La lavorazione CNC, come metodo di produzione avanzato, è ampiamente utilizzata nell'industria aerospaziale, navale ed elettronica per la produzione di parti complesse e di alta precisione. Nella lavorazione CNC, il processo da un disegno del pezzo alla produzione di un pezzo finito qualificato è una sequenza di passaggi strettamente integrata e complessa. Se un qualsiasi anello di questa catena incontra un problema, l'intero processo di lavorazione verrà interrotto.
Questo articolo analizza alcuni fattori chiave nella lavorazione CNC in tre fasi, sulla base di esempi di lavorazione specifici, per migliorare la comprensione delle operazioni CNC e fornire indicazioni per la produzione.
1. Fase di pianificazione del processo
La maggior parte delle macchine CNC non dispone di funzionalità di pianificazione dei processi integrate. L'obiettivo della pianificazione del processo CNC è simile a quello delle macchine convenzionali; tuttavia, poiché ogni dettaglio della lavorazione CNC deve essere predeterminato ed eseguito automaticamente, ha le sue caratteristiche rispetto alla tradizionale preparazione del processo.
1.1 Impostazione e cambio utensile
Nella lavorazione convenzionale, la relazione di posizione tra l'utensile e il pezzo viene stabilita manualmente utilizzando strumenti di misurazione e volantini. Se la posizione dell'utensile non è corretta, l'operatore può regolarla in qualsiasi momento.
Nella lavorazione CNC, tuttavia, vengono spesso utilizzati più utensili in un'unica configurazione. I parametri di ogni utensile devono essere inseriti nel computer, che stabilisce la relazione utensile-pezzo attraverso trasformazioni di coordinate. A differenza della lavorazione convenzionale, in cui l'impostazione dell'utensile non è considerata un fattore importante, la lavorazione CNC richiede un'impostazione accurata dell'utensile prima dell'esecuzione del programma, altrimenti possono verificarsi gravi conseguenze.
I cambi utensile nella lavorazione convenzionale si basano spesso sulla sensazione dell'operatore, ma nella lavorazione CNC la posizione del cambio utensile deve essere attentamente considerata per evitare collisioni.
1.2 Selezione del metodo di serraggio
Poiché ogni bloccaggio nella lavorazione CNC richiede il reimpostazione degli utensili, più configurazioni aumenteranno notevolmente il tempo di lavorazione ausiliario e ridurranno l'efficienza, sottoutilizzando le capacità della macchina CNC. Pertanto, è preferibile lavorare tutte le superfici richieste in un unico serraggio, sfruttando appieno le potenzialità della macchina CNC.
Esempio:
- Attrezzatura:Centro di lavoro CNC Schaublin
- Utensileria:(1) Utensile di tornitura di sgrossatura, (2) Utensile di tornitura di finitura, (3) Utensile di scanalatura di sgrossatura, (4) Utensile di scanalatura di finitura, (5) Punta di centraggio, (6) Punta da trapano, (7) Utensile di alesatura, (8) Utensile da taglio
- Infisso:Mandrino pneumatico a tre griffe
Con la lavorazione CNC, il processo di cui sopra può essere completato in un unico serraggio, mentre la lavorazione convenzionale ne richiederebbe in genere quattro.
1.3 Progettazione dello strumento
Rispetto alla lavorazione convenzionale, gli utensili CNC hanno le seguenti caratteristiche:
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Semplificazione della progettazione degli utensili
Ad esempio, durante la lavorazione della superficie di un pezzo (come mostrato nella Fig. 2), la lavorazione convenzionale richiederebbe un utensile di forma a doppio taglio per garantire la precisione di posizione e dimensionale. Le macchine CNC, tuttavia, possono controllare con precisione le posizioni degli utensili, consentendo invece l'uso di utensili a taglio singolo. Un utensile di scanalatura a un tagliente appositamente progettato ha completato con successo la lavorazione. -
Progettazione di utensili speciali
Sebbene la lavorazione CNC semplifichi la progettazione di alcuni utensili, spesso richiede utensili speciali per parti difficili o impossibili da lavorare con attrezzature convenzionali. Ad esempio, la lavorazione di una superficie curva continua (Fig. 3) può richiedere un utensile progettato su misura, considerando la composizione della superficie, il percorso utensile, il raggio minimo, le transizioni convesse/concave e la potenziale interferenza. Poiché la lavorazione di superfici curve è una tendenza chiave nel CNC, a questo scopo sono stati sviluppati tre design di utensili (Figg. 4-6), con le Figg. 4 e 5 prodotte e testate con successo, ottenendo risultati di lavorazione continui.
2. Fase di elaborazione matematica
2.1 Lavoro di calcolo
Il sistema di coordinate nei disegni delle parti spesso differisce da quello utilizzato nei programmi di lavorazione e richiede una conversione. Inoltre, le dimensioni indicate nei disegni potrebbero non corrispondere ai requisiti del programma, quindi le coordinate necessarie devono essere calcolate in base alle caratteristiche della macchina.
Per le superfici complesse composte da linee e archi, i calcoli devono includere i punti di inizio/fine della linea, i punti di inizio/fine dell'arco e le coordinate del centro dell'arco.
2.2 Analisi del percorso del centro utensile
La maggior parte dei moderni sistemi CNC dispone di funzioni di compensazione della fresa che consentono la programmazione direttamente dal contorno del pezzo. Tuttavia, in alcuni casi speciali, in particolare nella lavorazione continua di superfici, possono verificarsi interferenze utensile-pezzo, rendendo inutilizzabile la compensazione. In questi casi, il percorso del centro utensile deve essere analizzato manualmente.
Esempio:
- Attrezzatura:Centro di lavoro Schaublin
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Percorso di uno strumento semicircolare
L'analisi del movimento dell'utensile e del percorso di taglio mostra che il percorso centrale dell'utensile corrisponde a una curva continua composta da segmenti paralleli, cerchi concentrici e cerchi eccentrici rispetto al contorno del pezzo (Fig. 7). -
Percorso di un utensile a doppio arco
L'analisi è la stessa dell'utensile semicircolare. I punti del percorso centrale dell'utensile sono mostrati nella Fig. 8.
3. Fase di programmazione
Un programma CNC è l'unico "linguaggio" che una macchina CNC può comprendere, inviandogli comandi passo-passo per controllare ogni operazione. La qualità del programma influisce direttamente sulla precisione e sull'efficienza della lavorazione. Ciò richiede non solo una conoscenza approfondita delle prestazioni della macchina e di ogni fase di lavorazione, ma anche una pratica continua per migliorare le capacità di programmazione.
3.1 Uso efficace dei programmi integrati
Le moderne macchine CNC sono sempre più potenti sia nelle funzioni meccaniche che in quelle software. Molti sistemi sono dotati di programmi di lavorazione integrati maturi per le operazioni comuni. La selezione e l'applicazione efficace di questi programmi integrati è una parte importante del lavoro di programmazione.
3.2 Gestione del programma
I programmi di lavorazione, creati a partire dai dati del percorso utensile e dalle coordinate elaborate utilizzando codici CNC specifici, sono preziosi documenti tecnici che contengono metodi e tecniche di lavorazione e riflettono persino il livello tecnico di un'officina. Devono essere conservati e archiviati con cura.
I programmi utilizzati di frequente sono spesso memorizzati nel sistema di controllo CNC, con i nomi delle parti registrati. I programmi utilizzati meno frequentemente dovrebbero essere documentati in forma scritta, con l'aggiunta di note per potenziali aree problematiche per facilitare l'uso futuro.
3.3 Utilizzo della programmazione parametrica per risolvere problemi pratici
Esempio:
- Parte:Foro interno con superficie inferiore a forma di arco
- Macchina:Tornio di precisione CNC Shanghai
Nella lavorazione ad arco in generale, viene spesso utilizzato il ciclo fisso G66 (Fig. 9). Tuttavia, in pratica, una debole resistenza della punta dell'utensile può portare a una scarsa durata dell'utensile quando l'utensile è soggetto a forze bidirezionali in corrispondenza di spigoli vivi. L'analisi del processo ha suggerito un percorso utensile alternativo (Fig. 10).
La programmazione diretta per questo percorso richiederebbe il ricalcolo delle coordinate dell'utensile per ogni passata, il che richiede molto tempo, soprattutto quando sono necessarie più passate poco profonde a causa della scarsa rigidità dell'utensile. Al suo posto è stata utilizzata la programmazione parametrica, che consente una rapida regolazione della profondità di taglio senza dover ricalcolare tutte le coordinate, risolvendo efficacemente il problema della lavorazione.
Conclusione
L'analisi dei fattori chiave nella lavorazione CNC fornisce una base pratica per migliorare i tassi di utilizzo delle macchine CNC. L'applicazione di queste informazioni può garantire efficacemente l'accuratezza della lavorazione e ottenere risultati di alta qualità.
