Η κατεργασία CNC είναι μια διαδικασία κατασκευής κατά την οποία ένα προγραμματισμένο λογισμικό υπολογιστή υπαγορεύει την κίνηση των εργαλείων και των μηχανημάτων του εργοστασίου. Η διαδικασία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον έλεγχο μιας σειράς πολύπλοκων μηχανημάτων, από λειαντήρες και τόρνους έως φρέζες και φρέζες. Με την κατεργασία CNC, οι τρισδιάστατες εργασίες κοπής μπορούν να ολοκληρωθούν με ένα μόνο σύνολο εντολών.
Συντομογραφία του «αριθμητικού ελέγχου μέσω υπολογιστή», η διαδικασία CNC λειτουργεί σε αντίθεση με - και ως εκ τούτου αντικαθιστά - τους περιορισμούς του χειροκίνητου ελέγχου, όπου απαιτούνται ζωντανοί χειριστές για να υποδεικνύουν και να καθοδηγούν τις εντολές των εργαλείων κατεργασίας μέσω μοχλών, κουμπιών και τροχών. Για τον παρατηρητή, ένα σύστημα CNC μπορεί να μοιάζει με ένα κανονικό σύνολο εξαρτημάτων υπολογιστή, αλλά τα προγράμματα λογισμικού και οι κονσόλες που χρησιμοποιούνται στην κατεργασία CNC το διακρίνουν από όλες τις άλλες μορφές υπολογισμού.
Πώς λειτουργεί η κατεργασία CNC;
Όταν ενεργοποιείται ένα σύστημα CNC, οι επιθυμητές κοπές προγραμματίζονται στο λογισμικό και υπαγορεύονται στα αντίστοιχα εργαλεία και μηχανήματα, τα οποία εκτελούν τις καθορισμένες διαστατικές εργασίες, όπως ακριβώς ένα ρομπότ.
Στον προγραμματισμό CNC, η γεννήτρια κώδικα εντός του αριθμητικού συστήματος συχνά υποθέτει ότι οι μηχανισμοί είναι άψογοι, παρά την πιθανότητα σφαλμάτων, η οποία είναι μεγαλύτερη κάθε φορά που μια μηχανή CNC κατευθύνεται να κόβει σε περισσότερες από μία κατευθύνσεις ταυτόχρονα. Η τοποθέτηση ενός εργαλείου σε ένα αριθμητικό σύστημα ελέγχου περιγράφεται από μια σειρά εισόδων γνωστή ως πρόγραμμα εξαρτημάτων.
Με μια μηχανή αριθμητικού ελέγχου, τα προγράμματα εισάγονται μέσω καρτών διάτρησης. Αντίθετα, τα προγράμματα για τις μηχανές CNC τροφοδοτούνται στους υπολογιστές μέσω μικρών πληκτρολογίων. Ο προγραμματισμός CNC διατηρείται στη μνήμη ενός υπολογιστή. Ο ίδιος ο κώδικας γράφεται και επεξεργάζεται από προγραμματιστές. Επομένως, τα συστήματα CNC προσφέρουν πολύ πιο εκτεταμένη υπολογιστική χωρητικότητα. Το καλύτερο από όλα είναι ότι τα συστήματα CNC δεν είναι σε καμία περίπτωση στατικά, καθώς νεότερες προτροπές μπορούν να προστεθούν σε προϋπάρχοντα προγράμματα μέσω αναθεωρημένου κώδικα.
ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΜΗΧΑΝΩΝ CNC
Στο CNC, οι μηχανές λειτουργούν μέσω αριθμητικού ελέγχου, όπου ένα πρόγραμμα λογισμικού έχει οριστεί για τον έλεγχο ενός αντικειμένου. Η γλώσσα πίσω από την κατεργασία CNC αναφέρεται εναλλακτικά ως G-code και είναι γραμμένη για να ελέγχει τις διάφορες συμπεριφορές μιας αντίστοιχης μηχανής, όπως η ταχύτητα, ο ρυθμός πρόωσης και ο συντονισμός.
Βασικά, η κατεργασία CNC καθιστά δυνατό τον προγραμματισμό εκ των προτέρων της ταχύτητας και της θέσης των λειτουργιών των εργαλειομηχανών και την εκτέλεσή τους μέσω λογισμικού σε επαναλαμβανόμενους, προβλέψιμους κύκλους, όλα με ελάχιστη συμμετοχή των ανθρώπων. Λόγω αυτών των δυνατοτήτων, η διαδικασία έχει υιοθετηθεί σε όλους τους τομείς του μεταποιητικού τομέα και είναι ιδιαίτερα ζωτικής σημασίας στους τομείς της παραγωγής μετάλλων και πλαστικών.
Αρχικά, σχεδιάζεται ένα δισδιάστατο ή τρισδιάστατο σχέδιο CAD, το οποίο στη συνέχεια μεταφράζεται σε κώδικα υπολογιστή για να εκτελεστεί από το σύστημα CNC. Αφού εισαχθεί το πρόγραμμα, ο χειριστής το εκτελεί δοκιμαστικά για να βεβαιωθεί ότι δεν υπάρχουν λάθη στην κωδικοποίηση.
Συστήματα Μηχανουργικής Ανοιχτού/Κλειστού Βρόχου
Ο έλεγχος θέσης καθορίζεται μέσω ενός συστήματος ανοιχτού ή κλειστού βρόχου. Με το πρώτο, η σηματοδότηση εκτελείται σε μία μόνο κατεύθυνση μεταξύ του ελεγκτή και του κινητήρα. Με ένα σύστημα κλειστού βρόχου, ο ελεγκτής είναι ικανός να λαμβάνει ανατροφοδότηση, η οποία καθιστά δυνατή τη διόρθωση σφαλμάτων. Έτσι, ένα σύστημα κλειστού βρόχου μπορεί να διορθώσει ανωμαλίες στην ταχύτητα και τη θέση.
Στην κατεργασία CNC, η κίνηση συνήθως κατευθύνεται κατά μήκος των αξόνων X και Y. Το εργαλείο, με τη σειρά του, τοποθετείται και καθοδηγείται μέσω βηματικών ή σερβοκινητήρων, οι οποίοι αναπαράγουν ακριβείς κινήσεις όπως καθορίζονται από τον κώδικα G. Εάν η δύναμη και η ταχύτητα είναι ελάχιστες, η διαδικασία μπορεί να εκτελεστεί μέσω ελέγχου ανοιχτού βρόχου. Για όλα τα υπόλοιπα, ο έλεγχος κλειστού βρόχου είναι απαραίτητος για να διασφαλιστεί η ταχύτητα, η συνέπεια και η ακρίβεια που απαιτούνται για βιομηχανικές εφαρμογές, όπως η μεταλλουργία.
Η κατεργασία CNC είναι πλήρως αυτοματοποιημένη
Στα σημερινά πρωτόκολλα CNC, η παραγωγή εξαρτημάτων μέσω προγραμματισμένου λογισμικού είναι ως επί το πλείστον αυτοματοποιημένη. Οι διαστάσεις για ένα δεδομένο εξάρτημα καθορίζονται με λογισμικό σχεδιασμού με τη βοήθεια υπολογιστή (CAD) και στη συνέχεια μετατρέπονται σε ένα πραγματικό τελικό προϊόν με λογισμικό κατασκευής με τη βοήθεια υπολογιστή (CAM).
Οποιοδήποτε δεδομένο τεμάχιο εργασίας μπορεί να απαιτεί μια ποικιλία εργαλειομηχανών, όπως τρυπάνια και κόφτες. Προκειμένου να καλυφθούν αυτές οι ανάγκες, πολλά από τα σημερινά μηχανήματα συνδυάζουν διάφορες λειτουργίες σε ένα κελί. Εναλλακτικά, μια εγκατάσταση μπορεί να αποτελείται από πολλά μηχανήματα και ένα σύνολο ρομποτικών χεριών που μεταφέρουν εξαρτήματα από τη μία εφαρμογή στην άλλη, αλλά με όλα να ελέγχονται από το ίδιο πρόγραμμα. Ανεξάρτητα από τη ρύθμιση, η διαδικασία CNC επιτρέπει τη συνέπεια στην παραγωγή εξαρτημάτων που θα ήταν δύσκολο, αν όχι αδύνατο, να αναπαραχθεί χειροκίνητα.
ΟΙ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙ ΜΗΧΑΝΩΝ CNC
Οι πρώτες μηχανές αριθμητικού ελέγχου χρονολογούνται από τη δεκαετία του 1940, όταν χρησιμοποιήθηκαν για πρώτη φορά κινητήρες για τον έλεγχο της κίνησης προϋπάρχοντων εργαλείων. Καθώς οι τεχνολογίες προόδευαν, οι μηχανισμοί βελτιώθηκαν με αναλογικούς υπολογιστές και, τελικά, με ψηφιακούς υπολογιστές, γεγονός που οδήγησε στην άνοδο της κατεργασίας CNC.
Η συντριπτική πλειοψηφία των σημερινών οπλοστασιών CNC είναι πλήρως ηλεκτρονικά. Μερικές από τις πιο συνηθισμένες διαδικασίες που λειτουργούν με CNC περιλαμβάνουν τη συγκόλληση με υπερήχους, τη διάτρηση οπών και την κοπή με λέιζερ. Οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενες μηχανές σε συστήματα CNC περιλαμβάνουν τις ακόλουθες:
Φρέζες CNC
Οι φρέζες CNC είναι ικανές να λειτουργούν με προγράμματα που αποτελούνται από αριθμητικές και γραμμικές οδηγίες, οι οποίες καθοδηγούν τα κομμάτια σε διάφορες αποστάσεις. Ο προγραμματισμός που χρησιμοποιείται για μια φρέζα θα μπορούσε να βασίζεται είτε σε κώδικα G είτε σε κάποια μοναδική γλώσσα που έχει αναπτυχθεί από μια ομάδα κατασκευής. Οι βασικές φρέζες αποτελούνται από ένα σύστημα τριών αξόνων (X, Y και Z), αν και οι περισσότερες νεότερες φρέζες μπορούν να φιλοξενήσουν τρεις επιπλέον άξονες.
Τόρνοι
Στις μηχανές τόρνου, τα κομμάτια κόβονται σε κυκλική κατεύθυνση με εργαλεία που μπορούν να δειχθούν. Με την τεχνολογία CNC, οι κοπές που χρησιμοποιούνται από τους τόρνους εκτελούνται με ακρίβεια και υψηλή ταχύτητα. Οι τόρνοι CNC χρησιμοποιούνται για την παραγωγή σύνθετων σχεδίων που δεν θα ήταν δυνατά σε χειροκίνητες εκδόσεις της μηχανής. Συνολικά, οι λειτουργίες ελέγχου των φρεζών και των τόρνων που λειτουργούν με CNC είναι παρόμοιες. Όπως και με τους πρώτους, οι τόρνοι μπορούν να κατευθύνονται με κώδικα G ή με μοναδικό ιδιόκτητο κώδικα. Ωστόσο, οι περισσότεροι τόρνοι CNC αποτελούνται από δύο άξονες - X και Z.
Κόφτες πλάσματος
Σε έναν κόφτη πλάσματος, το υλικό κόβεται με πυρσό πλάσματος. Η διαδικασία εφαρμόζεται κυρίως σε μεταλλικά υλικά, αλλά μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί και σε άλλες επιφάνειες. Προκειμένου να παραχθεί η ταχύτητα και η θερμότητα που απαιτούνται για την κοπή μετάλλου, παράγεται πλάσμα μέσω ενός συνδυασμού πεπιεσμένου αέρα και ηλεκτρικών τόξων.
Μηχανές ηλεκτρικής εκκένωσης
Η κατεργασία με ηλεκτρική εκκένωση (EDM) — η οποία αναφέρεται εναλλακτικά ως κατεργασία με βύθιση σε μήτρα και κατεργασία με σπινθήρα — είναι μια διαδικασία που διαμορφώνει τα τεμάχια εργασίας σε συγκεκριμένα σχήματα με ηλεκτρικούς σπινθήρες. Με την EDM, προκύπτουν εκκενώσεις ρεύματος μεταξύ δύο ηλεκτροδίων και αυτό αφαιρεί τμήματα ενός δεδομένου τεμαχίου εργασίας.
Όταν ο χώρος μεταξύ των ηλεκτροδίων μικραίνει, το ηλεκτρικό πεδίο γίνεται πιο έντονο και επομένως ισχυρότερο από το διηλεκτρικό. Αυτό καθιστά δυνατή τη διέλευση ρεύματος μεταξύ των δύο ηλεκτροδίων. Κατά συνέπεια, τμήματα ενός τεμαχίου εργασίας αφαιρούνται από κάθε ηλεκτρόδιο. Οι υποτύποι EDM περιλαμβάνουν:
● Ηλεκτροδιάβρωση με σύρμα (EDM), όπου χρησιμοποιείται διάβρωση με σπινθήρα για την αφαίρεση τμημάτων από ένα ηλεκτρονικά αγώγιμο υλικό.
● Ηλεκτροδιαβρωτική Ηλεκτροδιάβρωση με Βυθομέτρηση, όπου ένα ηλεκτρόδιο και ένα τεμάχιο εργασίας εμποτίζονται σε διηλεκτρικό υγρό με σκοπό τον σχηματισμό τεμαχίου.
Σε μια διαδικασία γνωστή ως έκπλυση, τα υπολείμματα από κάθε τελειωμένο τεμάχιο εργασίας παρασύρονται από ένα υγρό διηλεκτρικό, το οποίο εμφανίζεται μόλις σταματήσει το ρεύμα μεταξύ των δύο ηλεκτροδίων και έχει ως στόχο να εξαλείψει τυχόν περαιτέρω ηλεκτρικά φορτία.
Κόφτες νερού με πίδακα
Στην κατεργασία CNC, οι πίδακες νερού είναι εργαλεία που κόβουν σκληρά υλικά, όπως γρανίτη και μέταλλο, με εφαρμογές νερού υψηλής πίεσης. Σε ορισμένες περιπτώσεις, το νερό αναμειγνύεται με άμμο ή κάποια άλλη ισχυρή λειαντική ουσία. Τα εργοστασιακά εξαρτήματα μηχανών συχνά διαμορφώνονται μέσω αυτής της διαδικασίας.
Οι ψεκαστήρες νερού χρησιμοποιούνται ως ψυχρότερη εναλλακτική λύση για υλικά που δεν αντέχουν τις θερμικά απαιτούμενες διεργασίες άλλων μηχανών CNC. Ως εκ τούτου, οι ψεκαστήρες νερού χρησιμοποιούνται σε μια σειρά τομέων, όπως η αεροδιαστημική και η μεταλλευτική βιομηχανία, όπου η διαδικασία είναι ισχυρή για σκοπούς σκάλισμα και κοπή, μεταξύ άλλων λειτουργιών. Οι κοπτήρες νερού χρησιμοποιούνται επίσης για εφαρμογές που απαιτούν πολύ περίπλοκες κοπές σε υλικά, καθώς η έλλειψη θερμότητας εμποδίζει οποιαδήποτε αλλαγή στις εγγενείς ιδιότητες των υλικών που μπορεί να προκύψει από την κοπή μετάλλου σε μέταλλο.
ΟΙ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙ ΜΗΧΑΝΩΝ CNC
Όπως έχουν δείξει πολλές επιδείξεις βίντεο με μηχανήματα CNC, το σύστημα χρησιμοποιείται για την κατασκευή εξαιρετικά λεπτομερών κοπών από μεταλλικά κομμάτια για βιομηχανικά προϊόντα υλικού. Εκτός από τα προαναφερθέντα μηχανήματα, περαιτέρω εργαλεία και εξαρτήματα που χρησιμοποιούνται στα συστήματα CNC περιλαμβάνουν:
● Μηχανές κεντήματος
● Ξυλοκόποι
● Διατρητήρες πυργίσκων
● Μηχανές κάμψης σύρματος
● Κόφτες αφρού
● Κόφτες λέιζερ
● Κυλινδρικοί λειαντήρες
● Τρισδιάστατοι εκτυπωτές
● Κόφτες γυαλιού
Όταν χρειάζεται να γίνουν περίπλοκες κοπές σε διάφορα επίπεδα και γωνίες σε ένα τεμάχιο εργασίας, όλες αυτές μπορούν να εκτελεστούν μέσα σε λίγα λεπτά σε μια μηχανή CNC. Εφόσον η μηχανή είναι προγραμματισμένη με τον σωστό κώδικα, οι λειτουργίες της μηχανής θα εκτελέσουν τα βήματα όπως υπαγορεύονται από το λογισμικό. Εφόσον όλα είναι κωδικοποιημένα σύμφωνα με το σχέδιο, θα πρέπει να προκύψει ένα προϊόν λεπτομέρειας και τεχνολογικής αξίας μόλις ολοκληρωθεί η διαδικασία.
Ώρα δημοσίευσης: 31 Μαρτίου 2021
