Vi siete mai chiesti come si realizzano con precisione parti metalliche complesse? La lavorazione CNC è la risposta. Questo articolo spiega come gli strumenti a controllo computerizzato modellano materiali come il metallo in componenti intricati con elevata precisione ed efficienza. Scoprirete i tipi di macchine CNC, i loro vantaggi e svantaggi e le fasi dettagliate del processo di lavorazione CNC. Alla fine capirete perché la lavorazione CNC è essenziale per la produzione moderna e come garantisce qualità e precisione nella creazione di qualsiasi cosa, dai componenti aerospaziali ai dispositivi medici.
Il controllo numerico (NC) si riferisce al metodo di controllo del movimento e delle operazioni di lavorazione delle macchine utensili utilizzando informazioni digitalizzate. Le macchine utensili a controllo numerico, spesso abbreviate in macchine utensili NC, sono macchine utensili dotate di un sistema NC. Il controllo numerico computerizzato (CNC) è un metodo in cui un computer di uso generale controlla direttamente il movimento e le operazioni di lavorazione delle macchine utensili.
Cambiando il programma di controllo corrispondente, la funzione di controllo del sistema CNC può essere modificata senza alterare il circuito hardware, rendendo così il sistema CNC altamente versatile e flessibile. Questa è la direzione di sviluppo della tecnologia NC, che ha trovato ampia applicazione nella produzione.
La lavorazione a controllo numerico si riferisce a un metodo di lavorazione dei pezzi su macchine utensili a controllo numerico. Il processo di lavorazione su macchine utensili a controllo numerico è generalmente coerente con la lavorazione tradizionale su macchine utensili, ma a causa delle caratteristiche uniche della lavorazione a controllo numerico, il processo di lavorazione a controllo numerico presenta notevoli cambiamenti rispetto ai processi di lavorazione generali.
La lavorazione CNC si riferisce alla produzione e alla lavorazione di parti e prodotti controllati da computer. Comporta l'uso di macchine utensili a controllo numerico computerizzato (CNC) per rimuovere automaticamente il materiale in eccesso da un pezzo elaborandolo e regolandolo.
Il metallo è il materiale più comunemente utilizzato nella lavorazione CNC e il risultato finale è un prodotto o un pezzo finito.
Questo processo è noto come produzione sottrattiva e le applicazioni informatiche sono utilizzate per controllare i movimenti della macchina utensile per una migliore lavorazione CNC. I tipi e i processi di lavorazione più comuni per Macchina CNC Gli utensili includono la fresatura, la tornitura, la rettifica e l'elettroerosione.
La fresatura utilizza una fresa rotante per rimuovere il materiale dalla superficie del pezzo muovendosi lungo 3, 4 o 5 assi. Questo processo viene utilizzato per lavorare rapidamente forme geometriche complesse e parti di precisione in metallo tagliando o rifilando il pezzo.
La tornitura, invece, prevede l'utilizzo di un tornio per la produzione di pezzi con caratteristiche cilindriche. Il pezzo in lavorazione ruota sull'albero e viene a contatto con la macchina di precisione. utensile di tornitura per formare bordi circolari, fori radiali e assiali, scanalature e solchi.
Rispetto alla tradizionale lavorazione a macchina manuale, la lavorazione CNC è molto più veloce, con un'elevata precisione dimensionale ed errori minimi. Il prodotto finito è conforme al codice informatico del progetto.
La produzione CNC può essere utilizzata per fabbricare prodotti e componenti finali, ma di solito è conveniente solo per la produzione a breve termine di lotti di piccole dimensioni, il che la rende un metodo di produzione ideale per la prototipazione rapida.
La fresatura a controllo numerico è un processo che utilizza frese rotanti per rimuovere i materiali. Il pezzo può rimanere fermo mentre l'utensile si muove su di esso o entrare nella macchina utensile con un angolo predeterminato.
La complessità e la velocità del processo di formatura dipendono dal numero di assi mobili di cui dispone la macchina. Più assi ha una macchina, più veloce e complesso può essere il processo.
La fresatura NC a 3 assi è ancora uno dei processi di lavorazione più diffusi e popolari.
In 3-lavorazione degli assiIl pezzo in lavorazione rimane fermo e la fresa rotante taglia lungo gli assi X, Y e Z.
Questo metodo di lavorazione è relativamente semplice e può produrre prodotti con una struttura semplice. Tuttavia, non è adatto alla lavorazione di geometrie complesse o di prodotti con componenti intricati.
Poiché il taglio può essere eseguito solo su tre assi, la velocità di elaborazione può essere inferiore a quella di 4 assi o lavorazione NC a 5 assi. Questo perché potrebbe essere necessario riposizionare manualmente il pezzo per ottenere la forma desiderata.
La fresatura NC a 4 assi aggiunge un quarto asse al movimento della macchina. utensile da taglio, consentendo la rotazione intorno all'asse X.
Questo metodo prevede l'uso di quattro assi: asse X, asse Y, asse Z e asse A (che ruota attorno all'asse X).
La maggior parte delle macchine CNC a 4 assi ha anche la capacità di ruotare il pezzo, nota come asse B. Questo permette alla macchina di funzionare sia come fresatrice che come tornio. Ciò consente alla macchina di funzionare sia come fresatrice che come tornio.
Se si richiede perforazione sul lato di un pezzo o sulla superficie di un cilindro, la lavorazione CNC a 4 assi è la scelta ideale.
Migliora significativamente il processo di lavorazione e raggiunge un'elevata precisione nella lavorazione.
La fresatura NC a 5 assi ha un asse di rotazione aggiuntivo rispetto alla fresatura NC a 4 assi.
Il quinto asse è in genere l'asse B, che ruota intorno all'asse Y.
Alcune macchine CNC a 5 assi consentono anche la rotazione del pezzo, nota come asse B o asse C.
Grazie all'elevata versatilità della lavorazione a controllo numerico a 5 assi, viene spesso utilizzata per la produzione di pezzi complessi e precisi, come ad esempio componenti medici come arti artificiali o ossa, e parti aerospaziali, titanio parti di ricambio, parti meccaniche per petrolio e gas, prodotti militari e altro ancora.
Un processo di lavorazione CNC completo comprende le seguenti fasi: analisi del processo sulla base del disegno di lavorazione del pezzo, determinazione dei piani di lavorazione, dei parametri di processo e dei dati di spostamento; scrittura della scheda del programma di lavorazione del pezzo con i codici e i formati di programma prescritti; inserimento o trasmissione del programma; funzionamento di prova, simulazione del percorso utensile, ecc. del programma di lavorazione inserito o trasmesso all'unità NC; funzionamento automatico della macchina utensile attraverso il funzionamento corretto, primo campione di taglio di prova; ispezione dei pezzi lavorati.
Il programma di lavorazione CNC è una sequenza di istruzioni che guida la macchina utensile a controllo numerico per eseguire la lavorazione ed è il software applicativo della macchina utensile a controllo numerico. I compiti principali della programmazione CNC comprendono l'analisi del disegno del pezzo, la progettazione del processo, la pianificazione del percorso di lavorazione e la determinazione delle funzioni ausiliarie della macchina utensile. È una fase importante della lavorazione CNC.
I contenuti e le fasi della programmazione CNC sono illustrati di seguito:
Analisi del disegno del pezzo -> Determinazione del percorso di lavorazione -> Calcolo del percorso utensile -> Scrittura dei programmi -> Immissione del programma -> Verifica del programma e taglio di prova
I metodi di compilazione dei programmi NC comprendono la programmazione manuale e la programmazione automatica.
1) La programmazione manuale si riferisce al metodo di programmazione in cui l'intero processo, dall'analisi dei disegni dei pezzi, alla formulazione delle procedure di processo, al calcolo delle traiettorie di movimento degli utensili, alla stesura dei fogli del programma di lavorazione dei pezzi, alla preparazione dei supporti di controllo fino alla verifica del programma, viene completato manualmente. Per i pezzi con forme geometriche meno complesse, calcoli semplici e pochi programmi di lavorazione, la scrittura manuale è facile da implementare.
La programmazione manuale è la base per la compilazione dei programmi di lavorazione ed è anche il metodo principale per il debug della lavorazione in loco delle macchine utensili a controllo numerico. Si tratta di un'abilità di base che gli operatori di macchine utensili devono padroneggiare.
Per i pezzi di forma complessa, come i pezzi con curve non circolari e contorni di curve tabulari, la programmazione manuale è noiosa, il volume del programma è enorme, la possibilità di errori è elevata, l'efficienza è bassa e la programmazione manuale non è all'altezza del compito.
2) La programmazione automatica si riferisce al metodo in cui la maggior parte o parte del lavoro di scrittura del programma per le macchine utensili a controllo numerico viene svolto da un computer. La programmazione automatica riduce l'intensità di lavoro dei programmatori, migliora l'efficienza e la qualità della programmazione e risolve i problemi di programmazione di pezzi complessi che la programmazione manuale non può gestire.
In base alle diverse modalità di inserimento ed elaborazione delle informazioni, i metodi di programmazione automatica si dividono principalmente in programmazione linguistica e programmazione grafica interattiva.
La programmazione linguistica utilizza un certo linguaggio di alto livello per definire la forma geometrica del pezzo e il percorso di avanzamento, con il computer che completa complessi calcoli geometrici o seleziona utensili, attrezzature e quantità di taglio attraverso un database tecnologico. I sistemi di programmazione NC più famosi includono gli APT (Automatically Programmed Tools).
La programmazione linguistica non fornisce una descrizione intuitiva della forma geometrica del pezzo, è un primo metodo di programmazione utilizzato dalle macchine utensili a controllo numerico ed è stato gradualmente sostituito da metodi di programmazione grafica interattiva.
La programmazione grafica interattiva si basa su un determinato software CAD/CAM, in cui la definizione della grafica di lavorazione e l'impostazione dei parametri di processo vengono completate attraverso l'interazione uomo-macchina, e quindi il software di programmazione elabora automaticamente per generare la traiettoria dell'utensile e il programma di lavorazione CNC.
La programmazione grafica interattiva è attualmente il metodo più utilizzato, con sistemi software tipici come Mastercam, UG, Pro/E e altri sistemi di programmazione CNC.
Rispetto alla tradizionale lavorazione meccanica, i vantaggi della lavorazione CNC sono:
La forma dei pezzi lavorati dalle macchine utensili CNC dipende principalmente dal programma di lavorazione. Quando il pezzo cambia, è possibile riprogrammare un nuovo programma per la lavorazione dei pezzi, il che la rende particolarmente adatta per la produzione di pezzi singoli, piccoli lotti e test di prototipi. Inoltre, il movimento controllabile della lavorazione CNC consente di completare lavorazioni superficiali complesse, difficili o impossibili per le macchine utensili ordinarie.
Le macchine utensili CNC hanno una precisione superiore a quella delle macchine utensili ordinarie. Durante il processo di lavorazione, la modalità di lavorazione automatica delle macchine utensili CNC consente di evitare gli errori causati da fattori umani, ottenendo una buona coerenza dimensionale, un'elevata precisione e una qualità di lavorazione molto stabile per lo stesso lotto di pezzi.
Il campo di regolazione della velocità del mandrino e dell'avanzamento delle macchine utensili CNC è molto più ampio di quello delle macchine utensili ordinarie. La rigidità della macchina utensile è elevata e consente di eseguire grandi quantità di taglio, con un conseguente risparmio di tempo di lavorazione. La rapida velocità di movimento delle parti mobili della macchina utensile CNC riduce i tempi di posizionamento e di non taglio.
Le macchine utensili a controllo numerico si muovono in base a coordinate, risparmiando operazioni ausiliarie come il disegno delle linee e riducendo i tempi ausiliari. Il pezzo da lavorare è spesso installato in un semplice dispositivo di posizionamento e serraggio, che abbrevia il ciclo di progettazione e produzione delle attrezzature di processo, accelerando così il processo di preparazione alla produzione.
Sulle macchine utensili CNC con magazzino utensili e cambio utensili automatico, il pezzo può completare più processi di lavorazione continua con un unico serraggio, riducendo il tempo di rotazione dei semilavorati e rendendo più evidente il miglioramento dell'efficienza produttiva.
L'intensità di lavoro è bassa. La lavorazione dei pezzi da parte delle macchine utensili CNC avviene automaticamente secondo un programma pre-programmato. I compiti principali dell'operatore sono la modifica del programma, l'inserimento del programma, il carico e lo scarico dei pezzi, la preparazione degli utensili, l'osservazione dello stato di lavorazione e l'ispezione dei pezzi, senza la necessità di pesanti operazioni manuali ripetitive.
Pertanto, l'intensità della manodopera è notevolmente ridotta e il lavoro dell'operatore della macchina utensile tende verso operazioni intellettuali. Inoltre, le macchine utensili CNC lavorano generalmente in un ambiente chiuso, pulito e sicuro.
La lavorazione a controllo programmatico rende conveniente il cambio di varietà. Inoltre, la lavorazione in più sequenze su un'unica macchina semplifica la gestione del processo produttivo, riduce il numero di addetti alla gestione e può consentire di ottenere una produzione non presidiata. L'utilizzo di macchine utensili CNC per la lavorazione può calcolare con precisione le ore di lavoro di un singolo prodotto e organizzare ragionevolmente la produzione.
Le macchine utensili CNC utilizzano le informazioni digitali e l'elaborazione di codici standard per controllare la lavorazione, creando le condizioni per l'automazione del processo produttivo e semplificando efficacemente la trasmissione di informazioni tra ispezioni, attrezzature di lavoro e semilavorati.
① Ridurre il numero di utensili necessari ed eliminare la necessità di utensili complessi per la lavorazione di pezzi dalle forme complesse.
Se è necessario modificare la forma o le dimensioni di un pezzo, è sufficiente modificare il programma di lavorazione per quel pezzo, rendendolo ideale per lo sviluppo e la modifica di nuovi prodotti.
La qualità della lavorazione è costante, con un'elevata precisione e ripetibilità, che la rende adatta ai severi requisiti di lavorazione degli aerei.
④ È in grado di gestire in modo efficiente profili complessi, difficili da lavorare con metodi convenzionali, e di lavorare anche su pezzi non visibili durante la lavorazione.
L'aspetto negativo della lavorazione a controllo numerico è che il costo dei macchinari e delle attrezzature è piuttosto elevato e il personale addetto alla manutenzione deve possedere un elevato livello di competenza.
La lavorazione CNC è attualmente il metodo di lavorazione più utilizzato.
Quando si esegue una lavorazione CNC, è importante non solo comprenderne le caratteristiche, ma anche le fasi del processo per migliorare l'efficienza della lavorazione.
Quali sono le fasi della lavorazione CNC?
Sulla base dei disegni di lavorazione forniti dal cliente, il personale addetto alla lavorazione può analizzare la forma e la precisione dimensionale, rugosità della superficiemateriale del pezzo, tipo di grezzo e stato del trattamento termico. Queste informazioni vengono utilizzate per scegliere le macchine e gli utensili, determinare il dispositivo di posizionamento e di serraggio, il metodo di lavorazione, la sequenza e i parametri di taglio.
Nel determinare il processo di lavorazione, è necessario tenere conto delle capacità di controllo della macchina utensile CNC utilizzata. In questo modo si massimizza l'efficienza della macchina utensile e si ottiene un percorso di lavorazione più efficiente, riducendo i tempi di spostamento degli utensili e le ore di lavorazione.
Per calcolare la traiettoria di movimento del centro del percorso utensile, vengono prese in considerazione le dimensioni geometriche dei pezzi lavorati e il sistema di coordinate di programmazione impostato. Questo porta alla determinazione di tutti i dati di posizione dell'utensile.
La maggior parte Sistemi CNC hanno le capacità di interpolazione lineare e di interpolazione di archi circolari. Per l'elaborazione di parti planari relativamente semplici, come quelle costituite da linee e archi di cerchio, vengono calcolati i punti iniziali e finali degli elementi geometrici, il centro degli archi di cerchio (o il raggio) e i valori delle coordinate dei punti di intersezione o tangenti.
Se il sistema NC non ha compensazione degli utensili capacità, è necessario calcolare i valori delle coordinate del percorso di movimento per il centro dell'utensile.
Per le parti con più forme complessePer le superfici e le curve non circolari, le curve o le superfici effettive devono essere approssimate con segmenti rettilinei (o segmenti d'arco) e i valori delle coordinate dei loro nodi devono essere calcolati in base alla precisione di lavorazione richiesta.
Sulla base del percorso utensile per il pezzo, vengono calcolati i dati per il movimento dell'utensile e i parametri di processo determinati e le azioni ausiliarie.
Il programmatore scrive quindi il programma di lavorazione dei pezzi in sezioni, seguendo le istruzioni funzionali e il formato delle sezioni del programma specificato dal sistema NC utilizzato.
Si deve tenere conto di:
Seguendo queste tre fasi durante la lavorazione CNC, il processo di lavorazione può essere eseguito in modo più efficiente.
Le caratteristiche delle prestazioni delle macchine utensili CNC determinano l'ambito di applicazione della lavorazione CNC. Per la lavorazione CNC, gli oggetti possono essere suddivisi in tre categorie in base alla loro idoneità.
1) Categoria più adatta:
Pezzi con elevata precisione di lavorazione, forma e struttura complesse, in particolare con curve e contorni di superficie complessi o con cavità non aperte. Questi pezzi sono difficili da lavorare e ispezionare con macchine utensili generiche ed è difficile garantire la qualità della lavorazione; pezzi che devono essere completati in un unico serraggio per più operazioni.
2) Categoria più adatta:
Pezzi costosi con grezzi difficili da ottenere che non possono essere rottamati. La lavorazione di questi pezzi su macchine utensili ordinarie può dare origine a pezzi di qualità inferiore o a scarti.
Per quanto riguarda l'affidabilità, possono essere scelti per la lavorazione su macchine utensili a controllo numerico; pezzi con bassa efficienza, alta intensità di manodopera e difficile controllo della qualità se lavorati su macchine utensili generiche; pezzi utilizzati per modifiche di modelli e test di prestazioni (che richiedono una buona coerenza dimensionale); pezzi multivariati e multi-specifici, pezzi singoli e piccoli lotti di produzione.
3) Categoria non idonea:
Pezzi che si affidano interamente al posizionamento manuale; pezzi con margini di lavorazione molto instabili se la macchina utensile CNC non dispone di un sistema di ispezione online in grado di controllare e regolare automaticamente le coordinate di posizione del pezzo; pezzi che devono utilizzare attrezzature di processo specifiche, affidarsi a sagome e pezzi campione per la lavorazione; pezzi che devono essere prodotti in grandi quantità.
Con il miglioramento delle prestazioni delle macchine utensili CNC, il perfezionamento delle funzioni, la riduzione dei costi, il continuo miglioramento delle prestazioni degli utensili di lavorazione CNC e degli utensili ausiliari e il continuo miglioramento della tecnologia di lavorazione CNC, l'uso di macchine utensili CNC ad alta automazione, alta precisione e operazioni concentrate per la produzione su larga scala sta gradualmente aumentando.
In qualità di fondatore di MachineMFG, ho dedicato oltre un decennio della mia carriera al settore della lavorazione dei metalli. La mia vasta esperienza mi ha permesso di diventare un esperto nei campi della fabbricazione di lamiere, della lavorazione, dell'ingegneria meccanica e delle macchine utensili per metalli. Penso, leggo e scrivo costantemente su questi argomenti, cercando di essere sempre all'avanguardia nel mio campo. Lasciate che le mie conoscenze e la mia esperienza siano una risorsa per la vostra azienda.
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