CNC-Maschinen mit numerischer Steuerung

CNC-Maschinen und -Werkzeuge mit numerischer Steuerung

Die Maschinen mit numerischer Steuerung Sie sind heute in einer Vielzahl von Branchen präsent, aber auch in anderen Unternehmen wie Werkstätten, in denen Metall oder andere Materialien bearbeitet werden. Mit dieser Art von Maschine ist es möglich, Zeit zu sparen und die Bearbeitung von Teilen mit viel mehr Präzision als manuelle Verfahren mit anderen Arten von Werkzeugen durchzuführen, die von den Bedienern mit Handrädern, Hebeln oder mit ihren eigenen Händen bedient werden.

CNC steht für Computerized Numerical Control oder Computer

Diese Art von Maschine hat die Qualität der erhaltenen Stücke erheblich verbessern, Kosten senken, die Produktivität steigern und vor allem eine größere Homogenität zwischen den mit diesen Verfahren hergestellten Teilen erreichen.

Einführung

Wenn Teile herstellen, in vielen Fällen müssen sie spezifische Abmessungen und Formen haben, zusätzlich zu einer spezifischen Struktur, Zusammensetzung, Widerstandsfähigkeit gegen Anstrengung usw. Der beste Weg, diese Teile mit den erforderlichen technischen Eigenschaften herzustellen, ist die Analyse und Auslegung aller Variablen, die die Qualität des Teils beeinflussen, durch einen Ingenieur.

Der Ingenieur kann eine Reihe von Computerberechnungen um zu bestimmen, wie das letzte Stück aussehen soll, damit Sie Ihren Eile erfüllen können. Wenn das Teil jedoch nach Erhalt dieser Daten nicht genau hergestellt wird, könnte Ihre gesamte Arbeit beeinträchtigt werden. Beispielsweise könnten strukturelle Steifigkeit, Biegung, Vibrationen usw. verändert werden. Für die präzise Ausführung der Arbeiten sind diese numerisch gesteuerten Bearbeitungsmaschinen die Lösung, wie Sie in den folgenden Abschnitten sehen können.

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Geschichte

Seit Anfang des XNUMX. Jahrhunderts werden antriebskraftbetriebene Maschinen in der Industrie eingesetzt. Es war ein erster Schritt in ständige Suche nach Produktivität und Effizienz. Damals hatten Maschinen trotz Mechanisierung die Arbeit noch nicht verdrängt, was immer noch sehr wichtig war. Dadurch wurden die Produktionskosten höher, langsamer und niedrigere Gewinne, Qualität und Präzision erzielt.

Steuerungsmaschinen haben ihren Ursprung in den Jahren 40 und 50, In den Vereinigten Staaten. Dann nutzte der Ingenieur John T. Parsons damals vorhandene Maschinen mit einigen Modifikationen, damit ihm die Zahlen per Lochkarte weitergegeben werden konnten. Auf diese Weise könnte der Bediener die Karten einlegen und die Motoren könnten die genauen Bewegungen ausführen, die für die Bearbeitung des Teils erforderlich sind. Das war viel besser als frühere manuelle Betätigungssysteme mit Hebeln oder Handrädern, die vom Bediener bewegt wurden, aber für bestimmte Anwendungen möglicherweise nicht genau genug waren.

Das hier Parsons-Maschine es war nichts anderes als eine Fräsmaschine mit Vakuumventiltechnik, die durch Laden von Daten programmiert werden konnte. Seitdem haben sich diese primitiven numerischen Steuerungsmaschinen zu viel genaueren Systemen entwickelt, die analoge und später digitale elektronische Steuerungstechnologie verwenden.

Ein großer Schritt war, als Vakuumröhren durch Transistoren und dann Schaltkreise durch Chips ersetzt wurden. Das führte zu einer großen Veränderung in der Branche und mit der Verbilligung der Mikrocontroller (MCU) wurden die Maschinen zu viel intelligenteren und programmierbareren Systemen für die Bearbeitung.

Das würde den Strom machen computergestützte numerische Steuerung oder CNC-Maschinen (Computer Numerical Control) in den 70er Jahren und legte damit den Grundstein für CNC-Maschinen, wie wir sie heute kennen. Nach und nach wurden sie billiger und einfacher zu programmieren, bis sie sich auf eine Vielzahl von Industriezweigen und Werkstätten aller Größenordnungen ausbreiteten.

Ein weiterer großer Sprung würde auch in den 90er Jahren erfolgen, als eine Technologie von offene numerische Steuerung. Dies ermöglichte nicht nur die Datenkontrolle, sondern ermöglichte dank immer intuitiverer grafischer Oberflächen auch die Anpassung und Einbeziehung bestimmter Einstellungen durch die Programmierung.

Finden Sie heraus, was ist Industrie 4.0 und wie diese Art von Technologie integriert werden kann.

CNC-Maschinen

Was ist eine CNC-Maschine?

die Funktionsprinzipien CNC- oder NC-Maschinen sind recht einfach. Wenn Sie ein Teil bearbeiten möchten, benötigen Sie eine Reihe von Werkzeugen: Fräsmaschinen, Sägen, Bohrmaschinen usw. Diese Werkzeuge werden nicht mehr von einer Person geführt, sondern können jetzt mit Koordinatensystemen programmiert werden, um das Teil präzise zu bearbeiten.

Sein Betrieb ist sehr ähnlich zu aktuellen 3D-Druckern, da sie Achsen verwenden, um den Kopf zu bewegen (tatsächlich können 3D-Drucker als eine spezielle Art von CNC-Maschine verstanden werden). Nur anstelle eines Druckkopfes können Sie eine Vielzahl von Werkzeugen verwenden (Drehmaschine, Laser, Schleifmaschine, Wasserstrahl, Erodieren, Presse, Schneidwerkzeuge, Bohren, Schweißer, Roboterarm, ...). Wenn Sie die Daten empfangen, werden sie mit Längs- (X-Achse), Quer- (Z-Achse) und Vertikal- (Y-Achse) verschoben. Einige haben auch die Drehachsen A, B und C.

Wie 3D-Drucker werden sie auch verwendet, um diese Bewegungen ausführen zu können Servomotor. Sie brauchen nur den richtigen Code oder die richtige Software, um die Bewegungen dieser Servomotoren zu programmieren, um die großartigen Ergebnisse dieser Maschinen zu erzielen.

Neben Motoren hat jede numerische Steuerung oder CNC-Maschine einige Wesentliche Elemente:

  • Eingabegerät: Es ist das System, das zum Laden oder Ändern der Daten verwendet wird.
  • Steuereinheit oder Mikrocontroller: Es ist der zentrale Chip, der in der Lage ist, die eingegebenen Daten zu interpretieren und die Bewegung der Servomotoren so zu steuern, dass sie genau das tun, was die bereitgestellten Daten sagen.
  • Werkzeug: Es ist der Kopf, der auf das Stück einwirkt.
  • Klemm- / Stützsystem: wo das Teil verankert wird, um den Prozess ohne Bewegung durchzuführen. Diese Systeme können je nach Art der Bearbeitung zusätzliche Elemente enthalten, wie Sie sich beispielsweise an die Wasserstrahlschneidmaschinen erinnern werden, die wir bereits in einem früheren Artikel analysiert haben. In diesem Fall war eine Struktur erforderlich, um das Wasser aufzufangen und die enorme Kraft des Wasserstrahls irgendwie abzuleiten.
  • Antriebssystem und Schnittstelle: Dies sind die Bedienelemente, mit denen die Maschine bedient bzw. gesteuert werden kann. Darüber hinaus kann die Schnittstelle auch Informationen oder Überwachung des Prozesses bieten.

Vor- und Nachteile einer CNC

Wie jedes System auch numerisch gesteuerte Maschinen sie haben ihre vor- und nachteile. Die Vorteile sind offensichtlich deutlich überlegen und machen trotz der Nachteile in den meisten Fällen den Einsatz dieser Bearbeitungsart lohnenswert.

als Antwort auf die Vorteile von CNC-Maschinen ist zu beachten:

  • Die Automatisierung ermöglicht es, Fertigungsprozesse ohne menschlichen Aufwand zu steuern und durchzuführen.
  • Steigern Sie Geschwindigkeit und Produktivität. Was ermöglicht es, Kosten zu senken und den Gewinn des Unternehmens zu steigern.
  • Es ermöglicht die Herstellung aller Arten von Teilen und die Durchführung einer Vielzahl von Prozessen vom Rohstoff bis zum teilweise fertigen Produkt.
  • Sie lassen sich einfach und mit großer Genauigkeit programmieren. Dies verbessert die Qualität der Teile und senkt die Kosten für defekte Teile.
  • Da sie programmierbar sind, haben sie auch eine große Anpassungsfähigkeit.
  • Da sie nicht von Personal bedient werden, reduzieren sich die Wartungskosten durch unsachgemäßen Einsatz von Werkzeugen.

All diese Vorteile sollten in Verbindung mit seine Nachteile:

  • Die Reduzierung der notwendigen Arbeitskräfte (aus Sicht der Arbeitslosigkeit).
  • Hohe Anschaffungskosten dieser Maschinen.
  • Spezialisierung. Einige dieser Maschinen konzentrieren sich auf Fräsen, Bohren, Schweißen usw. Während ein Bediener bei Bedarf mehrere dieser Aufgaben erledigen könnte. Moderne Bearbeitungszentren verwenden jedoch nicht nur ein Werkzeug, sondern können bis zu 100 oder mehr Werkzeuge zur Verfügung haben, die automatisch gewechselt werden, um eine Vielzahl unterschiedlicher Funktionen auszuführen.

Programmierarten für eine CNC

CNC-Dreh- und Fräsmaschinen

CNC-Maschinen können programmiert werden durch zwei grundlegende Methoden:

  • Manuell: Die Programmierung erfolgt durch Eingabe der gewünschten Informationen in eine Shell. Sie erfolgt über einen alphanumerischen Code, wie er beispielsweise der Norm DIN 66024 und 66025 entspricht.
  • automatisch: In diesem Fall werden sie mit Hilfe eines Computers durchgeführt. Eine Person hat eine Reihe von Daten eingegeben, um das Teil in die Software zu erstellen, und diese Daten werden in Anweisungen für die CNC-Maschine in einer Sprache namens APT übersetzt. Dann wird es in eine Maschinensprache (Einsen und Nullen) übersetzt, die für den Mikrocontroller der CNC-Maschine verständlich ist, um die Bearbeitung durchzuführen.

Offensichtlich zur Zeit diejenigen, die wegen ihrer Vorteile und Benutzerfreundlichkeit auferlegt wurden, sind die automatischen.

APT-Sprache

El APT-Sprache, Durch die CNC-Maschinen programmiert werden, handelt es sich um eine höhere Programmiersprache, die als Zwischencode verwendet wird, bevor er in Maschinencode übersetzt wird, damit er von der Maschine interpretiert werden kann.

Es war erstellt am MIT von Douglas T. Ross, und sie haben es 1956 für das Labor für Servomechanismen entwickelt. Heute ist es ein internationaler Standard für die numerische Steuerung dieser Art von Bearbeitung.

Es gilt als die Vorgänger moderner CAMs (Computergestützte Fertigung), und es hat viele Ähnlichkeiten mit anderen alten Programmiersprachen wie FORTRAN. Seine Aufgabe ist es, mit den Daten aus den Programmen die NC-Maschinen damit zu bedienen.

Das heißt, die APT-Befehle werden von der Software in Anweisungen für in den Speicher des Mikrocontrollers laden der CNC-Maschine (als Binärdaten) und dieser Steuerchip ist dafür verantwortlich, sie in elektrische Signale umzuwandeln, um die Servomotoren und Werkzeuge steuern zu können.

Die APT-Anweisungen sie können sich auf eine Vielzahl von Steuerungen auf der numerisch gesteuerten Maschine beziehen. Zum Beispiel:

  • Sie können die Drehzahl und die Aktivierung der Spindel (RPM) anzeigen.
  • Hilfsfunktionen wie Rotation, programmierter Stopp, wenn das Werkzeug automatisch gewechselt werden muss ...
  • Der Bedarf an Kältemittel.
  • Bewegungen in Richtungen (X, Y, Z und A, B, C).
  • Vorbereitende Funktionen (Timing, Trajektorie, Wiederholungszyklen, ...).

Offensichtlich ermöglichen die aktuellen Systeme den Betreibern, die APT-Sprache nicht kennen zu müssen, aber die Software kümmert sich um alles, damit der Prozess erfolgt transparent. Teilekonstrukteure müssen sich nur darauf konzentrieren, das gewünschte Teil mit CAD-ähnlichen Programmen zu erstellen.

Von DNC bis zu modernen Schnittstellen

Nachbearbeitung und CNC-Programmierung
CREATOR: gd-jpeg v1.0 (mit IJG JPEG v80), Qualität = 90

Zu guter Letzt solltest du etwas wissen über der Begriff DNC (Direkte numerische Steuerung). Mit diesem System werden die für die Bearbeitung benötigten Daten in die Steuerung geladen. Das heißt, es ist das Mittel, mit dem das, was in der CAM-Software oder über APT programmiert wurde, in die programmierte Steuermaschine geladen wird.

Im Grunde ist es ein Computer, der an ein Netzwerk angeschlossen ist, in dem sich eine oder mehrere CNC-Maschinen befinden. Früher wurde die serielle Kommunikation vom Typ RS-232C oder RS422 verwendet, aber neue Kommunikationstechnologien haben diese Schnittstellen in Richtung auf . verbessert Ethernet, und sogar drahtlos.

In einigen Fällen speichert dieser Computer (der für das Design verwendet werden kann) auch das Programm oder die Anweisungen, die der CNC-Maschine zugeführt werden. Der Grund dafür ist, dass einige Mikrocontroller auf diesen Maschinen über eine zu kleine erinnerung genug, um das gesamte Bearbeitungsprogramm aufzunehmen.

In den 80er Jahren war die dafür verwendete Ausrüstung Arbeitsplätze von DEC, IBM, HP, Sun Microsystems usw. Bis zu den aktuellen x86-PCs waren sie nach und nach billigere Maschinen. Viel billigere Minicomputer, die die große Menge an vorhandener CAD / CAM-Software ausführen können.

Kürzlich einige grafische Oberflächen mit Touchscreens und Computer, die in die numerisch gesteuerten Maschinen selbst integriert sind, machen andere zusätzliche computergestützte Ausrüstung überflüssig. Alles, was Sie brauchen, befindet sich auf der Maschine selbst oder ermöglicht es Ihnen, das Programm mit einem einfachen USB-Stick zu laden.