Una macchina CNC è una macchina utensile controllata da un programma informatico. Invece di affidarsi a un operatore per muovere manualmente l'utensile di taglio, la macchina segue le istruzioni programmate per completare operazioni di fresatura, foratura, tornitura e altre lavorazioni meccaniche.
CNC è l'acronimo di Computer Numerical Control (Controllo Numerico Computerizzato ).
Oggi, le macchine CNC sono attrezzature essenziali nella produzione automobilistica, aerospaziale, elettronica, di dispositivi medici, di attrezzature industriali, nella produzione di stampi per pressofusione e in molti altri settori.
Prima dell'avvento della tecnologia CNC, quasi ogni operazione di lavorazione doveva essere controllata manualmente.
In questo articolo spieghiamo cos'è una macchina CNC, come si è sviluppata la tecnologia CNC, in cosa si differenzia dalla lavorazione manuale tradizionale e perché la lavorazione CNC è importante nella pressofusione e nella produzione di stampi.
- Cos'è una macchina CNC?
- Come funzionava la lavorazione meccanica prima dell'avvento delle macchine a controllo numerico (CNC)
- Perché le macchine utensili manuali erano limitate
- La nascita e lo sviluppo della tecnologia CNC
- Lavorazione manuale vs. lavorazione CNC
- Qual è la differenza tra NC e CNC?
- Come funziona una macchina CNC?
- Lavorazioni CNC nella pressofusione e nella produzione di stampi
- Lavorazione CNC presso lo stampo di fusione
- Conclusione
- Servizi di pressofusione di alluminio
Cos'è una macchina CNC?
Una macchina CNC è una macchina utensile che utilizza istruzioni computerizzate per controllare il movimento dell'utensile di taglio, del piano di lavoro e di altri componenti della macchina.
Il programma comunica alla macchina:
- Dove deve muoversi l'utensile da taglio
- A che velocità deve muoversi l'utensile?
- A che velocità deve ruotare il mandrino?
- Quanto in profondità deve tagliare l'utensile
- Quando lo strumento deve avviarsi o arrestarsi
- Quando è necessario un cambio di utensile
A seconda della configurazione, una macchina CNC può eseguire operazioni quali:
- Fresatura
- Svolta
- Perforazione
- Maschiatura
- Noioso
- Alesatura
- Lavorazione del contorno
- Lavorazione tridimensionale delle superfici
Grazie al fatto che la macchina segue un percorso utensile programmato, è in grado di produrre ripetutamente pezzi con dimensioni costanti e geometrie complesse.
Come funzionava la lavorazione meccanica prima dell'avvento delle macchine a controllo numerico (CNC)
Prima della diffusione delle macchine a controllo numerico (CNC), le aziende manifatturiere si affidavano principalmente a macchine utensili convenzionali, tra cui:
- Torni manuali
- Fresatrici manuali
- Macchine perforatrici manuali
- Macchine per la molatura manuale
Queste macchine possedevano già molti degli stessi componenti meccanici di base presenti nelle moderne apparecchiature CNC, come il mandrino, il piano di lavoro, l'utensile da taglio e gli assi della macchina.
La differenza principale risiedeva nel metodo di controllo.
Su una macchina manuale tradizionale, l'operatore controllava il movimento ruotando volantini e leggendo quadranti graduati. L'operatore doveva controllare manualmente le direzioni X, Y e Z, valutando al contempo la profondità di taglio, la velocità di avanzamento e la precisione dimensionale.
Un macchinista di grande esperienza potrebbe produrre pezzi molto precisi utilizzando questo metodo. Tuttavia, la qualità finale dipendeva in larga misura dall'abilità, dalla concentrazione e dall'esperienza dell'operatore.
Perché le macchine utensili manuali erano limitate
La lavorazione manuale ha svolto un ruolo importante nello sviluppo industriale, ma presentava diverse limitazioni.
Minore efficienza produttiva
Ogni operazione di taglio doveva essere eseguita o monitorata dall'operatore.
Durante la lavorazione di un componente complesso, l'operatore doveva mantenere un'elevata concentrazione per tutta la durata del processo. Ciò comportava un aumento del fabbisogno di manodopera e una limitazione della velocità di produzione.
Qualità delle parti incoerente
Anche quando lo stesso operatore produce lo stesso pezzo, possono verificarsi piccole differenze dimensionali tra il primo e l'ultimo pezzo.
Le differenze potrebbero diventare più evidenti quando un altro operatore subentra nella gestione del processo.
Difficoltà nella lavorazione di forme complesse
Una superficie curva complessa può richiedere che due o più assi della macchina si muovano simultaneamente e con precisione.
Questo tipo di movimento coordinato è estremamente difficile da realizzare manualmente. Il controllo CNC permette di calcolare e controllare questi movimenti in modo automatico.
Forte dipendenza da operatori qualificati
La lavorazione manuale si basa in gran parte sull'esperienza dell'operatore.
Gli operatori specializzati rimangono figure preziose nella produzione moderna, ma la tecnologia CNC consente di convertire le loro conoscenze di lavorazione in programmi ripetibili e processi standardizzati.
La nascita e lo sviluppo della tecnologia CNC
Lo sviluppo della tecnologia di controllo numerico è stato guidato dalla richiesta di componenti più precisi e complessi, in particolare nel settore aerospaziale.
Le strutture degli aeromobili, i componenti delle turbine e altre parti ad alte prestazioni non potrebbero essere prodotte in grandi quantità in modo efficiente utilizzando solo metodi di lavorazione manuale.
1952: La prima fresatrice a controllo numerico
Nel 1952, il Massachusetts Institute of Technology e la Parsons Corporation svilupparono una delle prime fresatrici a controllo numerico di uso pratico.
Il sistema utilizzava nastri di carta perforati per memorizzare i dati delle coordinate.
La macchina leggeva i modelli di foratura sul nastro e convertiva le informazioni in segnali elettrici. Questi segnali controllavano i motori e muovevano automaticamente gli assi della macchina.
Questa è l'origine del termine controllo numerico : numeri e coordinate venivano utilizzati per controllare il movimento della macchina.
Anni '1950-'1960: i primi sistemi di controllo elettronico
I primi sistemi di controllo numerico utilizzavano tubi a vuoto e complessi componenti elettronici.
Si trattava di sistemi di grandi dimensioni, costosi e utilizzati principalmente nella produzione militare e aerospaziale.
Anni '1970: I computer entrano nel controllo numerico
Con la diffusione di computer più piccoli, questi hanno gradualmente sostituito molti dei primi controller cablati.
I programmi potevano essere memorizzati e modificati più facilmente, riducendo la necessità di creare un nuovo nastro perforato ogni volta che un programma di lavorazione cambiava.
Questo sviluppo ha gettato le basi per il concetto moderno di controllo numerico computerizzato , o CNC.
Anni '1980-'1990: la tecnologia CNC si diffuse ampiamente.
I progressi nel campo dei microprocessori hanno ridotto significativamente i costi e le dimensioni dei sistemi di controllo CNC.
I produttori specializzati di sistemi di controllo CNC hanno sviluppato sistemi più affidabili e facili da usare, consentendo alle macchine CNC di entrare nelle fabbriche di produzione in generale su una scala molto più ampia.
Dagli anni 2000 a oggi: CNC e produzione intelligente
Le moderne macchine CNC offrono funzionalità quali:
- Lavorazione ad alta velocità
- Controllo multiasse
- Cambio utensile automatico
- Monitoraggio dell'usura degli utensili
- Misurazione durante il processo
- Trasmissione del programma di rete
- Raccolta dei dati di produzione
- Integrazione con software CAD e CAM
- Automazione e carico robotizzato
Le macchine CNC non sono più solo macchine da taglio automatizzate. Sono unità di produzione fondamentali all'interno dei moderni sistemi di produzione digitali e intelligenti.
Lavorazione manuale vs. lavorazione CNC
| Confronto | Lavorazione manuale | Lavorazione CNC |
|---|---|---|
| Movimento della macchina | Controllato dall'operatore | Controllato da un programma per computer |
| Efficienza di produzione | Riduzione per la produzione ripetitiva | Adatto alla produzione di volumi medi e alti |
| Ripetibilità | Dipende molto dall'abilità dell'operatore | Elevata ripetibilità dopo la convalida del processo |
| Superfici complesse | Difficile da produrre | È possibile la lavorazione multiasse. |
| Costo di installazione | Spesso inferiori per lavori semplici e occasionali. | È necessaria la programmazione e la preparazione degli appuntamenti. |
| Coerenza della produzione | Più dipendente dall'operatore | Più stabile e standardizzato |
| Archiviazione del programma | Non applicabile | I programmi possono essere memorizzati e riutilizzati |
| Migliore applicazione | Riparazioni, componenti semplici e lavori a basso volume | Produzione di precisione, complessa e ripetibile |
La lavorazione manuale non è scomparsa.
Rimane utile per lavori di riparazione, regolazione di macchinari, modifica di prototipi e la realizzazione di alcuni componenti semplici. Tuttavia, la lavorazione CNC offre chiari vantaggi quando il progetto richiede ripetibilità, geometrie complesse e una produzione in serie stabile.
Qual è la differenza tra NC e CNC?
NC e CNC sono correlati, ma non sono esattamente la stessa cosa.
| Articolo | NC | CNC |
|---|---|---|
| Nome e cognome | Controllo numerico | Controllo numerico del computer |
| Sistema di controllo | Controllo elettronico principalmente cablato | controllo basato su computer |
| Archiviazione del programma | Solitamente supporti esterni come il nastro perforato | Memorizzato nel controller o trasferito digitalmente |
| Modifica del programma | Difficile e richiede molto tempo | I programmi possono essere modificati e ottimizzati |
| Flessibilità | Limitato | Alto |
| Capacità di rete | Generalmente non disponibile | Programmi e dati possono essere trasferiti attraverso le reti |
| Uso corrente | Sistemi prevalentemente storici o specializzati | Tecnologia standard nelle moderne macchine utensili |
Il controllo numerico (NC) è stata la prima forma di controllo numerico.
Il controllo numerico (CNC) si è evoluto dal controllo numerico (NC) introducendo il controllo computerizzato. Ciò ha permesso di memorizzare, modificare, copiare e trasferire i programmi di lavorazione in modo più agevole.
Oggi, la maggior parte delle apparecchiature definite "macchine a controllo numerico" sono in realtà macchine CNC.
È inoltre importante comprendere che un centro di lavoro è un tipo di macchina CNC , normalmente dotata di un cambio utensile automatico e in grado di eseguire molteplici operazioni di lavorazione in un'unica configurazione.
Come funziona una macchina CNC?
Sebbene le macchine CNC possano essere estremamente avanzate, il loro processo di lavoro di base può essere suddiviso in diverse fasi.
1. Esaminare il disegno del componente
Il team di ingegneri esamina innanzitutto il disegno 2D o il modello 3D.
Le informazioni importanti includono:
- Materiale
- Dimensioni
- Tolleranze
- Requisiti di superficie
- Specifiche di fori e filettature
- Posizioni dei dati
- Requisiti di ispezione
2. Pianificare il processo di lavorazione
L'ingegnere determina:
- Quali superfici devono essere lavorate?
- La sequenza di lavorazione
- Progettazione di sistemi di fissaggio e attrezzature
- Selezione degli utensili da taglio
- Parametri di taglio
- Metodi di ispezione
3. Creare il programma CNC
Per i pezzi semplici, il programma può essere scritto direttamente sul controllore CNC.
Per i pezzi complessi, si utilizza solitamente un software CAM per creare e simulare il percorso utensile.
Il programma completato contiene comandi per il movimento della macchina, la velocità del mandrino, la velocità di avanzamento, la selezione dell'utensile e altre operazioni.
4. Configurare la macchina
L'operatore installa il pezzo in lavorazione, il dispositivo di fissaggio e gli utensili da taglio.
È inoltre necessario stabilire il corretto sistema di coordinate di lavoro e gli offset degli utensili.
Un'impostazione errata può causare errori dimensionali, danni agli utensili o persino una collisione.
5. Eseguire il programma di lavorazione
Il controllore CNC legge il programma e muove gli assi della macchina secondo le istruzioni programmate.
La macchina esegue automaticamente le operazioni di taglio richieste.
6. Ispezionare il pezzo finito
Dopo la lavorazione, il pezzo viene ispezionato utilizzando appositi strumenti di misurazione.
A seconda del progetto, l'ispezione può includere:
- calibri
- micrometri
- Indicatori di altezza
- Calibri per filettature
- Macchine di misura a coordinate
- Misuratori di rugosità superficiale
- Dispositivi di ispezione personalizzati
Lavorazioni CNC nella pressofusione e nella produzione di stampi
La lavorazione CNC è particolarmente importante nell'industria della pressofusione.
Un componente pressofuso viene formato iniettando metallo fuso in uno stampo d'acciaio sotto pressione. Sebbene il processo di fusione possa produrre pezzi con una forma quasi definitiva, la lavorazione CNC è comunque necessaria sia durante la realizzazione dello stampo che durante la produzione del componente.
Lavorazioni CNC per stampi per pressofusione
Uno stampo per pressofusione contiene numerosi componenti di precisione, tra cui:
- Cavità dello stampo
- Inserti del nucleo
- Diapositive
- Sollevatori
- Componenti dell'eiettore
- Sistemi di corridori
- aree di sovraffollamento
- Canali di raffreddamento
- Inserire tasche
- Superfici di separazione
Questi componenti devono essere fabbricati con dimensioni controllate e allineamento preciso.
Nel processo di fabbricazione degli stampi possono essere utilizzate diverse tecniche di lavorazione, tra cui fresatura CNC, foratura, rettifica, elettroerosione e taglio a filo.
La precisione dello stampo influisce direttamente su:
- Dimensioni di fusione
- Disallineamento della linea di separazione
- Formazione di flash
- Aspetto superficiale
- Prestazioni di assemblaggio
- Vita di muffa
- Stabilità della produzione
Lavorazione CNC per componenti pressofusi
La pressofusione consente di produrre in modo efficiente componenti metallici complessi, ma alcune caratteristiche vengono solitamente completate dopo la fusione.
Le caratteristiche tipiche ottenute tramite lavorazione CNC includono:
- Fori di precisione
- Fori filettati
- Posizioni dei cuscinetti
- Superfici di tenuta
- Dati di assemblaggio
- Interfacce dei connettori
- Superfici di montaggio piane
- diametri ad alta tolleranza
Ad esempio, un alloggiamento in alluminio pressofuso può essere realizzato con la sua forma esterna principale, le nervature e la struttura interna. Successivamente, è possibile utilizzare la lavorazione CNC per rifinire la superficie di tenuta, praticare i fori di montaggio e realizzare i raccordi filettati.
Questa combinazione offre l'efficienza produttiva della pressofusione e la precisione dimensionale della lavorazione CNC.
Perché la pianificazione dei processi è importante
La lavorazione CNC dovrebbe essere presa in considerazione nelle prime fasi della progettazione per la producibilità (DFM), piuttosto che dopo il completamento dello stampo.
Il team di ingegneri dovrebbe valutare:
- Sovrattasse di lavorazione
- Punti di riferimento per la fusione
- Posizioni degli apparecchi
- Deformazione di serraggio
- Rischio di porosità nelle aree lavorate
- Accesso agli strumenti
- Sequenza di lavorazione
- Requisiti di ispezione
Una corretta pianificazione può ridurre i tempi di lavorazione, gli scarti e i costi di produzione superflui.
Lavorazione CNC presso lo stampo di fusione
Presso Cast Mold, la lavorazione CNC supporta sia la produzione di stampi per pressofusione sia la lavorazione secondaria di componenti pressofusi in alluminio e leghe di zinco.
Il nostro processo produttivo integrato può includere:
- Revisione DFM
- Analisi del flusso di muffa
- Progettazione di stampi per pressofusione
- Produzione stampi
- Prova e campionamento delle muffe
- pressofusione di alluminio o zinco
- Lavorazione CNC
- Finitura superficiale
- Ispezione e imballaggio
Considerando congiuntamente la fusione, la realizzazione degli stampi e la lavorazione CNC, possiamo identificare tempestivamente i potenziali rischi di produzione e sviluppare un processo produttivo più stabile.
Conclusione
Una macchina CNC utilizza programmi informatici per controllare i movimenti della macchina e le operazioni di taglio.
Rispetto alla lavorazione manuale tradizionale, la tecnologia CNC offre una maggiore ripetibilità, una maggiore efficienza produttiva e la capacità di realizzare componenti più complessi.
L'evoluzione dai primi sistemi di controllo numerico alle moderne macchine CNC multiasse ha svolto un ruolo importante nella crescita della produzione di precisione.
Nella produzione di pressofusione, la lavorazione CNC viene utilizzata non solo per realizzare stampi di precisione, ma anche per rifinire le caratteristiche critiche dei getti in lega di alluminio e zinco.
Per ottenere i migliori risultati, la pressofusione, la progettazione degli stampi e la lavorazione CNC dovrebbero essere valutate come un unico processo produttivo completo.
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