Macchina CNC: Come Funziona e Come Viene Usata

Permettetemi prima di presentarvi cos’è la macchina CNC. E’ l’acronimo di Computer Numerical Control. Quando i computer vengono utilizzati per controllare una macchina utensile a controllo numerico (NC), la macchina viene chiamata macchina CNC. In altre parole, l’uso dei computer per controllare macchine utensili come torni, frese, stozzatrici, sagomatrici, ecc. è chiamato macchina CNC.

Le operazioni di taglio eseguite dal CNC prendono il nome di lavorazione CNC. I vari servizi di lavorazione in cui viene utilizzata la macchina CNC sono noti come servizi di lavorazione CNC. Nelle officine di macchine CNC, i programmi vengono prima progettati o preparati, quindi vengono inviati alla macchina CNC. Secondo il programma, il CNC controlla il movimento e la velocità delle macchine utensili.

CNC: Come Funziona

In generale, la lavorazione a macchina è un modo per trasformare un pezzo di materiale grezzo come un blocco di plastica e arrivare a un prodotto finito (tipicamente un prototipo) utilizzando un processo di rimozione del materiale controllato. Simile a un’altra tecnologia di sviluppo di prototipi, FDM (stampa 3D), CNC si basa su istruzioni digitali da un file CAM o CAD creato con software come Solidworks 3D. Sebbene il CAM o il CAD non siano eseguiti dalla macchina CNC stessa, forniscono la tabella di marcia per il CNC per fabbricare i progetti. La macchina CNC interpreta il progetto come istruzioni per il taglio di parti del materiale grezzo.

La capacità di programmare dispositivi informatici per controllare le macchine utensili fa avanzare rapidamente la produttività dell’officina automatizzando i processi altamente tecnici e ad alta intensità di manodopera. I tagli automatizzati migliorano sia la velocità che la precisione con cui è possibile creare parti di prototipi, soprattutto quando il materiale è critico (come nel caso del polipropilene).

Frequentemente i processi di lavorazione richiedono l’uso di più utensili per eseguire i tagli desiderati (ad es. punte da trapano di diverse dimensioni). Le macchine CNC comunemente combinano gli strumenti in unità o celle comuni da cui la macchina può attingere. Le macchine di base si muovono su uno o due assi, mentre le macchine avanzate si muovono lateralmente sugli assi x, y, longitudinalmente sull’asse z e spesso in rotazione attorno a uno o più assi.

Quelle multiasse sono in grado di capovolgere automaticamente le parti, consentendo di rimuovere il materiale che in precedenza era “sotto”. Ciò elimina la necessità per gli operatori di capovolgere il materiale di scorta del prototipo e consente di tagliare tutti i lati senza la necessità di un intervento manuale. I tagli completamente automatizzati sono generalmente più accurati di quanto sia possibile con gli input manuali. Detto questo, a volte lavori di finitura come l’incisione vengono eseguiti meglio a mano e tagli semplici che richiederebbero un ampio lavoro di progettazione per programmare la macchina per l’automazione.

Componenti di una macchinca CNC

Dispositivi di input: questi sono i dispositivi utilizzati per immettere il programma nella macchina CNC. Esistono tre dispositivi di input comunemente usati e questi sono un lettore di nastro perforato, un lettore di nastro magnetico e un computer tramite comunicazione RS-232-C.

Machine Control Unit (MCU): è il cuore della macchina CNC. Svolge tutta l’azione di controllo della macchina CNC, le varie funzioni svolte dalla MCU sono:

• Legge le istruzioni codificate inserite in esso.
• Decodifica l’istruzione codificata.
• Implementa l’interpolazione (lineare, circolare ed elicoidale) per generare comandi di movimento degli assi.
• Alimenta i comandi di movimento dell’asse ai circuiti amplificatori per il pilotaggio dei meccanismi degli assi.
• Riceve i segnali di feedback di posizione e velocità per ciascun asse di azionamento.
• Implementa le funzioni di controllo ausiliarie come l’attivazione/disattivazione del refrigerante o del mandrino e il cambio utensile.

Macchina utensile: una macchina utensile CNC ha sempre una tavola scorrevole e un mandrino per controllare la posizione e la velocità. La tavola della macchina è controllata in direzione degli assi X e Y e il mandrino è controllato in direzione dell’asse Z.

Sistema di azionamento: il sistema di azionamento di una macchina CNC è costituito da circuiti amplificatori, motori di azionamento e vite a ricircolo di sfere. L’MCU invia i segnali (cioè di posizione e velocità) di ciascun asse ai circuiti dell’amplificatore. I segnali di controllo sono quindi aumentati (aumentati) per azionare i motori di azionamento. E i motori di azionamento azionati ruotano la vite a ricircolo di sfere per posizionare la tavola della macchina.

Sistema di feedback: questo sistema è costituito da trasduttori che fungono da sensori. Viene anche chiamato sistema di misurazione. Contiene trasduttori di posizione e velocità che monitorano continuamente la posizione e la velocità dell’utensile da taglio posizionato in qualsiasi istante. L’MCU riceve i segnali da questi trasduttori e utilizza la differenza tra i segnali di riferimento e i segnali di feedback per generare i segnali di controllo per correggere gli errori di posizione e velocità.

Unità di visualizzazione: un monitor viene utilizzato per visualizzare i programmi, i comandi e altri dati utili della macchina CNC.

CNC vs Stampa 3D

La verità è che dipende dal materiale, dalla complessità della parte e dai fattori economici in gioco. La tecnologia di stampa 3D come le macchine FDM costruisce parti dal basso verso l’alto. Possono creare forme complesse e componenti interni un po’ più rapidamente di una macchina CNC. La stampa 3D offre a progettisti e produttori un grado di flessibilità e creatività che le macchine CNC non possono offrire con i mezzi convenzionali.

Al contrario, le macchine CNC convenzionali sono alquanto limitate dagli strumenti disponibili e dagli assi di rotazione che la macchina può utilizzare. Sebbene possano ancora essere utilizzate con una varietà di materiali, queste macchine sono bloccate in una serie relativamente rigida di confini e restrizioni su come possono interagire con i diversi materiali.

D’altra parte, la prototipazione FDM è molto più limitata dai materiali rispetto a un blocco di materiale lavorato a macchina. La prototipazione FDM richiede materiali specifici che possono essere utilizzati nella stampa 3D. Le macchine CNC offrono una maggiore varietà nei tipi di materiali con cui possono manipolare e lavorare per creare parti specifiche.

Vantaggi

• Può produrre lavori con la massima accuratezza e precisione rispetto a qualsiasi altra macchina manuale.
• Può essere eseguito per 24 ore al giorno.
• Le parti prodotte da esso hanno la stessa precisione. Non vi è alcuna variazione nelle parti prodotte.
• Non è necessario un operatore altamente qualificato per azionarlo. Anche un operatore semi-qualificato può operare con precisione e precisione.
• Gli operatori possono facilmente apportare modifiche e miglioramenti e ridurre i tempi di ritardo.
• Ha la capacità di produrre progetti complessi con elevata precisione nel minor tempo possibile.
• Il moderno software di progettazione, permette al progettista di simulare il produttore della sua idea. E questo elimina la necessità di realizzare un prototipo o un modello e consente di risparmiare tempo e denaro.
• Sono necessari meno lavoratori per utilizzare un CNC e risparmiare sui costi di manodopera.

Svantaggi

Nonostante abbia così tanti vantaggi, ha anche alcuni svantaggi. E questi sono:

• Il costo della macchina CNC è molto elevato rispetto a una macchina manuale.
• Le parti delle macchine CNC sono costose.
• Il costo di manutenzione nel caso del CNC è piuttosto elevato.
• Non elimina la necessità di strumenti costosi.

Applicazioni

Quasi tutte le industrie manifatturiere utilizzano macchine a controllo numerico. Con l’aumento dell’ambiente, la domanda di utilizzo di una macchina CNC è aumentata. Le macchine utensili fornite con il CNC sono tornio, frese, sagomatrici, saldatrici, ecc. Le industrie che utilizzano macchine CNC sono l’industria automobilistica, le industrie di rimozione dei metalli, le industrie della lavorazione dei metalli, le industrie della lavorazione a scarica elettrica, le industrie del legno, ecc.

Le macchine CNC sono state la prima svolta significativa nel campo della prototipazione rapida. Prima del controllo numerico (nel caso della tecnologia del nastro perforato) e del controllo numerico computerizzato (con elaborazione analogica e digitale), le parti dovevano essere lavorate a mano. Ciò portava invariabilmente a margini di errore maggiori nei prototipi finali e ancor di più se e quando le macchine venivano utilizzate manualmente per la produzione su larga scala. Le macchine CNC hanno contribuito a rivoluzionare la capacità del mondo manifatturiero di prototipare rapidamente diversi materiali, parti e altre macchine grazie alla maggiore precisione che offre.

Molte nuove macchine speciali CNC sono costruite appositamente per processi di produzione di nicchia. La lavorazione elettrochimica viene utilizzata per tagliare prodotti metallici altamente durevoli non altrimenti realizzabili. Le macchine CNC convenzionali sono più abili e tipicamente utilizzate per lo sviluppo di prototipi rispetto alla produzione.