เครื่องจักร CNC คืออะไร?

ประวัติความเป็นมาของเครื่อง CNC
John T. Parsons (1913-2007) จาก Parsons Corporation ในเมืองทราเวิร์สซิตี้ รัฐมิชิแกน ถือเป็นผู้บุกเบิกการควบคุมเชิงตัวเลข ซึ่งเป็นบรรพบุรุษของเครื่องจักร CNC สมัยใหม่สำหรับงานของเขา John Parsons ได้รับการขนานนามว่าเป็นบิดาแห่งการปฏิวัติอุตสาหกรรมครั้งที่ 2เขาจำเป็นต้องผลิตใบพัดเฮลิคอปเตอร์ที่ซับซ้อน และตระหนักได้อย่างรวดเร็วว่าอนาคตของการผลิตคือการเชื่อมต่อเครื่องจักรกับคอมพิวเตอร์ปัจจุบันชิ้นส่วนที่ผลิตด้วย CNC สามารถพบได้ในเกือบทุกอุตสาหกรรมเนื่องจากเครื่องจักร CNC เรามีสินค้าราคาถูกกว่า การป้องกันประเทศที่แข็งแกร่งขึ้น และมาตรฐานการครองชีพที่สูงกว่าที่เป็นไปได้ในโลกที่ไม่ใช่อุตสาหกรรมในบทความนี้ เราจะสำรวจต้นกำเนิดของเครื่อง CNC เครื่องจักร CNC ประเภทต่างๆ โปรแกรมเครื่อง CNC และหลักปฏิบัติทั่วไปของร้านขายเครื่องจักร CNC

เครื่องจักรพบกับคอมพิวเตอร์
ในปี 1946 คำว่า "คอมพิวเตอร์" หมายถึงเครื่องคำนวณที่ใช้บัตรเจาะแม้ว่า Parsons Corporation เคยผลิตใบพัดเพียงใบเดียวมาก่อน แต่ John Parsons ก็โน้มน้าวให้ Sikorsky Helicopter ว่าพวกเขาสามารถสร้างแม่แบบที่แม่นยำอย่างยิ่งสำหรับการประกอบและการผลิตใบพัดได้เขาคิดค้นวิธีคอมพิวเตอร์แบบเจาะบัตรเพื่อคำนวณคะแนนบนใบพัดของเฮลิคอปเตอร์จากนั้นเขาก็ให้พนักงานหมุนล้อไปยังจุดเหล่านั้นบนเครื่องกัดซินซินแนติเขาจัดการแข่งขันเพื่อตั้งชื่อกระบวนการใหม่นี้ และมอบเงิน 50 ดอลลาร์ให้กับบุคคลที่คิดค้น "Numerical Control" หรือ NC

ในปีพ.ศ. 2501 เขาได้ยื่นจดสิทธิบัตรการเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์เข้ากับเครื่องการยื่นขอรับสิทธิบัตรของเขามาถึงสามเดือนก่อน MIT ซึ่งกำลังทำงานเกี่ยวกับแนวคิดที่เขาเริ่มต้นไว้MIT ใช้แนวคิดของเขาในการสร้างอุปกรณ์ดั้งเดิมและผู้รับใบอนุญาตของ Mr. Parsons (Bendix) ได้รับใบอนุญาตย่อยให้กับ IBM, Fujitusu และ GE และอื่นๆแนวคิดของ NC นั้นเข้าใจได้ช้าตามที่นายพาร์สันส์กล่าวไว้ คนที่ขายไอเดียนี้เป็นคนที่ใช้คอมพิวเตอร์แทนที่จะเป็นคนที่ผลิตอย่างไรก็ตาม ในช่วงต้นทศวรรษ 1970 กองทัพสหรัฐฯ เองก็ทำให้การใช้คอมพิวเตอร์ NC เป็นที่นิยมโดยการสร้างและให้เช่าแก่ผู้ผลิตหลายรายตัวควบคุม CNC พัฒนาไปพร้อมๆ กับคอมพิวเตอร์ ส่งผลให้มีผลผลิตและระบบอัตโนมัติในกระบวนการผลิตมากขึ้นเรื่อยๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการตัดเฉือน

เครื่องจักรกลซีเอ็นซีคืออะไร?
เครื่องจักร CNC กำลังผลิตชิ้นส่วนทั่วโลกสำหรับเกือบทุกอุตสาหกรรมพวกเขาสร้างสิ่งต่างๆ จากพลาสติก โลหะ อลูมิเนียม ไม้ และวัสดุแข็งอื่นๆ อีกมากมายคำว่า “CNC” ย่อมาจาก Computer Numerical Control แต่ทุกวันนี้ใครๆ ก็เรียกมันว่า CNCดังนั้นคุณจะกำหนดเครื่องจักร CNC ได้อย่างไร?เครื่องจักรควบคุมการเคลื่อนไหวอัตโนมัติทั้งหมดมีองค์ประกอบหลักสามส่วน ได้แก่ ฟังก์ชันคำสั่ง ระบบขับเคลื่อน/การเคลื่อนที่ และระบบป้อนกลับการตัดเฉือน CNC เป็นกระบวนการโดยใช้เครื่องมือกลที่ขับเคลื่อนด้วยคอมพิวเตอร์เพื่อผลิตชิ้นส่วนจากวัสดุแข็งในรูปทรงที่แตกต่างกัน

CNC ขึ้นอยู่กับคำสั่งดิจิทัลที่มักทำกับซอฟต์แวร์ Computer Aided Manufacturing (CAM) หรือ Computer Aided Design (CAD) เช่น SolidWorks หรือ MasterCAMซอฟต์แวร์เขียนรหัส G ที่คอนโทรลเลอร์บนเครื่อง CNC สามารถอ่านได้โปรแกรมคอมพิวเตอร์บนตัวควบคุมจะตีความการออกแบบและเคลื่อนย้ายเครื่องมือตัดและ/หรือชิ้นงานบนแกนหลายแกนเพื่อตัดรูปร่างที่ต้องการออกจากชิ้นงานกระบวนการตัดแบบอัตโนมัติมีความรวดเร็วและแม่นยำมากกว่าการเคลื่อนย้ายเครื่องมือและชิ้นงานด้วยมือซึ่งใช้คันโยกและเกียร์บนอุปกรณ์รุ่นเก่ามากเครื่องจักร CNC ยุคใหม่มีเครื่องมือหลายอย่างและทำการตัดได้หลายประเภทจำนวนระนาบการเคลื่อนที่ (แกน) จำนวนและประเภทของเครื่องมือที่เครื่องจักรสามารถเข้าถึงได้โดยอัตโนมัติในระหว่างกระบวนการตัดเฉือนจะกำหนดความซับซ้อนของชิ้นงานที่ CNC สามารถสร้างได้

วิธีการใช้เครื่อง CNC?
ช่างเครื่อง CNC จะต้องได้รับทักษะทั้งในด้านการเขียนโปรแกรมและงานโลหะ เพื่อใช้พลังของเครื่องจักร CNC ได้อย่างเต็มที่โรงเรียนการค้าด้านเทคนิคและโครงการฝึกงานมักจะให้นักเรียนเริ่มใช้เครื่องกลึงแบบแมนนวลเพื่อทำความเข้าใจวิธีการตัดโลหะช่างเครื่องควรจะสามารถจินตนาการภาพสามมิติได้ทั้งหมดซอฟต์แวร์ในปัจจุบันทำให้การสร้างชิ้นส่วนที่ซับซ้อนง่ายกว่าที่เคย เนื่องจากรูปร่างของชิ้นส่วนสามารถวาดได้เสมือนจริง จากนั้นซอฟต์แวร์ก็สามารถแนะนำเส้นทางเครื่องมือเพื่อสร้างชิ้นส่วนเหล่านั้นได้

ประเภทของซอฟต์แวร์ที่ใช้กันทั่วไปในกระบวนการตัดเฉือน CNC
การเขียนแบบโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วย (CAD)
ซอฟต์แวร์ CAD เป็นจุดเริ่มต้นสำหรับโครงการ CNC ส่วนใหญ่มีแพ็คเกจซอฟต์แวร์ CAD ที่แตกต่างกันมากมาย แต่ทั้งหมดถูกใช้เพื่อสร้างการออกแบบโปรแกรม CAD ยอดนิยม ได้แก่ AutoCAD, SolidWorks และ Rhino3Dนอกจากนี้ยังมีโซลูชัน CAD บนคลาวด์ และบางโซลูชันมีความสามารถ CAM หรือทำงานร่วมกับซอฟต์แวร์ CAM ได้ดีกว่าโซลูชันอื่นๆ

การผลิตโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วย (CAM)
เครื่องจักร CNC มักใช้โปรแกรมที่สร้างโดยซอฟต์แวร์ CAMCAM ช่วยให้ผู้ใช้สามารถตั้งค่า "แผนผังงาน" เพื่อจัดระเบียบขั้นตอนการทำงาน กำหนดเส้นทางเครื่องมือ และดำเนินการจำลองการตัดก่อนที่เครื่องจักรจะทำการตัดจริงบ่อยครั้งที่โปรแกรม CAM ทำงานเป็นส่วนเสริมของซอฟต์แวร์ CAD และสร้าง g-code ที่บอกให้เครื่องมือ CNC และชิ้นงานเคลื่อนที่ชิ้นส่วนว่าจะไปที่ไหนWizards ในซอฟต์แวร์ CAM ช่วยให้การเขียนโปรแกรมเครื่อง CNC ง่ายกว่าที่เคยซอฟต์แวร์ CAM ยอดนิยม ได้แก่ Mastercam, Edgecam, OneCNC, HSMWorks และ SolidcamMastercam และ Edgecam คิดเป็นเกือบ 50% ของส่วนแบ่งตลาด CAM ระดับไฮเอนด์ ตามรายงานปี 2015

การควบคุมตัวเลขแบบกระจายคืออะไร?
การควบคุมด้วยตัวเลขโดยตรงซึ่งต่อมาได้กลายเป็นการควบคุมด้วยตัวเลขแบบกระจาย (DNC)
การควบคุมด้วยตัวเลขโดยตรงถูกนำมาใช้เพื่อจัดการโปรแกรม NC และพารามิเตอร์ของเครื่องจักรอนุญาตให้โปรแกรมต่างๆ ย้ายผ่านเครือข่ายจากคอมพิวเตอร์ส่วนกลางไปยังคอมพิวเตอร์ออนบอร์ดที่เรียกว่าหน่วยควบคุมเครื่องจักร (MCU)เดิมเรียกว่า "Direct Numeric Control" โดยไม่จำเป็นต้องใช้เทปกระดาษ แต่เมื่อคอมพิวเตอร์หยุดทำงาน เครื่องทั้งหมดก็หยุดทำงาน

Distributed Numerical Control ใช้เครือข่ายคอมพิวเตอร์เพื่อประสานการทำงานของเครื่องจักรหลายเครื่องโดยการป้อนโปรแกรมไปยัง CNCหน่วยความจำ CNC เก็บโปรแกรมและผู้ปฏิบัติงานสามารถรวบรวม แก้ไข และส่งคืนโปรแกรมได้

โปรแกรม DNC สมัยใหม่สามารถทำสิ่งต่อไปนี้:
● การแก้ไข – สามารถเรียกใช้โปรแกรม NC หนึ่งโปรแกรมในขณะที่โปรแกรมอื่นกำลังแก้ไขอยู่
● เปรียบเทียบ – เปรียบเทียบโปรแกรม NC ต้นฉบับและโปรแกรมแก้ไขแบบเคียงข้างกันและดูการแก้ไข
● รีสตาร์ท – เมื่อเครื่องมือเสียหาย โปรแกรมสามารถหยุดและรีสตาร์ทจากจุดที่ค้างไว้ได้
● การติดตามงาน – ผู้ปฏิบัติงานสามารถจับเวลางานและติดตามการตั้งค่าและรันไทม์ได้ เป็นต้น
● การแสดงภาพวาด – แสดงรูปภาพ, แบบ CAD ของเครื่องมือ, อุปกรณ์ติดตั้งและชิ้นส่วนตกแต่ง
● อินเทอร์เฟซหน้าจอขั้นสูง – การตัดเฉือนด้วยสัมผัสเดียว
● การจัดการฐานข้อมูลขั้นสูง – จัดระเบียบและรักษาข้อมูลที่สามารถเรียกค้นได้อย่างง่ายดาย

การรวบรวมข้อมูลการผลิต (MDC)
ซอฟต์แวร์ MDC อาจรวมฟังก์ชันทั้งหมดของซอฟต์แวร์ DNC พร้อมทั้งรวบรวมข้อมูลเพิ่มเติมและวิเคราะห์เพื่อประสิทธิภาพของอุปกรณ์โดยรวม (OEE)ประสิทธิผลของอุปกรณ์โดยรวมขึ้นอยู่กับสิ่งต่อไปนี้: คุณภาพ – จำนวนผลิตภัณฑ์ที่ตรงตามมาตรฐานคุณภาพจากผลิตภัณฑ์ทั้งหมดที่ผลิต ความพร้อมใช้งาน – เปอร์เซ็นต์ของเวลาที่วางแผนไว้ซึ่งอุปกรณ์ที่ระบุกำลังทำงานหรือผลิตชิ้นส่วน ประสิทธิภาพ – ความเร็วในการทำงานจริงเมื่อเปรียบเทียบกับการทำงานที่วางแผนไว้หรือในอุดมคติ อัตราของอุปกรณ์

OEE = คุณภาพ x ความพร้อมใช้งาน x ประสิทธิภาพ
OEE เป็นตัวชี้วัดประสิทธิภาพหลัก (KPI) สำหรับโรงงานเครื่องจักรหลายแห่ง

โซลูชั่นการตรวจสอบเครื่องจักร
ซอฟต์แวร์ตรวจสอบเครื่องจักรสามารถติดตั้งไว้ในซอฟต์แวร์ DNC หรือ MDC หรือซื้อแยกต่างหากได้ด้วยโซลูชันการตรวจสอบเครื่องจักร ข้อมูลเครื่องจักร เช่น การตั้งค่า รันไทม์ และเวลาหยุดทำงาน จะถูกรวบรวมโดยอัตโนมัติและรวมเข้ากับข้อมูลของมนุษย์ เช่น รหัสเหตุผล เพื่อให้เข้าใจถึงวิธีดำเนินการงานทั้งในอดีตและแบบเรียลไทม์เครื่องจักร CNC สมัยใหม่รวบรวมข้อมูลได้มากถึง 200 ประเภท และซอฟต์แวร์ตรวจสอบเครื่องจักรสามารถทำให้ข้อมูลนั้นมีประโยชน์สำหรับทุกคนตั้งแต่พื้นโรงงานไปจนถึงชั้นบนสุดบริษัทต่างๆ เช่น Memex นำเสนอซอฟต์แวร์ (Tempus) ที่รับข้อมูลจากเครื่อง CNC ทุกประเภทและจัดเก็บไว้ในรูปแบบฐานข้อมูลมาตรฐานที่สามารถแสดงในแผนภูมิและกราฟที่มีความหมายได้มาตรฐานข้อมูลที่ใช้โดยโซลูชันการตรวจสอบเครื่องจักรส่วนใหญ่ซึ่งได้รับความนิยมในสหรัฐอเมริกาเรียกว่า MTConnectปัจจุบันมีเครื่องมือเครื่อง CNC ใหม่ๆ มากมายเข้ามาเพื่อให้ข้อมูลในรูปแบบนี้เครื่องจักรรุ่นเก่ายังสามารถให้ข้อมูลอันมีค่าด้วยอะแดปเตอร์ได้การตรวจสอบเครื่องจักรสำหรับเครื่องจักร CNC ได้กลายเป็นกระแสหลักภายในไม่กี่ปีที่ผ่านมา และโซลูชันซอฟต์แวร์ใหม่ๆ ก็มีการพัฒนาอยู่เสมอ

เครื่องจักร CNC ประเภทต่าง ๆ มีอะไรบ้าง?
ปัจจุบันมีเครื่องจักร CNC ประเภทต่างๆ มากมายนับไม่ถ้วนเครื่องจักร CNC คือเครื่องมือกลที่ตัดหรือเคลื่อนย้ายวัสดุตามที่โปรแกรมไว้บนตัวควบคุม ตามที่อธิบายไว้ข้างต้นประเภทของการตัดอาจแตกต่างกันตั้งแต่การตัดพลาสม่าไปจนถึงการตัดด้วยเลเซอร์ การกัด การกำหนดเส้นทาง และเครื่องกลึงเครื่องจักร CNC สามารถรับและเคลื่อนย้ายสิ่งของบนสายการผลิตได้

ด้านล่างนี้เป็นเครื่องจักร CNC ประเภทพื้นฐาน:
เครื่องกลึง:CNC ประเภทนี้จะเปลี่ยนชิ้นงานและย้ายเครื่องมือตัดไปที่ชิ้นงานเครื่องกลึงพื้นฐานเป็นแบบ 2 แกน แต่สามารถเพิ่มแกนได้อีกหลายแกนเพื่อเพิ่มความซับซ้อนในการตัดได้วัสดุหมุนบนแกนหมุนและกดเข้ากับเครื่องมือเจียรหรือแกะสลักเพื่อให้ได้รูปทรงที่ต้องการเครื่องกลึงใช้สร้างวัตถุสมมาตร เช่น ทรงกลม กรวย หรือทรงกระบอกเครื่องจักร CNC หลายเครื่องเป็นแบบมัลติฟังก์ชั่นและรวมการตัดทุกประเภท

เราเตอร์:เราเตอร์ CNC มักใช้เพื่อตัดไม้ โลหะ แผ่น และพลาสติกขนาดใหญ่เราเตอร์มาตรฐานทำงานบนพิกัด 3 แกน จึงสามารถตัดเป็นสามมิติได้อย่างไรก็ตาม คุณสามารถซื้อเครื่องจักร 4,5 และ 6 แกนสำหรับรุ่นต้นแบบและรูปทรงที่ซับซ้อนได้

การโม่:เครื่องกัดแบบแมนนวลใช้ล้อหมุนและลีดสกรูเพื่อเชื่อมต่อเครื่องมือตัดเข้ากับชิ้นงานในโรงสี CNC นั้น CNC จะเคลื่อนบอลสกรูที่มีความแม่นยำสูงไปยังพิกัดที่แน่นอนที่ตั้งโปรแกรมไว้แทนเครื่องกัด CNC มีหลายขนาดและประเภท และสามารถทำงานบนหลายแกนได้

เครื่องตัดพลาสม่า:เครื่องตัดพลาสม่า CNC ใช้เลเซอร์อันทรงพลังในการตัดเครื่องตัดพลาสม่าส่วนใหญ่จะตัดรูปร่างที่ตั้งโปรแกรมไว้ออกจากแผ่นหรือแผ่น

เครื่องพิมพ์ 3 มิติ:เครื่องพิมพ์ 3D ใช้โปรแกรมเพื่อบอกว่าจะวางวัสดุชิ้นเล็กๆ ไว้ตรงไหนเพื่อสร้างรูปร่างที่ต้องการชิ้นส่วน 3 มิติถูกสร้างขึ้นทีละชั้นด้วยเลเซอร์เพื่อทำให้ของเหลวหรือพลังงานแข็งตัวเมื่อชั้นโตขึ้น

เลือกและวางเครื่อง:เครื่อง CNC “หยิบและวาง” ทำงานคล้ายกับเราเตอร์ CNC แต่แทนที่จะตัดวัสดุ เครื่องกลับมีหัวฉีดขนาดเล็กจำนวนมากที่หยิบส่วนประกอบโดยใช้สุญญากาศ ย้ายไปยังตำแหน่งที่ต้องการแล้ววางลงสิ่งเหล่านี้ใช้ในการทำโต๊ะ เมนบอร์ดคอมพิวเตอร์ และส่วนประกอบไฟฟ้าอื่นๆ (เหนือสิ่งอื่นใด)

เครื่อง CNC ทำได้หลายอย่างปัจจุบันเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์สามารถนำไปใช้กับเครื่องจักรเท่าที่จะจินตนาการได้CNC เข้ามาแทนที่อินเทอร์เฟซของมนุษย์ที่จำเป็นในการเคลื่อนย้ายชิ้นส่วนเครื่องจักรเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ตามที่ต้องการCNC ในปัจจุบันสามารถเริ่มต้นด้วยวัตถุดิบ เช่น เหล็กกล้า และสร้างชิ้นส่วนที่ซับซ้อนมากด้วยพิกัดความเผื่อที่แม่นยำและความสามารถในการทำซ้ำที่น่าทึ่ง

รวบรวมทั้งหมดเข้าด้วยกัน: ร้านขายเครื่องจักร CNC สร้างชิ้นส่วนได้อย่างไร
การใช้งาน CNC เกี่ยวข้องกับทั้งคอมพิวเตอร์ (ตัวควบคุม) และการตั้งค่าทางกายภาพกระบวนการร้านขายเครื่องจักรทั่วไปมีลักษณะดังนี้:

วิศวกรออกแบบสร้างการออกแบบในโปรแกรม CAD และส่งไปยังโปรแกรมเมอร์ CNCโปรแกรมเมอร์เปิดไฟล์ในโปรแกรม CAM เพื่อตัดสินใจเกี่ยวกับเครื่องมือที่จำเป็นและสร้างโปรแกรม NC สำหรับ CNCเขาหรือเธอจะส่งโปรแกรม NC ไปยังเครื่อง CNC และจัดเตรียมรายการการตั้งค่าเครื่องมือที่ถูกต้องให้กับผู้ปฏิบัติงานผู้ปฏิบัติงานติดตั้งจะโหลดเครื่องมือตามคำสั่งและโหลดวัตถุดิบ (หรือชิ้นงาน)จากนั้นเขาหรือเธอจะรันชิ้นส่วนตัวอย่างและตรวจวัดด้วยเครื่องมือประกันคุณภาพเพื่อตรวจสอบว่าเครื่อง CNC กำลังผลิตชิ้นส่วนตามข้อกำหนดโดยทั่วไป ผู้ดำเนินการตั้งค่าจะมอบบทความชิ้นแรกให้กับแผนกคุณภาพซึ่งจะตรวจสอบมิติทั้งหมดและลงนามในการตั้งค่าเครื่องจักร CNC หรือเครื่องจักรที่เกี่ยวข้องถูกโหลดด้วยวัตถุดิบเพียงพอที่จะสร้างชิ้นงานตามจำนวนที่ต้องการ และผู้ควบคุมเครื่องจักรจะคอยดูแลเพื่อให้แน่ใจว่าเครื่องจักรยังคงทำงานต่อไป โดยสร้างชิ้นส่วนตามข้อกำหนดและมีวัตถุดิบขึ้นอยู่กับงาน มักจะเป็นไปได้ที่จะใช้งานเครื่อง CNC แบบ “ไฟดับ” โดยไม่มีผู้ปฏิบัติงานอยู่ชิ้นส่วนที่เสร็จแล้วจะถูกย้ายไปยังพื้นที่ที่กำหนดโดยอัตโนมัติ

ผู้ผลิตในปัจจุบันสามารถทำให้กระบวนการเกือบทุกอย่างเป็นแบบอัตโนมัติโดยให้เวลา ทรัพยากร และจินตนาการเพียงพอวัตถุดิบสามารถเข้าไปในเครื่องจักรได้ และชิ้นส่วนที่เสร็จสมบูรณ์แล้วสามารถบรรจุออกมาเป็นบรรจุภัณฑ์พร้อมใช้งานได้ผู้ผลิตพึ่งพาเครื่องจักร CNC หลายประเภทเพื่อสร้างสิ่งต่างๆ ได้อย่างรวดเร็ว แม่นยำ และคุ้มค่า