CNC-koneistus on valmistusprosessi, jossa esiohjelmoitu tietokoneohjelmisto sanelee tehdastyökalujen ja -koneiden liikkeet. Prosessia voidaan käyttää monenlaisten monimutkaisten koneiden ohjaamiseen hiomakoneista ja sorveista jyrsinkoneisiin ja jyrsimiin. CNC-koneistuksen avulla kolmiulotteiset leikkaustehtävät voidaan suorittaa yhdellä komentosarjalla.
Lyhenne sanoista ”computer numerical control”, CNC-prosessi on ristiriidassa manuaalisen ohjauksen rajoitusten kanssa – ja siten syrjäyttää ne – jossa tarvitaan reaaliaikaisia käyttäjiä ohjaamaan työstökoneiden komentoja vipujen, painikkeiden ja pyörien avulla. Sivustakatsojalle CNC-järjestelmä saattaa muistuttaa tavallista tietokoneen komponenttien joukkoa, mutta CNC-työstössä käytettävät ohjelmistot ja konsolit erottavat sen kaikista muista laskentamuodoista.
Miten CNC-koneistus toimii?
Kun CNC-järjestelmä aktivoidaan, halutut leikkaukset ohjelmoidaan ohjelmistoon ja sanelaan vastaaville työkaluille ja koneille, jotka suorittavat määritellyt mittatyöt, aivan kuten robotti.
CNC-ohjelmoinnissa numeerisen järjestelmän koodigeneraattori olettaa usein mekanismien olevan virheettömiä virhemahdollisuudesta huolimatta, mikä on suurempaa silloin, kun CNC-konetta ohjataan leikkaamaan useampaan kuin yhteen suuntaan samanaikaisesti. Työkalun sijoitus numeerisessa ohjausjärjestelmässä määritetään sarjalla syötteitä, joita kutsutaan osaohjelmaksi.
Numeerisella ohjausjärjestelmällä varustetussa koneessa ohjelmat syötetään reikäkorttien avulla. CNC-koneiden ohjelmat puolestaan syötetään tietokoneille pienten näppäimistöjen kautta. CNC-ohjelmointi tallennetaan tietokoneen muistiin. Itse koodin kirjoittavat ja muokkaavat ohjelmoijat. Siksi CNC-järjestelmät tarjoavat paljon laajemman laskentakapasiteetin. Mikä parasta, CNC-järjestelmät eivät ole missään nimessä staattisia, koska uudempia kehotteita voidaan lisätä olemassa oleviin ohjelmiin tarkistetun koodin avulla.
CNC-KONEOHJELMOINTI
CNC-koneissa koneita ohjataan numeerisella ohjauksella, jossa ohjelmisto on tarkoitettu ohjaamaan kohdetta. CNC-koneistuksen taustalla olevaa kieltä kutsutaan myös G-koodiksi, ja se on kirjoitettu ohjaamaan vastaavan koneen erilaisia toimintoja, kuten nopeutta, syöttönopeutta ja koordinaatiota.
Pohjimmiltaan CNC-työstö mahdollistaa työstökoneiden toimintojen esiohjelmoinnin ja niiden suorittamisen ohjelmiston avulla toistuvissa, ennustettavissa sykleissä, ilman että ihmisen tarvitsee juurikaan osallistua prosessiin. Näiden ominaisuuksien ansiosta prosessi on otettu käyttöön kaikkialla valmistusteollisuudessa, ja se on erityisen tärkeä metalli- ja muovituotannossa.
Aluksi laaditaan 2D- tai 3D-CAD-piirustus, joka sitten käännetään tietokonekoodiksi CNC-järjestelmän suorittamista varten. Kun ohjelma on syötetty, käyttäjä kokeilee sitä varmistaakseen, ettei koodauksessa ole virheitä.
Avoimen/suljetun silmukan työstöjärjestelmät
Paikan säätö määritetään avoimen tai suljetun silmukan järjestelmän avulla. Ensimmäisessä signaali kulkee yhteen suuntaan ohjaimen ja moottorin välillä. Suljetun silmukan järjestelmässä ohjain pystyy vastaanottamaan takaisinkytkentää, mikä mahdollistaa virheenkorjauksen. Näin ollen suljetun silmukan järjestelmä voi korjata nopeuden ja paikan epäsäännöllisyyksiä.
CNC-koneistuksessa liike suuntautuu yleensä X- ja Y-akseleiden suuntaan. Työkalua puolestaan asemoidaan ja ohjataan askel- tai servomoottoreilla, jotka toistavat tarkat liikkeet G-koodin määrittämänä. Jos voima ja nopeus ovat minimaaliset, prosessia voidaan ajaa avoimen silmukan ohjauksella. Kaikessa muussa suljetun silmukan ohjaus on välttämätöntä teollisissa sovelluksissa, kuten metallitöissä, vaadittavan nopeuden, yhdenmukaisuuden ja tarkkuuden varmistamiseksi.
CNC-koneistus on täysin automatisoitu
Nykyisissä CNC-protokollissa osien valmistus esiohjelmoiduilla ohjelmistoilla on enimmäkseen automatisoitu. Tietyn osan mitat asetetaan paikoilleen tietokoneella avusteisella suunnitteluohjelmistolla (CAD) ja muunnetaan sitten varsinaiseksi valmiiksi tuotteeksi tietokoneella avusteisella valmistusohjelmistolla (CAM).
Minkä tahansa työkappaleen valmistukseen voidaan tarvita useita työstökoneita, kuten poria ja leikkureita. Näiden tarpeiden täyttämiseksi monet nykyajan koneet yhdistävät useita eri toimintoja yhteen soluun. Vaihtoehtoisesti laitos voi koostua useista koneista ja robottikäsistä, jotka siirtävät osia sovelluksesta toiseen, mutta kaikkea ohjataan samalla ohjelmalla. Asetuksista riippumatta CNC-prosessi mahdollistaa osien tuotannon yhdenmukaisuuden, jota olisi vaikea, ellei mahdotonta, toistaa manuaalisesti.
ERI CNC-KONEET
Varhaisimmat numeerisesti ohjatut koneet ovat peräisin 1940-luvulta, jolloin moottoreita käytettiin ensimmäisen kerran olemassa olevien työkalujen liikkeiden ohjaamiseen. Teknologian kehittyessä mekanismeja parannettiin analogisilla tietokoneilla ja lopulta digitaalisilla tietokoneilla, mikä johti CNC-koneistuksen suosioon.
Suurin osa nykypäivän CNC-koneista on täysin elektronisia. Joitakin yleisimpiä CNC-ohjattuja prosesseja ovat ultraäänihitsaus, rei'itys ja laserleikkaus. CNC-järjestelmissä yleisimmin käytettyjä koneita ovat seuraavat:
CNC-jyrsinkoneet
CNC-jyrsinkoneet pystyvät käyttämään numero- ja kirjainpohjaisia ohjeita, jotka ohjaavat kappaleita eri etäisyyksillä. Jyrsinkoneen ohjelmointi voi perustua joko G-koodiin tai johonkin valmistustiimin kehittämään ainutlaatuiseen kieleen. Perusjyrsinkoneet koostuvat kolmiakselisesta järjestelmästä (X, Y ja Z), vaikka useimmat uudemmat jyrsinkoneet voivat sisältää kolme lisäakselia.
Sorvit
Sorveissa kappaleet leikataan ympyränmuotoiseen suuntaan indeksoitavilla työkaluilla. CNC-teknologian ansiosta sorvien käyttämät leikkaukset tehdään tarkasti ja suurella nopeudella. CNC-sorveja käytetään monimutkaisten rakenteiden tuottamiseen, jotka eivät olisi mahdollisia koneen käsikäyttöisillä versioilla. Kaiken kaikkiaan CNC-käyttöisten jyrsinkoneiden ja sorvien ohjaustoiminnot ovat samankaltaisia. Kuten edellisissä, sorveja voidaan ohjata G-koodilla tai ainutlaatuisella tehdaskohtaisella koodilla. Useimmat CNC-sorvit koostuvat kuitenkin kahdesta akselista – X ja Z.
Plasmaleikkurit
Plasmaleikkurissa materiaali leikataan plasmapolttimella. Prosessia käytetään pääasiassa metallimateriaaleihin, mutta sitä voidaan käyttää myös muilla pinnoilla. Metallin leikkaamiseen tarvittavan nopeuden ja lämmön aikaansaamiseksi plasma tuotetaan paineilmakaasun ja sähkökaarien yhdistelmällä.
Sähköpurkauskoneet
Sähkökipinätyöstö (EDM) – jota kutsutaan myös upotusmuovaukseksi ja kipinätyöstöksi – on prosessi, jossa työkappaleet muovataan tiettyihin muotoihin sähkökipinöiden avulla. EDM:ssä sähköpurkauksia tapahtuu kahden elektrodin välillä, ja tämä poistaa osia tietystä työkappaleesta.
Kun elektrodien välinen tila pienenee, sähkökenttä voimistuu ja siten voimistuu kuin dielektrinen materiaali. Tämä mahdollistaa virran kulun kahden elektrodin välillä. Tämän seurauksena työkappaleesta irtoaa osia kumpikin elektrodi. EDM:n alatyyppejä ovat:
● Lanka EDM, jossa kipinäeroosiota käytetään osien poistamiseen sähköä johtavasta materiaalista.
● Upotuskipinätyöstö, jossa elektrodi ja työkappale liotetaan dielektrisessä nesteessä kappaleen muodostamista varten.
Huuhteluna tunnetussa prosessissa jokaisen valmiin työkappaleen roskat kulkeutuvat pois nestemäisen eristeen avulla, joka ilmestyy, kun kahden elektrodin välinen virta on pysähtynyt, ja jonka tarkoituksena on poistaa mahdolliset muut sähkövaraukset.
Vesisuihkuleikkurit
CNC-koneistuksessa vesisuihkut ovat työkaluja, jotka leikkaavat kovia materiaaleja, kuten graniittia ja metallia, korkeapaineisella vedellä. Joissakin tapauksissa vesi sekoitetaan hiekkaan tai muuhun vahvasti hankaavaan aineeseen. Tehdaskoneiden osia muotoillaan usein tällä prosessilla.
Vesisuihkuja käytetään viileämpänä vaihtoehtona materiaaleille, jotka eivät kestä muiden CNC-koneiden lämpöintensiivisiä prosesseja. Siksi vesisuihkuja käytetään useilla eri aloilla, kuten ilmailu- ja kaivosteollisuudessa, joissa prosessi on tehokas muun muassa veistämisessä ja leikkaamisessa. Vesisuihkuleikkureita käytetään myös sovelluksissa, jotka vaativat erittäin monimutkaisia leikkauksia, koska lämmön puute estää materiaalin ominaisuuksien muutokset, jotka voivat johtua metallin leikkaamisesta.
ERI CNC-KONEET
Kuten useat CNC-koneiden videoesittelyt ovat osoittaneet, järjestelmää käytetään teollisuuden rautatuotteiden metalliosien erittäin yksityiskohtaisten leikkausten tekemiseen. Edellä mainittujen koneiden lisäksi CNC-järjestelmissä käytetään muita työkaluja ja komponentteja, kuten:
● Kirjontakoneet
● Puunjyrsimet
● Tornirei'ittimet
● Langan taivutuskoneet
● Vaahtomuovileikkurit
● Laserleikkurit
● Sylinterimäiset hiomakoneet
● 3D-tulostimet
● Lasileikkurit
Kun työkappaleeseen on tehtävä monimutkaisia leikkauksia eri tasoilla ja kulmissa, CNC-koneella se voidaan suorittaa muutamassa minuutissa. Niin kauan kuin koneeseen on ohjelmoitu oikea koodi, koneen toiminnot suorittavat ohjelmiston määräämät vaiheet. Jos kaikki on koodattu suunnitelman mukaisesti, prosessin päätyttyä pitäisi syntyä yksityiskohtainen ja teknologisesti arvokas tuote.
Julkaisun aika: 31.3.2021
