Eenheid 1: Introductie tot CNC

Wat is CNC?

CNC staat voor Computer Numerical Control (Computergestuurde Numerieke Controle). CNC is de automatisering van werktuigmachines die worden bediend door precies geprogrammeerde instructies, gecodeerd en uitgevoerd door een computer, in tegenstelling tot handmatige bediening via handwielen of hefbomen.

In moderne CNC-systemen is het end-to-end ontwerp van componenten hooggeautomatiseerd met behulp van CAD (Computer-Aided Design) en CAM (Computer-Aided Manufacturing) programma's. De reeks stappen die nodig is om elk deel te produceren, is hooggeautomatiseerd en levert een deel op dat nauwkeurig overeenkomt met het oorspronkelijke CAD-ontwerp.

In CNC-machines is de rol van de operator gemimaliseerd. De hoeft slechts het instructieprogramma in de computer in te voeren, de benodigde gereedschappen in de machine te laden, en de rest wordt automatisch door de computer uitgevoerd. De computer stuurt het werktuig om diverse bewerkingsoperaties uit te voeren volgens het door de operator ingevoerde programma.

CNC-technologie kan toegepast worden op een breed scala aan operaties zoals tekenen, montage, inspectie, plaatwerk, etc. Maar het wordt prominenter gebruikt voor diverse metaalbewerkingsprocessen zoals draaien, boren, frezen, slepen, etc. Door CNC kunnen alle bewerkingsoperaties met hoge snelheid worden uitgevoerd, wat Serienproductie aanzienlijk goedkoper maakt.

Hoe het Werkt

De CNC-machine bestaat uit de computer waarin het programma wordt ingevoerd voor het snijden van het metaal van het werkstuk volgens de specificaties. Alle snijprocessen die uitgevoerd moeten worden en alle eindafmetingen worden via het programma in de computer ingevoerd. De computer weet dus precies wat er gedaan moet worden en voert alle snijprocessen uit. Een CNC-machine werkt als een robot, die met een programma gevoed moet worden en die al uw instructies volgt.

U hoeft u geen zorgen te maken over de nauwkeurigheid van het werk; alle CNC-machines zijn ontworpen om zeer nauwe toleranties te halen. In feite is een CNC-machine tegenwoordig voor de meeste precisiewerkzaamheden verplicht. Wanneer uw werk klaar is, hoeft u het niet eens zelf te verwijderen; de machine doet dat voor u en pakt het volgende werkstuk vanzelf op. Op deze manier kan uw machine 24 uur per dag doorgaan met fabricagewerk zonder veel toezicht, mits u het initieel met het programma voedt en de benodigde grondstof aanlevert.

Sinds de vroegste dagen van productiefabricatie is gezocht naar manieren om dimensionele nauwkeurigheid en productiesnelheid te vergroten. Eenvoudig gezegd is numerieke controle een methode om een fabricatiemachine automatisch te bedienen op basis van een code van letters, cijfers en speciale tekens. Naarmate ze zich ontwikkelden, werd de toepassing van digitale computers voor de controle van fabricageapparatuur gerealiseerd. Computers werden snel gebruikt voor directe controle van werktuigen. De geïntegreerde schakeling leidde tot kleine computers die individuele machines controleerden, en de Computer Numerical Control (CNC) tijdperk was geboren. Deze CNC-ära is zo gesofistikeerd geworden dat het de bevorzugte methode is voor bijna elke fase van precisiefabricatie, met name bewerking. Precisie dimensionele eisen, de kern van bewerkingsprocessen, zijn ideale kandidaten voor computergestuurde systemen. Computergestuurde numerieke controle verschijnt nu in veel andere typen fabricageprocessen. Een duidelijk voordeel van computergestuurde werktuigen is snelle, hoge-precisie positionering van werkstuk en snijgereedschappen.

Vandaag de dag zijn handmatige werktuigmachines grotendeels vervangen door CNC-werktuigmachines. De werktuigen worden elektronisch bestuurd in plaats van met de hand. CNC-werktuigen kunnen hetzelfde deel herhaaldelijk produceren met zeer weinig variatie. Moderne CNC-machines kunnen snijgereedschappen en werkstukken positioneren met doorvoersnelheden van diverse honderden inch per minuut, tot een nauwkeurigheid van 0,0001 inch (0,0025 mm). Eenmaal de programmering voltooid en de tooling ingesteld, kunnen ze dag en nacht, week na week, draaien zonder moe te worden, met alleen routinematig onderhoud en snijgereedschaponderhoud. Dit zijn duidelijke voordelen ten opzichte van handmatige werktuigen, die veel menselijke interactie nodig hebben om iets te doen. Snijvoersnelheden en spilsnelheden kunnen geoptimaliseerd worden via programmainstructies. Moderne CNC-werktuigen hebben revolver- of riemgereedschaphouders en sommige kunnen meer dan 150 gereedschappen vasthouden. Gereedschapswisseling duurt minder dan 15 seconden.

CNC-machines zijn hoogproductief. Ze zijn ook duur in aankoop, installatie en onderhoud. De productiviteitsvoordeel kan deze kosten gemakkelijk compenseren als het gebruik goed beheerd wordt. Een van de belangrijkste voordelen van CNC is de mogelijkheid om de machine te programmeren voor verschillende taken. Gereedschapsselectie en -wisseling onder programmacontrole is extreem productief, met weinig tijdverlies bij het toepassen van een gereedschap op de klus.

Een programma dat ontwikkeld is voor een gegeven taak, kan gebruikt worden voor een korte productierun van één of enkele stukken. De machine kan vervolgens ingesteld worden voor een nieuwe klus en gebruikt worden voor lange productieruns van honderden of duizenden productie-eenheden. Het kan onderbroken worden, gebruikt voor de oorspronkelijke klus of een andere nieuwe klus, en snel teruggekeerd naar de lange productierun. Dit maakt de CNC-werktuigmachine extreem veelzijdig en productief. CAD (Computer-Aided Design) is de voorkeursmethode voor productontwerp en -ontwikkeling geworden. De koppeling tussen CAD en CNC was logisch. Een computergestuurd ontwerp kan direct naar het programma gaan dat gebruikt wordt om CNC-machinebesturingsinformatie te ontwikkelen. Een CNC-fabricatiemachine kan het deel dan maken. De computer is extreem nuttig om de CNC-programmeur te helpen bij het ontwikkelen van een programma om een specifiek deel te fabriceren. CAM (Computer-Aided Manufacturing) systemen zijn nu de industriestandaard voor programmering. Wanneer CAD, CAM en CNC samengaan, ontstaat de grootste capaciteit, wat het produceren van delen mogelijk maakt die extreem moeilijk of onmogelijk zijn om handmatig te maken.

CNC-beweging is gebaseerd op het Cartesiaanse coördinatensysteem. Een CNC-machine kan niet succesvol bediend worden zonder begrip van hoe coördinatensystemen gedefinieerd zijn in CNC-machines en hoe de systemen samenwerken.

Om numerieke controle programmering volledig te begrijpen, moet u assen en coördinaten begrijpen. Denk aan een deel dat u zou willen maken. U kunt het aan iemand anders beschrijven door zijn geometrie. Bijvoorbeeld: het deel is een rechthoek van 5 inch bij 8 inch. Alle delen kunnen op deze manier worden beschreven. Elk punt op het bewerkte deel, zoals een zak die moet worden uitgefreest of een gat dat moet worden geboord, kan worden beschreven in termen van zijn positie. Het systeem dat ons dit toestaat, heet het Cartesiaanse coördinatensysteem of rechthoekig coördinatensysteem.