– De mult timp contemplez să scriu un proiect despre alcătuirea unui CNC. Pentru cei care nu știu ce este un CNC sau pentru cei care ii spun altfel, un CNC este un utilaj care urmează niște comenzi de la un program de calculator, pentru a tăia, scobi, decupa, sculpta, etc., un material. Majoritatea CNC-urilor automatizează un proces pe care îl putem face și cu mâna, dar cu o complexitate, o viteză și o precizie neegalată de munca manuală. Astfel scăzând mult costurile de producție în serie și făcând munca mult mi ușoară și mai plăcută.
Pentru cei care nu văd utilitatea unui CNC pentru producția în serie, sunt menționabile avantajele care reduc pericolul de a prelucra metale și alte materiale dure. Astfel evităm accidentele, arsurile, zgomotul infernal, printre multe altele. CNC-urile au diferite forme și diferite accesorii, în funcție de materialele prelucrate, putere, mărime, eficiență, instalații asociate, buget, locație, etc. Unul s-ar putea să nu semene cu altul și de aici și confuzia enormă a celor care caută să cumpere un astfel de utilaj, gata făcut de producător. Urmărind acest proiect, o să puteți fixa multe cunoștințe noi.
Puterea, rigiditatea și precizia unui mese CNC
Înainte să trecem la motoare, electronice și unelte de tăiat, aș vrea să zăbovim un pic asupra unor lucruri elementare, dar foarte importante. Cel mai simplu CNC pe care îl cunoașteți este imprimanta unui calculator. Datorită unui design bun, ea reușește să printeze pe foaie, așezând o cerneală de o anumită culoare, într-un loc foarte precis. Dacă ea nu ar fi precisă, bine gândită și coordonată corespunzător, foaia imprimată ar fi un eșec. Așa funcționează și un CNC. În primul rând avem nevoie de o ramă a utilajului, care este suficient de rigidă pentru a prelua forțele dezvoltate.
Acestea sunt rezultatul a mai multe alte fore provenite din greutatea uneltelor, puterea motoarelor, rezonanță, vibrații ciclice și non-ciclice, etc. Văd prea multe prototipuri CNC, care ajung la gunoi pentru că sunt montate pe niște rame prea slabe și prea puin rigide pentru a face față aplicației pentru care au fost intenționate. Puterea motorului sta între rigiditate și mișcările pe care calculatorul le trimite. Dacă motoarele sunt prea slabe, ele nu vor putea să miște la timp unelta de tăiere, găurire, etc., iar rezultatul nu va fi unul dorit, ba chiar putea avea un eveniment distructiv.
Cu cât rigiditatea este mai mare și puterea este mai mare, cu atât repetabilitatea exactă este mai probabilă, iar asta duce la precizie. Precizia este rezultatul pe care ni-l dorim, până la urmă, alături de productivitate și cost scăzut. În concluzie, înainte să ne apucăm de construcția mesei CNC, trebuie să ne gândim bine la materialele și tehnicile de care avem nevoie pentru obținerea unui rezultat bun. Am să vă vorbesc despre asta într-un alt articol, pe care o să-l primiți dacă vă abonați la newsletter.
Dimensiunile unei mese CNC și dimensiunea utilajului
Vă spuneam mai sus că CNC-ul prelucrează un material. Acest material va fi localizat și fixat pe o masă, iar din punctul utilajului de vedere, doar acolo se poate lucra. Ba va avea și niște elemente electromecanice care îi va limita aria de acțiune. În funcție de elementul pe care dorim să îl prelucreze, ne dorim un utilaj care poate primi în spațiul lui de lucru, acest material sau semiprefabricat. Întorcându-ne la precizia menționată mai sus, cu cât un utilaj este mai mare, cu atât precizia e mai mică pentru fiecare leu cheltuit. Pe noi ne interesează să construim ceva pe măsura nevoilor.
Când CNC-ul e prea mic, atunci utilitatea lui este redusă. Dacă este prea mare, va fi prea scump sau prea puțin puternic, rigid și precis. Ca întotdeauna, o să vă luptați cu aceste argumente și o să vă doriți un utilaj cât mai inftin si cât mai bun. Adică cât mai ieftin, cât mai mare și mai multifuncțional și cât mai precis. Eu personal am patru altfel de utilaje, nu pentru că mi-am dorit să am mai mult de unul, ci pur și simplu pentru că nu am avut de ales. Sper să mă opresc la patru, deși tăierea sub jet de apă îmi face cu ochiul. Vom discuta despre asta când vorbim despre accesorii.
Depinde de voi. Fiecare va trebui să-și definească nevoile, apoi să afle până unde se poate întinde cu bugetul și cu timpul alocat acestui proiect. În această pagină de teorie, o să menționez succint considerentele de design, însă cu cât utilajul CNC este reduse, cu atât implicațiile sunt mai simple. Mai ales, dacă sunteți la primul proiect de acest gen. Evident, utiljul va fi un pic mai mare ca masa pe care este prelucrat materialul, iar asta ține de spațiul imobiliar în care amplasați CNC-ul. De exemplu, greutatea, înălțimea, nivelul de zgomot, puterea electrică disponibilă, etc.
Numarul de axe ale unui CNC
Când proiectați sau construiți un CNC, o să vă loviți de noțiunea de axe. Aceste axe sunt direcțiile pe care CNC -ul se mișcă. Majoritatea CNC-urilor au trei axe, dar pot avea două axe, cinci axe, patru axe, șase axe, șapte, samd. Imaginați vă primele trei axe ca fiind XYZ de la geometria din liceu, iar asta va descrie un spațiu 3D. A patra, a cincea, a șasea, a șaptea axă va crea mișcare în raport, cu acest sistem XYZ, nu va crea vreo ciudățenie matematică greu de imaginat geometric. În imaginea de mai jos, o să putem observa șase axe.
Pentru a vă imagina a șaptea axă, atunci gândiți-vă la brațele robotice, despre care voi explica într-un articol separat. O să puteți observa că apar notațiile A, B și C, care corespund axelor X, Y și Z. Cu cât utilajul are mai multe axe, cu atât complexitatea de producție este mai mare, dintr-o singură prindere. Cuvântul prindere se referă la faptul că nu trebuie să mai rotim manual materialul prelucrat pe masă pentru al fixa iar, ca să îl prelucrăm iar pe altă față. Mișcarea materialului prefabricat pe masă va duce la ineficiențe, lipsă de precizie sau chiar eșecuri.
Un CNC poate începe cu o axă și i se poate adăuga ulterior mai mult, dar de regulă se ajunge la proiectarea unui alt utilaj, mai ales din cauza neanticipării unor nevoi fizice, de software, de componente electrice sau pur și simplu pentru că ne dezvoltăm și dorim un avans tehnologic care este mai puțin posibil pe vechea ramă sau masă. De la un design la altul, o să deveniți nemulțumit cu cel precedent și o să căutați să satisfaceți pretenții superioare. De aceea o să găsiți la mâna a doua, multe CNC-uri de generație mai veche și design mai provizoriu.
Ce fel de unelte se pot monta pe un CNC?
Deseori nu vedem utilitatea unui utilaj cu comandă numerică, până nu vedem ce poate să facă efectiv. În imaginea de mai jos se poate observa un utilaj cu comandă numerică cu 3 axe, la care s-a mai adăugat o axă în exteriorul ariei de acțiune a axei Y. Se poate observa că unelta de tăiere a părăsit acel spațiu al mesei despre care discutam mai sus. Dacă masa nu este suficient de mare pentru aplicația pentru care a fost conceput utilajul, îl putem modifica, sacrificând unele aspecte ale designului inițial, așa cum este precizia, dimensiunile totale sau unelta montată.
Când facem genul acesta de extensii, apar dezavantaje funcționale. Uneori materialul prelucrat nu mai poate fi la fel de dur, pierdem din precizie și asta va avea implicații asupra capului de tăiere și asupra rentabilității economice. Alteori, rezultatul final s-ar putea sa nu fie acceptabil. Genul acesta de extensii se pot vedea des în industria metalurgica, unde o să căutăm să prelucrăm ceva mult prea greu pentru a fi urcat pe masă, și se încearcă o prelucrare pe pardoseala din beton armat.
Unele CNC-uri au o singură uneltă, fie că este un aparat de tăiat cu plasmă, un router pentru lemn sau un laser pentru gravuri. Altele sunt dotate cu mai multe capete de tăiere, utilizându-le simultan sau pe rând. Cea mai des utilizată aplicație este dispunerea uneltelor sub forma unei turete, care se rotește în funcție de uneltă selectată în acel moment. Deși sunt unele limite, în funcție de precizia și curățenia de care căile de rulate au nevoie. Despre asta vom discuta în continuare, încercând să fac o clasificare a CNC-urilor.
Clasificarea utilajelor CNC, după aplicație
Vorbeam ceva mai sus despre puterea motoarelor de a poziționa precis și rapid unelta care prelucrează materialul. Aceste motoare pot poziționa eficient unelta, utilizând mișcare lineară sau circulară. Cu alte cuvinte, va utiliza un rulment circular sau linear. Rulmentul circular este foarte des întâlnit la orice vehicul, bicicletă, scooter electric, etc. Cei lineari sunt întâlniți mai rat, fiind specifici industriei. În imaginea de mai jos avem mai multe tipuri de rulmenți lineari, despre care voi explica într-un articol separat, pe care o să-l primiți dacă vă abonați la newsletter.
Acești rulmenți au nevoie de niște condiții mecanice și termice, pentru a putea fi exploatate în paramerii normali. Deși putea avea un CNC cu mai multe capete de tăiere, e bine să nu amestecăm un utilaj de tăiere cu plasmă, cu unul de rectificat piese de precizie. Vom căuta să obținem un mediul foarte curat și protejat pentru producția de precizie. Precizia costă foarte mult, la fel și componentele utilajului care ne ajută să avem această precizie. Dacă nu avem nevoie de o precizie foarte mare, atunci vom căuta miscare circulară și lineară, mai ieftină și mai puțin precisă.
La un CNC, vom alege componentele cu precizia cea mai mică și mediul potrivit pentru procesul pe care îl urmărim. Aici ajungem la idea de categorizare, la utilaje și aplicații specifice. Veți observa că unele utilaje CNC au o cutie în jurul procesului. Cutia se numește carenaj și are rolul de a proteja interiorul de exterior, dar și exteriorul de interior. O să vorbim despre asta când voi explica instalațiile de răcire, lubrifiere și clasele de precizie.
Acest proiect va continua pe măsură ce scriu articolele de suport. Ele sunt multe și au rolul de a explica în detaliu funcționarea subpunctului la care m-am oprit. Dacă scriu cel puțin un articol de suport, atunci trec mai departe. Dacă nu scriu articolul de suport la care vreau să fac trimitere, atunci este posibil să nu fiu înțeles, iar de aceea prefer să aștept. Mulțumesc pentru înțelegere.