Hoe de juiste CNC-machine voor uw behoeften te kiezen

Het is niet zo eng als u misschien denkt

Als het grootste deel van de digitale architectuur van productie, hebben computer numerical controllers (CNC's) in de laatste jaren rap gevorderd, met ver meer verwerkingsnelheid en geavanceerde algoritmen implementerend, terwijl ze tegelijkertijd eenvoudigere, meer intuïtieve gebruikersinterfaces bieden. Hoe te kiezen tussen de verschillende typen CNC's? Moet u op één uitkomen? En hoe zou u nieuwe versies, of volledig nieuwe CNC's introduceren?

Laten we één kritisch punt direct aan het begin uit de weg ruimen: er zijn waarschijnlijk meer opties dan men denkt. Zoals Gisbert Ledvon, director of business development, machine tool, voor Heidenhain Corp., Schaumburg, Illinois, uitlegde, gaan veel mensen ervan uit dat ze alleen de controle kunnen krijgen die ze in de machinedemo zagen, of wat de verkoper presenteert. Maar dat is doorgaans niet het geval. Hij citeert het voorbeeld van DMG Mori, een grote bouwer van geavanceerde machines. "U kunt een DMG machine kopen met de Heidenhain controle," zei hij, "[of] er een met een Siemens, of met een FANUC. De mechanica, de gietwerk, de balspindels, de serviceondersteuning, enzovoort zijn allemaal hetzelfde." Of zoals Paul Webster, CNC engineering manager voor FANUC America Corp., Hoffman Estates, Illinois, het formuleren: "De machine tool builder besluit welke controle erop komt. Maar de eindgebruiker beïnvloedt die beslissing in grote mate door te specificeren wat ze willen."

Gebruiksgemak Overwegingen

Gebruiksgemak is de voornaamste overweging bij het kiezen van een CNC voor veel winkels, waarschijnlijk door de uitdaging om voldoende gespecialiseerd personeel te vinden. "Meestal," zei Webster, "willen ze wat ze al in de fabriek hebben. En teruggaand naar de jaren '70, '80 en vroege '90, had FANUC de meest betrouwbare controle en de meest consistente controle." Terwijl er enige discussie is over hoe gebruiksvriendelijk FANUC-controles zijn (meer over dat straks), zijn ze zeker alomtegenwoordig. "FANUC's gebruikersinterface is gegroeid over 40 jaar geschiedenis," observeerde Webster. "En veel fabrieken hebben nog steeds FANUC 6M, 6T, en 10T controles die 30-plus jaar oud zijn." Dit wijst ook op het feit dat er een geschikte FANUC-controle is voor praktisch alles in een fabriek dat een CNC nodig heeft, of het nu een motion controller is voor ancillaire apparatuur zoals een transportband, of een pers, een vijf-as bewerkingscentrum, of een Index draaimachine met acht onafhankelijke spindels, elk een ander proces draaiend. "Ze zijn verschillende typen controlesystemen, maar ze gedragen en voelen allemaal vergelijkbaar," legde Webster uit. "Dus de man die de machine draait, kan op de ancillaire apparatuur springen en het draaien, troubleshooten, en onderhoud doen zonder problemen."

Todd Drane, regional sales manager voor Fagor Automation –USA, Elk Grove Village, Illinois, vindt het ook nuttig om te standaardiseren op een controle over verschillende productiegebieden. En Fagor implementeert dezelfde gebruikersinterface van toepassing tot toepassing. "Met Fagor Automation, als u onze draai-CNC leert, dan kent u onze frees-CNC ook, omdat de menu's en methoden van het maken en uitvoeren van de programma's identiek zijn," zei Drane. "Natuurlijk op een draaimachine roept u andere canned cycles op dan op een freesmachine, maar de methode om ze aan te roepen is identiek. Het duidelijke voordeel is dat uw shopfloor-personeel meer uitwisselbaar en veelzijdig is." Drane voegde toe dat Fagor ook CNC's heeft ontwikkeld voor een verscheidenheid aan toepassingen die verder gaan dan traditioneel frezen en draaien, omvattend "slijpen, lasers, routers, waterstraal, en general purpose motion control toepassingen. We hebben ook de mogelijkheid om custom editors, schermen, pagina's en routines op al onze CNC-platformen snel en gemakkelijk te creëren, dus, wat de klant ook vereist, we kunnen het bereiken."

Zowel Webster als Drane wijzen op de gebruikersinterface, of HMI (human-machine interface) als een cruciale overweging. Maar strikt genomen is de HMI afzonderlijk van de CNC, en in sommige gevallen legt de machine tool builder zijn eigen aangepaste HMI eroverheen. De builder is geneigder dat te doen voor gespecialiseerde toepassingen, zoals slijpen, en soms doen ze dat om wat ze hopen een competitief voordeel te creëren over een meer "generieke" interface. (Ledvon merkte op dat Heidenhain-gebruikers een uitzondering zijn in dat "de hele interface, het toetsenbord, en de touchscreen zelf, altijd Heidenhain functionaliteit tonen. We hebben eigenlijk niemand die dat overlaagt, behalve voor enkele van hun eigen cycli.") Het verkennen van die variaties en hoe ze gecreëerd zijn valt buiten de scope van dit artikel. We concentreren ons in plaats daarvan op onderscheiden tussen wat de grote CNC-aanbieders bieden.

Breed gesproken, bood de alomtegenwoordige FANUC-controle waar we eerder naar verwezen M&G-code programmering vanaf een toetsenbord en was niet erg fancy. U kunt zeggen dat het gemakkelijk te gebruiken was omdat "iedereen" wist hoe het te gebruiken. Toen het aankwam op vijf-as bewerking, creëerde een ingenieur een bewerkingsprogramma met een CAD/CAM-pakket en gebruikte een post-processor om de M&G-code te genereren die op de machine liep. Gebruikers programmeerden niet, en doen doorgaans nog steeds niet, vijf-as werk op de controle. Ledvon zei dat de wereld zich beweegt voorbij de benadering van een lijn of straal definiëren in abstracte taal. We bewegen in plaats daarvan naar conversationele programmering met "kortere, duidelijke instructies die zeggen 'ik wil een boorcyclus draaien,' of 'ik wil een schaafcyclus draaien.' U beantwoordt gewoon een paar vragen en de controle doet de rest voor u. Dat is waar we nu zijn. Het wordt meer interactief en eenvoudiger." En – geen verrassing – de on-machine programmering zal via grotere touchscreens met smartphone-achtige functies (zoals pinch-to-shrink en touch-and-swipe) om te taggen en kopiëren, enzovoort.

Deze veranderingen worden deels gedreven door een jongere generatie freeskundigen die het veld binnentreedt, maar Ledvon zei dat oudere operators deze technieken ook omarmen, al dan iets langzamer. "In onze ervaring, na drie tot zes maanden willen ze meestal niet terug naar de andere manier," zei hij.

Heidenhain heeft lang de conversationele benadering gehanteerd, maar FANUC heeft niet geslapen. Het introduceerde een vriendelijkere touchscreen-interface genaamd iHMI in 2016 en hebben de laatste paar maanden grote verbeteringen uitgerold. Bijvoorbeeld, Jody Michaels, FANUC America's national sales manager, zei dat de eerdere interface kinematische kalibratie zo moeilijk maakte dat het een FANUC-expert vereiste. Nu is het een icoon op de HMI. "U vult gewoon de lege ruimte in en drukt cycle start," legde Michaels uit. "Natuurlijk moet u ervoor zorgen dat dingen zoals de tasten en de stijlusdiameter eerst ingesteld zijn, maar het is zo eenvoudig als dat."

FANUC heeft ook enkele van de tastroutines uitgepakt, zodat gebruikers ze kunnen toepassen zonder door de oude menu's te hoeven gaan. Het heeft ook de mogelijkheid toegevoegd om gereedschapsdata (voorschuwen, snijden, coatinginformatie en andere gereedschapsbeschrijvingen) van externe bronnen te importeren, wat een gangbare industriepraktijk is die FANUC heeft weerstaan.

Michaels zei ook dat FANUC's iHMI nu de directe import van werkelijke onderdeelgeometrie in een conversationeel programma mogelijk maakt. "We hadden nooit de mogelijkheid om dat te doen. Nu kunt u een DXF- of IGES-bestand importeren, of een soliemodel, zodat u kunt programmeren zonder het onderdeel op de controle te hoeven tekenen. Dat is een grote afwijking voor ons." Ledvon zei dat deze mogelijkheid veel in Europa gebruikt wordt en aan het oppikken is in Noord-Amerika, vooral voor eenvoudigere onderdelen en in middelgrote job shops. "Profiteren van een CAM-importer om een DXF- of IGES-bestand om te zetten in een bewerkbaar programma, direct op de controle, is veel efficiënter dan teruggaan naar de CAD/CAM-man en in de rij wachten, want hij moet vijf, zes, zeven, acht of tien machines voeden." Ledvon ziet dit ook als een manier om jongere operators te empoweren die deze benadering omarmen, en theoriseert dat dit zal bijdragen aan betere retentie in de industrie.

Toch waarschuwde Webster tegen drastische veranderingen in de gebruikersinterface, met de analogie dat het wisselen van de gas- en rempedaal in een auto rampzalig zou zijn. "We worden in twee richtingen getrokken, want de mensen met fabrieken vol FANUCs willen niet veranderen," zei hij. "Dus we moeten alles vergelijkbaar houden. Maar nieuwe operators die uit school komen, zijn gewend aan smartphones en zoiets, en ze willen een touchscreen gebruiken en het vereenvoudigen. De iHMI stelt een deel van die nieuwere stijl in staat maar trekt ons niet zover van de bestaande interface af dat mensen in paniek raken." Hij voegde toe dat de grote meerderheid van machines die de FANUC CNC draaien, de FANUC HMI gebruiken met slechts beperkte aanpassingen "voor de specificaties van de machine tool, zoals onderhoudsschermen en dingen als toolchangers of andere delen die niet gedefinieerd zijn door de CNC zelf."

Voor zijn deel heeft Fagor zowel G-code als conversationele programmeersystemen op dezelfde CNC geïntegreerd, "plus on-board CAD/CAM-systemen, interactieve editors en helpmodi gecombineerd met easy touch direct in de handleidingen op de shopfloor vanaf het toetsenbord," zei Drane. "Eenmaal een programmeur of operator deze CNC's leert en begrijpt, wat snel is en vaak in minder dan een enkele dag, stacken we dan additionele nieuwe technologie-functies bovenop ditzelfde platform. Daarom hoeven shopfloor-operators alleen nieuwe technologie-functies te leren op een platform waar ze al bekend mee zijn. De comfortfactor is duidelijk en we zien meer nieuwe technologieën worden gebruikt door operators."

Precisie en Overige Prestatie-overwegingen

Naast gebruiksgemak, omvatten andere cruciale overwegingen bewerkingsprecisie, snelheid, en betrouwbaarheid. Heidenhain en Fagor worden gezegd de enige controlefabrikanten te zijn die het volledige motion control systeem kunnen leveren. Zoals Ledvon het formuleerde, "u krijgt de drive van ons, de schalen, de encoders, de motoren, en de controle. Iets van een derde partij kopen laat altijd iets achter wanneer u in micro-nauwkeurigheden en super oppervlakteafwerkingen komt." Hij crediteerde Heidenhain's leidende positie in de eisende vormgevingindustrie aan deze factor, en voegde toe dat "99 procent van de tijd," wanneer een machine tool builder kiest voor de Heidenhain-controle, ze ze voor het hele systeem gebruiken. "Soms verkopen we de motor niet," zei Ledvon, "maar alle Siemens-motoren hebben een Heidenhain-encoder."

Webster wees erop dat alle FANUC-controles "alles tot op de nanometer doen. Meeste schalen zijn nergens in de buurt van een nanometer nauwkeurig. De resolutieverlies zit niet in de CNC. Het zit zeker aan de machinekant, niet aan de controle-kant. De schaalfabrikanten zeggen dat hun schalen veel nauwkeuriger zijn dan de mechanische machine, wat ik mee eens ben. En de machine-lieden zeggen dat hun machines nauwkeuriger zijn dan de werkstukspanning. De werkstukspanning-lieden zeggen [hun apparaten zijn] nauwkeuriger dan de tooling. Het drupt door. Maar de CNC is geen beperkende factor wat dan ook. Het is niet eens dichtbij." Hij voegde toe dat FANUC zijn eigen motoren en encoders bouwt, en de motor-encoders hebben tot 32 miljoen pulsen per omwenteling. "Als u praat over het incrementeren van een enkele rotatie van een balspindel in 32 miljoen tellingen, dat is heel veel resolutie om mee te werken." Wat is het antwoord? Praat met gebruikers die u vertrouwt en krijg een grondige demo!

Wat snelheid betreft, gebruiken de top CNC's allemaal state-of-the-art CPUs en meer geheugen om programma's sneller te verwerken. Dat maakt dingen als high-speed machining veel beter dan vroeger. Maar naast meer ruwe verwerkingskracht, betaalt het om te overwegen of de controle gebruikmaakt van andere slimme methoden om efficiëntie te boosten. Dat omvat functies zoals adaptive control, die de voedsnelheid automatisch aanpast op basis van de gereedschapsbelasting, en automatische servo-afstelling.

De laatste steunde vaak op een expert van de CNC-maker. Maar CNC's van FANUC, Fagor, en anderen zijn nu beter in "alle feedback op alle drives en motoren te controleren en ze af te stellen op de optimale instelling automatisch," legde Michaels uit. Dat kan een significante verbetering maken als u een ongewone hoeveelheid gewicht op uw machinetafel heeft gezet, of uw setup op andere wijze gewijzigd heeft.

Ledvon benadrukte Heidenhain's duw om functionaliteit toe te voegen aan zijn conversationele menu's. "Bijvoorbeeld, jig slijpen is nu een van de functies van de controle. We kunnen pocketing met trochoidale frezen doen. Dingen die u normaal op een CAM-systeem zou doen, kunnen nu direct op de controle gedaan worden." Het doel is om meer dingen op een vijf-as machine in een enkele opstelling te doen. "U hoeft niet van een vijf-as machine naar een jig slijper te gaan om een bepaald deel van een specifiek onderdeel te slijpen," zei hij. "U kunt nu beide op de vijf-as machine doen omdat multi-functionaliteit van verschillende technologieën nu met één CNC beheerd kan worden." Ledvon observeerde ook dat een goede, stabiele machine tool uitgerust met Heidenhain-schalen "bijna als een CMM is vanuit een nauwkeurigheidsperspectief, en u kunt tenminste een pre-inspectie op de machine doen voordat het onderdeel eraf komt." Dit is een van de vele manieren waarop een machine tool fungeert als een "zenuwcentrum," in Ledvon's visie, wat een schat aan nuttige informatie aan de fabriek levert.

Tiansu Jing, product manager voor Siemens Industry Inc., Elk Grove Village, Illinois, bood een andere hoek: edge computing. Edge computing houdt de meeste berekeningen en verwerking op het edge-apparaat en niet de CNC, terwijl de machines in real-time blijven opereren. "In het verleden, focusden verschillende CNC's op verschillende toepassingen en alle gerelateerde functies, inclusief hardware, werden daarbij ontwikkeld door controleleveranciers," legde hij uit. "Veel winkels kozen een specifieke controle vanwege dit verschil." Edge computing breekt deze grens en breidt de capaciteit van CNC's uit. "Met edge computing, kunnen verschillende toepassingen gebruikt worden om meer machineprestaties te bieden om snijkwaliteit en productiviteit te verhogen." Jing voegde toe dat door de CNC te verbinden met het edge-apparaat, lokale server en de cloud, "er mogelijkheden zijn voor verschillende entiteiten om hun eigen expertise aan de eindklant te bieden via apps in de cloud."

Op een verwant punt, zei Jing "remote service wordt betrouwbaarder en goedkoper. Met de complete digital twin-oplossing, die niet alleen een virtuele CNC maar ook virtuele machine-mechanica omvat, kunnen machine tool builders en CNC-leveranciers een uitgebreide oplossing hebben om te dupliceren wat machine shops gebruiken en voor het troubleshooten van klantproblemen. Deze methodologie kan de downtime veroorzaakt door het issue significant verminderen en de productiviteit van eindgebruikers verhogen. Tegelijkertijd zal dit de servicekosten voor machine builders dramatisch verminderen."

Dingen Die CNC-Experten Kwaad Maken

Het blijkt dat de grote CNC-aanbieders vaak hun klanten niet volledig de verbluffende technologie laten benutten waar ze al voor betaald hebben. Volgens Michaels, is het voortduren van het gebruik van de inverse time-methode in vijf-as bewerking een prima voorbeeld. "We krijgen eindelijk mensen om tool center point control, tolerantiecontrole, en de bewerkingsconditiesfunctie te gebruiken waar u roughing kan versnellen en finishing onafhankelijk binnen het programma kunt vertragen," zei hij. "Maar het heeft jaren geduurd en er zijn nog steeds mensen die hun moderne CAM-software vragen om een programma te genereren met G93 inverse time code," terwijl de nieuwere methode zowel een snellere snede als een betere afwerking oplevert.

Ledvon zei dat gebruikers vaak niet volledig profiteren van de geïntegreerde bewerkingscycli in de controle, die veel efficiënter kunnen zijn in het maken van een onderdeel. Hij bood het voorbeeld van een klant die vergeten was dat zijn touchscreen een rechter pijltjestoets had om een andere cyclus te bereiken. De klant wilde een boorcyclus toevoegen aan zijn programma dus gebruikte zijn CAM-software om ruwweg 200 regels code te maken om dit te doen, terwijl hij gewoon de pijltjes had kunnen duwen en een paar vragen had kunnen beantwoorden om de boorcyclus te creëren.

"Veel mensen nemen aan dat de controle alleen doet wat een andere machine een jaar geleden deed, of drie jaar geleden," observeerde hij, "en dat is niet het geval. Daarom duwen we training."

Webster zei dat de weigerom moderne CAM-programmering te omarmen waarschijnlijk de grootste bijdrager is aan verloren productiviteit. Soms is het gewoon een falen om de nieuwste post-processor te gebruiken. "Er zijn nuttige G-code-functies die mensen niet gebruiken, ofwel omdat ze niet weten dat ze bestaan, of hun CAD/CAM-systeem het niet ondersteunt," legde hij uit. "We zien nog steeds veel mensen die programma's uit hun CAD/CAM-systeem posten met rechte G-1's. [Ze maken] gewoon heel kleine lijnsegment lineaire bewegingen, zelfs al zijn er veel nieuwe programmeringstechnieken en functies. Veel CAM-systemen en de post-processors zijn niet zo up-to-date als de CNC's in het veld, maar CAD/CAM is vandaag de dag erg goedkoop en veel eenvoudiger te gebruiken." Soms is de beste investering het volledig benutten van de investering die u al gedaan heeft.

Wat Te Krijgen?

Bij het kiezen van een CNC, kijk serieus naar uw businessmodel, adviseerde Ledvon. "Om voornamelijk productiewerk te doen met grote lotgroottes, met operators die niet zo gespecialiseerd zijn, dan zeker standaardiseren op een controle. Maar ik denk niet dat dat de manier is om geld te verdienen. Om in nieuwe marktsegmenten te groeien, of een hogere marge business met kleinere lotgroottes te krijgen, hebt u flexibiliteit in uw opstelling nodig." Dit betekent multi-functie machines en de beste controles voor de toepassingen die een bedrijf besluit te achtervolgen. "Want als u blijft dezelfde controle kopen als de winkel de straat op, is de enige manier waarop u kunt concurreren op prijs. U moet een manier vinden om uzelf te differentiëren, en dat is één manier om dat te doen."