Tipi di Macchina Principali

Tipi di Macchina CNC

I diversi lavori richiedono macchine diverse. Ecco i tipi principali che incontrerete in un negozio.

Tornio CNC: L'obiettivo di quasi tutti gli stabilimenti. Un utensile tagliante che gira si sposta su un pezzo di lavoro fermo per rimuovere il materiale. I torni possono tagliare superfici piane, tasche, slot, fori e contorni 3D complessi. La maggior parte degli stabilimenti utilizza torni verticali, in cui il boccola puntato verso il basso.

Tornio CNC (Centro di Fabbbricazione a Rotazione): Il pezzo di lavoro gira mentre un utensile tagliante fermo rimuove il materiale. I torni producono parti a sezione rotazionale: assi, guarnizioni, spigoli, filettature e qualsiasi cosa abbia simmetria di rotazione. Se la parte è cilindrica, probabilmente è stata prodotta su un tornio.

Router CNC: Simile a un tornio ma progettato per materiali più morbidi e aree di lavoro più grandi. I router tagliano legno, plastica, spuma e lastre di alluminio. Comuni nella fabbricazione di segni, arredamento e compositi.

EDM (Elettroerosione): Nessuno strumento di taglio entra in contatto con il pezzo di lavoro. Invece, i baglietti elettrici erodono il materiale. L'EDM può tagliare acciaio indurito e creare forme che sono impossibili con il taglio convenzionale: piccoli fori, angoli interni acuti e cavità di stampo complesse.

3 Assi vs 5 Assi: Un tornio a 3 assi muove lo strumento in X (destra-sinistra), Y (avanti-indietro) e Z (in alto-in basso). Un tornio a 5 assi aggiunge due assi di rotazione, consentendo allo strumento di avvicinarsi al pezzo di lavoro da quasi qualsiasi angolo. Le macchine a 5 assi costano di più e sono più difficili da programmare, ma possono produrre parti complesse aerospaziali e mediche in un unico setup invece di richiedere più impostazioni e attrezzi.

Scegliere la Macchina Giusta

Corrispondenza tra Macchina e Lavorazione

Un falegname deve guardare una parte e sapere quale macchina la produce in modo più efficiente.

Sistemi di Coordinate e Movimento

Codice G: Il Linguaggio del CNC

Ogni macchina CNC legge un programma scritto in codice G: una semplice lingua in cui ogni linea dice alla macchina di fare qualcosa: muoversi qui, far ruotare il boccola, accendere il raffreddante, cambiare strumento.

Il G-code utilizza un sistema di coordinate cartesiane. Su una fresa:

- X = sinistra & destra

- Y = davanti & dietro

- Z = su & giù (Z positivo è sempre lontano dal pezzo lavorato)

Ogni programma ha un offset di lavoro: un punto sul pezzo lavorato che la macchina tratta come X0 Y0 Z0. Di solito è un angolo o il centro della faccia superiore. Il meccanico imposta questo punto toccando il strumento sul pezzo lavorato e dicendo al controllore dove si trova.

I comandi di movimento più importanti:

- G00: Movimento rapido. La macchina si sposta il più velocemente possibile in una posizione. Utilizzato per la ri-posizionamento, mai per l'asportazione. Spostarsi al rapido nel materiale farà schiantare lo strumento.

- G01: Movimento di alimentazione lineare. La macchina si sposta in una linea retta con un tasso di alimentazione controllato. Questo è il tuo movimento di taglio base.

- G02: Arco orario. Taglia un arco circolare nel senso orario.

- G03: Arco antiorario. Lo stesso di G02 ma nel senso opposto.

I codici M controllano le funzioni della macchina che non sono movimento:

- M03: Spindale acceso, in senso orario

- M05: Spindale stop

- M08: Raffreddante acceso

- M09: Raffreddante spento

- M06: Cambio strumento

- M30: Fine programma e reset

Lettura di un Blocco G-Code

Lettura del G-Code

Ecco un breve snippet di G-code. Ogni linea viene chiamata blocco.

G00 X0 Y0 Z1.0
G00 Z0.1
G01 Z-0.25 F10.0
G01 X3.0 F15.0
G00 Z1.0

Il valore F è il tasso di alimentazione: quanto velocemente lo strumento si muove attraverso il materiale, in pollici al minuto.

Offset degli Strumenti

Offset della lunghezza degli strumenti e riferimenti di lavoro

Ogni strumento tagliante ha una lunghezza diversa. Un trapano da 6 pollici sporge più lontano dalla testa di spinta rispetto a un trapano da 2 pollici. Se la macchina non tiene conto di questa differenza, taglierà troppo profondamente o non abbastanza.

Questo viene risolto con gli offset della lunghezza degli strumenti. Il meccanico misura la lunghezza di ogni strumento e lo inserisce nel controller. Quando il programma richiama quell' strumento, la macchina adatta tutti i movimenti Z per compensare.

Incorrere nell'uso errato di un offset è uno dei motivi più comuni di incidenti. Se l'offset è troppo corto, lo strumento affonda più in profondità di quanto si aspetti. Se è troppo lungo, lo strumento taglia l'aria sopra il pezzo da lavorare.

Riferimenti di lavoro (G54, G55, G56, ecc.) dicono alla macchina dove si trova il pezzo da lavorare sulla tavola. Un meccanico può impostare più parti con riferimenti di lavoro diversi e eseguirli in sequenza senza ri-zero.

Strumenti di taglio

Strumenti di taglio e le loro mansioni

Una macchina CNC è valida solo quanto lo strumento nel suo spinterato. Diverse operazioni richiedono strumenti diversi.

Frantoi: Il dispositivo di taglio più versatile. Tagliano sia sulla parte inferiore che sulle pareti. Un frantoi a testa piatta lascia un pavimento piano. Un frantoi a testa sferica lascia una superficie a forma di sfera, utilizzato per la modellazione 3D. I frantoi sono disponibili in progettazioni da 2, 3 e 4 spire: più spire significano una finitura più liscia ma richiedono velocità di alimentazione più elevate per mantenere un corretto carico di scoria.

Trattori: Per fare fori. I trapani a puntina iniziano un foro con un centro preciso. I trapani a spirale scavano il foro fino alla profondità. I rilevatori seguono per portare il foro ad un diametro esatto con un finitura liscia.

Inserimenti: Lame di taglio sostituibili che si inseriscono in un supporto per strumenti. Comuni nelle torni e nelle fresatrici piane. Quando si usurano gli spigoli degli inserimenti, si indice (si gira per esporre un nuovo spigolo) o si sostituisce solo l'inserimento, non l'intera attrezzatura. Questo salva una notevole quantità di denaro nella produzione.

Materiali degli Strumenti di Taglio: La maggior parte degli strumenti di taglio sono o acciaio per alte velocità (HSS) o carburo. Il carburo è più duro e può funzionare a velocità molto più elevate, ma è fragile e più costoso. Esistono anche strumenti in ceramica e con superficie di diamante per applicazioni a elevate velocità specializzate.

Velocità e Carichi di Taglio

Velocità e Carichi di Taglio: Il Calcolo Fondamentale

Velocità (RPM) è quanto è veloce gira il motore. Alimentazione (IPM: pollici al minuto) è quanto velocemente il tool si sposta attraverso il materiale. Ottenere questi giusti è la differenza tra un taglio buono e uno strumento rotto.

Il punto di partenza è la velocità di superficie (SFM: pollici al minuto di superficie), che dipende dal materiale che si taglia e dal materiale dello strumento di taglio. L'alluminio con uno strumento di carburo potrebbe funzionare a 800 SFM. Acciaio dolce con carburo potrebbe funzionare a 400 SFM. Acciaio inossidabile potrebbe essere 250 SFM.

RPM viene calcolato da SFM & diametro dello strumento:

RPM = (SFM x 3.82) / Diametro dello Strumento

Carico di scarto è l'espansione di materiale che ogni flessibile rimuove per rivoluzione. È l'unità fondamentale di taglio. Un carico di scarto troppo basso significa che lo strumento sfrega invece di tagliare, generando calore e accelerando l'usura. Un carico di scarto troppo alto sovraccarica lo strumento e può romperlo.

La velocità di alimentazione viene da carico di scarto:

Alimentazione (IPM) = RPM x Numero di Flessibili x Carico di Scarto

Questi sono i punti di partenza. Il meccanico adatta in base a ciò che sente, vede e misura. Un taglio buono suona liscio. Un taglio cattivo urla, scatta o fa tremare la macchina.

Tolleranze e GD&T

Tolleranze: Quanto è Preciso Basta?

Nessuna parte è realizzata con dimensioni perfette. Ogni dimensione su un disegno ha una tolleranza: l'intervallo accettato di variazione.

Una dimensione potrebbe leggere 2.500 +/- 0.005 pollici. Ciò significa che la parte reale può essere ovunque tra 2.495 e 2.505 pollici e superare l'ispezione. Quella tolleranza è più o meno cinquemila millesimi: anche chiamato 'cinque thou'.

Tolleranze più strette costano di più. Una parte tenuta a un plus o meno di 0,0005 pollici (mezzo thou) richiede macchine migliori, strumenti più affilati, velocità di alimentazione più lente, ambienti controllati per la temperatura e ispezioni più accurate. Il compito del meccanico è colpire la tolleranza, non inseguire la perfezione oltre a quanto richiesto dal disegno.

GD&T (Geometric Dimensioning & Tolerancing) va oltre la semplice più o meno. Controlla la geometria delle caratteristiche:

- Pianità: Quanto è piano una superficie? Una pianità di 0,001 significa che tutta la superficie deve adattarsi tra due piani paralleli a 0,001 pollici di distanza.

- Concentricità: Quanto bene due caratteristiche cilindriche condividono l' stesso asse centrale?

- Posizione Vera: Quanto dista un foro da dove il disegno dice che dovrebbe essere?

GD&T è la sua lingua con i suoi simboli. Impararlo richiede tempo, ma ogni meccanico ha bisogno almeno dei principi base.

Misurazione e Ispezione

Misurare Ciò Che Hai Realizzato

Non puoi colpire una tolleranza se non puoi misurarla.

Calibri: Misurano i diametri interni, esterni, profondità e gradoni. Un calibro digitale legge fino a 0,0005 pollici. Buono per le tolleranze di più o meno 0,005 e più larghe.

Micrometri: Più precisi dei calibri. Un micrometro esterno legge fino a 0,0001 pollici. Usato quando le tolleranze sono più o meno 0,001 o più strette. I micrometri misurano bene una cosa: avrai bisogno di tipi diversi per i diametri esterni, i fori interni e le profondità.

MCM (Macchina di Misurazione Coordinate): Un rilevatore controllato da computer che tocca i punti su un pezzo e costruisce una mappa di misurazione 3D. Le MCM possono verificare requisiti complessi GD&T che nessuna attrezzatura manuale può controllare. Sono costose ma standard nell'aerospaziale e nella produzione medica.

Spiedi di prova e blocchi di misura: Lisciati a spillo esatti. Usati per verificare i diametri dei fori (spiedi di prova go/no-go) e per calibrare altri strumenti. Un set di blocchi di misura accurati al millesimo di pollice costa migliaia di dollari.

Trajectorie di Carriera in Machining CNC

Trajectorie di Carriera in Machining CNC

La machining CNC offre diverse traiettorie di carriera con diversi mix di lavoro manuale e pianificazione tecnica.

Operatore CNC: Gestisce le macchine. Carica il materiale, imposta gli strumenti, avvia i programmi, monitora i tagli e ispeziona i pezzi finiti. Posizione entry-level, ma un buon operatore che comprende il processo vale la sua peso in carburo. Mediana retribuzione di 40.000-50.000 dollari, più in aerospaziale e medico.

Tecnico di configurazione CNC: Si occupa della parte complessa: fissaggio, spostamenti degli strumenti, prima ispezione degli articoli e regolazione di un nuovo lavoro. Una volta che il tecnico di configurazione ha il processo in esecuzione, gli operatori lo mantengono. I tecnici di configurazione guadagnano generalmente tra 50.000 e 65.000 dollari.

Programmatore CNC: Scrive il codice G, spesso utilizzando software CAM (Computer-Aided Manufacturing) che genera percorsi degli strumenti da modelli 3D. I programmatori decidono le strategie di taglio, le selezioni degli strumenti e le sequenze di lavorazione. Hanno bisogno di una solida comprensione sia del software che del processo di taglio fisico. Range retributivo da 55.000 a 80.000 dollari.

Ingegnere di produzione: Progetta l'intero processo di produzione: quali macchine, quale ordine di operazioni, quali attrezzi, quali controlli sulla qualità. Risolvono i problemi di produzione e ottimizzano per costi e qualità. Di solito richiede un diploma o una vasta esperienza. Da 65.000 a 95.000 $.

Certificazione NIMS: Il National Institute for Metalworking Skills offre crediti riconosciuti dall'industria in CNC milling, CNC turning e altre specialità. La certificazione NIMS dimostra la competenza agli datori di lavoro e può accelerare la carriera.

Molti meccanici iniziano come operatori, ottengono credenziali NIMS, passano al setup o al programming e infine guidano dipartimenti o aprono i loro negozi. La strada dall'operatore al proprietario dello studio è ben battuta in questo mestiere.

La tua strada in avanti

Pensa alla tua strada

Non esiste un unico punto di ingresso. Alcune persone iniziano con programmi di community college. Altre passano attraverso apprendistati nelle aziende di produzione. Altre si uniscono alle forze armate e imparano la meccanica lì. Il filo conduttore è il tempo trascorso a mano a mano che si impara.

Cosa ricorderai?

Conclusione

Ecco cosa hai affrontato oggi:

- Le macchine CNC utilizzano il controllo computerizzato per tagliare parti con una precisione di millesimi di pollice, ma è il meccanico a prendere le decisioni cruciali

- I trucioli tagliano forme piane e complesse; i torni producono parti rotonde; i router gestiscono grandi materiali morbidi; l'EDM utilizza scintille elettriche per l'acciaio indurito

- Il G-code è il linguaggio delle CNC: G00 per spostamenti rapidi, G01 per il taglio, G02 / G03 per gli archi, i codici M per le funzioni della macchina

- Velocità e alimentazione vengono calcolate dalla velocità di superficie, dal diametro del strumento, dalla carica di scoria e dal numero di fustelle

- Le tolleranze definiscono la variazione accettabile; la GD&T controlla la geometria; lo strumento di misura giusto deve essere più preciso della tolleranza

- Le carriere variano dall'operatore all'ingegnere della produzione, con la certificazione NIMS come credenziale dell'industria

L'usinaggio CNC è un mestiere in cui matematica, risoluzione dei problemi e abilità manuali contano. Le macchine diventano sempre più capaci ogni anno, ma ancora hanno bisogno di persone che capiscano la fisica del taglio del metallo.