CNC-töötlus on tootmisprotsess, mille käigus eelprogrammeeritud arvutitarkvara dikteerib tehasetööriistade ja -masinate liikumist. Protsessi saab kasutada mitmesuguste keerukate masinate juhtimiseks, alates lihvimis- ja treipingidest kuni frees- ja freespingideni. CNC-töötlusega saab kolmemõõtmelisi lõiketöid teha üheainsa käsurea abil.
Lühend ingliskeelsest terminist „arvuti numbriline juhtimine“ (computer number control) on CNC protsess, mis on vastuolus käsitsi juhtimise piirangutega ja seega ületab need, kus reaalajas operaatorid vajavad tööriistade käskude edastamiseks ja juhtimiseks hoobade, nuppude ja rataste abil. Pealtvaatajale võib CNC-süsteem meenutada tavalist arvutikomponentide komplekti, kuid CNC-töötlemisel kasutatavad tarkvaraprogrammid ja konsoolid eristavad seda kõigist teistest arvutusvormidest.
Kuidas CNC-töötlus töötab?
CNC-süsteemi aktiveerimisel programmeeritakse soovitud lõiked tarkvarasse ja antakse edasi vastavatele tööriistadele ja masinatele, mis täidavad määratud mõõtmetega ülesandeid sarnaselt robotiga.
CNC programmeerimisel eeldab numbrilise süsteemi koodigeneraator sageli, et mehhanismid on veatud, hoolimata võimalikest vigadest, mis on suurem juhul, kui CNC-masin on suunatud lõikama korraga rohkem kui ühes suunas. Tööriista paigutust numbrilises juhtimissüsteemis kirjeldatakse sisendite jada abil, mida nimetatakse detailprogrammiks.
Numbrilise juhtimisega masina puhul sisestatakse programmid perfokaartide abil. CNC-masinate programmid seevastu edastatakse arvutitesse väikeste klaviatuuride kaudu. CNC-programm salvestatakse arvuti mällu. Koodi ennast kirjutavad ja redigeerivad programmeerijad. Seetõttu pakuvad CNC-süsteemid palju laiemat arvutusvõimsust. Mis kõige parem, CNC-süsteemid ei ole sugugi staatilised, kuna uuemaid käske saab olemasolevatele programmidele lisada muudetud koodi kaudu.
CNC-MASINA PROGRAMMEERIMINE
CNC-s juhitakse masinaid numbrilise juhtimise abil, kus objekti juhtimiseks on ette nähtud tarkvaraprogramm. CNC-töötlemise keelt nimetatakse ka G-koodiks ja see on kirjutatud vastava masina erinevate käitumiste, näiteks kiiruse, etteandekiiruse ja koordinatsiooni juhtimiseks.
Põhimõtteliselt võimaldab CNC-töötlus eelprogrammeerida tööpinkide funktsioonide kiirust ja asendit ning käivitada neid tarkvara abil korduvate ja prognoositavate tsüklitena, ilma et inimene peaks selles protsessis osalema piisavalt. Tänu nendele võimalustele on see protsess levinud tootmissektori kõikides nurkades ning on eriti oluline metalli- ja plasttoodete tootmisel.
Alustuseks luuakse 2D- või 3D-CAD-joonis, mis seejärel tõlgitakse arvutikoodiks, mida CNC-süsteem saab käivitada. Pärast programmi sisestamist proovikäivitab operaator selle, et veenduda koodis vigade puudumises.
Avatud/suletud ahelaga mehaaniline töötlussüsteem
Positsioneerimise juhtimist tehakse avatud või suletud ahelaga süsteemi abil. Esimese puhul liigub signaalimine kontrolleri ja mootori vahel ühes suunas. Suletud ahelaga süsteemi puhul on kontroller võimeline vastu võtma tagasisidet, mis võimaldab vigade parandamist. Seega saab suletud ahelaga süsteem korrigeerida kiiruse ja positsiooni ebakorrapärasusi.
CNC-töötluses suunatakse liikumine tavaliselt X- ja Y-telgede suunas. Tööriista omakorda positsioneeritakse ja juhitakse astme- või servomootorite abil, mis jäljendavad G-koodiga määratud täpseid liikumisi. Kui jõud ja kiirus on minimaalsed, saab protsessi käivitada avatud ahelaga juhtimise abil. Kõigi muude tööde jaoks on suletud ahelaga juhtimine vajalik, et tagada tööstuslikes rakendustes, näiteks metallitöötlemises, vajalik kiirus, järjepidevus ja täpsus.
CNC-töötlus on täielikult automatiseeritud
Tänapäeva CNC-protokollides on osade tootmine eelprogrammeeritud tarkvara abil enamasti automatiseeritud. Antud osa mõõtmed määratakse arvutipõhise projekteerimise (CAD) tarkvara abil ja seejärel teisendatakse need arvutipõhise tootmise (CAM) tarkvara abil tegelikuks valmistooteks.
Iga tooriku tootmine võib vajada mitmesuguseid tööpinke, näiteks puure ja lõikureid. Nende vajaduste rahuldamiseks ühendavad paljud tänapäeva masinad mitu erinevat funktsiooni ühte lahtrisse. Teise võimalusena võib paigaldis koosneda mitmest masinast ja robotkätest, mis liigutavad osi ühest rakendusest teise, kuid kõike juhib sama programm. Olenemata seadistusest võimaldab CNC-protsess osade tootmises järjepidevust, mida oleks keeruline, kui mitte võimatu, käsitsi korrata.
ERINEVAT TÜÜPI CNC-MASINAD
Varaseimad numbrilise juhtimisega masinad pärinevad 1940. aastatest, kui mootoreid hakati esmakordselt kasutama olemasolevate tööriistade liikumise juhtimiseks. Tehnoloogia arenedes täiustati mehhanisme analoogarvutite ja lõpuks digitaalarvutitega, mis viis CNC-töötlemise levikuni.
Valdav enamus tänapäeva CNC-pinkidest on täielikult elektroonilised. Mõned levinumad CNC-põhised protsessid hõlmavad ultraheli keevitamist, aukude stantsimist ja laserlõikust. CNC-süsteemides enimkasutatavate masinate hulka kuuluvad järgmised:
CNC-freesid
CNC-freespingid on võimelised töötama programmidega, mis koosnevad numbri- ja tähepõhistest käskudest, mis juhivad detaile erinevatel vahemaadel. Freespingi programmeerimine võib põhineda kas G-koodil või mõnel tootmismeeskonna poolt välja töötatud unikaalsel keelel. Põhilised freespingid koosnevad kolmeteljelisest süsteemist (X, Y ja Z), kuigi enamik uuemaid freespinke mahutab veel kolm telge.
Treipingid
Treipinkides lõigatakse detaile ringikujuliselt indekseeritavate tööriistadega. CNC-tehnoloogia abil tehakse treipinkide lõikeid täpselt ja suure kiirusega. CNC-treipinke kasutatakse keerukate konstruktsioonide loomiseks, mis poleks käsitsi juhitavatel versioonidel võimalikud. Üldiselt on CNC-freespinkide ja treipinkide juhtimisfunktsioonid sarnased. Nagu esimeste puhul, saab treipinke juhtida G-koodi või unikaalse patenteeritud koodi abil. Enamik CNC-treipinke koosneb aga kahest teljest – X- ja Z-teljega.
Plasmalõikurid
Plasmalõikuris lõigatakse materjali plasmapõletiga. Protsessi rakendatakse peamiselt metallmaterjalide puhul, kuid seda saab kasutada ka muudel pindadel. Metalli lõikamiseks vajaliku kiiruse ja kuumuse saavutamiseks tekitatakse plasma suruõhu ja elektrikaare kombinatsiooni abil.
Elektrilised tühjendusmasinad
Elektererosioonitöötlus (EDM) – mida nimetatakse ka stantspingeks ja sädemetöötluseks – on protsess, mille käigus vormitakse toorikud elektrisädemete abil kindla kujuga. EDM-i puhul tekivad voolud kahe elektroodi vahel ja see eemaldab antud toorikust osad.
Kui elektroodide vaheline kaugus väheneb, muutub elektriväli intensiivsemaks ja seega tugevamaks kui dielektrik. See võimaldab voolul kahe elektroodi vahel läbida. Järelikult eemaldab iga elektrood tooriku osi. EDM-i alatüübid on järgmised:
● Traatelektrood, mille puhul sädemeerosiooni kasutatakse osade eemaldamiseks elektrijuhtivast materjalist.
● Raskuselektroodiga freesimine, mille puhul elektroodi ja toorikut leotatakse dielektrilises vedelikus detaili moodustamise eesmärgil.
Loputamise käigus kantakse igast valmis toorikust praht vedela dielektriku abil minema, mis ilmub siis, kui kahe elektroodi vaheline vool on peatunud, ja mille eesmärk on kõrvaldada kõik edasised elektrilaengud.
Veejoa lõikurid
CNC-töötluses on veejoad tööriistad, mis lõikavad kõvasid materjale, näiteks graniiti ja metalli, kõrgsurvevee abil. Mõnel juhul segatakse vesi liiva või mõne muu tugeva abrasiivse ainega. Tehase masinaosi vormitakse sageli selle protsessi abil.
Veejoa kasutatakse jahedama alternatiivina materjalide puhul, mis ei talu teiste CNC-masinate kuumust nõudvaid protsesse. Sellisena kasutatakse veejoa paljudes sektorites, näiteks lennunduses ja mäetööstuses, kus see protsess on võimas muuhulgas nikerdamiseks ja lõikamiseks. Veejoa lõikureid kasutatakse ka rakendustes, mis nõuavad materjali väga keerukaid lõikeid, kuna kuumuse puudumine hoiab ära materjali omaduste muutumise, mis võivad metalli lõikamisel tekkida.
ERINEVAT TÜÜPI CNC-MASINAD
Nagu paljud CNC-masinate videodemonstratsioonid on näidanud, kasutatakse süsteemi tööstuslike riistvaratoodete metalldetailidest väga detailsete lõigete tegemiseks. Lisaks eelpoolmainitud masinatele kasutatakse CNC-süsteemides ka järgmisi tööriistu ja komponente:
● Tikkimismasinad
● Puidu freesid
● Tornlöögid
● Traadi painutusmasinad
● Vahtlõikurid
● Laserlõikurid
● Silindrilised lihvijad
● 3D-printerid
● Klaasilõikurid
Kui töödeldaval detailil on vaja teha keerulisi lõikeid erinevatel tasanditel ja nurkade all, saab seda CNC-masinal teha minutitega. Niikaua kui masin on programmeeritud õige koodiga, täidavad masina funktsioonid tarkvara poolt ette nähtud samme. Kui kõik on kodeeritud vastavalt projektile, peaks protsessi lõppedes tekkima detailne ja tehnoloogiliselt väärtuslik toode.
Postituse aeg: 31. märts 2021
