Ano ang mga CNC machine?

Ang Kasaysayan ng CNC Machines
Si John T. Parsons (1913-2007) ng Parsons Corporation sa Traverse City, MI ay itinuturing na pioneer ng numerical control, ang precursor sa modernong CNC machine.Para sa kanyang trabaho, si John Parsons ay tinawag na ama ng 2nd industrial revolution.Kailangan niyang gumawa ng mga kumplikadong blades ng helicopter at mabilis na natanto na ang hinaharap ng pagmamanupaktura ay pagkonekta ng mga makina sa mga computer.Ngayon ang mga bahaging gawa ng CNC ay matatagpuan sa halos lahat ng industriya.Dahil sa mga CNC machine, mayroon tayong mas murang mga produkto, mas malakas na pambansang depensa at mas mataas na pamantayan ng pamumuhay kaysa posible sa isang hindi industriyalisadong mundo.Sa artikulong ito, tutuklasin natin ang pinagmulan ng CNC machine, iba't ibang uri ng CNC machine, CNC machine program at karaniwang mga kasanayan ng CNC machine shop.

Machine Meet Computer
Noong 1946, ang salitang "computer" ay nangangahulugang isang punch card na pinatatakbo ng makina ng pagkalkula.Kahit na ang Parsons Corporation ay gumawa lamang ng isang propeller dati, kinumbinsi ni John Parsons ang Sikorsky Helicopter na makakagawa sila ng napakatumpak na mga template para sa pagpupulong at pagmamanupaktura ng propeller.Nagtapos siya sa pag-imbento ng isang punch-card na paraan ng computer upang makalkula ang mga puntos sa isang helicopter rotor blade.Pagkatapos ay pinaikot niya sa mga operator ang mga gulong sa mga puntong iyon sa isang makinang panggiling ng Cincinnati.Nagsagawa siya ng paligsahan para sa pangalan ng bagong prosesong ito at nagbigay ng $50 sa taong lumikha ng “Numerical Control” o NC.

Noong 1958, nag-file siya ng patent para ikonekta ang computer sa makina.Dumating ang kanyang patent application tatlong buwan bago ang MIT, na nagtatrabaho sa konsepto na kanyang sinimulan.Ginamit ng MIT ang kanyang mga konsepto para gawing sub-lisensyado ang orihinal na kagamitan at ang lisensyado ni Mr. Parsons (Bendix) sa IBM, Fujitusu, at GE, bukod sa iba pa.Ang konsepto ng NC ay mabagal upang mahuli.Ayon kay G. Parsons, ang mga taong nagbebenta ng ideya ay mga tao sa computer sa halip na mga tao sa pagmamanupaktura.Sa unang bahagi ng 1970s, gayunpaman, ang hukbo ng US mismo ang nagpasikat sa paggamit ng mga NC computer sa pamamagitan ng pagtatayo at pagpapaupa sa mga ito sa maraming mga tagagawa.Ang CNC controller ay umunlad kasabay ng computer, na nagtutulak ng higit at higit na produktibo at automation sa mga proseso ng pagmamanupaktura, lalo na sa machining.

Ano ang CNC Machining?
Ang mga CNC machine ay gumagawa ng mga bahagi sa buong mundo para sa halos bawat industriya.Lumilikha sila ng mga bagay mula sa mga plastik, metal, aluminyo, kahoy at marami pang ibang matitigas na materyales.Ang salitang "CNC" ay kumakatawan sa Computer Numerical Control, ngunit ngayon ang lahat ay tinatawag itong CNC.Kaya, paano mo tukuyin ang isang CNC machine?Lahat ng automated motion control machine ay may tatlong pangunahing bahagi – isang command function, isang drive/motion system, at feedback system.Ang CNC machining ay ang proseso ng paggamit ng computer-driven machine tool upang makagawa ng isang bahagi mula sa solid na materyal sa ibang hugis.

Ang CNC ay nakasalalay sa mga digital na tagubilin na karaniwang ginagawa sa Computer Aided Manufacturing (CAM) o Computer Aided Design (CAD) software tulad ng SolidWorks o MasterCAM.Ang software ay nagsusulat ng G-code na mababasa ng controller sa CNC machine.Ang computer program sa controller ay nagbibigay kahulugan sa disenyo at nagpapagalaw ng mga cutting tool at/o ang workpiece sa maraming axes upang gupitin ang nais na hugis mula sa workpiece.Ang automated cutting process ay mas mabilis at mas tumpak kaysa sa manu-manong paggalaw ng mga tool at workpiece na ginagawa gamit ang mga lever at gear sa mas lumang kagamitan.Ang mga modernong CNC machine ay may hawak na maraming tool at gumagawa ng maraming uri ng cut.Ang bilang ng mga eroplano ng paggalaw (axes) at ang bilang at mga uri ng mga tool na awtomatikong ma-access ng makina sa proseso ng machining ay tumutukoy kung gaano kumplikado ang isang workpiece na magagawa ng CNC.

Paano Gumamit ng CNC Machine?
Ang mga CNC machinist ay dapat magkaroon ng mga kasanayan sa parehong programming at metal-working upang lubos na magamit ang kapangyarihan ng isang CNC machine.Ang mga teknikal na paaralan ng kalakalan at mga programa sa pag-aprentis ay kadalasang nagsisimula sa mga mag-aaral sa mga manu-manong lathe upang madama kung paano maggupit ng metal.Dapat maisip ng machinist ang lahat ng tatlong dimensyon.Ang software ngayon ay ginagawang mas madali kaysa dati na gumawa ng mga kumplikadong bahagi, dahil ang hugis ng bahagi ay maaaring iguhit nang halos at pagkatapos ay ang mga landas ng tool ay maaaring imungkahi ng software upang gawin ang mga bahaging iyon.

Uri ng Software na Karaniwang Ginagamit sa Proseso ng CNC Machining
Computer Aided Drawing (CAD)
Ang CAD software ay ang panimulang punto para sa karamihan ng mga proyekto ng CNC.Mayroong maraming iba't ibang mga pakete ng software ng CAD, ngunit lahat ay ginagamit upang lumikha ng mga disenyo.Kabilang sa mga sikat na CAD program ang AutoCAD, SolidWorks, at Rhino3D.Mayroon ding mga cloud-based na solusyon sa CAD, at ang ilan ay nag-aalok ng mga kakayahan sa CAM o sumasama sa CAM software na mas mahusay kaysa sa iba.

Computer Aided Manufacturing (CAM)
Ang mga CNC machine ay madalas na gumagamit ng mga program na nilikha ng CAM software.Binibigyang-daan ng CAM ang mga user na mag-set up ng "job tree" upang ayusin ang daloy ng trabaho, magtakda ng mga landas ng tool at magpatakbo ng mga simulation ng pagputol bago ang makina ay gumawa ng anumang tunay na pagputol.Kadalasan ang mga CAM program ay gumagana bilang mga add-on sa CAD software at bumubuo ng g-code na nagsasabi sa mga tool ng CNC at workpiece na gumagalaw na bahagi kung saan pupunta.Ang mga wizard sa CAM software ay ginagawang mas madali kaysa kailanman na mag-program ng isang CNC machine.Kasama sa sikat na CAM software ang Mastercam, Edgecam, OneCNC, HSMWorks, at Solidcam.Ang Mastercam at Edgecam ay halos 50% ng high-end na bahagi ng merkado ng CAM ayon sa isang ulat noong 2015.

Ano ang Distributed Numeric Control?
Direct Numeric Control na naging Distributed Numeric Control (DNC)
Ginamit ang Direct Numeric Controls upang pamahalaan ang mga programa ng NC at mga parameter ng makina.Pinahintulutan nito ang mga programa na lumipat sa isang network mula sa isang sentral na computer patungo sa mga onboard na computer na kilala bilang mga machine control unit (MCU).Orihinal na tinatawag na "Direct Numeric Control," nalampasan nito ang pangangailangan para sa paper tape, ngunit nang bumaba ang computer, bumaba ang lahat ng makina nito.

Gumagamit ang Distributed Numerical Control ng network ng mga computer upang i-coordinate ang pagpapatakbo ng maraming makina sa pamamagitan ng pagpapakain ng isang programa sa CNC.Hawak ng memorya ng CNC ang programa at maaaring kolektahin, i-edit at ibalik ng operator ang programa.

Ang mga modernong programa ng DNC ay maaaring gawin ang mga sumusunod:
● Pag-edit – Maaaring magpatakbo ng isang NC program habang ang iba ay ini-edit.
● Paghambingin – Ihambing ang orihinal at na-edit na mga programa ng NC nang magkatabi at tingnan ang mga pag-edit.
● I-restart – Kapag nasira ang isang tool, maaaring ihinto ang program at mag-restart kung saan ito tumigil.
● Pagsubaybay sa trabaho – Maaaring mag-clock ang mga operator sa mga trabaho at subaybayan ang setup at runtime, halimbawa.
● Pagpapakita ng mga guhit – Ipakita ang mga larawan, CAD na mga guhit ng mga kasangkapan, mga fixture at mga bahagi ng pagtatapos.
● Mga advanced na interface ng screen – One touch machining.
● Advanced na pamamahala ng database – Nag-aayos at nagpapanatili ng data kung saan madali itong makukuha.

Manufacturing Data Collection (MDC)
Maaaring isama ng MDC software ang lahat ng function ng DNC software at mangolekta ng karagdagang data at pag-aralan ito para sa overall equipment effectiveness (OEE).Ang Pangkalahatang Epektibidad ng Kagamitan ay nakasalalay sa mga sumusunod: Kalidad – ang bilang ng mga produkto na nakakatugon sa mga pamantayan ng kalidad sa lahat ng produktong ginawa Availability – porsyento ng nakaplanong oras na gumagana o gumagawa ng mga bahagi ang tinukoy na kagamitan Pagganap – aktwal na bilis ng pagpapatakbo kumpara sa nakaplano o perpektong pagtakbo rate ng kagamitan.

OEE = Kalidad x Availability x Performance
Ang OEE ay isang pangunahing sukatan ng pagganap (KPI) para sa maraming mga tindahan ng makina.

Mga Solusyon sa Pagsubaybay sa Machine
Ang software sa pagsubaybay ng makina ay maaaring itayo sa DNC o MDC software o bilhin nang hiwalay.Sa pamamagitan ng mga solusyon sa pagsubaybay sa makina, awtomatikong kinokolekta ang data ng machine gaya ng pag-setup, runtime, at downtime sa data ng tao gaya ng mga reason code upang magbigay ng parehong historikal at real-time na pag-unawa sa kung paano tumatakbo ang mga trabaho.Ang mga modernong CNC machine ay nangongolekta ng hanggang 200 uri ng data, at ang machine monitoring software ay maaaring gawing kapaki-pakinabang ang data na iyon sa lahat mula sa shop floor hanggang sa pinakamataas na palapag.Ang mga kumpanyang tulad ng Memex ay nag-aalok ng software (Tempus) na kumukuha ng data mula sa anumang uri ng CNC machine at inilalagay sa isang standardized na format ng database na maaaring ipakita sa makabuluhang mga chart at graph.Ang isang pamantayan ng data na ginagamit ng karamihan sa mga solusyon sa pagsubaybay sa makina na nakakuha ng lupa sa USA ay tinatawag na MTConnect.Sa ngayon, maraming bagong CNC machine tool ang nilagyan ng data sa ganitong format.Ang mga lumang makina ay maaari pa ring magbigay ng mahalagang impormasyon sa mga adaptor.Ang pagsubaybay sa makina para sa mga CNC machine ay naging mainstream sa loob lamang ng mga nakaraang taon, at ang mga bagong solusyon sa software ay palaging nasa pagbuo.

Ano ang Iba't ibang Uri ng CNC Machines?
Mayroong hindi mabilang na iba't ibang uri ng CNC machine ngayon.Ang mga CNC machine ay mga tool sa makina na pumuputol o gumagalaw ng materyal ayon sa nakaprograma sa controller, tulad ng inilarawan sa itaas.Ang uri ng pagputol ay maaaring mag-iba mula sa plasma cutting hanggang laser cutting, milling, routing, at lathes.Ang mga CNC machine ay maaari pang kunin at ilipat ang mga item sa isang assembly line.

Nasa ibaba ang mga pangunahing uri ng CNC machine:
Lathes:Ang ganitong uri ng CNC ay pinipihit ang workpiece at inililipat ang cutting tool sa workpiece.Ang pangunahing lathe ay 2-axis, ngunit marami pang mga axes ang maaaring idagdag upang madagdagan ang pagiging kumplikado ng paggupit na posible.Ang materyal ay umiikot sa isang suliran at pinindot laban sa isang tool sa paggiling o pag-ukit na gumagawa ng nais na hugis.Ang mga lathe ay ginagamit upang gumawa ng mga simetriko na bagay tulad ng mga sphere, cone, o cylinder.Maraming mga CNC machine ang multi-function at pinagsama ang lahat ng uri ng pagputol.

Mga Router:Ang mga CNC router ay kadalasang ginagamit upang i-cut ang malalaking sukat sa kahoy, metal, sheet, at plastik.Gumagana ang mga karaniwang router sa 3-axis coordinate, kaya maaari silang mag-cut sa tatlong dimensyon.Gayunpaman, maaari ka ring bumili ng 4,5 at 6-axis na makina para sa mga modelo ng prototype at kumplikadong mga hugis.

Paggiling:Gumagamit ang mga mano-manong milling machine ng mga handwheel at lead screw upang ipahayag ang isang cutting tool sa isang workpiece.Sa isang CNC mill, ang CNC ay naglilipat ng mataas na katumpakan na mga ball screw sa mga eksaktong coordinate na naka-program sa halip.Ang mga milling CNC machine ay may malawak na hanay ng mga sukat at uri at maaaring tumakbo sa maraming mga palakol.

Mga Plasma Cutter:Ang CNC plasma cutter ay gumagamit ng isang malakas na laser upang i-cut.Karamihan sa mga plasma cutter ay pinuputol ang mga naka-program na hugis mula sa sheet o plato.

3d printer:Ang isang 3D printer ay gumagamit ng programa upang sabihin dito kung saan ilalagay ang maliliit na piraso ng materyal upang bumuo ng nais na hugis.Ang mga 3D na bahagi ay binubuo ng patong-patong na may laser upang patigasin ang likido o kapangyarihan habang lumalaki ang mga layer.

Pick and Place Machine:Ang isang CNC na "pick and place" na makina ay gumagana katulad ng isang CNC router, ngunit sa halip na mag-cut ng materyal, ang makina ay may maraming maliliit na nozzle na kumukuha ng mga bahagi gamit ang isang vacuum, ilipat ang mga ito sa nais na lokasyon at ilagay ang mga ito.Ginagamit ang mga ito upang gumawa ng mga talahanayan, motherboard ng computer at iba pang mga electrical assemblies (bukod sa iba pang mga bagay.)

Ang mga CNC Machine ay maaaring gumawa ng maraming bagay.Ngayon ang teknolohiya ng computer ay maaaring ilagay sa halos maiisip ng makina.Pinapalitan ng CNC ang interface ng tao na kailangan upang ilipat ang mga bahagi ng makina upang makuha ang ninanais na resulta.Ang mga CNC ngayon ay may kakayahang magsimula sa hilaw na materyal, tulad ng isang bloke ng bakal, at gumawa ng isang napakakomplikadong bahagi na may mga tiyak na pagpapahintulot at kamangha-manghang pag-uulit.

Pagsasama-sama: Paano Gumagawa ng Mga Bahagi ang Mga Tindahan ng CNC Machine
Ang pagpapatakbo ng CNC ay kinabibilangan ng computer (controller) at isang pisikal na setup.Ang isang karaniwang proseso ng machine shop ay ganito:

Isang design engineer ang gumagawa ng disenyo sa CAD program at ipinapadala ito sa isang CNC programmer.Binubuksan ng programmer ang file sa CAM program upang magpasya sa mga tool na kailangan at upang lumikha ng NC program para sa CNC.Ipinapadala niya ang NC program sa CNC machine at nagbibigay ng listahan ng tamang tooling setup sa isang operator.Ang isang operator ng pag-setup ay naglo-load ng mga tool ayon sa direksyon at nilo-load ang hilaw na materyal (o workpiece).Pagkatapos ay nagpapatakbo siya ng mga sample na piraso at sinusukat ang mga ito gamit ang mga tool sa pagtiyak ng kalidad upang i-verify na ang CNC machine ay gumagawa ng mga bahagi ayon sa detalye.Karaniwan, ang operator ng pag-setup ay nagbibigay ng unang piraso ng artikulo sa departamento ng kalidad na nagbe-verify ng lahat ng dimensyon at nagsa-sign off sa setup.Ang CNC machine o mga nauugnay na makina ay nilagyan ng sapat na hilaw na materyal upang magawa ang nais na bilang ng mga piraso, at ang isang machine operator ay nakatayo upang matiyak na ang makina ay patuloy na tumatakbo, na gumagawa ng mga bahagi sa spec.at may raw material.Depende sa trabaho, madalas na posible na magpatakbo ng mga makinang CNC na "papatayin" nang walang operator.Ang mga natapos na bahagi ay awtomatikong inilipat sa isang itinalagang lugar.

Ang mga tagagawa ngayon ay maaaring i-automate ang halos anumang proseso na ibinigay ng sapat na oras, mapagkukunan at imahinasyon.Ang hilaw na materyal ay maaaring makapasok sa isang makina at ang mga nakumpletong bahagi ay maaaring lumabas na nakabalot nang handa na.Ang mga tagagawa ay umaasa sa isang malawak na hanay ng mga CNC machine upang makagawa ng mga bagay nang mabilis, tumpak at matipid.