Cat McClintock contributes to the Creo and Mathcad blogs for PTC. She has been a writer and editor for 15+ years, working for CAD, PDM, ERP, and CRM software companies. Prior to that, she edited science journals for an academic publisher and aligned optical assemblies for a medical device manufacturer. She holds degrees in Technical Journalism, Classics, and Electro-Optics. She loves talking to PTC customers and learning about the interesting work they're doing and the innovative ways they use the software.
Nella produzione, i pezzi vengono comunemente creati rimuovendo materiale da un blocco più grande di materiale (spesso chiamato "pezzo" o "stock") utilizzando macchine come torni, trapani o taglierine laser. Questo metodo di produzione è noto come produzione sottrattiva, perché il materiale viene rimosso dal pezzo. Altri metodi di produzione possono aggiungere materiale (ad esempio, l’additive manufacturing) o utilizzare tecniche di calore e stampaggio (ad esempio, stampaggio a iniezione, stampaggio a soffiaggio).
Sicuramente conoscete gli strumenti di officina sottrattivi, come i trapani a mano e le levigatrici orbitali. I produttori più sofisticati utilizzano strumenti che seguono principi simili, ma sono potenziati con controllori computerizzati, sistemi di feedback e sensori per aggiungere precisione, velocità e automazione al processo di produzione. Il più avanzato di questi metodi si trova nelle macchine a controllo numerico computerizzato (CNC).
Che cos'è il controllo numerico computerizzato (CNC)?
Il controllo numerico computerizzato si riferisce all'uso dei computer per controllare le macchine utensili nel processo di produzione. I programmatori forniscono istruzioni al computer, specificando quali utensili la macchina deve utilizzare e la loro posizione, movimento e velocità. La macchina esegue le istruzioni con poca interazione umana.
Poiché le istruzioni provengono da un programma informatico, i pezzi possono essere prodotti in serie con poca supervisione. Inoltre, la macchina può essere riprogrammata. Un produttore può riassegnare l'attrezzatura per nuovi progetti o tornare ai vecchi programmi e pezzi secondo le necessità.
Consideriamo, ad esempio, un'officina che produce pale per ventilatori. Può facilmente adattarsi agli ordini speciali cambiando semplicemente il programma. In passato, l'azienda avrebbe dovuto creare costosi utensili e maschere per adattarsi alle mutevoli esigenze dei clienti. Ora, per cambiare le dimensioni dei pezzi è sufficiente modificare alcuni numeri del programma.
Perché il CNC è importante?
Il CNC ha fatto progredire la produzione in molti modi:
- Velocità: I sistemi CNC possono eseguire operazioni complesse in modo più rapido rispetto al passato. Un esempio lampante è la lavorazione multiasse. I sistemi CNC possono lavorare contemporaneamente su un pezzo su più assi (si pensi alle dimensioni lineari e rotazionali). La produzione di pezzi complessi con superfici curve, sottosquadri e angoli variabili può ora essere completamente automatizzata.
- Precisione: Le macchine a controllo numerico seguono esattamente le istruzioni del computer. Possono anche integrarsi con altri strumenti per aumentare la precisione. Possono:
- Prelevare le dimensioni direttamente da modelli CAD già convalidati per ottenere prestazioni ottimali. Poiché i sistemi sono interoperabili, il rischio di errori nella traduzione dei dati da un sistema all'altro è minimo.
- Utilizzate i sensori per il monitoraggio dei processi e il controllo della qualità. Il sistema può rilevare rapidamente, e persino adattarsi, a vibrazioni eccessive o altre anomalie.
- Ripetibilità: Come già detto, un pezzo può essere riprodotto facilmente con il CNC. Si noti inoltre che un programma può essere riutilizzato a distanza di mesi o addirittura di anni. La macchina non deve essere riprogrammata se il produttore ha bisogno di riprodurre un pezzo già esistente.
- Meno errori, meno rilavorazioni e meno sprechi: La coerenza dell'intero sistema e l'assenza di operazioni manuali riducono il rischio di errori. Con il CNC, le aziende possono creare operazioni di produzione altamente affidabili e precise con meno errori, meno rilavorazioni e, in definitiva, meno scarti.
- Costi inferiori, manodopera ottimizzata: Il CNC elimina la necessità di operatori manuali, così i macchinisti possono utilizzare le loro competenze per attività di livello superiore, come la programmazione e l'impostazione, la risoluzione dei problemi e l'ottimizzazione dei processi./li>
Come funziona il processo di lavorazione CNC?
Le fasi di base della produzione CNC si sovrappongono a quelle delle macchine convenzionali. Gli operai devono ispezionare e calibrare i macchinari; gli utensili e i materiali devono essere caricati nell'apparecchiatura e gli offset dei pezzi devono essere regolati.
Con la CNC, invece, i programmatori devono impostare le istruzioni digitali per il macchinario. Spesso partono dal progetto CAD del prodotto per indicare dimensioni e coordinate. Possono migrare i dati CAD in un sistema di produzione assistita da computer (CAM) per produrre percorsi utensile. In molti casi, il sistema CAM può scrivere il codice finale (chiamato codice G) per il funzionamento del CNC.
Successivamente, un operatore carica il programma nel sistema ed esegue una prova. Una volta provata, inizia la produzione.
È importante notare che il programma CNC è una preziosa proprietà intellettuale (IP). Per questo motivo, la maggior parte delle aziende documenta e archivia il codice a fini di tracciabilità, controllo qualità, risoluzione dei problemi, conformità e formazione.
Qual è la differenza tra NC e CNC?
Se lavorate con apparecchiature tradizionali, potreste imbattervi in apparecchiature a controllo numerico (NC), che sono simili ma non uguali al CNC. Il controllo numerico è una tecnologia più vecchia, anch'essa progettata per automatizzare i macchinari di produzione, ma con molte limitazioni che non si trovano nei sistemi CNC di oggi. Ecco alcuni confronti tra NC e CNC:
Programmazione
I sistemi NC ricevono le loro istruzioni da schede perforate o nastri. La loro logica è letteralmente cablata nei circuiti dell'apparecchiatura. Questo rende le macchine NC difficili da riprogrammare e spesso eseguono un solo compito per tutta la loro vita. Come se non bastasse, le macchine NC richiedono operatori altamente qualificati e difficili da reperire.
Le macchine CNC, invece, possono essere riprogrammate con la stessa facilità con cui si riprogramma un qualsiasi computer. Il sistema non richiede modifiche fisiche e le operazioni non richiedono le competenze altamente specializzate necessarie per il controllo numerico. Inoltre, i programmi CNC possono essere riutilizzati, cosa che non è possibile con il CN.
Complessità
Rispetto al CNC, il CN non è in grado di eseguire molte operazioni complesse. Ad esempio, una macchina a controllo numerico può produrre semplici staffe o forare un blocco motore. Ma non ci si aspetterebbe che possa gestire intricate curve 3D. I sistemi CNC, invece, supportano la fresatura multiasse e possono produrre forme complesse.
Costi
Le macchine a controllo numerico tendono a essere meno costose all'acquisto, ma costano di più in termini di manutenzione rispetto ai sistemi CNC, che tendono a essere più costosi, ma richiedono meno manutenzione.
La scomparsa di NC
Date queste limitazioni, non sorprende che le macchine a controllo numerico stiano scomparendo dalla produzione. Le macchine CNC più recenti possono fare di più con meno problemi. Tuttavia, alcune macchine a controllo numerico più vecchie rimangono preziose e possono ancora essere utilizzate.
Quali sono i diversi tipi di macchine CNC?
Oggi la maggior parte dei macchinari di tipo sottrattivo è stata adattata con il CNC. I computer sono presenti nelle fresatrici, nelle apparecchiature pick-and-place e, naturalmente, nelle fresatrici.
Esempi di macchine CNC distinte e comuni includono:
Torni
Probabilmente sapete che i torni fanno ruotare il materiale attorno a un mandrino mentre un utensile da taglio modella la superficie esterna o esegue un foro al centro. Da tempo le officine utilizzano torni di questo tipo per creare oggetti cilindrici, come le gambe di legno di una sedia o di un tavolo.
Con l'introduzione della tecnologia CNC, la tornitura e la movimentazione degli utensili avvengono in modo più rapido e preciso che mai. I torni CNC eseguono operazioni complesse come la filettatura, la contornatura e la lavorazione delle superfici, con la precisione necessaria anche per i settori più esigenti, come quello aerospaziale e automobilistico. Inoltre, le macchine CNC possono essere configurate in modo da funzionare perfettamente con attrezzature come caricatori di barre e carrelli per fornire automaticamente i pezzi grezzi al mandrino. Il risultato è un processo altamente automatizzato che richiede solo una frazione dello sforzo manuale o dell'abilità richiesti in passato.
Mulini
Una fresatrice tradizionalmente mantiene il pezzo fermo mentre una punta o un utensile da taglio si muove su di esso. Ma oggi le più sofisticate funzioni CNC possono essere impostate per posizionare e riposizionare il pezzo su più assi. Ciò consente di eseguire tagli complessi in quasi tutte le posizioni.
Le fresatrici CNC possono quindi produrre geometrie molto complesse. Immaginate una pala di turbina il cui progetto prevede la modifica dei contorni su più assi, cosa che non può essere facilmente creata con un'operazione convenzionale a singolo asse. Poiché le fresatrici CNC accedono a ogni asse in qualsiasi momento, le superfici curve vengono prodotte in modo rapido e preciso.
Trapani
I trapani, ovviamente, sono ovunque nella produzione. Sono necessarie per creare sedi per gli elementi di fissaggio (si pensi a dadi e bulloni), per creare aperture per il flusso d'aria e persino per eliminare il peso da un telaio. Un trapano con funzionalità CNC può alesare, svasare e maschiare automaticamente i fori a profondità precise e con schemi facilmente ripetibili, rendendolo ideale per la produzione di massa.
Smerigliatrici
Le rettificatrici utilizzano abrasivi e ruote rotanti per lisciare i pezzi metallici durante la produzione. Le smerigliatrici a controllo numerico automatizzano il processo e, anche in questo caso, assicurano che i pezzi siano rifiniti in modo coerente con la levigatezza specificata. Poiché le rettificatrici CNC possono lavorare in micrometri, possono anche essere utilizzate per affilare gli utensili con maggiore precisione rispetto ai macchinari convenzionali, anche quelli con geometrie complesse.
Taglierine laser
Le taglierine laser utilizzano potenti laser CO2, al neodimio (Nd) o all'ittrio-alluminio-granato drogato al neodimio (Nd:YAG) per tagliare o incidere i materiali. Poiché i laser possono essere messi a fuoco fino a un micrometro, offrono una maggiore precisione rispetto ad altri strumenti di taglio e, quindi, producono meno scarti. Le prime taglierine laser fornivano alcuni controlli e potevano essere utilizzate per insegne o componenti acrilici personalizzati. Ma con l'aggiunta della tecnologia CNC, le operazioni sono più veloci e ripetibili che mai.
Conclusione
Che si tratti di industria aerospaziale, medica, automobilistica o di prodotti di consumo, la tecnologia CNC è oggi presente in quasi tutti i settori. Questo perché tutti i produttori traggono vantaggio da una maggiore velocità, precisione e flessibilità. Automatizzando e ottimizzando la produzione, i sistemi CNC creano prodotti di qualità superiore e si adattano rapidamente alle mutevoli esigenze dei clienti. Sebbene le macchine manuali e a controllo numerico siano ancora presenti nelle operazioni di sottrazione, è facile capire perché il CNC sia diventato il chiaro vincitore nella corsa verso una tecnologia di produzione superiore.
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