ВЪВЕДЕНИЕ
CNC рутерът е Комплект CNC машина чиито траектории на инструментите могат да се контролират чрез компютърно числово управление. Това е компютърно управлявана машина за рязане на различни твърди материали, като дърво, композити, алуминий, стомана, пластмаси и пяна. Това е един от многото видове инструменти, които имат CNC варианти. CNC рутерът е много подобен по концепция на... CNC фреза.
CNC рутерите се предлагат в много конфигурации, от малки домашни „настолни“ CNC рутери до големи „портални“ CNC рутери, използвани в заводи за производство на лодки. Въпреки че има много конфигурации, повечето CNC рутери имат няколко специфични части: специален CNC контролер, един или повече шпинделни мотори, AC инвертори и маса.
CNC рутерите обикновено се предлагат в 3-осни и 5-осни CNC формати.
CNC рутерът се управлява от компютър. Координатите се качват в машинния контролер от отделна програма. Собствениците на CNC рутери често имат 2 софтуерни приложения - една програма за създаване на проекти (CAD) и друга за преобразуване на тези проекти в програма с инструкции за машината (CAM). Както при CNC фрезите, CNC рутерите могат да се управляват директно чрез ръчно програмиране, но CAD/CAM отваря по-широки възможности за контуриране, ускоряване на процеса на програмиране и в някои случаи създаване на програми, чието ръчно програмиране би било, ако не и наистина невъзможно, със сигурност търговски непрактично.
CNC рутери може да бъде много полезно при извършване на идентични, повтарящи се задачи. CNC рутерът обикновено произвежда постоянна и висококачествена работа и подобрява производителността на фабриката.
CNC рутерът може да намали отпадъците, честотата на грешките и времето, необходимо на готовия продукт да стигне до пазара.
CNC рутерът осигурява по-голяма гъвкавост на производствения процес. Той може да се използва в производството на много различни изделия, като например резби на врати, интериорни и екстериорни декорации, дървени панели, табели, дървени рамки, корнизи, музикални инструменти, мебели и т.н. В допълнение, CNC рутерът улеснява термоформоването на пластмаси, като автоматизира процеса на рязане. CNC рутерите помагат да се осигури повторяемост на детайлите и достатъчна фабрична производителност.
ЦИФРОВО УПРАВЛЕНИЕ
Технологията за числово управление, каквато е позната днес, се появява в средата на 20-ти век. Тя може да бъде проследена до 1952 г., Военновъздушните сили на САЩ, както и до имената на Джон Парсънс и Масачузетския технологичен институт в Кеймбридж, Масачузетс, САЩ. Тя не е била прилагана в производственото производство до началото на 1960-те години на миналия век. Истинският бум идва под формата на CNC, около 1972 г., и десетилетие по-късно с въвеждането на достъпни микрокомпютри. Историята и развитието на тази завладяваща технология са добре документирани в много публикации.
В производството, и по-специално в областта на металообработването, технологията за числено управление (ЧПУ) предизвика революция. Дори в ежедневието преди компютрите да станат стандартно оборудване във всяка компания и в много домове, машинните инструменти, оборудвани със система за ЧПУ, намериха своето специално място в машинните цехове. Неотдавнашната еволюция на микроелектрониката и непрестанното развитие на компютрите, включително влиянието им върху ЧПУ, донесоха значителни промени в производствения сектор като цяло и в металообработващата промишленост в частност.
ДЕФИНИЦИЯ НА ЧИСЛОВО УПРАВЛЕНИЕ
В различни публикации и статии през годините са използвани много описания, за да се дефинира какво представлява цифровото управление. Много от тези определения споделят една и съща идея, една и съща основна концепция, просто използват различна формулировка.
Повечето от всички известни дефиниции могат да бъдат обобщени в сравнително просто твърдение:
Числовото управление може да се определи като работа на машинни инструменти посредством специално кодирани инструкции към системата за управление на машината.
Инструкциите са комбинации от букви от азбуката, цифри и избрани символи, например десетична точка, знак за процент или символи за скоби. Всички инструкции са написани в логически ред и предварително определена форма. Съвкупността от всички инструкции, необходими за обработка на детайл, се нарича NC програма, CNC програма или програма за обработка на детайли. Такава програма може да се съхранява за бъдеща употреба и да се използва многократно за постигане на идентични резултати от обработката по всяко време.
NC и CNC технология
При стриктно спазване на терминологията, има разлика в значението на съкращенията NC и CNC. NC означава ред и оригинална технология за числено управление, докато съкращението CNC означава по-новата технология за компютъризирано числено управление, модерно развитие на по-старата ѝ роднина. На практика обаче CNC е предпочитаното съкращение. За да изясним правилното използване на всеки термин, разгледайте основните разлики между NC и CNC системите.
И двете системи изпълняват едни и същи задачи, а именно манипулиране на данни с цел машинна обработка на детайл. И в двата случая вътрешният дизайн на системата за управление съдържа логическите инструкции, които обработват данните. Дотук приликата приключва.
NC системата (за разлика от CNC системата) използва фиксирани логически функции, тези, които са вградени и постоянно свързани в управляващото устройство. Тези функции не могат да бъдат променяни от програмиста или оператора на машината. Поради фиксираното записване на управляващата логика, NC системата за управление може да интерпретира програма за обработка на детайли, но не позволява никакви промени да се правят извън управлението, обикновено в офис среда. Също така, NC системата изисква задължителното използване на перфоленти за въвеждане на програмна информация.
Съвременната CNC система, но не и старата NC система, използва вътрешен микропроцесор (т.е. компютър). Този компютър съдържа регистри на паметта, съхраняващи различни рутини, способни да манипулират логически функции. Това означава, че програмистът на детайлите или операторът на машината може да променя програмата на самото управление (на машината) с мигновени резултати. Тази гъвкавост е най-голямото предимство на CNC системите и вероятно ключовият елемент, допринесъл за толкова широкото използване на технологията в съвременното производство. CNC програмите и логическите функции се съхраняват на специални компютърни чипове, като софтуерни инструкции. Вместо да се използват от хардуерните връзки, като например проводници, които контролират логическите функции. За разлика от NC системата, CNC системата е синоним на термина „софтуерно свързана“.
Когато се описва конкретна тема, свързана с технологията за числено управление, е обичайно да се използва терминът NC или CNC. Имайте предвид, че NC може да означава и CNC в ежедневието, но CNC никога не може да се отнася до технологията на поръчките, описана тук под съкращението NC. Буквата „C“ означава компютъризирана и не е приложима за кабелна система. Всички системи за управление, произвеждани днес, са с CNC дизайн. Съкращения като C&C или C'n'C не са правилни и представят зле всеки, който ги използва.
Терминология
Абсолютна нула
Това се отнася до позицията на всички оси, когато те са разположени в точката, където сензорите могат физически да ги засекат. Абсолютна нулева позиция обикновено се достига след изпълнение на команда за изход към начална точка.
Ос
Фиксирана референтна линия, около която обектът се премества или завърта.
Винтов винт
Сферично-винтовата система е механично устройство за преобразуване на въртеливо движение в линейно движение. Тя се състои от гайка с рециркулиращ сачмен лагер, която се върти в прецизен винт с резба.
CAD
Компютърно подпомаганото проектиране (CAD) е използването на широк набор от компютърни инструменти, които подпомагат инженери, архитекти и други специалисти по дизайн в техните дизайнерски дейности.
CAM
Компютърно подпомаганото производство (CAM) е използването на широка гама от компютърно базирани софтуерни инструменти, които помагат на инженери и CNC машинисти при производството или прототипирането на продуктови компоненти.
ЦПУ
Съкращението CNC означава компютърно числово управление и се отнася конкретно до компютърен „контролер“, който чете G-кодови инструкции и управлява машинния инструмент.
Регулатор
Система за управление е устройство или набор от устройства, които управляват, командват, насочват или регулират поведението на други устройства или системи.
Дневна светлина
Това е разстоянието между най-ниската част на инструмента и повърхността на машинния плот. Максималната дневна светлина се отнася до разстоянието от плота до най-високата точка, която инструментът може да достигне.
Сондажни банки
Известни още като мулти-свредла, това са комплекти свредла, обикновено разположени на стъпки от 32 мм.
Скорост на подаване
Или скоростта на рязане е разликата в скоростта между режещия инструмент и повърхността на детайла, върху който работи.
Отместване на приспособлението
Това е стойност, която представлява референтната нула на дадено приспособление. Тя съответства на разстоянието по всички оси между абсолютната нула и нулата на приспособлението.
G-код
G-кодът е общо наименование за езика за програмиране, който управлява NC и CNC машини.
Начало
Това е програмираната референтна точка, известна още като 0,0,0, представена или като абсолютна машинна нула, или като нулево отместване на приспособлението.
Линейната и кръговата интерполация е метод за конструиране на нови точки от данни от дискретен набор от известни точки от данни. С други думи, това е начинът, по който програмата ще изчисли пътя на рязане на пълен кръг, знаейки само централната точка и радиуса.
Машинен дом
Това е позицията по подразбиране на всички оси на машината. При изпълнение на команда за връщане в началото, всички задвижвания се придвижват към позициите си по подразбиране, докато достигнат превключвател или сензор, който им казва да спрат.
Разполагане
Това се отнася до процеса на ефективно производство на части от листове. Използвайки сложни алгоритми, софтуерът за разплитане определя как да се разположат частите по такъв начин, че да се максимизира използването на наличния материал.
Офсет
Това се отнася до разстоянието от централната линия, измерено от CAM софтуера.
Инструменти за комбиниране
Това е термин, използван за обозначаване на инструменти, активирани с въздух, които са монтирани до главния шпиндел.
Постпроцесор
Софтуер, който осигурява окончателна обработка на данни, като например форматирането им за показване, печат или машинна обработка.
Програма нула
Това е отправната точка 0,0, зададена в програмата. В повечето случаи тя е различна от машинната нула.
Рейка и пиньон
Рейка и зъбно колело са чифт зъбни колела, които преобразуват въртеливото движение в линейно движение.
Вретено
Шпинделът е високочестотен двигател, снабден с устройство за задържане на инструменти.
Спойлборд
Известна е още като жертвена дъска, това е материалът, използван като основа за материала, който се реже. Може да бъде изработена от много различни материали, от които MDF и ПДЧ са най-често срещани.
Зареждане на инструменти
Това се отнася до налягането, упражнявано върху инструмента, докато той реже материал.
Скорост на инструмента
Нарича се още скорост на шпиндела, това е честотата на въртене на шпиндела на машината, измерена в обороти в минута (RPM).
Инструментална
Инструменталната екипировка, изненадващо, често е най-слабо разбираният аспект на CNC оборудването. Като се има предвид, че това е елементът, който най-много ще повлияе на качеството на рязане и скоростта на рязане, операторите трябва да отделят повече време за проучване на тази тема.
Режещите инструменти обикновено се предлагат в 3 различни материала: бързорежеща стомана, карбид и диамант.
Високоскоростна стомана (HSS)
HSS е най-острият от трите материала и най-евтиният, но се износва най-бързо и трябва да се използва само върху неабразивни материали. Изисква честа смяна и заточване и поради тази причина се използва най-вече в случаите, когато операторът ще трябва да изреже персонализиран профил вътрешно за специална работа.
Твърд карбид
Карбидните инструменти се предлагат в различни форми: с карбидни върхове, карбидни вложки и инструменти от твърд карбид. Имайте предвид, че не всички карбиди са еднакви, тъй като кристалната структура варира значително между производителите на тези инструменти. В резултат на това тези инструменти реагират различно на топлина, вибрации, удар и натоварвания от рязане. Като цяло, евтините генерични карбидни инструменти се износват и чупят по-бързо от по-скъпите марки.
Кристалите силициев карбид са вградени в кобалтово свързващо вещество, за да образуват инструмента. Когато инструментът се нагрява, кобалтовото свързващо вещество губи способността си да се задържа за карбидните кристали и той се затъпява. В същото време кухината, оставена от липсващия карбид, се запълва със замърсители от режещия материал, което усилва процеса на затъпяване.
Диамантени инструменти
Цената на тази категория инструменти е спаднала през последните няколко години. Забележителната ѝ устойчивост на абразия я прави идеална за рязане на материали като ламинати под високо налягане или MDF. Някои твърдят, че ще издържи до 100 пъти повече от карбида. Инструментите с диамантени накрайници са склонни да се отчупят или напукат, ако ударят вграден пирон или твърд възел. Някои производители използват диамантени инструменти за грубо рязане на абразивни материали и след това преминават към карбидни или пластинкови инструменти за довършителни работи.
Геометрия на инструмента
Дръжка
Опашката е частта от инструмента, която се държи от държача на инструмента. Това е частта от инструмента, която няма следи от машинна обработка. Опашката трябва да се поддържа без замърсявания, окисляване и надраскване.
Диаметър на рязане
Това е диаметърът или ширината на рязането, което инструментът ще произведе.
Дължина на рязане
Това е ефективната дълбочина на рязане на инструмента или колко дълбоко инструментът може да реже в материала.
флейти
Това е частта от инструмента, която извлича режещия материал. Броят на каналите на режещия инструмент е важен при определяне на натоварването от стружки.
Профил на инструмента
В тази категория има много профили на инструменти. Основните, които трябва да се вземат предвид, са спирали с възходящ и низходящ разрез, компресионни спирали,
Инструменти за грубо, финишно обработване, нисконапрегнати и право нарязване. Всички те се предлагат в комбинация от една до четири режещи ...
Възходящата спирала ще накара стружките да излетят нагоре от разреза. Това е добре при сляпо рязане или при пробиване право надолу. Тази геометрия на инструмента обаче насърчава повдигането и има тенденция да разкъсва горния ръб на режещия материал.
Спиралните инструменти с наклонено рязане ще изтласкат стружките надолу в разреза, което има тенденция да подобри задържането на детайла, но може да причини запушване и прегряване в определени ситуации. Този инструмент също така ще има тенденция да разкъсва долния ръб на режещия материал.
Както спиралните инструменти за нагоре, така и за надолу рязане се предлагат с ръб за груба обработка, стружкочупещ или довършителен ръб.
Компресионните спирали са комбинация от наклонени нагоре и надолу жлебове.
Инструментите за компресия изтласкват стружките от краищата към центъра на материала и се използват при рязане на двустранни ламинати или когато откъсването от краищата е проблем.
Спиралните фрези с ниска или висока спирала се използват при рязане на по-меки материали като пластмаса и пяна, когато заваряването и отвеждането на стружките са от решаващо значение.
Зареждане с чип
Най-важният фактор за увеличаване на живота на инструмента е разсейването на топлината, която се абсорбира от него. Най-бързият начин да направите това е като режете повече материал, а не като работите по-бавно. Стружките отнемат повече топлина от инструмента, отколкото прахът. Освен това, триенето на инструмента в материала ще предизвика триене, което се превръща в топлина.
Друг фактор, който трябва да се вземе предвид в стремежа за увеличаване на живота на инструмента, е да се поддържат инструментът, цангата и държачът на инструмента чисти, без отлагания или корозия, като по този начин се намаляват вибрациите, причинени от небалансирани инструменти.
Дебелината на материала, отстраняван от всеки зъб на инструмента, се нарича натоварване от стружка.
Формулата за изчисляване на натоварването на чипа е следната:
Зареждане на стружките = Скорост на подаване / Обороти / Брой канали
Когато натоварването на стружките се увеличи, животът на инструмента се увеличава, като същевременно се намалява времето на цикъла. Освен това, широк диапазон от натоварвания на стружките ще постигне добра обработка на ръбовете. Най-добре е да се обърнете към таблицата за натоварване на стружките на производителя на инструмента, за да намерите най-подходящото число за използване. Препоръчителните натоварвания на стружките обикновено варират между 0.003" и 0.03" или 0.07 мм до 0.7 мм.
Аксесоари
Печат на етикети
Това е опция, която става все по-популярна в индустрията, особено след като CNC машините стават все по-интегрирани в цялостната бизнес формула. Контролерът може да бъде свързан със софтуера за продажби или планиране, а етикетите на частите се отпечатват, след като детайлът бъде обработен. Някои доставчици използват етикети, за да идентифицират остатъчния материал за лесно извличане в бъдеще.
Оптични четци
Известни още като баркодови пръчки, те могат да бъдат интегрирани в контролера, така че програма да може да бъде извикана чрез сканиране на баркод в работния график. Тази опция спестява ценно време, като автоматизира процеса на зареждане на програмата.
сонди
Тези измервателни устройства се предлагат в различни форми и изпълняват много различни функции. Някои сонди просто измерват повърхността h8, за да осигурят правилно подравняване в приложения, чувствителни към h8. Други сонди могат автоматично да сканират повърхността на триизмерен обект за по-късно възпроизвеждане.
Сензор за дължина на инструмента
Сензорът за дължина на инструмента действа като сонда, която измерва разстоянието между края на режещия инструмент и повърхността на работното пространство и въвежда това число в параметрите на инструмента на управлението. Това малко допълнение ще спести на оператора дългия процес, необходим всеки път, когато сменя инструмент.
Лазерни проектори
Тези устройства са използвани за първи път в мебелната индустрия в CNC резачки за кожа. Лазерен проектор, монтиран над CNC работната маса, проектира изображение на детайла, който ще бъде изрязан. Това значително опростява позиционирането на заготовката върху масата, за да се избегнат дефекти и други проблеми.
Фреза за винил
Приставка за винилов нож често се среща в индустрията за изработка на табели. Това е резец, който може да се прикрепи към главния шпиндел или отстрани със свободен струговащ нож, чието налягане може да се регулира с копче. Тази приставка позволява на потребителя да превърне своя CNC рутер в плотер, за да прави винилови маски за пясъкоструене или винилови букви и лога за камиони и табели.
Дозатор за охлаждаща течност
Пистолети за студен въздух или пулверизатори за режеща течност се използват с фреза за рязане на алуминий или други цветни метали. Тези приставки изстрелват струя студен въздух или мъгла от режеща течност близо до режещия инструмент, за да гарантират, че той остава хладен по време на работа.
гравьор
Граверите се монтират към главния шпиндел и се състоят от плаваща глава, държаща гравиращ нож с малък диаметър, който се върти между 20,000 40,000 и оборота в минута. Плаващата глава гарантира, че дълбочината на гравиране ще бъде постоянна, дори ако дебелината на материала се променя. Тази опция се среща най-често в индустрията за изработка на табели, въпреки че производителите на трофеи, лютиерите и дърводелските цехове я използват за интарзия.
Въртяща се ос
Въртяща се ос, разположена по оста x или y, може да превърне рутера в CNC струг. Някои от тези въртящи се оси са просто въртящ се шпиндел, докато други са индексируеми, което означава, че могат да се използват за изрязване на сложни части.
Плаваща режеща глава
Плаващите режещи глави ще поддържат режещия инструмент на определено разстояние h8 от горната повърхност на режещия материал. Това е важно при рязане на елементи върху горната повърхност на детайл, който може да не е с равна повърхност. Пример за това е изрязването на V-образен жлеб върху плота на маса за хранене.
Резец за плазма
Плазмените резачки са допълнение към някои машини и позволяват на потребителя да реже метални части с различна дебелина.
Агрегиращи инструменти
Агрегатните инструменти могат да се използват за много операции, които прав резач не може да извърши.
КОНВЕНЦИОНАЛНА И CNC ОБРАБОТКА
Какво прави CNC обработката превъзхождаща конвенционалните методи? Превъзхожда ли изобщо? Къде са основните предимства? Ако CNC и конвенционалните процеси на обработка се сравнят, ще се очертае общ подход за обработка на детайли:
1. Вземете и изучете чертежа
2. Изберете най-подходящия метод на обработка
3. Определете метода на настройка (захващане на детайла)
4. Изберете режещи инструменти
5. Установете скорости и подавания
6. Обработете детайла машинно
Основният подход е един и същ и за двата вида обработка. Основната разлика е в начина, по който се въвеждат различните данни. Скорост на подаване от 10 инча в минута (10 инча/мин) е една и съща и при ръчно обработване.
Или CNC приложения, но методът на прилагането им не е. Същото може да се каже и за охлаждащата течност – тя може да се активира чрез завъртане на копче, натискане на превключвател или програмиране на специален код. Всички тези действия ще доведат до изтичане на охлаждаща течност от дюзата. И при двата вида обработка са необходими известни знания от страна на потребителя. В крайна сметка, металообработването, особено рязането на метал, е предимно умение, но до голяма степен е и изкуство и професия на голям брой хора. Същото важи и за приложението на компютъризирано числово управление. Както всяко умение, изкуство или професия, овладяването му до последния детайл е необходимо, за да бъдеш успешен. Необходими са повече от технически знания, за да бъдеш CNC машинист или CNC програмист. Трудовият опит, интуицията и това, което понякога се нарича „интуиция“ са много необходимо допълнение към всяко умение.
При конвенционалната машинна обработка, машинният оператор настройва машината и премества всеки режещ инструмент, използвайки едната или двете ръце, за да произведе необходимата част. Дизайнът на ръчната машинна обработка предлага много функции, които подпомагат процеса на обработка на детайла - лостове, дръжки, зъбни колела и циферблати, за да назовем само няколко. Едни и същи движения на тялото се повтарят от оператора за всяка част в партидата. Думата „еднакъв“ в този контекст обаче всъщност означава „подобен“, а не „идентичен“. Хората не са способни да повтарят всеки процес по абсолютно един и същи начин по всяко време - това е работата на машините. Хората не могат да работят на едно и също ниво на производителност през цялото време, без почивка. Всички ние имаме някои добри и някои лоши моменти. Резултатите от тези моменти, когато се прилагат към машинната обработка на детайл, са трудни за предвиждане. Ще има някои разлики и несъответствия във всяка партида части. Частите не винаги ще бъдат абсолютно еднакви. Поддържането на размерните допуски и качеството на повърхностната обработка са най-типичните проблеми при конвенционалната машинна обработка. Отделните машинни техници може да имат свои колеги. Комбинацията от тези и други фактори създава голямо количество несъответствия.
Машинната обработка с числено управление елиминира по-голямата част от несъответствията. Тя не изисква същото физическо участие като машинната обработка. Числено управление
Контролираната машинна обработка не се нуждае от лостове, циферблати или дръжки, поне не в същия смисъл, както конвенционалната машинна обработка. След като програмата за обработка е доказана, тя може да се използва неограничен брой пъти, като винаги дава постоянни резултати. Това не означава, че няма ограничаващи фактори. Режещите инструменти се износват, заготовката от материала в една партида не е идентична с заготовката от материала в друга партида, настройките може да варират и т.н. Тези фактори трябва да се вземат предвид и компенсират, когато е необходимо.
Появата на технологията за цифрово управление не означава мигновена или дори дългосрочна гибел на всички ръчни машини. Има моменти, когато традиционният метод на обработка е за предпочитане пред компютъризирания метод. Например, една проста еднократна задача може да се извърши по-ефективно на ръчна машина, отколкото на CNC машина. Някои видове машинни задачи ще се възползват от ръчна или полуавтоматична обработка, а не от цифрово управлявана обработка. CNC машините не са предназначени да заменят всяка ръчна машина, а само да я допълнят.
В много случаи решението дали определена обработка ще се извършва на CNC машина или не се основава на броя на необходимите части и нищо друго. Въпреки че обемът на обработваните партиди части винаги е важен критерий, той никога не трябва да бъде единственият фактор.
Трябва да се вземе предвид и сложността на детайла, неговите допуски, необходимото качество на повърхностната обработка и т.н. Често една сложна част ще се възползва от CNC обработка, докато петдесет относително прости части няма да се получат.
Имайте предвид, че числовото управление никога не е обработвало нито една част самостоятелно. Числовото управление е само процес или метод, който позволява на машинния инструмент да се използва по продуктивен, точен и последователен начин.
ПРЕДИМСТВА НА ЧИСЛОВОТО УПРАВЛЕНИЕ
Кои са основните предимства на численото управление?
Важно е да се знае кои области на машинната обработка ще се възползват от това и кои се извършват по-добре по конвенционалния начин. Абсурдно е да се мисли, че CNC фреза с мощност 2 конски сили ще спечели пред задачи, които в момента се извършват на двадесет пъти по-мощна ръчна фреза. Също толкова неразумни са очакванията за големи подобрения в скоростите на рязане и подаванията в сравнение с конвенционална машина. Ако условията на обработка и инструментална екипировка са еднакви, времето за рязане ще бъде много близко и в двата случая.
Някои от основните области, в които потребителят на CNC машини може и трябва да очаква подобрение:
1. Намаляване на времето за настройка
2. Намаляване на времето за изпълнение
3. Точност и повторяемост
4. Контуриране на сложни форми
5. Опростена инструментална екипировка и захващане на детайлите
6. Постоянно време за рязане
7. Общо увеличение на производителността
Всяка област предлага само потенциално подобрение. Отделните потребители ще изпитат различни нива на действително подобрение, в зависимост от продукта, произвеждан на място, използваната CNC машина, методите на настройка, сложността на закрепването, качеството на режещите инструменти, философията на управление и инженерния дизайн, нивото на опит на работната сила, индивидуалните нагласи и др.
Намаляване на времето за настройка
В много случаи времето за настройка на CNC машина може да бъде намалено, понякога доста драстично. Важно е да се осъзнае, че настройката е ръчна операция, силно зависима от производителността на CNC оператора, вида на закрепващото устройство и общите практики на машинния цех. Времето за настройка е непродуктивно, но необходимо – то е част от режийните разходи за правене на бизнес. Да се поддържа времето за настройка до минимум трябва да бъде едно от основните съображения на всеки ръководител, програмист и оператор на машинен цех.
Поради дизайна на CNC машините, времето за настройка не би трябвало да е сериозен проблем. Модулните закрепващи елементи, стандартните инструменти, фиксираните локатори, автоматичната смяна на инструментите, палетите и други усъвършенствани функции правят времето за настройка по-ефективно от сравнимата настройка на конвенционална машина. С добро познаване на съвременното производство, производителността може да се увеличи значително.
Броят на детайлите, обработени с една настройка, също е важен, за да се оцени цената на времето за настройка. Ако голям брой детайли се обработват с една настройка, цената на настройката на детайл може да бъде много незначителна. Много подобно намаление може да се постигне чрез групиране на няколко различни операции в една настройка. Дори ако времето за настройка е по-дълго, то може да бъде оправдано в сравнение с времето, необходимо за настройка на няколко конвенционални машини.
Намаляване на времето за изпълнение
След като една програма за детайли е написана и доказана, тя е готова за повторно използване в бъдеще, дори и с кратко предизвестие. Въпреки че времето за изпълнение на първия цикъл обикновено е по-дълго, то е практически нулево за всеки следващ цикъл. Дори ако инженерна промяна в дизайна на детайла изисква промяна на програмата, това обикновено може да се направи бързо, намалявайки времето за изпълнение.
Дългото време за изпълнение, необходимо за проектиране и производство на няколко специални приспособления за конвенционални машини, често може да бъде намалено чрез изготвяне на програма за детайли и използване на опростени приспособления.
Точност и повторяемост
Високата степен на точност и повторяемост на съвременните CNC машини е единственото основно предимство за много потребители. Независимо дали програмата за детайли се съхранява на диск, в паметта на компютъра или дори на лента (оригиналният метод), тя винаги остава същата. Всяка програма може да се променя по желание, но веднъж доказана, обикновено вече не се изискват промени. Дадена програма може да се използва повторно толкова пъти, колкото е необходимо, без да се губи нито един бит данни, които съдържа. Вярно е, че програмата трябва да следва променливи фактори като износване на инструмента и работни температури, тя трябва да се съхранява безопасно, но като цяло ще е необходима много малка намеса от CNC програмиста или оператора. Високата точност на CNC машините и тяхната повторяемост позволяват висококачествените части да се произвеждат постоянно отново и отново.
Контуриране на сложни форми
CNC струговете и обработващите центрове са способни да контурират разнообразни форми. Много потребители на CNC машини са придобили своите машини само за да могат да обработват сложни части. Добри примери са CNC приложенията в самолетната и автомобилната промишленост. Използването на някаква форма на компютъризирано програмиране е практически задължително за всяко генериране на 3D траектория на инструмента.
Сложни форми, като например калъпи, могат да бъдат произведени без допълнителни разходи за изработване на модел за очертаване. Огледални части могат да бъдат постигнати буквално с натискането на бутон, с помощта на шаблони, дървени модели и други инструменти за изработване на шаблони.
Опростена инструментална екипировка и захващане на детайлите
Никакви стандартни и домашно приготвени инструменти, които претрупват масите и чекмеджетата около конвенционална машина, не могат да бъдат елиминирани с помощта на стандартни инструменти, специално проектирани за приложения с цифрово управление. Многостъпкови инструменти, като пилотни свредла, стъпаловидни свредла, комбинирани инструменти, зенкери и други, се заменят с няколко отделни стандартни инструмента. Тези инструменти често са по-евтини и по-лесни за подмяна от специалните и нестандартни инструменти. Мерките за намаляване на разходите принудиха много доставчици на инструменти да поддържат ниски или дори да не съществуват. Стандартните, готови инструменти обикновено могат да бъдат получени по-бързо от нестандартните.
Фиксаторите и захващащите устройства за CNC машини имат само една основна цел – да държат детайла здраво и в една и съща позиция за всички части в рамките на партидата. Фиксаторите, проектирани за CNC работа, обикновено не изискват шаблони, пилотни отвори и други помощни средства за локализиране на отвори.
Време за рязане и увеличаване на производителността
Времето за рязане на CNC машина е известно като време на цикъла и е винаги постоянно. За разлика от конвенционалната обработка, където уменията, опитът и личната умора на оператора са подложени на промени, CNC обработката е под контрола на компютър. Малкото количество ръчна работа е ограничено до настройката и зареждането и разтоварването на детайла. При големи партиди високата цена на непродуктивното време се разпределя между много части, което го прави по-малко значителен. Основното предимство на постоянното време за рязане е при повтарящи се задачи, където планирането на производството и разпределението на работата между отделните машинни инструменти може да се извърши много точно.
Основната причина, поради която компаниите често купуват CNC машини, е строго икономическа – това е сериозна инвестиция. Също така, наличието на конкурентно предимство е винаги на ума на всеки мениджър на завод. Технологията за числово управление предлага отлични средства за постигане на значително подобрение в производствената производителност и повишаване на цялостното качество на произвежданите части. Както всяко средство, тя трябва да се използва разумно и знаейки. Когато все повече компании използват CNC технологията, самото наличие на CNC машина вече не предлага допълнително предимство. Компаниите, които напредват, са тези, които знаят как да използват технологията ефективно и я прилагат, за да бъдат конкурентоспособни в световната икономика.
За да се постигне целта за значително увеличение на производителността, е важно потребителите да разбират основните принципи, на които се основава CNC технологията. Тези принципи приемат много форми, например разбиране на електронните схеми, сложни стълбовидни диаграми, компютърна логика, метрология, проектиране на машини, принципи и практики на машините и много други. Всеки един от тях трябва да бъде изучен и усвоен от отговорното лице. В това ръководство акцентът е върху темите, които са пряко свързани с CNC програмирането и разбирането на най-често срещаните CNC машини, обработващите центрове и струговете (понякога наричани още стругови центрове). Съобразяването с качеството на детайлите трябва да бъде много важно за всеки програмист и оператор на машинни инструменти и тази цел е отразена и в подхода на ръководството, както и в множество примери.
ВИДОВЕ CNC МАШИНИ
Различните видове CNC машини обхващат изключително голямо разнообразие. Броят им бързо се увеличава с развитието на технологиите. Невъзможно е да се идентифицират всички приложения; списъкът би бил дълъг. Ето кратък списък на някои от групите, към които CNC машините могат да принадлежат:
1. Фрези и обработващи центрове
2. Стругове и стругови центри
3. Пробивни машини
4. Пробивни фрези и профилиращи машини
5. EDM машини
6. Щанцови преси и ножици
7. Машини за рязане с пламък
8. Рутери
9. Водоструйни и лазерни профилорезачки
10. Цилиндрични шлифовъчни машини
11. Заваръчни машини
12. Огъващи машини, машини за навиване и предене и др.
CNC обработващите центрове и струговете доминират в броя на инсталациите в индустрията. Тези две групи си поделят пазара почти по равно. Някои индустрии може да имат по-голяма нужда от една група машини, в зависимост от техните нужди. Трябва да се помни, че има много различни видове стругове и също толкова много различни видове обработващи центрове. Процесът на програмиране за вертикална машина обаче е подобен на този за хоризонтална машина или обикновена CNC фреза. Дори между различните групи машини има голям брой общи приложения и процесът на програмиране е като цяло един и същ. Например, контур, фрезован с крайна фреза, има много общо с контур, изрязан с тел.
Фрези и обработващи центрове
Стандартният брой оси на фрезова машина е 3 - осите X, Y и Z. Детайлът, монтиран на фрезова система, се върти, режещият инструмент може да се движи нагоре и надолу (или навътре и навън), но физически не следва траекторията на инструмента.
CNC фрезите, понякога наричани CNC фрезови машини, обикновено са малки, прости машини, без устройство за смяна на инструменти или други автоматични функции. Мощността им често е доста ниска. В индустрията се използват за работа в инструментални зали, за целите на поддръжката или за производство на малки части. Обикновено са проектирани за контурна обработка, за разлика от CNC бормашините.
CNC обработващите центрове са по-популярни и по-ефективни от бормашините и фрезите, главно заради тяхната гъвкавост. Основното предимство, което потребителят получава от CNC обработващ център, е възможността за групиране
няколко разнообразни операции в една установка. Например, пробиване, разстъргване, контраразстъргване, нарязване на резба, точково фрезоване и контурно фрезоване могат да бъдат включени в една CNC програма. В допълнение, гъвкавостта се подобрява чрез автоматична смяна на инструментите с помощта на палети за минимизиране на времето на празен ход, индексиране към различна страна на детайла, използване на въртеливо движение на допълнителни оси и редица други функции, CNC обработващите центрове могат да бъдат оборудвани със специален софтуер, който контролира скоростите и подаванията, живота на режещия инструмент, автоматично измерване по време на процеса и регулиране на отместването, както и други устройства за подобряване на производството и пестене на време.
Съществуват 2 основни дизайна на типичен CNC обработващ център. Има вертикални и хоризонтални обработващи центрове. Основната разлика между двата вида е естеството на работата, която може да се извърши ефективно върху тях. За вертикален CNC обработващ център най-подходящият вид работа са плоските части, монтирани към приспособлението на масата или с помощта на менгеме или патронник. Работата, която изисква обработка на 2 или повече страни в една настройка, е по-желателно да се извършва на хоризонтален CNC обработващ център. Добър пример е корпусът на помпата и други кубични форми. Някои многостранни обработки на малки части могат да се извършват и на вертикален CNC обработващ център, оборудван с въртяща се маса.
Процесът на програмиране е един и същ и за двата дизайна, но към хоризонталния дизайн се добавя допълнителна ос (обикновено ос B). Тази ос е или проста ос за позициониране (индексираща ос) за масата, или напълно ротационна ос за едновременно контуриране.
Това ръководство се фокусира върху приложенията на вертикалните обработващи центрове с ЦПУ, със специален раздел, посветен на хоризонталната настройка и обработка. Методите за програмиране са приложими и за малки фрези с ЦПУ или пробивни и/или резбонарезни машини, но програмистът трябва да вземе предвид техните ограничения.
Стругове и стругови центрове
CNC стругът обикновено е машинен инструмент с 2 оси, вертикалната ос X и хоризонталната ос Z. Основното предимство на струга, което го отличава от фрезата, е, че детайлът се върти около централната линия на машината. Освен това, режещият инструмент обикновено е неподвижен, монтиран в плъзгаща се кула. Режещият инструмент следва контура на програмираната траектория на инструмента. При CNC струга с фрезова приставка, т.нар. въртящ се инструмент, фрезовият инструмент има собствен двигател и се върти, докато шпинделът е неподвижен.
Съвременният дизайн на струговете може да бъде хоризонтален или вертикален. Хоризонталният тип е много по-често срещан от вертикалния тип, но съществуват и двата дизайна и за двете групи. Например, типичен CNC струг от хоризонталната група може да бъде проектиран с плоско легло или наклонено легло, като тип прътов, тип патронник или универсален тип. Към тези комбинации или много аксесоари, които правят един CNC струг, се добавя и изключително гъвкав машинен инструмент. Обикновено аксесоари като задно седло, стабилни или последващи люлени, уловители на детайли, издърпващи се палци и дори приставка за фрезоване на 3-та ос са популярни компоненти на CNC струга. CNC стругът може да бъде много универсален - толкова универсален, че често се нарича CNC струговен център. Всички текстове и примери за програми в това ръководство използват по-традиционния термин CNC струг, но все пак признават всички негови съвременни функции.
ПЕРСОНАЛ ЗА CNC
Компютрите и машинните инструменти нямат интелект. Те не могат да мислят, не могат да оценят станцията по рационален начин. Само хора с определени умения и знания могат да правят това. В областта на численото управление уменията обикновено са в ръцете на 2 ключови души - единият програмира, а другият извършва машинната обработка. Съответният им брой и задължения обикновено зависят от предпочитанията на компанията, нейния размер, както и от продукта, произвеждан там. Всяка позиция обаче е доста различна, въпреки че много компании комбинират двете функции в една, често наричана CNC програмист/оператор.
CNC програмист
CNC програмистът обикновено е човекът, който носи най-голяма отговорност в цеха за CNC машини. Този човек често е отговорен за успеха на технологията за цифрово управление в завода. Също така, този човек е отговорен за проблеми, свързани с CNC операциите.
Въпреки че задълженията му могат да варират, програмистът е отговорен и за различни задачи, свързани с ефективното използване на CNC машините. Всъщност, това лице често е отговорно за производството и качеството на всички CNC операции.
Много CNC програмисти са опитни машинисти, които имат практически опит в работата с машинни инструменти. Те знаят как да четат технически чертежи и могат да разберат инженерното намерение зад дизайна. Този практически опит е основата за способността за „обработка“ на детайл в офис среда. Добрият CNC програмист трябва да може да визуализира всички движения на инструмента и да разпознава всички ограничаващи фабрики, които могат да бъдат включени. Програмистът трябва да може да събира, анализира процеса и логически да интегрира всички събрани данни в сигнална, сплотена програма. С прости думи, CNC програмистът трябва да може да определи най-добрата методология на производство във всяко отношение.
В допълнение към уменията за машинна обработка, програмистът с ЦПУ трябва да разбира математическите принципи, главно приложението на уравнения, решенията на дъги и ъгли. Също толкова важни са познанията по тригонометрия. Дори при компютъризирано програмиране, познаването на методите за ръчно програмиране е абсолютно необходимо за пълното разбиране на компютърния изход и контрола на този изход.
Последното важно качество на един наистина професионален CNC програмист е способността му да слуша другите хора – инженерите, CNC операторите, мениджърите. Добрите умения за съставяне на списък са първите предпоставки за гъвкавост. Добрият CNC програмист трябва да бъде гъвкав, за да предложи високо качество на програмиране.
Оператор на машини с ЦПУ
Операторът на CNC машина е допълваща позиция спрямо програмиста на CNC машина. Програмистът и операторът могат да съществуват в едно лице, както е в много малки цехове. Въпреки че по-голямата част от задълженията, изпълнявани от конвенционалния машинен оператор, са прехвърлени към CNC програмата, CNC операторът има много уникални отговорности. В типични случаи операторът е отговорен за настройката на инструмента и машината, за смяната на частите, често дори за някои проверки по време на процеса. Много компании очакват контрол на качеството на машината – и операторът на всяка машина, ръчна или компютъризирана, е отговорен и за качеството на извършената работа на тази машина. Една от много важните отговорности на оператора на CNC машина е да докладва констатациите за всяка програма на програмиста. Дори с най-добрите знания, умения, нагласи и намерения, „крайната“ програма винаги може да бъде подобрена. CNC операторът, който е най-близо до действителната обработка, знае точно до каква степен могат да бъдат тези подобрения.
Оправдаване на разходите за CNC
Цената на CNC машина може да изнерви повечето производители, но предимствата от притежаването на CNC рутер най-вероятно ще оправдаят разходите за много кратко време.
Първият разход, който трябва да се вземе предвид, е цената на машината. Някои доставчици предлагат пакетни оферти, които включват инсталация, обучение за софтуер и разходи за доставка. Но в повечето случаи всичко се продава отделно, за да се позволи персонализиране на CNC рутера.
Леко мито
Машините от нисък клас струват от $2,000 до $10 000. Те обикновено са комплекти за самостоятелно сглобяване, изработени от огъната ламарина и използват стъпкови двигатели. Предлагат се с обучително видео и ръководство за употреба. Тези машини са предназначени за употреба „Направи си сам“, за индустрията за табели и други много леки операции. Те обикновено се предлагат с адаптер за конвенционална фреза. Аксесоари като шпиндел и вакуумно захващане са опции. Тези машини могат да бъдат много успешно интегрирани във високопроизводителна среда като специализиран процес или като част от производствена клетка. Например, една от тези CNC машини може да бъде програмирана да пробива отвори за хардуер на фронтовете на чекмеджетата преди сглобяване.
Среден режим на работа
CNC машините от среден клас ще струват между $10,000 и $100,000. Тези машини са изработени от по-дебела стомана или алуминий. Те могат да използват стъпкови двигатели, а понякога и сервомотори; и да използват зъбни рейки и зъбни колела или ремъчни задвижвания. Те ще имат отделен контролер и ще предлагат добър набор от опции, като например автоматични устройства за смяна на инструменти и вакуумни маси. Тези машини са предназначени за по-тежка употреба в индустрията за табели и за приложения за обработка на леки панели.
Те са добър вариант за стартиращи фирми с ограничени ресурси или работна ръка. Те могат да извършват повечето операции, необходими при производството на мебели, макар и не със същата степен на сложност или със същата ефективност.
Индустриална сила
Висококачествените рутери струват нагоре $100,000 3. Това включва цяла гама машини с 5 до оси, подходящи за широк спектър от приложения. Тези машини ще бъдат изработени от дебела заварена стомана и ще се доставят напълно оборудвани с автоматичен сменител на инструменти, вакуумна маса и други аксесоари в зависимост от приложението. Тези машини обикновено се инсталират от производителя и често е включено обучение.
Доставка
Транспортирането на CNC рутер е свързано със значителни разходи. При рутери с тегло от няколкостотин паунда до няколко тона, разходите за fr8 могат да варират от $200 да $5,000 или повече, в зависимост от местоположението. Не забравяйте, че освен ако машината не е произведена наблизо, вероятно са включени скритите разходи за преместването ѝ от Европа или Азия до шоурума на дилъра. Възможно е да възникнат допълнителни разходи само за внасяне на машината вътре, след като бъде доставена, тъй като винаги е добра идея да използвате професионални такелажници, за да се справите с този вид операция.
Монтаж и обучение
Доставчиците на CNC обикновено таксуват от $300 да $1,000 на ден за разходи за инсталиране. Инсталирането и тестването на рутера може да отнеме от половин ден до цяла седмица. Тази цена може да бъде включена в цената на закупуване на машината. Някои доставчици ще предоставят безплатно обучение за това как да се използва хардуерът и софтуерът, обикновено на място, докато други ще таксуват. $300 да $1,000 на ден за тази услуга.
БЕЗОПАСНОСТ, СВЪРЗАНА С РАБОТА С CNC
На стената на много компании е поставен плакат за безопасност с просто, но силно послание:
Първото правило за безопасност е да се спазват всички правила за безопасност.
Заглавието на този раздел не посочва дали безопасността е ориентирана на ниво програмиране или машинна обработка. Важното е, че безопасността е напълно независима. Тя е самостоятелна и управлява поведението на всички в машинния цех и извън него. На пръв поглед може да изглежда, че безопасността е нещо, свързано с машинната обработка и работата на машината, може би и с настройката. Това определено е вярно, но едва ли представя пълна картина.
Безопасността е най-важният елемент при програмирането, настройката, машинната обработка, инструменталната екипировка, закрепването, инспекцията, рязането на стружки и - всичко останало - в рамките на типичната ежедневна работа в машинния цех. Безопасността никога не може да бъде надценена. Компаниите говорят за безопасност, провеждат срещи за безопасност, показват плакати, изнасят речи, викат експерти. Тази маса информация и инструкции се представят на всички нас по някои много основателни причини. Доста от тях се предават след минали трагични събития - много закони, правила и разпоредби са написани в резултат на разследвания и разследвания на сериозни произшествия.
На пръв поглед може да изглежда, че при работата с CNC, безопасността е второстепенен проблем. Има много автоматизация; програма за обработка на детайли, която се изпълнява отново и отново, инструменти, които са били използвани в миналото, проста настройка и т.н. Всичко това може да доведе до самодоволство и погрешно предположение, че за безопасността е погрижено. Това е мнение, което може да има сериозни последици.
Безопасността е обширна тема, но няколко точки, свързани с работата с CNC машини, са важни. Всеки машинист трябва да знае опасностите от механични и електрически устройства. Първата стъпка към безопасно работно място е чисто работно място, където не се допуска натрупване на стружки, разливи на масло и други отпадъци на пода. Грижата за личната безопасност е също толкова важна. Широките дрехи, бижутата, вратовръзките, шаловете, незащитената дълга коса, неправилното използване на ръкавици и подобни нарушения са опасни в среда на машинна обработка. Силно се препоръчва защита на очите, ушите, ръцете и краката.
Докато машината работи, защитните устройства трябва да са на място и никакви движещи се части не трябва да бъдат открити. Трябва да се обърне специално внимание около въртящи се шпиндели и автоматични устройства за смяна на инструменти. Други устройства, които биха могли да представляват опасност, са устройства за смяна на палети, конвейери за стружки, зони с високо напрежение, подемници и др. Изключването на всякакви блокировки или други функции за безопасност е опасно – и също така е незаконно, без подходящи умения и разрешение.
При програмирането спазването на правилата за безопасност също е важно. Движението на инструмента може да се програмира по много начини. Скоростите и подаванията трябва да бъдат реалистични, а не само математически „правилни“. Дълбочината на рязане, ширината на рязане, характеристиките на инструмента, всички те имат дълбоко влияние върху цялостната безопасност.
Всички тези идеи са само едно много кратко обобщение и напомняне, че безопасността винаги трябва да се приема сериозно.
