Le macchine CNC sono diventate particolarmente importanti grazie alla loro capacità di migliorare la precisione su tutta la linea. Queste macchine non sono solo efficaci, ma sono perfette anche quando desideri creare più parti con lo stesso livello di precisione.
Affinché ogni macchina CNC funzioni, tuttavia, deve essere costruita con alcune parti che devono lavorare insieme per ottenere la parte desiderata.
In questo articolo esamineremo le diverse parti della macchina CNC e il loro ruolo nel garantire che l'intero macchinario funzioni come dovrebbe.
Che cos'è la lavorazione CNC?
La lavorazione a controllo numerico computerizzato (CNC) è un processo di produzione in cui si utilizzano principalmente due elementi: macchine utensili e controlli basati su programmi informatici. Il vantaggio principale della lavorazione CNC è la possibilità di produrre pezzi incredibilmente accurati. Grazie all'uso e al lavoro dei computer, le macchine ricevono le istruzioni corrette e si ottengono pezzi incredibilmente accurati e precisi in ogni fase.
Affinché ogni macchina CNC funzioni, generalmente è necessario fare affidamento su principi di funzionamento specifici. Alcuni di questi includono:
Progettazione assistita da computer: Nella lavorazione CNC, di solito devi iniziare creando il disegno virtuale di qualunque parte tu voglia realizzare. Questo di solito viene fatto con il software di progettazione assistita da computer, che mostrerà le dimensioni e le caratteristiche della parte che deve essere realizzata.
La procedura di programmazione: Successivamente, il progetto viene tradotto con l'uso del software di produzione assistita da computer in istruzioni comprensibili alla macchina.
Impostare la macchina: Una volta ottenuto il programma, lo trasferisci alla macchina CNC. Nella maggior parte dei casi, dovrai impostare il pezzo in lavorazione e installare gli strumenti necessari.
La macchina inizia a eseguire: Con il programma CAM in esecuzione, è ora possibile dirigere il movimento dei suoi assi, nella maggior parte dei casi, gli assi X, Y e Z, per posizionare l'utensile sul pezzo in modo più accurato. Da lì, segui il percorso che hai programmato per estrarre i materiali dal pezzo.
Guarda come vengono estratti i materiali: In base alle istruzioni che hai creato e all'operazione su cui stai lavorando, osserva come l'utensile da taglio inizia a impegnarsi con il pezzo in lavorazione per estrarre il materiale.
Controllare il processo e mantenere la qualità: Sebbene le macchine CNC funzionino con l'uso dei computer, è necessario tenere d'occhio anche le cose. In questo modo, puoi garantire un'adeguata garanzia di qualità e risolvere eventuali problemi riscontrati.
Esaminando i componenti di una macchina CNC:
Ora che abbiamo capito cos'è la lavorazione CNC e come funziona, iniziamo a esaminare le parti principali di una macchina CNC e come funzionano:
Sistema di controllo
Innanzitutto, abbiamo i sistemi di controllo. In questo caso dal nome si sa più o meno con cosa si sta lavorando: si tratta di sistemi che vi aiutano a garantire che ogni altro componente funzioni come dovrebbe e che l'intera macchina funzioni in modo ottimale.
Generalmente, i sistemi di controllo delle macchine CNC sono disponibili in diverse forme, a seconda del tipo Lavorazioni meccaniche di precisione a controllo numerico stai cercando di lavorare con:
Un sistema di controllo ad anello aperto: In questo sistema, hai un controller che invia comandi direttamente ai motori della macchina. È un sistema molto più semplice perché il controller non riceve feedback sulla posizione o sul movimento dell'utensile.
Il sistema a ciclo chiuso: Un sistema di controllo a circuito chiuso funziona come la variante a circuito aperto, tranne per il fatto che incorpora un meccanismo di feedback per garantire che gli assi della macchina siano costantemente monitorati. Grazie alle scale lineari e agli encoder, è possibile ottenere la corretta precisione nel feedback e nella lavorazione.
Sistema di controllo punto a punto: Un sistema di controllo punto-punto funziona soprattutto quando l'utensile deve muoversi in base a particolari coordinate. È piuttosto semplice, però, quindi funziona quando hai le parti di base di una macchina CNC.
Sistema di controllo del contorno: Con un sistema di contornatura, puoi interpolare i movimenti dell'utensile lungo percorsi più complessi per creare forme complesse. Funzionano con algoritmi per generare percorsi fluidi attraverso i quali gli strumenti possono lavorare, quindi migliorano anche la precisione.
Sistema di controllo degli assi paralleli: Quando la tua macchina deve muoversi su assi diversi, utilizzi un sistema di controllo degli assi paralleli per coordinarne i movimenti. Questo sistema facilita la realizzazione di movimenti sincronizzati, consentendo così la creazione di forme 3D.
Generalmente, un sistema di controllo CNC viene fornito con questi componenti che aiutano a farlo funzionare meglio:
La console di controllo principale: Nella consolle di comando hai l'interfaccia che ti permette di comunicare direttamente con la macchina. Ogni console ha un monitor o un touchscreen dove si immettono i comandi e che mostra l'interfaccia grafica di controllo.
Un controllore centrale: Con il controllore avete l'unità di elaborazione centrale che guida l'intero sistema CNC. Esegue comandi, interpreta programmi e coordina tutti i movimenti degli assi.
Aziona sugli assi: Generalmente, gli azionamenti degli assi sono servo o controller di motori passo-passo che aiutano a controllare il movimento degli assi della macchina in base ai comandi. Guidano i componenti della macchina in modo rettilineo o circolare, convertendo i segnali elettrici in movimento meccanico.
Componenti di feedback: Ogni volta che hai bisogno che la tua macchina CNC fornisca un feedback sul funzionamento, hai a disposizione questi componenti per fresatura CNC. Misurano la posizione dell'utensile o del pezzo in lavorazione e poi inviano le informazioni al controller per verificare eventuali errori.
Periferiche: Infine, abbiamo attuatori, sensori e interblocchi di sicurezza che puoi integrare nel tuo sistema per migliorarne il funzionamento e monitorare lo stato generale della macchina.
La struttura meccanica
Successivamente esamineremo la struttura stessa della macchina CNC. Considerando che esistono diversi tipi di operazioni CNC, si può immaginare che queste macchine abbiano i loro tipi di struttura specifici – e questi tipi determineranno facilmente l’efficienza della macchina nel complesso.
Le strutture delle macchine CNC sono disponibili in diversi tipi, i più importanti dei quali sono i seguenti:
Struttura Tipo Letto: Facilmente il formato di struttura più popolare, la struttura del tipo letto prevede che il piano di lavoro sia montato direttamente su un letto rigido. In questo modo si ottiene un supporto sufficiente per il pezzo in lavorazione e tutte le forze di taglio.
La struttura del portale: Qui hai un portale o un ponte sopraelevato supportato da colonne posizionate su ogni lato dell'area di lavoro. Mentre gli assi della macchina si muovono lungo il ponte, il pezzo viene tenuto sul tavolo e la macchina inizia a lavorarci sopra.
Struttura con telaio a C: Alcuni lo chiamano C-frame, altri lo chiamano C-struttura. In questo caso hai un design che include una singola colonna verticale che supporta i componenti mobili della macchina. In questo modo avrai un facile accesso all'area di lavoro indipendentemente dal lato.
Struttura della torretta: In questa struttura, è presente un cambio utensile o una torretta portautensili montata su un asse rotante. In questo modo, è possibile cambiare facilmente gli utensili e persino eseguire lavorazioni multiutensile. Nella maggior parte dei casi, questa struttura si trova nei componenti dei torni CNC.
Struttura di tipo svizzero: Queste macchine sono per lo più dotate di fantina mobile e disposizioni di boccole di guida che consentono di lavorare pezzi lunghi e sottili con la massima precisione possibile.
Struttura del centro di lavoro orizzontale (HMC): La struttura HMC è dotata di un orientamento del mandrino dritto e di un piano di lavoro che si muove solo lungo gli assi X e Y. In questo modo è possibile evacuare rapidamente i trucioli e garantire che il pezzo rimanga stabile durante il taglio.
Struttura del centro di lavoro verticale (VMC): Praticamente l'opposto dell'HMC, questa struttura ha un mandrino verticale e un piano di lavoro che aggiunge movimento anche attraverso l'asse Z. Il vantaggio di questa struttura è che l'ingombro dell'intera macchina è ridotto ed è inoltre possibile accedervi facilmente.
A proposito, dovresti anche avere familiarità con le parti generali delle strutture CNC e il loro ruolo nel rendere l'intera operazione di lavorazione il più agevole possibile:
Tutto poggia sul letto: Conosciuto anche come base, il letto offre la base su cui poggia l'intera macchina.
La colonna dritta: Essendo un componente verticale, la colonna sostiene il mandrino principale, nonché altri componenti come la torretta o il cambio utensile.
Il Tavolo di Lavoro: Qui si inserisce il pezzo in lavorazione e lo si monta o si blocca mentre il processo di lavorazione procede. La tavola dovrebbe essere in grado di muoversi su assi diversi, in modo che il pezzo sia posizionato correttamente.
Il tuo mandrino: Questo albero rotante sostiene l'utensile da taglio e lo fa girare rapidamente per eliminare il materiale in eccesso direttamente dal pezzo in lavorazione.
Gli assi del movimento: Generalmente, ci sono tre assi in cui il tuo strumento può muoversi: l'asse X è orizzontale, mentre l'asse Y è verticale. Poi c'è l'asse Z, anch'esso verticale ma che consente al mandrino di tagliare dall'alto verso il basso.
Meccanismi di azionamento: Questi strumenti aiutano a trasferire la potenza dai motori della macchina a tutti i componenti mobili. In questo modo si ottengono movimenti controllati degli assi durante la lavorazione.
Un cambio utensile: Per alcune parti di una fresatrice CNC, potrebbe essere necessario cambiare gli utensili da taglio man mano che l'operazione procede. Alcune di queste modifiche possono contenere più strumenti, semplificando così la selezione tra le opzioni disponibili.
Il sistema di raffreddamento: È impossibile che una macchina CNC funzioni se non si dispone di un refrigerante. Il suo compito è garantire che il calore in eccesso venga gestito correttamente e che il dispositivo possa rimanere funzionale il più a lungo possibile.
Sistema di mandrini e utensili
Abbiamo già evidenziato la funzionalità di un normale mandrino CNC. Questi strumenti aiutano a trattenere gli utensili da taglio e a ruotarli, consentendo loro di lavorare in diverse operazioni di lavorazione.
In generale, è possibile trovare diversi mandrini CNC, ognuno dotato di componenti CNC specifici e in grado di soddisfare esigenze diverse. Tra le opzioni più diffuse disponibili figurano:
Il mandrino a cinghia:
Ogni fuso a cinghia funziona con un motore, che alimenta il fuso, e un sistema di trasmissione a cinghia che trasferisce la potenza di filatura all'albero del fuso con cinghie diverse. Poi, c'è un albero del mandrino che gira e sostiene l'utensile da taglio, oltre a cuscinetti che mantengono stabile l'albero.
Infine, un portautensili aiuta a fissare l'utensile da taglio in posizione e consente di cambiare utensile.
Un mandrino a trasmissione diretta
Con questo tipo di mandrino avete un motore primario direttamente integrato nell'albero del mandrino. Questa struttura significa che non avrai bisogno di un sistema di trasmissione a cinghia autonomo. L'albero del mandrino stesso è collegato all'albero del motore, offrendo una coppia sufficiente e riducendo le vibrazioni.
Questo sistema necessita anche di cuscinetti e di un portautensile che mantenga perfettamente l'utensile da taglio in posizione.
Mandrino raffreddato ad aria
Con un mandrino raffreddato ad aria, si dispone di un motore primario costruito per un corretto raffreddamento ad aria. C'è anche un sistema di raffreddamento autonomo che utilizza la circolazione dell'aria forzata per eliminare il calore in eccesso e mantenere la giusta temperatura del mandrino.
E, proprio come gli altri tipi di scarabocchi, ottieni anche un albero del mandrino e un portautensili.
Mandrino raffreddato a liquido
Il mandrino raffreddato a liquido funziona in modo molto simile a quello raffreddato ad aria. Come puoi immaginare, la differenza principale sta proprio nel modo in cui raffreddano i materiali. Questo è progettato con un refrigerante liquido e, in più di un modo, offre una forma di dissipazione più efficiente su tutta la linea.
Mandrino ad alta velocità
Costruiti per funzionare a velocità incredibilmente elevate, questi mandrini sono dotati di componenti macchina CNC integrati che aiutano a ridurre il runout e le vibrazioni. Anche l'albero del mandrino è costruito per una rotazione rapida, mentre sono presenti componenti bilanciati con precisione che aiutano a ridurre le vibrazioni.
Infine, ci sono cuscinetti e un portautensili, che gestiscono i compiti convenzionali di indicazioni e posizionamento sicuro.
Lo strumento di taglio
Ora entriamo in alcune delle parti più interessanti. Quando si tratta di componenti da taglio CNC, ne esistono diversi tipi, ciascuno dei quali è progettato per un'operazione specifica, nonché per un tipo specifico di materiale con cui lavorare. In generale, i principali qui sono.
end Mills
Una fresa è uno strumento flessibile dotato di taglienti sia sulle estremità che sulle zone periferiche. Li utilizzi principalmente per fresare scanalature e contorni su diversi materiali.
Quando selezioni le frese, vuoi sceglierne una con il giusto numero di scanalature: 2, 4 o anche di più. È inoltre necessario assicurarsi di avere il rivestimento giusto che aiuti a garantire di non dover affrontare la resistenza all'usura.
Esercizi tradizionali
Come puoi immaginare, i trapani aiutano a creare fori nei pezzi. Esistono punte elicoidali, punte da centro, punte centrali e molte altre, quindi prima di fare una scelta, assicurati di avere il diametro giusto per il foro che stai cercando di creare.
Devi anche considerare il materiale che stai forando e assicurarti di scegliere una punta che abbia le giuste dimensioni per migliorare l'evacuazione dei trucioli.
Maschi per fori di filettatura
Ogni volta che hai bisogno di filettare un foro con precisione, puoi sempre contare su un rubinetto. Esistono diverse dimensioni e passi, quindi assicurati di scegliere quello giusto per le specifiche della filettatura. Allo stesso tempo, considera il materiale che stai filettando e scegli un maschio che abbia la geometria e il rivestimento giusti.
Frese
Una fresa è uno dei componenti CNC più importanti per le operazioni di fresatura, poiché ruota. Come previsto, assicuratevi di avere la fresa giusta in base alle operazioni di lavorazione e alle dimensioni del pezzo.
Anche fattori come il diametro della fresa, il numero di inserti e altro ancora possono aiutarti a prendere una decisione.
Inserti utensile
Si tratta di punte da taglio intercambiabili che aiutano con utensili da taglio indicizzabili come Utensili per tornitura CNC, frese e altro ancora. Finché disponi di una fresa con la giusta geometria e che può funzionare con il tuo materiale da taglio, nel complesso non dovresti avere problemi.
alesatori
Se hai un foro esistente e desideri espanderlo o rifinirlo, un alesatore ti aiuterà. Garantisce che il foro esistente possa essere realizzato per adattarsi a una finitura superficiale e a dimensioni specifiche e fornisce una notevole precisione in questo processo di espansione.
Le dimensioni e le geometrie degli alesatori devono essere scelte in base alla dimensione desiderata del foro, nonché alla finitura superficiale e alla tolleranza richieste. Anche fattori come il rivestimento e il design della scanalatura dovrebbero aiutarti a capire meglio quale opzione scegliere.
Sistema di gestione del refrigerante e del calore
Il calore è qualcosa con cui ogni macchina CNC deve fare i conti. Quando il calore si accumula, la tua macchina corre immediatamente un rischio maggiore di danneggiarsi e potresti finire per non trarne lo stesso valore. Questo è il motivo per cui i refrigeranti sono così importanti: consentono alla tua macchina di dissipare questo calore, garantendo così che possa funzionare il più a lungo possibile.
Con i refrigeranti, è necessario considerare alcuni dei seguenti tipi e ciò che li rende così unici:
Il sistema di raffreddamento ad inondazione
Facilmente il tipo di sistema di raffreddamento più comune, questo meccanismo prevede il pompaggio del liquido refrigerante da un serbatoio e il suo convogliamento attraverso tubi o ugelli per inondare l'area di taglio. Oltre al raffreddamento, questo sistema migliora anche aspetti come la lubrificazione e aiuta a eliminare eventuali trucioli.
Meccanismo di raffreddamento a nebbia
Questo sistema prevede la nebulizzazione del liquido refrigerante in piccole goccioline e il loro convogliamento sotto forma di nebbia verso la zona di taglio. Quando non è necessariamente necessario un refrigerante ad alta pressione, questo sistema funziona abbastanza bene.
Sistema di raffreddamento attraverso il mandrino:
Il sistema di raffreddamento TSC fornisce il liquido refrigerante direttamente attraverso il mandrino e il portautensile direttamente al tagliente dell'utensile da taglio. Aiuta a ridurre la generazione di calore e a migliorare la vita operativa complessiva dell'utensile, soprattutto se è necessario utilizzarlo durante la perforazione.
Sistema di raffreddamento esterno
Tenendo gli ugelli e i tubi del refrigerante, il sistema di raffreddamento esterno posiziona questi componenti all'esterno della macchina utensile. Pertanto, il refrigerante viene diretto all'area di taglio, consentendo di utilizzare il sistema insieme a sistemi di raffreddamento a nebbia o a flusso per migliorare le operazioni di evacuazione dei trucioli e di raffreddamento.
Sistema di raffreddamento ad aria compressa
Quando si dispone di un sistema di raffreddamento con getto d'aria, si utilizza aria compressa per allontanare le navi dalla zona di taglio e raffreddare semplicemente l'utensile da taglio e il pezzo in lavorazione. Potrebbe non essere efficace quanto un refrigerante liquido, ma può anche aiutare con attività aggiuntive come l'evacuazione dei trucioli.
Indipendentemente dal sistema scelto, dovrai lavorare con alcune delle seguenti parti CNC di lavorazione:
Il serbatoio del liquido di raffreddamento: È importante disporre di un serbatoio o serbatoio disponibile per contenere il fluido o il gas utilizzato come refrigerante.
Una pompa del liquido di raffreddamento: È inoltre necessaria una pompa per far circolare il liquido refrigerante dal serbatoio all'area di taglio della macchina utensile. Generalmente, la pompa mantiene la portata del liquido refrigerante, nonché la pressione richiesta.
Linee del refrigerante: Questi sono i tubi flessibili, i tubi e i tubi che aiutano a spostare il liquido di raffreddamento dal serbatoio alla macchina. Puoi anche aggiungere schermi o filtri che aiutano a eliminare eventuali detriti dal liquido di raffreddamento e a fornire solo sostanze pure.
Ugelli o Collettori: Si tratta fondamentalmente dei dispositivi che dirigono il liquido refrigerante sul pezzo e sull'utensile da taglio. In questo caso, vuoi assicurarti di avere un posizionamento strategico per assicurarti di poter prendere di mira aree specifiche della zona di taglio.
Un sistema di filtrazione tradizionale: Non è raro trovare sistemi di raffreddamento dotati di filtri per eliminare eventuali contaminanti. In questo modo il liquido refrigerante ha una durata di conservazione prolungata.
Dispositivi di bloccaggio del pezzo
I dispositivi di bloccaggio fanno esattamente quello che ti aspetti: trattengono i tuoi strumenti, assicurando che non vadano fuori controllo o perdano la posizione. Ogni dispositivo di presa del pezzo è progettato specificamente per soddisfare una serie specifica di requisiti di lavorazione e usi applicativi, ma i più importanti includono:
morse
Una morsa è un dispositivo di supporto flessibile che mantiene il pezzo in posizione. Li puoi trovare in diverse configurazioni, dalle morse standard alle morse specializzate nelle procedure di fresatura e persino alle morse autocentranti.
Mandrini
Nella maggior parte dei casi, si utilizzano mandrini per sostenere pezzi cilindrici: tubi, barre tonde, ecc. Mantengono il centro del pezzo e sono particolarmente perfetti per la sfacciatura, la tornitura e la lavorazione cilindrica.
Piastre di fissaggio
Queste piastre sono disponibili in forme piatte e rettangolari, nonché modelli per fessure e fori. Funzionano bloccando il pezzo, consentendo così di avere una configurazione flessibile e ripetibile.
Il vantaggio delle piastre di fissaggio è che facilitano il lavoro con più parti e consentono persino di ottenere una ripetibilità ottimale.
Mandrini magnetici
Funzionano come i mandrini tradizionali, ma incorporano anche magneti per tenere saldamente i pezzi metallici. Con la loro forte forza di presa, i mandrini magnetici facilitano il carico e lo scarico del pezzo. Allo stesso tempo, lavorano per più componenti di lavorazione CNC.
Mandrini da pinza
Questi mandrini utilizzano pinze per tenere saldamente il pezzo in lavorazione. Una pinza è un manicotto cilindrico che si comprime attorno al pezzo in lavorazione quando lo si stringe, offrendo così forza di serraggio sufficiente e concentricità.
Generalmente, i mandrini a pinza funzionano meglio quando si ha un pezzo con un diametro piccolo.
Indicizzatori e Tavole Rotanti:
Quando è necessario ruotare un pezzo in diverse angolazioni mantenendone comunque la posizione, risulta utile un indicizzatore o una tavola rotante. Consentono la lavorazione su più lati, riducendo al tempo stesso la necessità di regolare autonomamente la posizione del pezzo.
Dato che esistono così tanti dispositivi di supporto da lavoro, puoi immaginare che fare una scelta possa essere difficile. Ma ecco alcuni fattori che potresti voler considerare:
- Il lato e la forma del pezzo determineranno quale dispositivo funzionerà meglio per esso.
- Seleziona sempre un dispositivo di presa del pezzo adatto alla specifica operazione di lavorazione con cui stai lavorando.
- Considera il livello desiderato di ripetibilità e precisione, poiché questo è molto importante
- Devi anche conoscere il volume di produzione desiderato, nonché il numero di modifiche all'impostazione con cui stai lavorando. Scegli un dispositivo flessibile e che offra ripetibilità ed efficienza
Caratteristiche di sicurezza
Quando gestirai un numero sufficiente di componenti CNC, ti renderai conto della necessità di sicurezza. Come ogni altro processo automatizzato, trovare il giusto equilibrio tra efficienza e sicurezza è una delle cose più importanti ed è necessario assicurarsi che chiunque gestisca il processo sia protetto a tutti i livelli.
Tenendo presente ciò, ecco alcuni importanti componenti lavorati a CNC che contribuiscono a promuovere la sicurezza della persona che li utilizza:
Un pulsante di arresto di emergenza: Se noti un malfunzionamento in uno qualsiasi dei tuoi pezzi per la lavorazione CNC, dovrai incorporare un pulsante di arresto. In questo modo è possibile interrompere tutte le operazioni e affrontare qualsiasi pericolo imprevisto.
Interblocchi di sicurezza: Un interblocco è un meccanismo che impedisce alla macchina di funzionare finché non vengono soddisfatte determinate condizioni. Garantisce che tutte le protezioni, le serrature, le coperture e altro siano chiusi correttamente, in modo da ottimizzare la sicurezza.
Protezioni e recinzioni: Si tratta di barriere fisiche che proteggono gli operatori dai diversi componenti della macchina CNC: parti mobili, utensili rotanti, utensili da taglio, ecc. Offrono un ulteriore livello di protezione da trucioli, detriti e altro che potrebbero rappresentare gravi minacce.
Sensori e interruttori della luce: Questi dispositivi aiutano a rilevare eventuali operazioni fuori dall'ordinario, dalla rottura dell'utensile alle vibrazioni eccessive e altro ancora. Una volta fatto, attivano una sequenza di spegnimento automatico che interrompe immediatamente il funzionamento della macchina.
Etichette e segnali di sicurezza: Consigliamo sempre di disporre di contrassegni, etichette e segnali di sicurezza che forniscano indicazioni visive agli operatori su cosa fare e a cui prestare attenzione per garantire un funzionamento sicuro.
Tutte queste funzionalità, oltre a importanti protocolli di sicurezza, ti garantiranno che non avrai mai nulla di cui preoccuparti. In genere consigliamo di includerli tutti come parte della configurazione, ma anche se non è possibile, almeno incorporarne quanti più possibile.
Conclusione
Quando si tratta di componenti di una macchina CNC, ci sono tantissime opzioni con cui lavorare. Alla fine della giornata, sapere di cosa hai bisogno e lavorare con quello ti aiuterà molto a ottimizzare l'efficienza il più possibile.
Se hai bisogno di maggiori informazioni o desideri saperne di più, non esitare a contattarci presso HM.