Complete gids CNC-machines: kenmerken, voordelen en toepassingen

CNC staat voor Computer Numerical Control. Het is een moderne functie die breed beschikbaar is voor machinegereedschappen zoals draaibanken, frees- en boormachines om hun werking en efficiëntie te verbeteren met behulp van een computer. Tot op heden worden sommige van deze machines nog handmatig bediend, wat operatoren geen rust of aandacht voor andere taken geeft. CNC-machines bieden hoge gemiddelde precisie, nauwkeurigheid en tijdsefficiëntie.

Vandaag bekijken we de definitie, onderdelen, elementen, werkingsprincipe, typen, specificaties, toepassingen, voor- en nadelen van CNC-machines.

Wat is een CNC-machine?

Een CNC-machine is een machinegereedschap dat automatisch door een computer wordt aangestuurd. Het verwerkt materialen zoals metaal, kunststof, hout, keramiek of composieten naar de specificaties van een gecodeerd geprogrammeerde instructie – zonder handmatige operator.

Het werkprogramma wordt door een persoon geschreven of gegenereerd door CAD-software (Computer-Aided Design). Bij 3D-printers wordt het te printen deel eerst in lagen gesneden voordat het programma gegenereerd wordt. De tweede stap is CAM (Computer-Aided Manufacturing), wat lijkt op CAD maar gericht is op productie.

Voor onderdelen die veel verschillende gereedschappen vereisen (boor, frees, zaag), combineren moderne machines meerdere gereedschappen in één cel. Alternatief gebruiken verschillende machines een externe controller waarbij het onderdeel door menselijke of robotische operatoren van machine naar machine wordt verplaatst. In beide gevallen worden de stappen toegepast op delen die zeer nauwkeurig moeten overeenkomen met het oorspronkelijke CAD-ontwerp.

Hoe CNC-machines werken

De werking is interessant omdat het computergebaseerd is. De machine werkt op basis van CAD- en CAM-programma's en computeraansturing. CAD is de tekensoftware voor het te produceren item – een digitale kopie. De computer produceert automatisch wat de CAD toont. Het verbetert productiviteit, communicatie, ontwerpkwaliteit en creëert back-ups.

CAM bevat twee codetypen: G-codes en M-codes, waarop alle programma's geschreven worden en aan de machine worden voorgelegd voor operaties zoals draaien en kanalen op een draaibank.

De eerste stap is het schrijven en invoeren van het deelprogramma (G-code en M-code) in de Machine Control Unit (MCU). De MCU verwerkt alle data en stuurt dit naar het aandrogsysteem, dat beweging en snelheid van het machinegereedschap regelt.

Een terugkoppelingssysteem meet positie en snelheid van het machinegereedschap en stuurt een signaal terug naar de MCU. De MCU vergelijkt dit met het referentiesignaal, corrigeert fouten en stuurt een gecorrigeerd signaal naar het machinegereedschap. CNC-machines hebben ook een displayunit voor commando's, programma's en data.

Video: werkend CNC-draaibank

Bekijk de video over de werking van een CNC-draaibank

Codes in CNC-programmering

M-codes (diverse machinecommando's, geen asbeweging)

• M02 – Einde van programma
• M03 – Spindel starten – Kloksgewijs
• M04 – Spindel starten – Tegenkloksgewijs
• M05 – Spindel stoppen
• M06 – Gereedschapwissel

G-codes (specifieke machinebewegingen)

• G00 – Snelpositionering
• G01 – Lineaire interpolatie
• G02 – Circulaire interpolatie – Kloksgewijs
• G03 – Circulaire interpolatie – Tegenkloksgewijs

Onderdelen van een CNC-machine

• Bed
• Hoofdstok
• Reitstock
• Reitstockspindel
• Voetschakelaar of pedaal
• Span
• Bedieningspaneel
• Gereedschaptoureer

Elementen van het CNC-machinesysteem

• Programma
• Bandlezer
• Minicomputer
• Servosysteem
• CNC-machinegereedschap

Typen CNC-machines

• CNC-lasersnijmachine
• 5-as machine
• CNC-draaibank
• CNC-freesmachine
• 3D-printer
• CNC-router
• CNC-plasmassnijmachine
• Pick-and-place machine

Specificaties

Specificaties van een CNC-machine vallen in de volgende categorieën:

Machinespecificaties

• Middenhoogte
• Afstand tussen middens
• Zwaaidiameter boven bed
• Zwaaidiameter boven kruisschuif
• Dwarsverplaatsing kruisschuif

Hoofdstokspecificaties

• Gat in hoofdas
• Hoofdas einde taper

Reitstockspecificaties

• Spindeldiameter
• Spindel einde taper
• Hulsverplaatsing (sleeve travel)

Voedsnelheid

• Snelverplaatsing (rapid transverse)
• Programmeerbare voedsnelheid

Hoofdaspecificaties

• Snelheidsbereik
• Uitgangsvermogen

Toepassingen van CNC-machines

1. Hoofddoel: werken met grote nauwkeurigheid en automatische controle van machinegereedschap
2. Grootschalige fabricage-industrieën
3. Automatische metaalverwijdering van het werkstuk

Voordelen en nadelen van CNC-machines

Voordelen

• Fouten in snijvoorwaarden of afmetingen zijn eenvoudig te wijzigen; betere precisie en nauwkeurigheid
• Minder werknemers nodig – besparing op arbeidskosten
• Geen hoogopgeleide operator vereist
• Complexe ontwerpen met hoge nauwkeurigheid in minimale tijd
• Online bewerkingsprogramma – wijzigingen via computergegevens zonder band opnieuw te verwerken
• Eenvoudige eenhedenomzetting (SI naar Brits of omgekeerd)
• Zelfdiagnose van fouten – speciale software voor troubleshooting, onderhoud en automatische reparatie
• Vergroot veiligheid
• Laag onderhoud
• Verkorte setup- en wisseltijden
• Hogere productie en capaciteit
• Kan 24 uur per dag draaien
• Betrouwbaar

Nadelen

1. Hoge installatiekosten
2. Onderdelen zijn duur
3. Vereist hooggeschoolde professionals bij storingen
4. Computerkennis vereist
5. Programmeer kennis vereist