Wat u moet weten over CNC-routers?

INLEIDING

Een CNC-router is een machinekit waarvan de gereedschapspaden kunnen worden bestuurd via computernumerieke besturing. Het is een computergestuurde machine voor het snijden van diverse harde materialen, zoals hout, composieten, aluminium, staal, kunststof en schuim. Het is een van de vele soorten gereedschappen met CNC-varianten. Een CNC-router lijkt qua concept sterk op een CNC-freesmachine.

CNC-routers zijn er in vele configuraties, van kleine 'desktop'-CNC-routers in huisstijl tot grote 'portaal'-CNC-routers die worden gebruikt in scheepsbouwfaciliteiten. Hoewel er veel configuraties zijn, hebben de meeste CNC-routers een paar specifieke onderdelen:een speciale CNC-controller, een of meer spindelmotoren, AC-omvormers en een tafel.

CNC-routers zijn over het algemeen verkrijgbaar in 3-assige en 5-assige CNC-formaten.

De CNC-router wordt aangestuurd door een computer. Coördinaten worden vanuit een apart programma naar de machinebesturing geüpload. Eigenaars van CNC-routers hebben vaak twee softwaretoepassingen:een programma om ontwerpen (CAD) te maken en een ander om die ontwerpen te vertalen in een programma met instructies voor de machine (CAM). Net als bij CNC-freesmachines kunnen CNC-routers direct worden bestuurd door handmatige programmering, maar CAD/CAM opent bredere mogelijkheden voor contouren, versnelt het programmeerproces en in sommige gevallen maakt u programma's waarvan handmatige programmering, zo niet echt onmogelijk, zeker zou zijn commercieel onpraktisch.

CNC-routers kunnen erg handig zijn bij het uitvoeren van identieke, repetitieve taken. Een CNC-router produceert doorgaans consistent werk van hoge kwaliteit en verbetert de fabrieksproductiviteit.

Een CNC-router kan verspilling, de frequentie van fouten en de tijd die het eindproduct nodig heeft om op de markt te komen, verminderen.

Een CNC-router geeft meer flexibiliteit aan het productieproces. Het kan worden gebruikt bij de productie van veel verschillende items, zoals deurgravures, binnen- en buitendecoraties, houten panelen, uithangborden, houten frames, lijstwerk, muziekinstrumenten, meubels, enzovoort. Bovendien maakt de CNC-router het thermovormen van kunststoffen eenvoudiger door het trimproces te automatiseren. CNC-routers zorgen voor herhaalbaarheid van onderdelen en voldoende fabrieksoutput.

NUMERIEKE BEDIENING

Numerieke besturingstechnologie zoals die nu bekend is, ontstond in het midden van de 20e eeuw. Het kan worden herleid tot het jaar 1952, de Amerikaanse luchtmacht, en de namen van John Parsons en het Massachusetts Institute of Technology in Cambridge, MA, VS. Het werd pas in het begin van de jaren zestig toegepast in de productieproductie. de echte hausse kwam in de vorm van CNC, rond het jaar 1972, en tien jaar later met de introductie van betaalbare microcomputers. De geschiedenis en ontwikkeling van deze fascinerende technologie is goed gedocumenteerd in vele publicaties.

Op het gebied van fabricage, en met name op het gebied van metaalbewerking, heeft Numerical Control-technologie een revolutie teweeggebracht. Zelfs in de dagen voordat computers standaard werden in elk bedrijf en in veel huizen, vonden de werktuigmachines die waren uitgerust met een numeriek besturingssysteem hun speciale plaats in de machinewerkplaatsen. de recente evolutie van micro-elektronica en de onophoudelijke computerontwikkeling, inclusief de impact ervan op numerieke besturing, heeft aanzienlijke veranderingen teweeggebracht in de productiesector in het algemeen en de metaalverwerkende industrie in het bijzonder.

DEFINITIE VAN NUMERIEKE CONTROLE

In verschillende publicaties en artikelen zijn in de loop der jaren veel beschrijvingen gebruikt om te definiëren wat Numerieke besturing is. Veel van deze definities delen hetzelfde idee, hetzelfde basisconcept, gebruik alleen andere bewoordingen.

Het merendeel van alle bekende definities kan worden samengevat in een relatief eenvoudige verklaring:

Numerieke besturing kan worden gedefinieerd als een bewerking van werktuigmachines door middel van specifiek gecodeerde instructies voor het machinebesturingssysteem.

De instructies zijn combinaties van de letters van het alfabet, cijfers en geselecteerde symbolen, bijvoorbeeld een decimaalteken, het procentteken of de haakjes. Alle instructies zijn geschreven in een logische volgorde en een vooraf bepaalde vorm. De verzameling van alle instructies die nodig zijn om een ​​onderdeel te bewerken, wordt een NC-programma, CNC-programma of een onderdeelprogramma genoemd. Een dergelijk programma kan worden opgeslagen voor toekomstig gebruik en herhaaldelijk worden gebruikt om op elk moment identieke bewerkingsresultaten te bereiken.

NC- en CNC-technologie

In strikte naleving van de terminologie is er een verschil in de betekenis van de afkortingen NC en CNC. De NC staat voor de orde en originele Numerical Control-technologie, waarbij de afkorting CNC staat voor de nieuwere Computerized Numerical Control-technologie, een moderne spin-off van zijn oudere verwant. In de praktijk is CNC echter de voorkeursafkorting. Bekijk de belangrijkste verschillen tussen de NC- en de CNC-systemen om het juiste gebruik van elke term te verduidelijken.

Beide systemen voeren dezelfde taken uit, namelijk het manipuleren van gegevens om een ​​onderdeel te bewerken. In beide gevallen bevat het interne ontwerp van het besturingssysteem de logische instructies die de gegevens verwerken. Op dit punt houdt de gelijkenis op.

Het NC-systeem (in tegenstelling tot het CNC-systeem) gebruikt vaste logische functies, die zijn ingebouwd en permanent bedraad in de besturingseenheid. Deze functies kunnen niet worden gewijzigd door de programmeur of de machinist. vanwege het vaste schrijven van de besturingslogica kan het NC-besturingssysteem een ​​onderdeelprogramma interpreteren, maar het staat niet toe dat er wijzigingen worden aangebracht buiten de besturing, meestal in een kantooromgeving. Ook vereist het NC-systeem het verplicht gebruik van ponsbanden voor het invoeren van de programma-informatie.

Het moderne CNC-systeem, maar niet het oude NC-systeem, gebruikt een interne microprocessor (d.w.z. een computer). Deze computer bevat geheugenregisters waarin verschillende routines zijn opgeslagen die logische functies kunnen manipuleren. Dat betekent dat de onderdeelprogrammeur of de machinebediener het programma van de besturing zelf (bij de machine) kan wijzigen, met onmiddellijk resultaat. Deze flexibiliteit is het grootste voordeel van de CNC-systemen en waarschijnlijk het belangrijkste element dat heeft bijgedragen aan een zo breed gebruik van de technologie in de moderne productie. De CNC-programma's en de logische functies worden als software-instructies op speciale computerchips opgeslagen. In plaats van gebruikt door de hardwareverbindingen, zoals draden, die de logische functies besturen. In tegenstelling tot het NC-systeem is het CNC-systeem synoniem met de term `softwired`.

Bij het beschrijven van een bepaald onderwerp dat betrekking heeft op de numerieke besturingstechnologie, is het gebruikelijk om ofwel de term NC of CNC te gebruiken. Houd er rekening mee dat NC in alledaags gepraat ook CNC kan betekenen, maar CNC kan nooit verwijzen naar de ordertechnologie, hier beschreven onder de afkorting NC. De letter 'C' staat voor computerized en is niet van toepassing op het bekabelde systeem. Alle besturingssystemen die tegenwoordig worden vervaardigd, zijn van het CNC-ontwerp. Afkortingen zoals C&C of C'n'C zijn niet correct en zijn slecht voor iedereen die ze gebruikt.

Terminologie

Absolute nul

Dit verwijst naar de positie van alle assen wanneer ze zich bevinden op het punt waar de sensoren ze fysiek kunnen detecteren. een absolute nulpositie wordt normaal gesproken bereikt nadat een home-commando is uitgevoerd.

As

Een vaste referentielijn waarover een object zich vertaalt of roteert.

Kogelschroef

Een kogelomloopspindel is een mechanisch apparaat voor het vertalen van rotatiebeweging naar lineaire beweging. het bestaat uit een recirculerende kogellagermoer die in een precisieschroef met schroefdraad loopt.

CAD

Computer-aided design (CAD) is het gebruik van een breed scala aan computergebaseerde hulpmiddelen die ingenieurs, architecten en andere ontwerpprofessionals helpen bij hun ontwerpactiviteiten.

CAM

Computer-aided manufacturing (CAM) is het gebruik van een breed scala aan computergebaseerde softwaretools die ingenieurs en CNC-machinisten helpen bij het vervaardigen of prototypen van productcomponenten.

CNC

De afkorting CNC staat voor computer numerieke besturing en verwijst specifiek naar een computer "controller" die g-code-instructies leest en de werktuigmachine aandrijft.

Controller

Een besturingssysteem is een apparaat of een reeks apparaten die het gedrag van andere apparaten of systemen beheren, besturen, sturen of reguleren.

Daglicht

Dit is de afstand tussen het laagste deel van het gereedschap en het oppervlak van de machinetafel. Maximaal daglicht verwijst naar de afstand van de tafel tot het hoogste punt dat een gereedschap kan bereiken.

Boorbanken

Ook wel bekend als multi-drills, zijn dit sets boren die gewoonlijk in stappen van 32 mm zijn verdeeld.

Invoersnelheid

Of snijsnelheid is het snelheidsverschil tussen het snijgereedschap en het oppervlak van het onderdeel waarop het werkt.

Verschuiving armatuur

Dit is een waarde die het referentie-nulpunt van een bepaalde armatuur vertegenwoordigt. het komt overeen met de afstand in alle assen tussen het absolute nulpunt en het armatuurnulpunt.

G-code

G-code is een algemene naam voor de programmeertaal die NC- en CNC-bewerkingsmachines bestuurt.

Thuis

Dit is het geprogrammeerde referentiepunt, ook bekend als 0,0,0, weergegeven als het absolute machine-nulpunt of als een opspan-offset-nulpunt.

Lineaire en circulaire interpolatie is een methode om nieuwe gegevenspunten te construeren uit een discrete reeks bekende gegevenspunten. met andere woorden, dit is de manier waarop het programma het snijpad van een volledige cirkel berekent terwijl het alleen het middelpunt en de straal kent.

Machine thuis

Dit is de standaardpositie van alle assen op de machine. Bij het uitvoeren van een homing-commando bewegen alle schijven naar hun standaardposities totdat ze een schakelaar of een sensor bereiken die aangeeft dat ze moeten stoppen.

Nesten

Het verwijst naar het proces van het efficiënt vervaardigen van onderdelen uit platen. met behulp van complexe algoritmen bepaalt nesting-software hoe de onderdelen zodanig moeten worden ingedeeld dat de beschikbare voorraad maximaal wordt benut.

Verschuiving

Het verwijst naar de afstand vanaf de hartlijnmeting die afkomstig is van de CAM-software.

Piggyback-tools

Dit is de term die wordt gebruikt om te verwijzen naar door lucht geactiveerde gereedschappen die naast de hoofdspil zijn gemonteerd.

Naverwerker

Software die enige definitieve verwerking van gegevens biedt, zoals het formatteren voor weergave, afdrukken of bewerking.

Programma nul

Dit is het referentiepunt 0,0 gespecificeerd in het programma. in de meeste gevallen is het anders dan het machinenulpunt.

Tandheugel

Een tandheugel is een paar tandwielen die roterende beweging omzetten in lineaire beweging.

Spil

Een spindel is een hoogfrequente motor die is uitgerust met een gereedschapshouder.

Spoilboard

Het is ook bekend als het offerbord, het is het materiaal dat wordt gebruikt als basis voor het materiaal dat wordt gesneden. het kan van veel verschillende materialen worden gemaakt, waarvan MDF en spaanplaat het meest voorkomen.

Gereedschap laden

Dit verwijst naar de druk die op een gereedschap wordt uitgeoefend terwijl het door materiaal snijdt.

Gereedschapssnelheid

Het wordt ook wel het spiltoerental genoemd, dit is de rotatiefrequentie van de spil van de machine, gemeten in omwentelingen per minuut (RPM).

Gereedschap

Verrassend genoeg is gereedschap vaak het minst begrepen aspect van CNC-apparatuur. aangezien dit het enige element is dat de snijkwaliteit en de snijsnelheid het meest zal beïnvloeden, zouden operators meer tijd moeten besteden aan het onderzoeken van dit onderwerp.

Snijgereedschappen zijn er meestal in drie verschillende materialen; snelstaal, hardmetaal en diamant.

Hogesnelheidsstaal (HSS)

HSS is de scherpste van de drie materialen en de goedkoopste, maar het slijt het snelst en mag alleen worden gebruikt op niet-schurende materialen. het vereist frequente veranderingen en verscherping en om die reden wordt het meestal gebruikt in gevallen waarin de operator intern een aangepast profiel moet snijden voor een speciale klus.

VHM

Hardmetalen gereedschappen zijn er in verschillende vormen:hardmetalen punten, hardmetalen wisselplaten en volhardmetalen gereedschappen. houd er rekening mee dat niet al het carbide hetzelfde is, aangezien de kristalstructuur sterk varieert tussen makers van deze gereedschappen. hierdoor reageren deze gereedschappen verschillend op hitte, trillingen, stoten en snijbelastingen. over het algemeen zullen goedkope generieke hardmetalen gereedschappen sneller slijten en schilferen dan duurdere merknamen.

Siliciumcarbidekristallen zijn ingebed in een kobaltbindmiddel om het gereedschap te vormen. Wanneer het gereedschap wordt verwarmd, verliest het kobaltbindmiddel zijn vermogen om de carbidekristallen vast te houden en wordt het dof. tegelijkertijd vult de holle ruimte die wordt achtergelaten door het ontbrekende carbide zich met verontreinigingen van het materiaal dat wordt gesneden, waardoor het afstompingsproces wordt versterkt.

Diamantgereedschap

Deze categorie gereedschappen is de afgelopen jaren in prijs gedaald. zijn opmerkelijke slijtvastheid maakt hem ideaal voor het snijden van materialen zoals hogedruklaminaat of Mdf. sommigen beweren dat het tot 100 keer langer meegaat dan carbide. gereedschappen met een diamanten punt zijn vatbaar voor splinters of barsten als ze een ingebedde spijker of een harde knoop raken. sommige fabrikanten gebruiken diamantgereedschappen voor het voorzagen van schurende materialen en schakelen dan over op hardmetaal of wisselplaatgereedschap voor de afwerking.

Geometrie van gereedschap

Schacht

De schacht is het deel van het gereedschap dat wordt vastgehouden door de gereedschapshouder. het is het deel van het gereedschap dat geen tekenen van bewerking vertoont. de schacht moet vrij worden gehouden van vervuiling, oxidatie en krassen.

Snijdiameter

Dit is de diameter of de breedte van de snede die het gereedschap zal produceren.

Snijlengte

Dit is de effectieve snijdiepte van het gereedschap of hoe diep het gereedschap in het materiaal kan snijden.

Fluiten

Dit is het deel van het gereedschap dat het gesneden materiaal naar buiten boort. het aantal groeven op een frees is belangrijk bij het bepalen van de spaanbelasting.

Gereedschapsprofiel

Er zijn veel profielen van tools in deze categorie. de belangrijkste om te overwegen zijn opwaartse en neerwaartse spiralen, compressiespiralen,

ruwer, finisher, lage helix en rechte snijgereedschappen. al deze komen in een combinatie van één tot vier fluiten.

De opwaartse spiraal zorgt ervoor dat de spanen omhoog vliegen uit de snede. dit is goed bij blind zagen of recht naar beneden boren. deze geometrie van het gereedschap bevordert echter het optillen en heeft de neiging om de bovenrand van het te snijden materiaal uit te scheuren.

Downcut-spiraalgereedschappen duwen de spanen naar beneden in de snede, wat de neiging heeft om het onderdeel beter vast te houden, maar in bepaalde situaties kan dit leiden tot verstopping en oververhitting. dit gereedschap heeft ook de neiging om de onderkant van het te snijden materiaal eruit te scheuren.

Zowel de upcut als downcut spiraalgereedschappen worden geleverd met een voorbewerking, spaanbreker of een afwerkrand.

Compressiespiralen zijn een combinatie van upcut en downcut fluiten.

Compressiegereedschappen duwen de spanen weg van de randen naar het midden van het materiaal en worden gebruikt bij het snijden van dubbelzijdig laminaat of wanneer het uitscheuren van de randen een probleem is.

Spiraalbits met lage of hoge spiraal worden gebruikt bij het snijden van zachtere materialen zoals plastic en schuim, wanneer lassen en spaanafvoer van cruciaal belang zijn.

Chipbelasting

De belangrijkste factor voor het verlengen van de standtijd is het afvoeren van de warmte die door het gereedschap wordt geabsorbeerd. de snelste manier om dit te doen is door meer materiaal te snijden in plaats van langzamer te gaan. Spanen onttrekken meer warmte aan het gereedschap dan stof. ook zal het wrijven van het gereedschap tegen het materiaal wrijving veroorzaken die zich vertaalt in warmte.

Een andere factor waarmee rekening moet worden gehouden bij het streven naar een langere levensduur van het gereedschap, is om het gereedschap, de spantang en de gereedschapshouder schoon te houden, vrij van afzettingen of corrosie, waardoor trillingen worden verminderd die worden veroorzaakt door ongebalanceerde gereedschappen.

De dikte van het materiaal dat door elke tand van het gereedschap wordt verwijderd, wordt de spaanbelasting genoemd.

De formule voor het berekenen van de chipbelasting is als volgt:

Spaanbelasting =Aanvoersnelheid / RPM / # Fluiten

Wanneer de spaanbelasting wordt verhoogd, wordt de standtijd verlengd, terwijl de cyclustijd wordt verkort. bovendien zorgt een breed scala aan spaanbelastingen voor een goede randafwerking. het is het beste om de chipbelastingstabel van de fabrikant van het gereedschap te raadplegen om het beste aantal te vinden dat u kunt gebruiken. aanbevolen chipbelastingen liggen meestal tussen 0,003" en 0,03" of 0,07 mm tot 0,7 mm.

Accessoires

Labels afdrukken

Dit is een optie die steeds populairder wordt in de industrie, vooral omdat CNC-machines steeds meer worden geïntegreerd in de hele bedrijfsformule. De controller kan worden aangesloten op de verkoop- of planningssoftware en onderdeellabels worden afgedrukt zodra het onderdeel is bewerkt. Sommige leveranciers gebruiken labels om overgebleven materiaal te identificeren, zodat u het in de toekomst gemakkelijk kunt terugvinden.

Optische lezers

Ze worden ook wel streepjescodestaven genoemd en kunnen in de controller worden geïntegreerd, zodat een programma kan worden opgeroepen door een streepjescode op het werkschema te scannen. Deze optie bespaart kostbare tijd door het laadproces van het programma te automatiseren.

Probes

Deze meetinstrumenten zijn er in verschillende vormen en vervullen veel verschillende functies. Sommige sondes meten alleen de oppervlaktehoogte om een ​​juiste uitlijning in hoogtegevoelige toepassingen te garanderen. andere sondes kunnen automatisch het oppervlak van een driedimensionaal object scannen voor latere reproductie.

Gereedschapslengtesensor

Een gereedschapslengtesensor werkt als een sonde die het daglicht of de afstand tussen het uiteinde van de frees en het oppervlak van de werkruimte meet en dit getal invoert in de gereedschapsparameters van de besturing. Deze kleine toevoeging bespaart de bediener het langdurige proces dat elke keer dat hij van gereedschap wisselt, nodig is.

Laserprojectoren

Deze apparaten werden voor het eerst gezien in de meubelindustrie in CNC-leersnijders. Een laserprojector die boven de CNC-werktafel is gemonteerd, projecteert een beeld van het te snijden onderdeel. Dit vereenvoudigt het positioneren van de blanco op de tafel aanzienlijk om defecten en andere problemen te voorkomen.

Vinylsnijder

Een vinyl mes opzetstuk zie je vaak terug in de signindustrie. dit is een frees die aan de hoofdspil kan worden bevestigd of aan de zijkant met een vrijdraaiend mes waarvan de druk met een knop kan worden aangepast. Met dit hulpstuk kan de gebruiker zijn CNC-router in een plotter veranderen om vinylmaskers te maken voor zandstralen of vinylletters en logo's voor vrachtwagens en borden.

Koelmiddeldispenser

Koelluchtpistolen of snijvloeistofverstuivers worden gebruikt met een houtfrees om aluminium of andere non-ferrometalen te snijden. Deze hulpstukken blazen een straal koude lucht of een nevel van snijvloeistof in de buurt van het snijgereedschap om ervoor te zorgen dat het tijdens het werk koel blijft.

Graver

Graveurs zijn op de hoofdspil gemonteerd en bestaan ​​uit een zwevende kop met een graveermes met een kleine diameter dat tussen 20.000 en 40.000 RPM draait. De zwevende kop zorgt ervoor dat de graveerdiepte constant blijft, ook als de materiaaldikte verandert. Deze optie wordt het vaakst aangetroffen in de sign-industrie, hoewel trofeeënmakers, gitaarbouwers en freeswerkerijen het gebruiken voor inlegwerk.

Roterende as

Een roterende as die langs de x- of de y-as is geplaatst, kan de router in een CNC-draaibank veranderen. Sommige van deze roterende assen zijn gewoon een roterende spil, terwijl andere indexeerbaar zijn, wat betekent dat ze kunnen worden gebruikt voor het snijden van ingewikkelde onderdelen.

Zwevende snijkop

Zwevende snijkoppen houden de snijplotter op een bepaalde hoogte vanaf het bovenoppervlak van het te snijden materiaal. Dit is belangrijk bij het snijden van elementen op het bovenoppervlak van een onderdeel dat mogelijk geen gelijkmatig oppervlak heeft. Een voorbeeld hiervan is het snijden van een v-groef op het blad van een eettafel.

Plasmasnijder

Plasmasnijders zijn een aanvulling op sommige machines en stellen de gebruiker in staat plaatmetalen onderdelen van verschillende diktes te snijden.

Aggregatietools

Geaggregeerde gereedschappen kunnen voor veel bewerkingen worden gebruikt die een rechte snijplotter niet kan uitvoeren.

CONVENTIONEEL EN CNC-BEWERKEN

Wat maakt de CNC-bewerking superieur aan de conventionele methoden? Is het überhaupt superieur? Waar zijn de belangrijkste voordelen? Als de CNC en de conventionele bewerkingsprocessen worden vergeleken, ontstaat er een algemene algemene benadering voor het bewerken van een onderdeel:

1. Verkrijg en bestudeer de tekening

2. Selecteer de meest geschikte bewerkingsmethode

3. Bepaal de instellingsmethode (werk vasthouden)

4. Selecteer de snijgereedschappen

5. Bepaal snelheden en feeds

6. Bewerk het onderdeel

De basisaanpak is hetzelfde voor beide soorten bewerkingen. Het grote verschil zit in de manier waarop verschillende gegevens worden ingevoerd. Een invoersnelheid van 10 inch per minuut (10 in/min) is hetzelfde in handmatig

Of CNC-toepassingen, maar de manier van toepassen niet. Hetzelfde kan gezegd worden over een koelvloeistof:deze kan worden geactiveerd door aan een knop te draaien, een schakelaar in te drukken of een speciale code te programmeren. Al deze acties zullen resulteren in een koelvloeistof die uit een mondstuk stroomt. Bij beide soorten bewerkingen is enige kennis van de gebruiker vereist. Metaalbewerking, met name het snijden van metaal, is immers vooral een vaardigheid, maar het is in hoge mate ook een kunst en een beroep van een groot aantal mensen. Dat geldt ook voor de toepassing van geautomatiseerde numerieke besturing. Zoals elke vaardigheid, kunst of beroep, is het nodig om het tot in het kleinste detail te beheersen om succesvol te zijn. Er is meer nodig dan technische kennis om CNC-machinist of CNC-programmeur te zijn. Werkervaring, intuïtie en wat soms een 'onderbuikgevoel' wordt genoemd, is een broodnodige aanvulling op elke vaardigheid.

Bij conventionele bewerking stelt de machinist de machine in en beweegt elk snijgereedschap met één of beide handen om het vereiste onderdeel te produceren. Het ontwerp van een handmatige werktuigmachine biedt veel functies die het proces van het bewerken van onderdelen helpen:hendels, handgrepen, tandwielen en wijzerplaten, om er maar een paar te noemen. Dezelfde lichaamsbewegingen worden herhaald door de operator voor elk onderdeel in de batch. Het woord 'hetzelfde' betekent in deze context echter eigenlijk 'vergelijkbaar' in plaats van 'identiek'. Mensen zijn niet in staat om elk proces altijd precies hetzelfde te herhalen - dat is het werk van machines. Mensen kunnen niet altijd op hetzelfde prestatieniveau werken, zonder rust. We hebben allemaal wel een paar goede en een paar slechte momenten. De resultaten van deze momenten, toegepast op het bewerken van een onderdeel, zijn moeilijk te voorspellen. Er zullen enkele verschillen en inconsistenties zijn binnen elke partij onderdelen. De onderdelen zullen niet altijd exact hetzelfde zijn. Het handhaven van maattoleranties en de kwaliteit van de oppervlakteafwerking zijn de meest typische problemen bij conventionele bewerkingen. Individuele machinisten kunnen hun collega's hebben. De combinatie van deze en andere factoren zorgt voor veel inconsistentie.

De bewerking onder numerieke controle heft de meeste inconsistenties op. Het vereist niet dezelfde fysieke betrokkenheid als machinale bewerking. Numeriek

Gecontroleerd machinaal bewerken heeft geen hendels of wijzerplaten of hendels nodig, althans niet in dezelfde zin als conventioneel machinaal bewerken. Als het onderdeelprogramma eenmaal is bewezen, kan het een willekeurig aantal keren worden gebruikt, waarbij altijd consistente resultaten worden verkregen. Dat betekent niet dat er geen beperkende factoren zijn. De snijgereedschappen verslijten, de materiaalblanco in de ene batch is niet identiek aan de materiaalblanco in een andere batch, de opstellingen kunnen variëren, enz. Deze factoren worden overwogen en gecompenseerd, waar nodig.

De opkomst van de numerieke besturingstechnologie betekent niet dat alle handmatige machines onmiddellijk of zelfs op lange termijn verdwijnen. Er zijn momenten waarop een traditionele bewerkingsmethode de voorkeur verdient boven een geautomatiseerde methode. Een eenvoudige eenmalige klus kan bijvoorbeeld efficiënter worden uitgevoerd op een handmatige machine dan op een CNC-machine. Bepaalde soorten bewerkingstaken zullen baat hebben bij handmatige of halfautomatische bewerking in plaats van numeriek gecontroleerde bewerking. De CNC-bewerkingsmachines zijn niet bedoeld om elke handmatige machine te vervangen, alleen om ze aan te vullen.

In veel gevallen is de beslissing of bepaalde bewerkingen op een CNC-machine worden uitgevoerd of niet, gebaseerd op het aantal benodigde onderdelen en niets anders. Hoewel het volume van onderdelen die als batch worden bewerkt altijd een belangrijk criterium is, mag het nooit de enige factor zijn.

Er moet ook rekening worden gehouden met de complexiteit van het onderdeel, de toleranties, de vereiste kwaliteit van de oppervlakteafwerking, enz. Vaak heeft een enkel complex onderdeel baat bij CNC-bewerking, terwijl vijftig relatief eenvoudige onderdelen dat niet doen.

Houd er rekening mee dat numerieke besturing nog nooit een enkel onderdeel zelf heeft bewerkt. Numerieke besturing is slechts een proces of een methode waarmee een werktuigmachine op een productieve, nauwkeurige en consistente manier kan worden gebruikt.

NUMERIEKE BEDIENINGSVOORDELEN

Wat zijn de belangrijkste voordelen van numerieke besturing?

Het is belangrijk om te weten welke bewerkingsgebieden hiervan profiteren en welke beter op de conventionele manier kunnen worden gedaan. Het is absurd om te denken dat een CNC-frees met twee pk's banen zal winnen die momenteel worden uitgevoerd op een twintig keer krachtigere handmatige frees. Even onredelijk zijn de verwachtingen van grote verbeteringen aan snijsnelheden en voedingssnelheden ten opzichte van een conventionele machine. Als de bewerkings- en gereedschapsomstandigheden hetzelfde zijn, zal de snijtijd in beide gevallen zeer dichtbij zijn.

Enkele van de belangrijkste gebieden waar de CNC-gebruiker verbetering kan en mag verwachten:

1. Tijdsreductie instellen

2. Doorlooptijdverkorting

3. Nauwkeurigheid en herhaalbaarheid

4. Contouren van complexe vormen

5. Vereenvoudigde tooling en werkhouding

6. Consistente snijtijd

7. Algemene productiviteitsverhoging

Elk gebied biedt alleen een potentiële verbetering. Individuele gebruikers zullen verschillende niveaus van daadwerkelijke verbetering ervaren, afhankelijk van het ter plaatse vervaardigde product, de gebruikte CNC-machine, de instellingsmethoden, de complexiteit van de opspanning, de kwaliteit van de snijgereedschappen, de managementfilosofie en het technisch ontwerp, het ervaringsniveau van het personeel, individuen houdingen, enz.

Insteltijdreductie

In veel gevallen kan de insteltijd voor een CNC-machine worden verkort, soms behoorlijk drastisch. Het is belangrijk om te beseffen dat de instelling handmatige bediening is, sterk afhankelijk van de prestaties van de CNC-operator, het type opspanning en algemene praktijken van de machinewerkplaats. Installatietijd is niet productief, maar noodzakelijk - het maakt deel uit van de overheadkosten van zakendoen. Om de insteltijd tot een minimum te beperken, moet een van de belangrijkste overwegingen zijn van elke supervisor, programmeur en operator van een machinewerkplaats.

Vanwege het ontwerp van CNC-machines zou de insteltijd geen groot probleem moeten zijn. Modulaire opspanning, standaard gereedschap, vaste plaatsbepalers, automatische gereedschapswisseling, pallets en andere geavanceerde functies, maken de insteltijd efficiënter dan vergelijkbare opstelling van een conventionele machine. Met een goede kennis van moderne productie kan de productiviteit aanzienlijk worden verhoogd.

Het aantal onderdelen dat onder één opstelling wordt bewerkt, is ook belangrijk om de kosten van de insteltijd te beoordelen. Als een groot aantal onderdelen in één opstelling wordt bewerkt, kunnen de instelkosten per onderdeel zeer onbeduidend zijn. Een zeer vergelijkbare reductie kan worden bereikt door meerdere verschillende bewerkingen in één opstelling te groeperen. Zelfs als de insteltijd langer is, kan dit gerechtvaardigd zijn in vergelijking met de tijd die nodig is om verschillende conventionele machines in te stellen.

Doorlooptijdvermindering

Als een onderdeelprogramma eenmaal is geschreven en bewezen, is het klaar om in de toekomst opnieuw te worden gebruikt, zelfs op korte termijn. Hoewel de doorlooptijd voor de eerste run meestal langer is, is deze vrijwel nihil voor een volgende run. Zelfs als een technische wijziging van het onderdeelontwerp vereist dat het programma moet worden aangepast, kan dit meestal snel worden gedaan, waardoor de doorlooptijd wordt verkort.

De lange doorlooptijd die nodig is om verschillende speciale opspanningen voor conventionele machines te ontwerpen en te vervaardigen, kan vaak worden verkort door een onderdeelprogramma op te stellen en vereenvoudigde opspanning te gebruiken.

Nauwkeurigheid en herhaalbaarheid

De hoge mate van nauwkeurigheid en herhaalbaarheid van moderne CNC-machines is voor veel gebruikers het enige grote voordeel geweest. Of het onderdeelprogramma nu is opgeslagen op een schijf of in het computergeheugen, of zelfs op een band (de originele methode), het blijft altijd hetzelfde. Elk programma kan naar believen worden gewijzigd, maar als het eenmaal is bewezen, zijn er meestal geen wijzigingen meer nodig. Een bepaald programma kan zo vaak worden hergebruikt als nodig is, zonder dat er ook maar één bit aan gegevens in het programma verloren gaat. Het is waar dat het programma moet volgen voor veranderlijke factoren zoals gereedschapsslijtage en bedrijfstemperaturen, het moet veilig worden opgeslagen, maar over het algemeen is er zeer weinig tussenkomst van de CNC-programmeur of -operator nodig, de hoge nauwkeurigheid van CNC-machines en hun herhaalbaarheid maakt hoge kwaliteitsonderdelen die keer op keer consistent worden geproduceerd.

Contouren van complexe vormen

CNC-draaibanken en bewerkingscentra zijn in staat om verschillende vormen te contouren. Veel CNC-gebruikers hebben hun machines alleen aangeschaft om complexe onderdelen te kunnen verwerken. Goede voorbeelden zijn CNC-toepassingen in de vliegtuig- en auto-industrie. Het gebruik van een of andere vorm van geautomatiseerde programmering is vrijwel verplicht voor het genereren van driedimensionale gereedschapspaden.

Complexe vormen, zoals mallen, kunnen worden vervaardigd zonder de extra kosten van het maken van een model om te traceren. Gespiegelde onderdelen kunnen letterlijk worden bereikt met een druk op de knop, sjablonen, houten modellen en andere gereedschappen voor het maken van patronen.

Vereenvoudigd gereedschap en werkvasthouden

Geen standaard en zelfgemaakte tooling die de banken en laden rond een conventionele machine rommelig maakt, kan worden geëlimineerd door standaard tooling te gebruiken, speciaal ontworpen voor numerieke besturingstoepassingen. Meerstapsgereedschappen zoals voorboormachines, stappenboormachines, combinatiegereedschappen, tegenboren en andere worden vervangen door verschillende individuele standaardgereedschappen. Deze gereedschappen zijn vaak goedkoper en gemakkelijker te vervangen dan speciale en niet-standaard gereedschappen. Kostenbesparende maatregelen hebben veel gereedschapsleveranciers gedwongen om een ​​laag of zelfs niet bestaand te houden. Standaard, kant-en-klaar gereedschap kan meestal sneller worden verkregen dan niet-standaard gereedschap.

Fixturing and work holding for CNC machines have only one major purpose – to hold the part rigidly and in the same position for all parts within a batch. Fixtures designed for CNC work do not normally require jigs, pilot holes and other hole locating aids.

Cutting Time and Productivity Increase

The cutting time on the CNC machine is commonly known as the cycle timeand is always consistent. Unlike a conventional machining, where the operators skill, experience and personal fatigue are subject to changes, the CNC machining is under the control of a computer. The small amount of manual work is restricted to the setup and loading and unloading the part. For large batch runs, the high cost of the unproductive time is spread among many parts, making it less significant. The main benefit of a consistent cutting time is for repetitive jobs, where the production scheduling and work allocation to individual machine tools can be done very accurately.

The main reason companies often purchase CNC machines is strictly economic – it is a serious investment. Also, having a competitive edge is always on the mind of every plant manager. The numerical control technology offers excellent means to achieve a significant improvement in the manufacturing productivity and increasing the overall quality of the manufactured parts. Like any means, it has to be used wisely and knowledgeably. When more and more companies use the CNC technology, just having a CNC machine does not offer the extra edge anymore. The companies that get forward are those who know to use the technology efficiently and practice it to be competitive in the global economy.

To reach the goal of major increase in productivity, it is essential that users understand the fundamental principles on which CNC technology is based. These principles take many forms, for example, understanding the electronic circuitry, complex ladders diagrams, computer logic, metrology, machine design, machine principles and practices and many others. Each one has to be studied and mastered by the person in charge. In this handbook, the emphasis is on the topics that relate directly to the CNC programming and understanding the most common CNC machine tools, the machining centers and the lathes (sometimes also called the turning centers). The part quality consideration should be very important to every programmer and machine tool operator and this goal is also reflected in the handbook approach as well as in numerous examples.

TYPES OF CNC MACHINE TOOLS

Different kinds of CNC machines cover an extremely large variety. Their numbers are rapidly increasing, as the technology development advances. It is impossible to identify all the applications; they would make a long list. Here is a brief list of some of the groups CNC machines can be part of:

1. Mills and machining centres

2. Lathes and turning centres

3. Drilling machines

4. Boring mills and profilers

5. EDM machines

6. Punch presses and shears

7. Flame cutting machines

8. Routers

9. Water jet and laser profilers

10. Cylindrical grinders

11. Welding machines

12. Benders, winding and spinning machines, etc.

CNC machining centres and lathes dominate the number of installations in industry. These two groups share the market just about equally. Some industries may give a higher need for one group of machines, depending on their needs. One must remember that there are many different kinds of lathes and equally many different kinds of ma-chining centres. However, the programming process for a vertical machine is similar to the one for a horizontal ma-chine or a simple CNC mill. Even between different ma-chine groups, there is a great amount of general applications and the programming process is generally the same For example, a contour milled with an end mill has a lot in common with a contour cut with a wire.

Mills and Machining Centres

Standard number of axes on a milling machine is three-the X, Y and Z axes. The part set on a milling system is al-cutting tool rotates, it can move up and down (or in and out), but it does not physically follow the tool path.

CNC mills sometimes called CNC milling machines are usually small, simple machines, without a tool changer or other automatic features. Their power rating is often quite low. In industry, they are used tool room work, maintenance purposes, or small part production. They are usually designed for contouring, unlike CNC drills.

CNC machining centres are for more popular and efficient that drills and mills, mainly for their flexibility. The main benefit user gets out of a CNC machining centre is the ability to group

several diverse operations into a single setup. For example, drilling, boring, counter boring, tapping, spot facing and contour milling can be incorporated into a single CNC program. In addition, the flexibility is enhanced by automatic tool changing using pallets to minimize idle time, indexing to a different side of the part, using a rotary movement of additional axes, and a number of other features, CNC machining centres can be equipped with special software that controls the speeds and feeds, the life of the cutting tool, automatic in-process gauging and offset adjustment and other production enhancing and time saving devices.

There are two basic designs of a typical CNC machining centre. There are the vertical and the horizontal machining centres. The major difference between the two types is the nature of work that can be done on them efficiently. For a vertical CNC machining centre, the most suitable type of work are flat parts, either mounted to the fixture on the table, or help in a vise or a chuck. The work that requires machining on two or more faces in a single setup is more desirable to be done on a CNC horizontal machining centre. A good example is pump housing and other cubic-like shapes. Some multi-face machining of small parts can also be done on a CNC vertical machining center equipped with a rotary table.

The programming process is the same for both designs, but an additional axis (usually a B axis) is added to the horizontal design. This axis is either a simple positioning axis (indexing axis) for the table, or a fully rotary axis for simultaneous contouring.

This handbook concentrates on the CNC vertical machining centres applications, with a special section dealing with the horizontal setup and machining. The programming methods are also applicable to the small CNC mills or drilling and/or tapping machines, but the programmer has to conceder their restrictions.

Lathes and Turning Centres

A CNC lathe is usually a machine tool with two axes, the vertical X axis and the horizontal Z axis. The main future of the lathe that distinguishes it from a mill is that the part is rotating about the machine center line. In addition, the cutting tool is normally stationary, mounted in a sliding turret. The cutting tool follows the contour of the programmed tool path. For the CNC lathe with a milling attachment, so called live tooling, the milling tool has its own motor and rotates while the spindle is stationary.

The modern lathe design can be horizontal or vertical. Horizontal type is far more common than the vertical type, but both designs exist for either group. For example, a typical CNC lathe of the horizontal group can be designed with a flat bed or a slant bed, as a bar type, chucker type or universal type. Added to these combinations or many accessories that make a CNC lathe is an extremely flexible machine tool. Typically, accessories such as a tailstock, steady rests or followup rests, part catchers, pullout-fingers and even a third axis milling attachment are popular components of the CNC lathe. A CNC lathe can be very versatile so versatile in fact, that it is often called a CNC turning centre. All text and program examples in this handbook use the more traditional term CNC lathe, yet still recognizing all its modern functions.

PERSONNEL FOR CNC

Computers and machine tools have no intelligence. They cannot think, they cannot evaluate a station in a rational way. Only people with certain skills and knowledge can do that. In the field of numerical control, the skills are usually in the hands of two key peopleone doing the programming, the other doing the machining. Their respective numbers and duties typically depend on the company preference, its size, as well as the product manufactured there. However, each position is a quite distinct, although many companies combine the two functions into a one, often called a CNC programmer/operator.

CNC Programmer

The CNC programmer is usually the person who has the most responsible in the CNC machine shop. This person is often responsible for the success of numerical control technology in the plant. Equally this person is held responsible for problems related to the CNC operations.

Although duties may vary, the programmer is also responsible for a variety of tasks relating to the effective usage of the CNC machines. In fact, this person is often accountable for the production and quality of all CNC operations.

Many CNC programmers are experienced machinists, who have had a practical, hands-on experience as machine tool operations they know how to read technical drawings and they can comprehend the engineering intent behind the design. This practical experience is the foundation for the ability to ‘machine’ a part in an office environment. A good CNC programmer must be able to visualize all the tool motions and recognize all restricting factories that may be involved. The programmer must be able to collect, analyze process and logically integrate all the collected data into a signal, cohesive program. In simple terms, the CNC programmer must be able to decide upon the best manufacturing methodology in all respects.

In addition to the machining skills, the CNC programmer has to have an understanding of mathematical principles, mainly application of equations, solutions of arcs and angles. Equally important is the knowledge of trigonometry. Even with computerized programming, the knowledge of manual programming methods is absolutely essential to the through understanding of the computer output and the control of this output.

The last important quality of a truly professional CNC programmer is his or her ability to listen to the other people – the engineers, the CNC operators, the managers. Good listing skills are the first prerequisites to become flexible. A good CNC programmer must be flexible in order to offer high programming quality.

CNC Machine Operator

The CNC machine tool operator is a complementary position to the CNC programmer. The programmer and the operator may exist in a single person, as is the case in many small shops. Although the majority of duties performed by conventional machine operator has been transferred to the CNC program, the CNC operator has many unique responsibilities. In typical cases, the operator is responsible for the tool and machine setup, for the changing of the parts, often even for some in-process inspection. Many companies expect quality control at the machine – and the operator of any machine tool, manual or computerized, is also responsible for the quality of the work done on that machine. One of the very important responsibilities of the CNC machine operator is to report findings about each program to the programmer. Even with the best knowledge, skills, attitudes and intentions, the "final" program can always be improved. The CNC operator being the one, who is the closest to the actual machining, knows precisely what extent such improvements can be.

Justifying the Cost of CNC

The cost of a CNC machine might make most manufacturers nervous but the benefits of owning a CNC router will most likely justify the cost in very little time.

The first cost to take into consideration is the machine cost. Some vendors offer bundled deals that include installation, software training and shipping charges. But in most cases, everything is sold separately to allow for customization of the CNC router.

Light duty

Low-end machines cost from $2,000 to $10,000. they are usually bolt-it yourself kits made of bent sheet metal and use stepper motors. They come with a training video and an instruction manual. These machines are meant for do-it-yourself use, for the signage industry and other very light duty operations. they will usually come with an adapter for a conventional plunge router. accessories such as a spindle and vacuum work holding are options. These machines can be very successfully integrated into a high production environment as a dedicated process or as part of a manufacturing cell. for instance, one of these CNC’s can be programmed to drill hardware holes on drawer fronts before assembly.

Medium duty

Mid-range CNC machines will cost between $10,000 and $100,000. these machines are built of heavier gauge steel or aluminium. They might use stepper motors and sometimes servos; and use rack and pinion drives or belt drives. they will have a separate controller and offer a good range of options such as automatic tool changers and vacuum plenum tables. these machines are meant for heavier duty use in the signage industry and for light panel processing applications.

These are a good option for start-ups with limited resources or manpower. They can perform most operations needed in cabinet making although not with the same degree of sophistication or with the same efficiency.

Industrial strength

High-end routers cost upward of $100,000. This includes a whole range of machines with 3 to 5 axes suited for a broad range of applications. these machines will be built out of heavy gauge welded steel and come fully loaded with automatic tool changer, vacuum table and other accessories depending on the application. these machines are usually installed by the manufacturer and training is often included.

Shipping

Transporting a CNC router carries a considerable cost. With routers weighing anywhere from a few hundred pounds to several tons, freight costs can range from $200 to $5,000 or more, depending on location. remember that unless the machine was built nearby, the hidden cost of moving it from europe or asia to the dealer’s showroom is likely included. additional costs may also be incurred just to get the machine inside once it is delivered as it is always a good idea to use professional riggers to deal with this kind of operation.

Installation and training

CNC vendors typically charge from $300 to $1,000 per day for installation costs. It can take anywhere from a half day to a full week to install and test the router. This cost could be included in the price of buying the machine. some vendors will provide free training on how to use the hardware and software, usually on-site, while others will charge $300 to $1,000 per day for this service.

SAFETY RELATED TO CNC WORK

One the wall of many companies is a safety poster with a simple, yet powerful message:

The first rule of safety is to follow all safety rules.

The heading of this section does not indicate whether the safety is oriented at the programming or the machining level. The season is that the safety is totally independent. It stands on its own and it governs behaviour of everybody in a machine shop and outside of it. At first sight, it may appear that safety is something related to the machining and the machine operation, perhaps to the setup as well. That is definitely true but hardly presents a complete picture.

Safety is the most important element in programming, setup, machining, tooling, fixturing, inspection, chipping, and-you-name it operation within a typical machine shop daily work. Safety can never be overemphasized. Companies talk about safety, conduct safety meeting, display posters, make speeches, call experts. This mass of information and instructions is presented to all of us for some very good reasons. Quite a few are passed on past tragic occurrences – many laws, rules and regulations have been written as a result of inquests and inquire into serious accidence.

At first sight, it may seem that in CNC work, the safety is a secondary issue. There is a lot of automation; a part program that runs over and over again, tooling that has been used in the past, a simple setup, etc. All this can lead to complacency and false assumption that safety is taken care of. This is a view that can have serious consequences.

Safety is a large subject but a few points that relate to the CNC work are important. Every machinist should know the hazards of mechanical and electrical devices. The first step towards a safe work place is with a clean work area, where no chips, oil spills and other debris are allowed to accumulate on the floor. Taking care of personal safety is equally important. Loose clothing, jewellery, ties, scarves, unprotected long hair, improper use of gloves and similar infraction, is dangerous in machining environment. Protection of eyes, ears, hands and feet is strongly recommended.

While a machine is operating, protective devices should be in place and no moving parts should be exposed. Special care should be taken around rotating spindles and automatic tool changers. Other devices that could pose a hazard are pallet changers, chip conveyors, high voltage areas, hoists, etc. disconnecting any interlocks or other safety features is dangers – and also illegal, without appropriate skills and authorization.

In programming, observation of safety rules is also important. A tool motion can be programmed in many ways. Speeds and feeds have to be realistic, not just mathematically "correct". Depth of cut, width of cut, the tool characteristics, all have a profound effect on overall safety.

All these ideas are just a very short summery and a reminder that safety should always be taken seriously.