Science >> Wetenschap >  >> anders

Wat is CNC-bewerking?

CNC-machines (computer numerieke besturing) zijn belangrijk in het productieproces. Ze worden bestuurd door computers en bieden efficiëntie en nauwkeurigheid die een handmatige operator niet kan bieden. Rood ivoor/Shutterstock

Een computer numerieke besturingsmachine (CNC) is een bewerkingsgereedschap dat uitgangsmateriaal in de gewenste vorm vormt en voldoet aan de productierichtlijnen en componentvereisten. CNC-machines gebruiken voorgeprogrammeerde software om de bewegingen van complexe machines te controleren, waaronder slijpmachines, draaibanken, freesmachines en andere snijgereedschappen die worden gebruikt om materiaal te verwijderen.

Deze computerondersteunde productietechnieken kunnen een breed scala aan complexe en nauwkeurige CNC-bewerkingstaken uitvoeren om vervaardigde producten en specifiek ontworpen onderdelen te creëren voor de automobiel-, defensie- en ruimtevaartindustrie.

Hoewel 3D-printen en andere additieve productieprocessen centraal staan ​​in de 21e-eeuwse productie van componenten gemaakt met zachte materialen, zijn de meeste alledaagse voorwerpen nog steeds het resultaat van sterk geautomatiseerde subtractieve bewerkingstechnieken.

Plastic waterflessen worden geproduceerd uit mallen met behulp van de CNC-zinktechniek, en individuele aandrijfsysteemcomponenten van elke auto op de weg worden tot nauwkeurige afmetingen gefreesd, zodat alle bewegende tandwielen naadloos in elkaar passen voor optimale mechanische prestaties.

"De kans is groot dat bijna alles wat u in uw dagelijks leven aanraakt, ooit door een werktuigmachine is aangeraakt", zegt Tony Schmitz, hoogleraar techniek aan de Universiteit van Tennessee Knoxville. "Als je ooit in een vliegtuig hebt gereisd – een Boeing 747 bijvoorbeeld – zijn er meer dan een miljoen afzonderlijke componenten machinaal bewerkt en vervolgens geassembleerd om dat vliegtuig van de grond te krijgen."

Inhoud
  1. Hoe werkt een CNC-bewerkingsmachine?
  2. 5 primaire functies van CNC-machines
  3. Wat is computerondersteunde productiesoftware?
  4. Een korte geschiedenis van CNC-bewerkingsmachines
  5. Hoe zal het toekomstige CNC-bewerkingsproces er uitzien?

Hoe werkt een CNC-werktuigmachine?

CNC-freesmachines worden vaak gebruikt om kastdeuren te frezen. Stanislav Lazarev/Shutterstock

CNC-bewerkingsmachines zijn net zo veelzijdig en dynamisch als de veelheid aan items die ze creëren. De meeste CNC-machines werken echter binnen twee raamwerken:een open-lus- of gesloten-lussysteem.

In open-loop CNC-systemen ontwikkelt de operator de numerieke computerbesturing voor de uit te voeren taak en genereert hij de g-code of het werkbestand met behulp van computerondersteunde ontwerpsoftware (CAD). De computer geeft vervolgens de juiste stappen door aan de controller en de aangesloten servomotoren.

Deze motoren manipuleren snijgereedschappen, zoals draaibanken of slijpmachines, langs ten minste twee assen (X en Y), hoewel geavanceerde CNC-machines de veelzijdigheid en nauwkeurigheid kunnen vergroten door CNC-frezen en andere accessoires rond verschillende extra assen te verplaatsen.

Gesloten CNC-systemen geven feedbackgegevens aan de monitor om inconsistenties aan te pakken terwijl CNC-machines door het materiaal bewegen. Dankzij deze motor-monitorcommunicatie kunnen gesloten-lussystemen de snelheid, positie en voedingssnelheid van draaimachines en andere CNC-bewerkingsmachines in realtime wijzigen.

5 primaire functies van CNC-machines

Hier zijn enkele van de meest voorkomende industriële toepassingen voor CNC-machines:

1. Snijden

CNC-machines zijn uitstekende gereedschappen voor projecten die een nauwkeurige en efficiënte snijsnelheid vereisen en zijn geschikt voor twee van de meest geavanceerde snijtechnieken:zinkvonken (elektrische ontladingsmachine) en draadvonken.

Een zinkvonkvonk maakt gebruik van thermische erosie door de interactie tussen twee elektroden:één die aan het gereedschap is bevestigd in de vorm van koper of grafiet. De andere is de diëlektrische vloeistof waarin het materiaal is ondergedompeld. Verbazingwekkend genoeg komen het gereedschap en het werkstuk tijdens de productie nooit in direct contact. Draadvonken werkt op dezelfde manier, behalve dat er gebruik wordt gemaakt van draadelektroden als nauwkeurig snijgereedschap.

2. Boren

Bij dit precieze perforeerproces wordt gebruik gemaakt van een roterend snijgereedschap, meestal boren of waterstralen met hoge snelheid, om ronde gaten in een stilstaand werkstuk te maken. In deze gaten passen vaak montageschroeven en bouten.

CNC-boren gebruikt een roterend snijgereedschap om ronde gaten in een werkstuk, zoals hout, te maken. De gaten zijn gemaakt voor machineschroeven of bouten. il21/Shutterstock

3. Slijpen

CNC-machines zijn vaak uitgerust met schuurwielen die een vrijwel onberispelijke oppervlakteafwerking produceren. Deze subtractieve slijptechniek overtreft aanzienlijk de nauwkeurigheid van elk additief productieproces en kan onvolkomenheden terugbrengen tot toleranties zo klein als 1/10e van de breedte van een mensenhaar.

4. Frezen

Een CNC-freesmachine, vergelijkbaar met basisfrezen en andere handfreesmachines, gebruikt draaibanken, waterstralen of draaigereedschappen om materiaal uit een stationair stuk materiaal te verwijderen. CNC-frezen kunnen langs meerdere assen bewegen, waardoor operators horizontale, verticale, schuine en vlakfreestaken met absolute precisie kunnen uitvoeren. Deze mogelijkheden vanuit meerdere hoeken verhogen de efficiëntie in het productieproces van ingewikkelde houten, metalen en plastic onderdelen, omdat de machinist het materiaal minder vaak hoeft aan te passen en opnieuw vast te zetten.

5. Draaien

Dit CNC-machineproces werkt op dezelfde manier als frezen; In plaats van de voorraad aan een werkstation te bevestigen, wordt deze echter bevestigd aan een draaimechanisme dat met hoge snelheid draait. Een arbeider die een draaibank gebruikt, of een CNC met een soortgelijk hulpstuk, verwijdert vervolgens kleine hoeveelheden materiaal totdat het materiaal de gewenste vorm heeft.

Wat is computerondersteunde productiesoftware?

CAM- en CAD-software zijn beide essentiële componenten voor CNC-bewerking. Wikimedia/(CC BY-SA 4.0)

Computerondersteunde productiesoftware (CAM) is een essentieel onderdeel van het CNC-bewerkingsproces. Het is de bemiddelaar en tolk van elke computerondersteunde bewerking, omdat het zowel menselijke als geautomatiseerde inputs en outputs van elke productiefase beheert.

Ontwerpers maken bijvoorbeeld 3D-modellen van hun project in computerondersteunde ontwerpsoftware (CAD) en uploaden het bestand in CAM. CAM interpreteert vervolgens het model en fungeert als een m-code- of g-codegenerator, waarbij het projectdoel wordt vertaald naar de taal van CNC-programmering. Terwijl de CNC-machine aan het project werkt, stuurt deze gegevens terug naar CAM en informeert de operator over eventuele variabelen die de uitkomst van het product kunnen beïnvloeden.

Een korte geschiedenis van CNC-bewerkingsmachines

CNC-bewerkingen zijn geworteld in de technologische vooruitgang tijdens de industriële revolutie in het midden van de 19e eeuw, toen productiebedrijven op nokken gebaseerde draaibanken en freesgereedschappen begonnen te gebruiken bij de massaproductie van vuurwapens, fabrieksapparatuur en alledaagse voorwerpen. In de jaren '40 en '50 begon rudimentaire machinale bewerking met numerieke besturing in de vorm van m-code-ponskaarten verschillende productietaken te automatiseren die oorspronkelijk handmatig werden gecontroleerd door een team van werknemers.

Naarmate digitale computers en computersoftware in de jaren zeventig en tachtig verbeterden, konden meer productietools worden geautomatiseerd om de productiesnelheid en de algehele efficiëntie te verbeteren.

Nu, in de 21e eeuw, bieden CAM- en CAD-software en geavanceerde CNC-machines kleine productieteams een kosteneffectieve strategie voor het vervaardigen van grote hoeveelheden complexe onderdelen. Naarmate machine learning en kunstmatige intelligentie zich blijven ontwikkelen, zal de productie-industrie waarschijnlijk processen blijven optimaliseren en automatiseren.

Hoe ziet het toekomstige CNC-bewerkingsproces eruit?

Er is momenteel een tekort aan arbeidskrachten aan gekwalificeerde machinisten die bekend zijn met CNC-programmeren. Kzenon/Shutterstock

Het kan gemakkelijk zijn om te dagdromen over een wereld waarin robots al het werk doen nu we de eerste fasen van de kunstmatige intelligentie-revolutie ingaan. Maar verspaningsprofessionals en technische academici begrijpen allebei dat het CNC-bewerkingsproces geschoolde werknemers vereist om ervoor te zorgen dat alles presteert zoals het zou moeten.

"Het [computer numerieke besturingsbewerking] is een hoeksteenmogelijkheid die niet snel zal verdwijnen", zegt Schmitz. In plaats daarvan stelt Schmitz dat additieve en subtractieve productie elkaar feitelijk aanvullen tot het punt waarop 'hybride productie' het toekomstige CNC-bewerkingsproces zal worden.

Schmitz zegt ook dat deze hybride productie "zal beginnen met een additief onderdeel dat de voorvorm- of staring-toestand is, en dan zullen we een beperkte bewerking gebruiken om een ​​gladde oppervlakteafwerking te produceren die je met additief niet kunt bereiken."

Een van de meest uitdagende hindernissen voor de toekomst van CNC-bewerking is echter het huidige tekort aan arbeidskrachten aan gekwalificeerde machinisten die bekend zijn met CNC-programmeren. Dit tekort zal alleen maar groter worden naarmate ervaren CNC-professionals met pensioen gaan en weinigen de industrie betreden om hun plaats in te nemen.

In de Verenigde Staten hebben het ministerie van Defensie en diverse andere federale instanties zich de noodzaak gerealiseerd om een ​​falend nationaal productieprogramma nieuw leven in te blazen en baanbrekende productieprocessen te implementeren die het land concurrerend zullen maken in de industrie.

"Hoewel verspanen historisch gezien werd gezien als een ambacht - waarbij iemand jaren en jaren van training en praktijkervaring nodig heeft voordat hij de onderdelen kan maken die hij wil - geloof ik dat we daarvan zullen afstappen naar een meer geautomatiseerde bewerkingsomgeving ’, zegt Schmitz. "Er zullen nog steeds banen zijn, maar die zullen drastisch verschillen van wat ze waren toen de CNC-technologie in de jaren veertig en vijftig van de vorige eeuw van start ging."

Dat is interessant

De Verenigde Staten waren na de Tweede Wereldoorlog een productiemacht die toonaangevend was op het gebied van innovatieve technologieën. De VS begonnen vervolgens in de jaren zestig en zeventig de productie uit te besteden, wat leidde tot een sterkere afhankelijkheid van in het buitenland gemaakte goederen. Leiders uit de sector en federale organisaties zijn het erover eens dat het land dringend behoefte heeft aan meer zelfredzaamheid en een heropleving van de Amerikaanse machine-industrie in de 21e eeuw. Nu het personeelsbestand slinkt en er minder mensen toetreden tot dan vertrekken in de CNC-technologiesector, is het nog nooit een beter moment geweest om voor dit veelgevraagde beroep te gaan werken.