CNC-bewerkingsproces
Computerondersteund tekenen (CAD)
CAD-software is het startpunt voor de meeste CNC-projecten.Er zijn veel verschillende CAD-softwarepakketten, maar ze worden allemaal gebruikt om ontwerpen te maken.Populaire CAD-programma's zijn AutoCAD, SolidWorks en Rhino3D.Er zijn ook cloudgebaseerde CAD-oplossingen, en sommige bieden CAM-mogelijkheden of integreren beter met CAM-software dan andere.

Computerondersteunde productie (CAM)
CNC-machines gebruiken vaak programma's die zijn gemaakt door CAM-software.Met CAM kunnen gebruikers een “takenboom” opzetten om de workflow te organiseren, gereedschapspaden in te stellen en snijsimulaties uit te voeren voordat de machine echt gaat snijden.Vaak werken CAM-programma's als add-ons voor CAD-software en genereren ze g-code die de CNC-gereedschappen en bewegende delen van het werkstuk vertelt waar ze heen moeten.Wizards in CAM-software maken het programmeren van een CNC-machine eenvoudiger dan ooit.Populaire CAM-software omvat Mastercam, Edgecam, OneCNC, HSMWorks en Solidcam.Volgens een rapport uit 2015 zijn Mastercam en Edgecam goed voor bijna 50% van het high-end CAM-marktaandeel.

Wat is een gedistribueerde numerieke besturing?
Directe numerieke besturing die gedistribueerde numerieke besturing (DNC) werd
Directe numerieke besturingen werden gebruikt om NC-programma's en machineparameters te beheren.Hierdoor konden programma's over een netwerk worden verplaatst van een centrale computer naar boordcomputers die bekend staan ​​als machine control units (MCU).Oorspronkelijk heette het 'Directe Numerieke Controle', het omzeilde de noodzaak van papieren rompslomp, maar toen de computer uitviel, gingen al zijn machines uit.

Gedistribueerde numerieke besturing maakt gebruik van een netwerk van computers om de werking van meerdere machines te coördineren door een programma naar de CNC te sturen.Het CNC-geheugen bewaart het programma en de operator kan het programma verzamelen, bewerken en terugsturen.

Moderne DNC-programma's kunnen het volgende doen:
● Bewerken – Kan één NC-programma uitvoeren terwijl andere worden bewerkt.
● Vergelijken – Vergelijk originele en bewerkte NC-programma's naast elkaar en bekijk de bewerkingen.
● Opnieuw opstarten – Wanneer een gereedschap kapot gaat, kan het programma worden gestopt en opnieuw worden gestart waar het was gebleven.
● Taken volgen – Operators kunnen bijvoorbeeld taken inklokken en de instellingen en looptijd volgen.
● Tekeningen weergeven – Toon foto's, CAD-tekeningen van gereedschappen, opspanningen en afwerkingsonderdelen.
● Geavanceerde scherminterfaces – Bewerking met één druk op de knop.
● Geavanceerd databasebeheer – Organiseert en onderhoudt gegevens waar deze gemakkelijk kunnen worden opgehaald.

Verzameling van productiegegevens (MDC)
MDC-software kan alle functies van DNC-software omvatten, plus aanvullende gegevens verzamelen en deze analyseren op algehele apparatuureffectiviteit (OEE).De algehele effectiviteit van de apparatuur is afhankelijk van het volgende: Kwaliteit – het aantal producten dat voldoet aan de kwaliteitsnormen van alle geproduceerde producten Beschikbaarheid – percentage van de geplande tijd dat de gespecificeerde apparatuur werkt of onderdelen produceert Prestatie – werkelijke rijsnelheid vergeleken met geplande of ideale werking tarief van de apparatuur.

OEE = Kwaliteit x Beschikbaarheid x Prestatie
OEE is voor veel machinewerkplaatsen een belangrijke prestatiemaatstaf (KPI).

Oplossingen voor machinebewaking
Machinebewakingssoftware kan worden ingebouwd in DNC- of MDC-software of afzonderlijk worden aangeschaft.Met oplossingen voor machinemonitoring worden machinegegevens zoals installatie, runtime en downtime automatisch verzameld en gecombineerd met menselijke gegevens zoals redencodes om zowel historisch als realtime inzicht te bieden in de manier waarop taken worden uitgevoerd.Moderne CNC-machines verzamelen maar liefst 200 soorten gegevens, en software voor machinebewaking kan die gegevens voor iedereen bruikbaar maken, van de werkvloer tot de bovenste verdieping.Bedrijven zoals Memex bieden software (Tempus) aan die gegevens van elk soort CNC-machine haalt en in een gestandaardiseerd databaseformaat plaatst dat kan worden weergegeven in betekenisvolle grafieken en diagrammen.Een datastandaard die door de meeste machinemonitoringoplossingen wordt gebruikt en die in de VS terrein heeft gewonnen, heet MTConnect.Tegenwoordig zijn er veel nieuwe CNC-bewerkingsmachines uitgerust om gegevens in dit formaat te leveren.Oudere machines kunnen met adapters nog steeds waardevolle informatie verstrekken.Machinemonitoring voor CNC-machines is de afgelopen jaren mainstream geworden en er zijn voortdurend nieuwe softwareoplossingen in ontwikkeling.

Wat zijn de verschillende soorten CNC-machines?
Er zijn tegenwoordig talloze verschillende soorten CNC-machines.CNC-machines zijn werktuigmachines die materiaal snijden of verplaatsen zoals geprogrammeerd op de controller, zoals hierboven beschreven.Het soort snijden kan variëren van plasmasnijden tot lasersnijden, frezen, frezen en draaibanken.CNC-machines kunnen zelfs artikelen op een assemblagelijn oppakken en verplaatsen.

Hieronder vindt u de basistypen CNC-machines:
Draaibanken:Dit type CNC draait het werkstuk en verplaatst het snijgereedschap naar het werkstuk.Een basisdraaibank is 2-assig, maar er kunnen nog veel meer assen worden toegevoegd om de complexiteit van het snijden te vergroten.Het materiaal draait op een spindel en wordt tegen een slijp- of snijgereedschap gedrukt dat de gewenste vorm maakt.Draaibanken worden gebruikt om symmetrische objecten zoals bollen, kegels of cilinders te maken.Veel CNC-machines zijn multifunctioneel en combineren alle soorten snijwerk.

Routers:CNC-routers worden meestal gebruikt voor het zagen van grote afmetingen in hout, metaal, platen en kunststoffen.Standaard bovenfrezen werken op 3-assige coördinaten, zodat ze in drie dimensies kunnen snijden.Voor prototypemodellen en complexe vormen kunt u echter ook 4,5- en 6-assige machines kopen.

Frezen:Handmatige freesmachines gebruiken handwielen en spindels om een ​​snijgereedschap op een werkstuk te plaatsen.In een CNC-freesmachine verplaatst de CNC zeer nauwkeurige kogelomloopspindels naar de exacte geprogrammeerde coördinaten.Frees-CNC-machines zijn er in een breed scala aan maten en typen en kunnen op meerdere assen draaien.

Plasmasnijders:De CNC-plasmasnijder maakt gebruik van een krachtige laser om te snijden.De meeste plasmasnijders snijden geprogrammeerde vormen uit plaat of plaat.

3D-printer:Een 3D-printer gebruikt het programma om te vertellen waar kleine stukjes materiaal moeten worden neergelegd om de gewenste vorm te bouwen.3D-onderdelen worden laag voor laag opgebouwd met een laser om de vloeistof of kracht te laten stollen naarmate de lagen groeien.

Pick-and-place-machine:Een CNC “pick and place” machine werkt vergelijkbaar met een CNC-router, maar in plaats van materiaal te snijden, heeft de machine veel kleine mondstukken die componenten met behulp van een vacuüm oppakken, naar de gewenste locatie verplaatsen en neerleggen.Deze worden gebruikt om onder andere tafels, computermoederborden en andere elektrische assemblages te maken.

CNC-machines kunnen veel dingen doen.Tegenwoordig kan computertechnologie vrijwel machinaal worden toegepast.De CNC vervangt de menselijke interface die nodig is om machineonderdelen te verplaatsen om het gewenste resultaat te verkrijgen.De huidige CNC's zijn in staat om te beginnen met grondstoffen, zoals een blok staal, en een zeer complex onderdeel te maken met nauwkeurige toleranties en verbazingwekkende herhaalbaarheid.

Alles samen: hoe CNC-machinewerkplaatsen onderdelen maken
Het bedienen van een CNC omvat zowel de computer (controller) als een fysieke opstelling.Een typisch proces in een machinewerkplaats ziet er als volgt uit:

Een constructeur maakt het ontwerp in het CAD-programma en stuurt dit naar een CNC-programmeur.De programmeur opent het bestand in het CAM-programma om te beslissen welke gereedschappen nodig zijn en om het NC-programma voor de CNC te maken.Hij of zij stuurt het NC-programma naar de CNC-machine en geeft een lijst met de juiste gereedschapsinstellingen aan een operator.Een insteloperator laadt de gereedschappen zoals aangegeven en laadt het ruwe materiaal (of werkstuk).Vervolgens voert hij of zij proefstukken uit en meet deze met kwaliteitsborgingsinstrumenten om te verifiëren dat de CNC-machine onderdelen volgens de specificaties maakt.Normaal gesproken levert de opsteloperator een eerste artikelstuk aan de kwaliteitsafdeling, die alle afmetingen verifieert en de opstelling aftekent.De CNC-machine of bijbehorende machines worden geladen met voldoende grondstof om het gewenste aantal stuks te maken, en een machineoperator staat klaar om ervoor te zorgen dat de machine blijft draaien en onderdelen op maat maakt.en heeft grondstoffen.Afhankelijk van de klus is het vaak mogelijk om CNC-machines 'licht uit' te laten draaien zonder dat er een operator aanwezig is.De afgewerkte onderdelen worden automatisch naar een aangewezen gebied verplaatst.

Fabrikanten van vandaag kunnen vrijwel elk proces automatiseren als ze voldoende tijd, middelen en verbeeldingskracht hebben.Grondstof kan een machine ingaan en voltooide onderdelen kunnen kant-en-klaar verpakt naar buiten komen.Fabrikanten zijn afhankelijk van een breed scala aan CNC-machines om dingen snel, nauwkeurig en kosteneffectief te maken.