A cosa serve una macchina CNC?

Un controllo numerico computerizzato (CNC) è uno strumento di lavorazione che taglia le materie prime nelle forme desiderate. Le macchine CNC utilizzano software appositamente progettati per controllare il movimento di macchine complesse come fresatrici, rettificatrici e torni. Questi metodi di produzione assistita da computer possono gestire un gran numero di lavorazioni CNC complesse e precise. La lavorazione CNC è ampiamente utilizzata nei settori aerospaziale, della difesa e automobilistico.

In ambito industriale, i CNC vengono spesso utilizzati per tagliare componenti in metallo e plastica. Gli utensili da taglio più comuni includono frese, torni, frese, trapani, smerigliatrici, getti d'acqua e laser. Questi utensili possono essere automatizzati per funzionare con i CNC. Inoltre, i CNC possono essere utilizzati per gestire utensili non meccanici, come macchine per la saldatura e l'assemblaggio di apparecchiature elettroniche o per l'avvolgimento di fili.

Attraverso i contenuti che seguono, diamo un'occhiata più da vicino: cosa fa una macchina CNC?

Storia del controllo numerico computerizzato

Negli ultimi decenni, la tecnologia CNC si è evoluta passando da dispositivi controllati da cinghie punzonate a macchine in grado di leggere il codice CNC e creare parti meccaniche tridimensionali estremamente precise.

John Parsons fu l'uomo che inventò le macchine CNC. Costruì la prima macchina CNC nel 1949. Questa macchina funzionava utilizzando una serie di schede perforate che indicavano alla macchina cosa fare. Successivamente, nel 1952, un gruppo di esperti del Massachusetts Institute of Technology costruì il Cincinnati Milacron Hydrotel, la prima macchina CNC disponibile al pubblico.

Come funzionano i controlli numerici computerizzati?

In un sistema CNC, l'unità di controllo macchina (MCU) è un microcomputer collegato alla macchina. Questo microcomputer memorizza ed esegue un programma specifico per ogni pezzo da produrre. Questi programmi sono solitamente scritti nel linguaggio di programmazione G standard internazionale. Il linguaggio di programmazione M può essere utilizzato anche in combinazione con il codice G per le lavorazioni CNC.

Il codice G indica alla macchina utensile come muoversi e lavorare, mentre il codice M indica al programma come muoversi esternamente. Il programma contiene anche istruzioni e impostazioni per la macchina utensile, come la velocità di avanzamento del materiale e la posizione e la velocità di movimento del pezzo.

All'inizio del processo, l'ingegnere utilizza un software di progettazione assistita da computer (CAD) per disegnare uno schema del componente da produrre. Il disegno viene quindi convertito in codice G. Il programma viene installato sul microcontrollore e viene quindi eseguito un test senza materie prime per assicurarsi che tutto sia impostato correttamente e funzioni correttamente. Questo passaggio è molto importante perché un'impostazione errata della velocità o della posizione può causare danni alla macchina e al componente.

Una volta che tutto è pronto, la macchina CNC avvierà il programma e completerà il lavoro come richiesto. Queste attività possono essere realizzate da zero, stampate o tagliate.

Tipi comuni di macchine CNC includono, ma non sono limitati a:

• Torni CNC: Utilizzato per operazioni di tornitura
• Fresatrici CNC: Utilizzato per operazioni di taglio e foratura
• Taglierine al plasma CNC: Utilizzato per tagliare il metallo utilizzando una torcia al plasma
• Router CNC: Utilizzato per tagliare vari materiali come legno, plastica e metallo
• Stampanti 3D: Macchine per la produzione additiva che costruiscono oggetti strato per strato

Per saperne di più:Cosa dovresti sapere prima della lavorazione CNC

Funzioni principali delle macchine utensili CNC

Nell'industria, le macchine CNC vengono comunemente utilizzate per i seguenti scopi:

Taglio

Le macchine CNC sono ideali per progetti che richiedono un taglio preciso e veloce. Possono utilizzare due delle tecnologie di taglio più avanzate: l'elettroerosione (EDM) e le macchine per il taglio a filo.

Nell'elettroerosione a tuffo (EDM), l'erosione termica è causata dall'interazione tra due elettrodi. Uno è un elettrodo di rame o grafite fissato all'utensile. L'altro è un fluido dielettrico che circonda l'oggetto. Sorprendentemente, l'utensile e il pezzo in lavorazione non sono mai a contatto diretto durante il processo. Lavori di taglio del filo basato sullo stesso principio dell'EDM, con la differenza che utilizza un elettrodo a filo come utensile da taglio preciso.

Perforazione

Questo metodo di foratura preciso utilizza un utensile da taglio rotante per praticare fori circolari in un pezzo fermo. Alcuni esempi sono trapani o getti d'acqua ad alta velocità. Nella maggior parte dei casi, questi fori vengono utilizzati per assemblare dadi e bulloni.

macinazione

utensili CNC Sono spesso dotati di mole abrasive per produrre una superficie pressoché perfetta. Questa rettifica sottrattiva è molto più precisa di qualsiasi metodo di produzione additiva. Può eliminare difetti piccoli fino a 1/10 della larghezza di un capello.

Fresatura

Le fresatrici CNC sono simili alle fresatrici tradizionali e ad altre fresatrici manuali. Utilizzano un tornio, un getto d'acqua o un utensile di tornitura per rimuovere il materiale da una materia prima fissa. Le fresatrici CNC possono muoversi lungo più assi, consentendo agli operatori di eseguire lavorazioni precise in orizzontale, verticale, inclinate e... fresatura frontale lavoro. Poiché l'operatore non deve cambiare e rifissare il materiale grezzo più volte, queste capacità multi-angolo velocizzano il processo di realizzazione di parti complesse in legno, metallo e plastica.

Girando

Questo processo su una macchina CNC è simile alla fresatura, ma il materiale grezzo non è fissato alla postazione di lavoro, bensì è collegato a un meccanismo di tornitura a rotazione rapida. L'operatore utilizzerà quindi un tornio o una macchina CNC con utensili simili per rimuovere piccoli pezzi di materiale fino a ottenere la forma desiderata.

Perché la CNC è importante?

Con CNC, diverse macchine utensili può creare prodotti più fluidi e precisi in tempi più rapidi. Questo processo elimina la necessità di lavorazioni manuali o di manodopera pesante, con un notevole risparmio di tempo e costi di manodopera.

Ecco alcuni dei vantaggi del CNC:

Costi ridotti

Poiché gli utensili CNC possono essere lavorati con maggiore precisione, i costi di produzione si riducono, rendendoli più convenienti. Minori sprechi di materiale, maggiore produttività e la possibilità di scalare portano a un minore consumo energetico, con conseguente riduzione dei costi di gestione. Inoltre, non è necessario preoccuparsi degli obblighi finanziari legati alla sicurezza dei lavoratori, il che contribuisce a ridurre ulteriormente i costi.

Riduzione dei rifiuti

Grazie ai miglioramenti della simulazione e dell'ottimizzazione iterativa, il software utilizzato per eseguire diverse tipi di macchine CNC crea pochi sprechi durante il processo di produzione. Ciò significa che ridurre gli sprechi di materiale ridurrà ulteriormente anche i costi di lavorazione.

Miglioramento della sicurezza dei lavoratori

Eliminando la necessità di un'eccessiva interazione umana, i computer CNC garantiscono la sicurezza dei lavoratori e prevengono gli incidenti. La maggior parte delle macchine CNC è ora in grado di funzionare in modo indipendente, consentendo agli operatori di controllarle a distanza per aggiornamenti software, modifiche di progettazione o altri interventi di manutenzione ordinaria.

Riduzione dell'errore umano

Si ritiene che le macchine CNC offrano maggiore precisione, complessità, velocità, libertà e ripetibilità. Questo perché impediscono agli operatori di commettere errori durante il processo di produzione. In definitiva, questo significa che si commetteranno meno errori durante la produzione di un prodotto.

Taglio lungo il contorno

Con una macchina CNC, è possibile eseguire operazioni come la contornatura. Questo permette di fresare forme curve, proprio come nella stampa 3D e nella progettazione. Questo apre anche più opzioni e possibilità per la lavorazione dei pezzi.

Codice MCU più veloce

Alcuni CNC possono integrare software CAD e software di produzione assistita da computer. Questo può accelerare la scrittura di MCU. Una maggiore velocità di programmazione si traduce anche in processi di lavorazione più brevi, garantendo efficienza nella lavorazione dei componenti.

Migliorare l'intelligence operativa

L'integrazione di software di pianificazione delle risorse aziendali e di programmi correlati, come il software di gestione degli asset aziendali, può semplificare le attività operative e di business intelligence. Ciò contribuirà a migliorare le prestazioni e la manutenzione dell'impianto, con conseguente riduzione dei costi.

Nessun collo di bottiglia

I CNC migliorano le cose perché utilizzano attrezzature più automatizzate, il che riduce la produttività e i colli di bottiglia nella produzione.

Sebbene le macchine CNC presentino numerosi vantaggi, presentano anche alcuni svantaggi. Le macchine CNC sono più costose, richiedono maggiore manutenzione e obbligano le aziende ad assumere programmatori CNC qualificati.

Importanti aree di applicazione del CNC

Le macchine CNC sono fondamentali in molti settori cruciali come quello sanitario, aerospaziale, militare e della difesa. Le aziende che operano in questi settori necessitano di componenti il più precisi possibile, poiché una rottura può mettere a repentaglio la vita delle persone. Gli utensili CNC possono garantire questa precisione.

Di seguito sono elencati i settori più comuni in cui vengono utilizzati macchinari CNC.

Aerospaziale

La tecnologia CNC semplifica l'ottenimento della precisione necessaria per la produzione di ogni parte di un aereo, inclusi gli involucri esterni e i componenti interni. Lavorazione CNC di componenti aeronautici, devono essere il più precisi e accurati possibile perché spesso sono critici per la missione. Inoltre, la lavorazione assistita da computer è spesso l'unico modo per soddisfare rigorosi standard di planarità, rotondità e cilindricità. Sono comuni anche tolleranze fino a 0,00004 pollici.

Lavorazione CNC aerospaziale Può essere realizzato con molti materiali diversi. Tra questi, alluminio, acciaio inossidabile, ottone, nichel, bronzo, ceramica, plastica, magnesio, titanio e metalli ad alte prestazioni come l'Inconel.

Di seguito alcuni esempi di parti realizzate con macchine CNC:

• Componenti del carrello di atterraggio
• Guarnizioni in titanio
• Profili alari
• Boccole
• Gruppi statorici
• Collettori
• Scatole del cambio in magnesio
• Connettori elettrici

Attrezzature mediche

Per soddisfare le esigenze dei pazienti, il campo medico fa molto affidamento sulle macchine utensili CNC Per realizzare prodotti di precisione, qualità e personalizzati. Durante la pandemia di COVID-19, la necessità di un maggior numero di mascherine e respiratori ha aumentato la dipendenza dalle macchine CNC. Anche le persone che ricevono assistenza medica spesso utilizzano strumenti medici monouso per prevenire la contrazione di malattie infettive. Per questo motivo, è ancora più importante per il settore medico utilizzare macchine CNC per produrre più forniture mediche in tempi più rapidi.

Ecco alcuni dei prodotti più comuni che possono essere realizzati con macchine CNC:

• Macchine per la risonanza magnetica
• Impianti
• Dispositivi ortopedici
• Contenitori elettronici per dispositivi di monitoraggio
• Attrezzature di ricerca
• Recinti schermati
• Parti realizzate in plastica ad alta temperatura
• Strumenti medici
• Imballaggi sterili personalizzati
• Prodotti approvati dalla Food and Drug Administration

Automobilistico

L'industria automobilistica è uno dei settori più importanti per la lavorazione CNC. Dalla creazione di prototipi per la ricerca e lo sviluppo alla produzione di grandi quantità di componenti, ogni aspetto del settore automobilistico deve essere migliorato grazie alla lavorazione CNC.

Inoltre, frese e torni CNC vengono utilizzati per realizzare una vasta gamma di componenti, dalle grandi sezioni del blocco motore ai piccoli ingranaggi e pannelli. Solo per i motori a combustione interna, sono necessari diversi utensili CNC. Questi utensili possono essere utilizzati per lavorare enormi blocchi di metallo per trasformarli in pannelli del corpo motore, nonché per realizzare cilindri, pistoni e altri componenti utilizzati per assemblare i componenti del cilindro in un blocco motore.

Ecco alcune delle parti che possono essere lavorate con macchine CNC:

• Scatole del cambio
• Parti del motore
• assi
• Valvole
• Pannelli del cruscotto
• Blocchi cilindrici
• Indicatori del livello del carburante

Elettronica

Il taglio CNC è preciso e flessibile, il che lo rende un metodo efficace per la produzione di componenti per l'industria elettronica. Di conseguenza, gli utensili CNC possono lavorare con una varietà di polimeri e metalli, inclusi materiali conduttivi e non conduttivi.

La produzione di componenti per computer tramite CNC è più rapida perché non richiede una fase di stampo prefabbricato. I progetti possono anche essere modificati e provati più volte con una minima assistenza. Secondo alcune fonti, Apple possiede 10.000 macchine CNC e ha prodotto un gran numero di laptop utilizzando queste macchine.

Le macchine CNC possono realizzare i seguenti prodotti:

• Elettronica di consumo
• Semiconduttori
• Dissipatori di calore
• circuiti stampati
• Isolamento elettrico
• Alloggiamenti per amplificatori
• Schermature contro le interferenze a radiofrequenza

Gas e petrolio

Le macchine utensili CNC vengono utilizzate per progettare i grandi macchinari utilizzati sulle piattaforme di perforazione e nelle fabbriche, per garantire che si adattino perfettamente. Se i componenti non si incastrano correttamente, i cilindri potrebbero non gonfiarsi, i pistoni potrebbero non rilasciare una pressione sufficiente e le valvole potrebbero perdere. Per questo motivo, le compagnie petrolifere utilizzano parti lavorate a CNC per garantire che i pezzi si adattino perfettamente.

Ecco alcuni esempi di ciò che viene prodotto utilizzando macchine CNC:

• Punte da trapano
• Bastoncini
• Pistoni
• Valvole
• Componenti idraulici
• Sistemi di valvole

Marino

L'industria navale fa ampio affidamento sulle macchine utensili CNC perché le navi necessitano di componenti estremamente precisi per rimanere a galla e funzionare. Le navi necessitano di molti tipi diversi di attrezzature, come sensori subacquei e sistemi di trasmissione. Di conseguenza, l'industria navale deve utilizzare la precisione CNC nella produzione di imbarcazioni e altre attrezzature nautiche.

Ecco alcuni dei componenti più comuni realizzati con macchine CNC:

• Eliche
• Custodie isolanti
• Componenti per il motore
• Stampi prototipo
• Costolette
• Pungiglioni

Osservazioni conclusive

In conclusione, le macchine utensili CNC sono una meraviglia tecnologica che ha cambiato il volto della produzione e della lavorazione meccanica. La loro capacità di eseguire compiti complessi in modo accurato ed efficiente basandosi su progetti digitali ha rivoluzionato settori che vanno dall'aerospaziale alla lavorazione del legno.

Queste macchine, guidate dalla programmazione computerizzata, hanno raggiunto livelli di precisione e ripetibilità prima inimmaginabili. Con il continuo progresso tecnologico, è probabile che le capacità delle macchine CNC si espandano, aprendo nuove possibilità per una produzione complessa ed efficiente in un'ampia gamma di settori.

In sostanza, le macchine CNC sono più di un semplice strumento. Sono il fulcro della produzione moderna, ottimizzando i processi e contribuendo al progresso nel campo dell'ingegneria di precisione.