מהן מכונות CNC?

ההיסטוריה של מכונות CNC
John T. Parsons (1913-2007) מחברת Parsons ב-Traverse City, MI נחשב לחלוץ הבקרה הנומרית, המבשר למכונת CNC המודרנית.על עבודתו, ג'ון פרסונס כונה אבי המהפכה התעשייתית השנייה.הוא היה צריך לייצר להבי מסוקים מורכבים ומהר מאוד הבין שעתיד הייצור הוא חיבור מכונות למחשבים.כיום ניתן למצוא חלקים המיוצרים ב-CNC כמעט בכל תעשייה.בגלל מכונות CNC, יש לנו סחורה זולה יותר, הגנה לאומית חזקה יותר ורמת חיים גבוהה יותר ממה שאפשר בעולם לא מתועש.במאמר זה, נחקור את מקורותיה של מכונת CNC, סוגים שונים של מכונות CNC, תוכניות מכונות CNC ושיטות עבודה נפוצות על ידי חנויות מכונות CNC.

מכונות פוגשות את המחשב
בשנת 1946, המילה "מחשב" פירושה מכונת חישוב המופעלת על ידי כרטיס ניקוב.למרות ש-Parsons Corporation ייצר רק מדחף אחד קודם לכן, ג'ון פרסונס שכנע את סיקורסקי הליקופטר שהם יכולים לייצר תבניות מדויקות ביותר להרכבה וייצור של מדחפים.בסופו של דבר הוא המציא שיטת מחשב של כרטיס ניקוב לחישוב נקודות על להב רוטור של מסוק.ואז הוא ביקש מהמפעילים לסובב את הגלגלים לנקודות האלה במכונת כרסום של סינסינטי.הוא ערך תחרות על שמו של התהליך החדש הזה ונתן 50 דולר למי שטבע את "בקרה נומרית" או NC.

ב-1958 הוא הגיש פטנט לחיבור המחשב למכונה.בקשת הפטנט שלו הגיעה שלושה חודשים לפני MIT, שעבד על הרעיון שהוא התחיל.MIT השתמשה במושגים שלו כדי להפוך את הציוד המקורי ואת בעל הרישיון של מר פרסונס (Bendix) לרישיון משנה ל-IBM, Fujitusu ו-GE, בין היתר.קונספט ה-NC היה איטי לתפוס.לדברי מר פרסונס, האנשים שמוכרים את הרעיון היו אנשי מחשבים במקום אנשי ייצור.עם זאת, בתחילת שנות ה-70, צבא ארה"ב עצמו הפך את השימוש במחשבי NC לפופולריות על ידי בנייתם ​​והשכרתם ליצרנים רבים.בקר ה-CNC התפתח במקביל למחשב, והניע יותר ויותר פרודוקטיביות ואוטומציה לתהליכי ייצור, במיוחד עיבוד שבבי.

מהו עיבוד שבבי CNC?
מכונות CNC מייצרות חלקים ברחבי העולם כמעט לכל תעשייה.הם יוצרים דברים מפלסטיק, מתכות, אלומיניום, עץ וחומרים קשים רבים אחרים.המילה "CNC" מייצגת Computer Numerical Control, אבל היום כולם קוראים לזה CNC.אז איך מגדירים מכונת CNC?לכל מכונות בקרת התנועה האוטומטיות יש שלושה מרכיבים עיקריים - פונקציית פקודה, מערכת הנעה/תנועה ומערכת משוב.עיבוד CNC הוא תהליך של שימוש בכלי מכונה מונע מחשב כדי לייצר חלק מחומר מוצק בצורה שונה.

ה-CNC תלוי בהוראות דיגיטליות שנעשו בדרך כלל על תוכנות ייצור בעזרת מחשב (CAM) או עיצוב בעזרת מחשב (CAD) כמו SolidWorks או MasterCAM.התוכנה כותבת קוד G שהבקר במכונת CNC יכול לקרוא.תוכנית המחשב בבקר מפרשת את העיצוב ומניעה כלי חיתוך ו/או חומר העבודה על מספר צירים כדי לחתוך את הצורה הרצויה מחומר העבודה.תהליך החיתוך האוטומטי מהיר ומדויק הרבה יותר מתנועה ידנית של כלים וחלקי עבודה הנעשית עם מנופים וגלגלי שיניים בציוד ישן יותר.מכונות CNC של ימינו מחזיקות כלים מרובים ועושות סוגים רבים של חיתוכים.מספר מישורי התנועה (צירים) ומספר וסוגי הכלים שהמכונה יכולה לגשת אליהם באופן אוטומטי במהלך תהליך העיבוד קובעים עד כמה מורכבת חומר עבודה CNC יכול ליצור.

כיצד להשתמש במכונת CNC?
מכונאי CNC חייבים לצבור מיומנויות הן בתכנות והן בעיבוד מתכת כדי לעשות שימוש מלא בכוחה של מכונת CNC.בתי ספר למקצועות טכניים ותכניות חניכה מתחילות לעתים קרובות תלמידים במחרטות ידניות כדי לקבל תחושה כיצד לחתוך מתכת.המכונאי צריך להיות מסוגל לדמיין את כל שלושת הממדים.כיום תוכנה מקלה מתמיד על יצירת חלקים מורכבים, מכיוון שניתן לשרטט את צורת החלק באופן וירטואלי ואז ניתן להציע נתיבים של כלים על ידי תוכנה ליצירת חלקים אלה.

סוג התוכנה בשימוש נפוץ בתהליך עיבוד CNC
ציור בעזרת מחשב (CAD)
תוכנת CAD היא נקודת המוצא עבור רוב פרויקטי CNC.ישנן חבילות תוכנת CAD רבות ושונות, אך כולן משמשות ליצירת עיצובים.תוכניות CAD פופולריות כוללות AutoCAD, SolidWorks ו-Rhino3D.ישנם גם פתרונות CAD מבוססי ענן, וחלקם מציעים יכולות CAM או משתלבים עם תוכנת CAM טוב יותר מאחרים.

ייצור בעזרת מחשב (CAM)
מכונות CNC משתמשות לעתים קרובות בתוכנות שנוצרו על ידי תוכנת CAM.CAM מאפשר למשתמשים להגדיר "עץ עבודה" כדי לארגן זרימת עבודה, להגדיר נתיבי כלים ולהפעיל סימולציות חיתוך לפני שהמכונה מבצעת חיתוך אמיתי.לעתים קרובות תוכניות CAM עובדות כתוספות לתוכנת CAD ומייצרות קוד g שמורה לכלי ה-CNC ולחלקים הנעים של חלקי העבודה לאן ללכת.אשפים בתוכנת CAM מקלים מאי פעם לתכנת מכונת CNC.תוכנת CAM פופולרית כוללת את Mastercam, Edgecam, OneCNC, HSMWorks ו-Solidcam.מאסטרקאם ו-Edgecam מהוות כמעט 50% מנתח השוק היוקרתי של CAM לפי דוח משנת 2015.

מהי בקרה מספרית מבוזרת?
בקרה נומרית ישירה שהפכה לבקרה מספרית מבוזרת (DNC)
בקרה מספרית ישירה שימשו לניהול תוכניות NC ופרמטרים של מכונה.זה אפשר לתוכניות לעבור דרך רשת ממחשב מרכזי למחשבים מובנים הידועים כיחידות בקרת מכונה (MCU).במקור נקרא "שליטה נומרית ישירה", הוא עקף את הצורך בסרט נייר, אבל כשהמחשב כבה, כל המכונות שלו נפלו.

בקרה מספרית מבוזרת משתמשת ברשת של מחשבים כדי לתאם את פעולתן של מכונות מרובות על ידי הזנת תוכנית ל-CNC.זיכרון ה-CNC מחזיק את התוכנית והמפעיל יכול לאסוף, לערוך ולהחזיר את התוכנית.

תוכניות DNC מודרניות יכולות לעשות את הפעולות הבאות:
● עריכה - יכול להפעיל תוכנית NC אחת בזמן שאחרות עוברות עריכה.
● השווה - השווה בין תוכניות NC מקוריות וערוכות זו לצד זו וראה את העריכות.
● הפעלה מחדש - כאשר כלי נשבר ניתן לעצור את התוכנית ולהפעיל מחדש מהמקום שבו הפסיקה.
● מעקב אחר עבודות - מפעילים יכולים להיכנס לעבודות ולעקוב אחר הגדרות וזמני ריצה, למשל.
● הצגת שרטוטים - הצג תמונות, שרטוטי CAD של כלים, מתקנים וחלקי גימור.
● ממשקי מסך מתקדמים – עיבוד שבבי בנגיעה אחת.
● ניהול מסד נתונים מתקדם - מארגן ושומר נתונים במקום שבו ניתן לאחזר אותם בקלות.

איסוף נתוני ייצור (MDC)
תוכנת MDC עשויה לכלול את כל הפונקציות של תוכנת DNC בתוספת לאסוף נתונים נוספים ולנתח אותם עבור יעילות הציוד הכוללת (OEE).יעילות הציוד הכוללת תלויה בדברים הבאים: איכות - מספר המוצרים העומדים בתקני איכות מתוך כל המוצרים המיוצרים זמינות - אחוז מהזמן המתוכנן שבו הציוד שצוין עובד או מייצר חלקים ביצועים - מהירות ריצה בפועל בהשוואה לריצה מתוכננת או אידיאלית שיעור הציוד.

OEE = איכות x זמינות x ביצועים
OEE הוא מדד ביצועים מפתח (KPI) עבור חנויות מכונות רבות.

פתרונות ניטור מכונה
תוכנת ניטור מכונה יכולה להיות מובנית בתוכנת DNC או MDC או לרכוש בנפרד.עם פתרונות ניטור מכונה, נתוני מכונה כגון הגדרה, זמן ריצה וזמני השבתה נאספים באופן אוטומטי ומשולבים עם נתונים אנושיים כגון קודי סיבה כדי לספק הבנה היסטורית וגם בזמן אמת של אופן ביצוע העבודות.מכונות CNC מודרניות אוספות עד 200 סוגי נתונים, ותוכנת ניטור מכונות יכולה להפוך את הנתונים האלה לשימושיים לכולם, החל מקומת החנות ועד לקומה העליונה.חברות כמו Memex מציעות תוכנה (Tempus) שלוקחת נתונים מכל סוג של מכונת CNC ומכניסה לפורמט מסד נתונים סטנדרטי שניתן להציג בתרשימים ובגרפים משמעותיים.תקן נתונים המשמש את רוב פתרונות ניטור המכונה אשר תפס מקום בארה"ב נקרא MTConnect.כיום הרבה כלי מכונת CNC חדשים מגיעים מצוידים לספק נתונים בפורמט זה.מכונות ישנות יותר עדיין יכולות לספק מידע רב ערך עם מתאמים.ניטור מכונות עבור מכונות CNC הפך למיינסטרים רק בשנים האחרונות, ופתרונות תוכנה חדשים נמצאים תמיד בפיתוח.

מהם הסוגים השונים של מכונות CNC?
ישנם כיום אינספור סוגים שונים של מכונות CNC.מכונות CNC הן כלי מכונות החותכות או מזיזות חומר כפי שתוכנת בבקר, כמתואר לעיל.סוג החיתוך יכול להשתנות מחיתוך פלזמה לחיתוך לייזר, כרסום, ניתוב ומחרטות.מכונות CNC יכולות אפילו לאסוף ולהעביר פריטים בפס ייצור.

להלן סוגים בסיסיים של מכונות CNC:
מחרטות:סוג זה של CNC הופך את חומר העבודה ומעביר את כלי החיתוך אל חומר העבודה.מחרטה בסיסית היא דו-צירית, אך ניתן להוסיף צירים רבים נוספים כדי להגביר את מורכבות החיתוך האפשרית.החומר מסתובב על ציר ונלחץ כנגד כלי שחיקה או גילוף שיוצר את הצורה הרצויה.מחרטות משמשות לייצור חפצים סימטריים כמו כדורים, קונוסים או גלילים.מכונות CNC רבות הן רב תכליתיות ומשלבות את כל סוגי החיתוך.

נתבים:נתבי CNC משמשים בדרך כלל לחיתוך ממדים גדולים בעץ, מתכת, יריעות ופלסטיק.נתבים סטנדרטיים פועלים על קואורדינטות 3 צירים, כך שהם יכולים לחתוך בתלת מימד.עם זאת, אתה יכול גם לקנות מכונות 4,5 ו-6 צירים עבור דגמי אב טיפוס וצורות מורכבות.

כִּרסוּם:מכונות כרסום ידניות משתמשות בגלגלי יד ובברגי עופרת כדי לחבר כלי חיתוך על חומר עבודה.בטחנת CNC, ה-CNC מזיז ברגים כדוריים בעלי דיוק גבוה לקואורדינטות המדויקות שתוכנתו במקום זאת.מכונות כרסום CNC מגיעות במגוון רחב של גדלים וסוגים ויכולות לפעול על מספר צירים.

חותכי פלזמה:חותך הפלזמה CNC משתמש בלייזר חזק לחיתוך.רוב חותכי הפלזמה חותכים צורות מתוכנתות מתוך גיליון או צלחת.

מדפסת תלת מימד:מדפסת תלת מימד משתמשת בתוכנה כדי לומר לה היכן להניח פיסות קטנות של חומר כדי לבנות את הצורה הרצויה.חלקים תלת מימדיים נבנים שכבה אחר שכבה עם לייזר כדי לגבש את הנוזל או הכוח כשהשכבות גדלות.

מכונת בחירה ומקום:מכונת "קטיף והמקום" CNC פועלת בדומה לנתב CNC, אך במקום לחתוך חומר, יש למכונה הרבה חרירים קטנים אשר קולטים רכיבים באמצעות ואקום, מעבירים אותם למקום הרצוי ומניחים אותם.אלה משמשים לייצור שולחנות, לוחות אם למחשבים ומכלולים חשמליים אחרים (בין היתר.)

מכונות CNC יכולות לעשות הרבה דברים.כיום ניתן להרכיב טכנולוגיית מחשב כמעט על מכונה שניתן להעלות על הדעת.ה-CNC מחליף את הממשק האנושי הדרוש להזזת חלקי המכונה כדי לקבל את התוצאה הרצויה.ה-CNC של היום מסוגלים להתחיל עם חומר גלם, כמו גוש פלדה, וליצור חלק מאוד מורכב עם סובלנות מדויקת וחזרה מדהימה.

מחברים את הכל ביחד: איך מכונות CNC מייצרות חלקים
הפעלת CNC כרוכה גם במחשב (בקר) וגם בהגדרה פיזית.תהליך טיפוסי של חנות מכונות נראה כך:

מהנדס עיצוב יוצר את העיצוב בתוכנית CAD ושולח אותו למתכנת CNC.המתכנת פותח את הקובץ בתוכנת CAM כדי להחליט על הכלים הדרושים וליצור את תוכנית ה-NC עבור ה-CNC.הוא או היא שולחים את תוכנית ה-NC למכונת ה-CNC ומספקים רשימה של הגדרת הכלים הנכונה למפעיל.מפעיל התקנה טוען את הכלים לפי ההוראות ומטעין את חומר הגלם (או חומר העבודה).לאחר מכן הוא או היא מריצים חלקים לדוגמה ומודד אותם עם כלי אבטחת איכות כדי לוודא שמכונת ה-CNC מייצרת חלקים לפי המפרט.בדרך כלל, מפעיל ההתקנה מספק פריט מאמר ראשון למחלקת האיכות שמאמתת את כל הממדים וחותמת על ההגדרה.מכונת ה-CNC או המכונות הנלוות עמוסות בכמות מספקת של חומר גלם כדי לייצר את המספר הרצוי של חלקים, ומפעיל מכונה עומד מנגד כדי להבטיח שהמכונה ממשיכה לפעול, ומייצר חלקים לפי המפרט.ויש לו חומר גלם.בהתאם לעבודה, לעתים קרובות ניתן להפעיל מכונות CNC "נדלקות" ללא מפעיל נוכח.החלקים המוגמרים מועברים לאזור ייעודי באופן אוטומטי.

יצרנים של היום יכולים להפוך כמעט כל תהליך לאוטומטי בהינתן מספיק זמן, משאבים ודמיון.חומר גלם יכול להיכנס למכונה וחלקים שהושלמו יכולים לצאת ארוזים מוכנים לשימוש.היצרנים תלויים במגוון רחב של מכונות CNC כדי ליצור דברים במהירות, מדויקת וחסכונית.