Come funzionano e funzionano le macchine a controllo numerico

L'attuale livello di sviluppo del progresso tecnologico, combinato con l'elevato consumo e la corrispondente domanda, stabilisce nuovi e nuovi standard per varie industrie in termini di quantità e qualità dei loro prodotti. I volumi richiesti oggi non possono più essere forniti senza ricorrere alla completa automazione.

Di conseguenza, una delle principali innovazioni dell'ultimo decennio è stata l'adozione diffusa di macchine per il taglio dei metalli con CNC — macchine per il taglio dei metalli a controllo numerico.

Il compito di aumentare l'efficienza della costruzione di macchine può essere risolto sulla base della completa meccanizzazione e automazione dei processi produttivi, migliorando la struttura del parco delle attrezzature per la lavorazione dei metalli, introducendo macchine programmate, robot industriali, linee automatiche e complessi, ad es. capacità di cambiare rapidamente attrezzatura quando si passa a diversi tipi di prodotti.

Robot industriale (manipolatore automatico a controllo programmato) è una macchina automatica (fissa o mobile) costituita da un dispositivo esecutivo sotto forma di manipolatore a più gradi di mobilità e da un dispositivo riprogrammabile per il controllo del programma per svolgere funzioni motorie e di controllo nel processo produttivo.

Maggiori informazioni sui robot:

Classificazione dei robot industriali

Tipi di robot industriali nella produzione moderna

L'automazione della gestione di qualsiasi oggetto consiste nel subordinare il movimento di questo oggetto a determinati requisiti, garantendogli la migliore prestazione del suo scopo. Questa organizzazione del movimento dell'oggetto viene effettuata mediante dispositivi di controllo automatico - macchine di controllo che includono sistemi di controllo del programma.

Il controllo programmato consiste nel fatto che le modalità di movimento necessarie di ciascun oggetto controllato sono calcolate in anticipo e registrate nei corrispondenti dispositivi di memorizzazione delle informazioni - organi di memoria. Il processo di controllo si riduce a riprodurre i movimenti dell'oggetto registrati da questo programma.

Controllo del programma — controllo da parte di sistemi che forniscono una rapida transizione a qualsiasi programma di lavoro inserendolo o scrivendolo con un codice condizionale sul supporto del programma, con il quale viene inserito nel dispositivo di controllo.

Controllo numerico della macchina — controllo della lavorazione della parte della macchina secondo il programma di controllo (NC), in cui i dati sono specificati in forma digitale.

I sistemi di controllo digitale (CNC) sono costruiti sulla base di hardware e software, incentrati sull'uso di microprocessori e moderni microcomputer con apparecchiature periferiche, sull'uso di azionamenti elettrici automatizzati ad alta velocità che forniscono la riproduzione di traiettorie di movimento del software, così come la progettazione, la preparazione e il debugging del sistema informatico e del software applicativo.

Vista esterna del modello WinPCNC dell'Unità CNC

Quindi, il CNC (controllo numerico) è in realtà un sistema computerizzato per controllare i meccanismi di una macchina utensile, utilizzando determinati comandi della macchina per eseguire determinati compiti. Questa tecnologia ha permesso a molte aziende di aumentare notevolmente la propria capacità produttiva e allo stesso tempo di ridurre il costo dei propri prodotti.

La programmazione dell'ordine e della modalità di funzionamento della macchina CNC viene eseguita utilizzando serie di funzioni e algoritmi speciali comprensibili al sistema di controllo digitale. La quantità e la qualità dei comandi impartiti al sistema di controllo, nonché le caratteristiche di programmazione di ciascuna macchina, dipendono sia dalla professionalità dell'operatore sia dalle capacità di una particolare macchina, che inizialmente possono essere limitate dal suo design.

Molte fresatrici, ad esempio, consentono di programmare il movimento dell'utensile di lavoro, ma allo stesso tempo non consentono affatto il movimento del piano di lavoro. Altre macchine consentono azioni più programmabili, quindi l'operatore ha più spazio di controllo. A volte tutto ciò che è richiesto all'operatore è cambiare i pezzi in tempo e monitorare l'usura dell'utensile di lavoro, e il programma si occuperà del resto.

Il dispositivo delle macchine CNC

Il design della macchina CNC comprende diversi blocchi, ognuno dei quali, come parte dell'insieme, ha il proprio scopo funzionale. Potrebbero esserci unità aggiuntive che introducono caratteristiche individuali nel sistema di unità. Supponiamo che un tornio CNC abbia i seguenti componenti di base: base, bancale, poggiatesta, fluido di coda, testa di taglio, trasmissioni a ingranaggi, sensore del filo, pannello di controllo.

Il basamento è un pezzo rettangolare fuso su cui è montato il basamento e che conferisce alla macchina robustezza e resistenza alle vibrazioni. Il letto è la parte principale del tornio, che unisce tutti i suoi componenti e meccanismi. È costituito da una coppia di pareti rigidamente collegate da elementi trasversali.

Ci sono guide sul letto, inoltre, il cambio e la parte posteriore sono fissati qui. La coda e il supporto con il grembiule possono muoversi lungo le guide, a seconda del tipo di strumento di lavoro. C'è un cuscinetto nella testa del mandrino, grazie a questo design, il pezzo è fisso e ruotato.

La testa di taglio automatica implica un'installazione sequenziale degli utensili da taglio nella posizione di lavoro. Ingranaggi motori del movimento principale, trasmissione trasversale e longitudinale.

I motori elettrici trasferiscono la rotazione del rotore che, grazie alle viti sferiche, viene convertita in un movimento lineare dei blocchi. La coda sostiene il centro del pezzo da lavorare. Il sensore del rubinetto si trova sul vassoio. Il pannello di controllo è progettato per la comodità dell'operatore e il monitoraggio del processo. Possono esserci diversi pannelli di controllo.

La programmazione degli azionamenti a mandrino fisso si riduce all'accensione, allo spegnimento e alla commutazione dei contattori appropriati.Per fare ciò è sufficiente registrare il segnale dei comandi «on» e «off».

Il controllo della velocità dei mandrini principali è spesso necessario per garantire che il metallo venga lavorato alla velocità di taglio ottimale. In questo caso è necessario regolare la velocità angolare in modo che la velocità periferica con cui si esegue il taglio abbia un valore ottimale costante.

La programmazione del controllo degli alimentatori è un compito molto più importante e complesso, poiché garantisce l'esecuzione della funzione principale della macchina: formare la forma del prodotto.

Sistema di coordinate standard delle macchine utensili CNC

Schema funzionale del controllo della macchina CNC

Implementazione schematica di algoritmi CNC di classe NC (SNC).

Architettura del sistema PCNC-1 di Alan Bradley con CNC

I vantaggi delle macchine CNC

Il vantaggio principale e ovvio di una macchina CNC, rispetto a una macchina convenzionale, è il più alto livello di automazione della produzione, che riduce al minimo l'intervento umano nel processo di produzione delle parti.

Per definizione, la macchina CNC è in grado di lavorare in modo autonomo e quasi continuo, senza stancarsi 24 ore su 24, e per questo la qualità dei prodotti non diminuirà.Se il lavoro fosse svolto da una persona, sarebbe stanco, sarebbe necessario cambiare il tornio, gli onnipresenti fattori umani, errori, ecc. Questo non è qui. L'operatore prepara solo la macchina per il lavoro, posiziona e rimuove le parti, regola l'utensile. Una persona può azionare più macchine in questo modo.

Inoltre, va notata la massima flessibilità delle macchine CNC. Per produrre pezzi diversi, l'operatore deve solo cambiare il programma di lavoro della macchina.Inoltre, il programma è sempre pronto per essere eseguito un numero illimitato di volte, mentre il programma non deve essere modificato ogni volta.

L'elevata precisione e ripetibilità non dipendono più dalla formazione dell'operatore, ma dalla qualità del programma utilizzato. Questo è un vantaggio enorme, rispetto alle tradizionali macchine per il taglio dei metalli, che consente la produzione di migliaia di parti identiche per forma e qualità, e senza ridurre questa qualità.

Alcune parti non possono essere realizzate a mano su una macchina convenzionale a causa della complessità o del costo elevato, mentre su una macchina CNC è solo questione di scegliere il programma giusto. Di conseguenza, le macchine CNC consentono di ottenere in modo rapido ed efficiente una parte di quasi qualsiasi complessità e in linea di principio in qualsiasi quantità. C'è solo una condizione: la parte da produrre deve essere pre-progettata utilizzando un computer.

Guarda anche:

Azionamenti elettrici per macchine CNC

Equipaggiamento elettrico per foratrici CNC

Equipaggiamento elettrico di torni CNC