Mikä on CNC-työstökone?
CNC-työstökone on tietokoneohjelmalla ohjattava työstökone. Se voi automaattisesti suorittaa erilaisia monimutkaisia prosessointitehtäviä ennalta asetettujen prosessointiohjelmien mukaisesti. CNC on lyhenne sanoista "Computer Numerical Control", joka tarkoittaa tietokoneella tehtävää numeerista ohjausta.
CNC-työstö on subtraktiivinen valmistusprosessi, jossa tietokoneohjattuja työstökoneita käytetään työkappaleen materiaalin poistamiseen osien valmistamiseksi. Yleensä CNC-työstökoneet suunnittelevat työstöreitin automaattisesti kolmiulotteisen CAD-mallin perusteella ja ohjaavat työkalua leikkaamaan reittiä pitkin osan muodon saavuttamiseksi.
Tässä artikkelissa esitellään erityyppiset CNC-työstökoneet ja niiden toimintaperiaate.
1.Jyrsin CNC-kone
CNC-jyrsin on kuin CNC-jyrsin, mutta sitä käytetään yleensä pehmeämpien materiaalien työstöön, ja se on tyypillisesti vähemmän tarkka kuin CNC-jyrsinkoneet. CNC-jyrsimet tunnetaan kyvystään käyttää tietokoneen numeerista ohjausta karan ja työstökoneiden ratojen jyrsintään materiaalien, kuten puun, teräksen, vaahtomuovin, komposiittien, alumiinin ja muovin, suunnitteluun ja muotoiluun.
CNC-jyrsimet koostuvat tyypillisesti askelmoottoreista, askelmoottoreista, mekaanisesta jalustasta, karasta, ohjaimista ja virtalähteestä. CNC-jyrsimet auttavat vähentämään jätettä, lisäämään tuottavuutta ja tarkkuutta sekä tuottamaan tuotteita nopeammin.
2. CNC-porauskone
CNC-porakonetta käytetään työstöprosesseissa, joissa työkappaleeseen tehdään sylinterimäisiä reikiä poraamalla. Siinä käytetään pyöriviä poranteriä, joiden rakenne mahdollistaa lastuina tunnetun metallijätteen putoamisen työkappaleesta reiän tekoa varten.
CNC-porakoneessa on useita yleisiä poranterityyppejä, joista jokainen sopii eri käyttötarkoituksiin. Tyyppeihin kuuluvat tarkistusporat reikien poraamiseen, syvien reikien poraamiseen tarkoitettuja pistoporia, ruuvikoneporat tarkkoihin reikiin ja istukka-avartimet reikien viimeistelyyn haluttuun kokoon.
Kuten muutkin CNC-koneet, porakone CNC käyttää tietokoneohjattua numeerista ohjausta porausprosessin automatisointiin. Se ohjaa poranterien sijainteja ja liikekuvioita ohjelmoitujen työkaluratojen mukaisesti. Tämä mahdollistaa useiden reikien tarkan poraamisen työkappaleeseen tarkasti ja toistetusti. Porakoneet CNC ovat hyödyllisiä, kun suuret osamäärät tarvitsevat identtisiä reikäkuvioita tai -kokoja, jotka on tuotettu automatisoiduilla porausprosesseilla.
3. CNC-sorvi
CNC-sorvia käytetään työstöprosesseihin, joihin liittyy pyörivien työkappaleiden sorvausta tai muotoilua. Siinä käytetään yksipisteisiä leikkaustyökaluja, joiden rakenne vaihtelee sorvaussovelluksen mukaan, kuten rouhinta, viimeistely, tasosorvaus, kierteitys, muovaus, alilukku, katkaisu ja uransorvaus.
CNC-sorvi automatisoi sorvausprosessin tietokoneen numeerisen ohjauksen avulla. Se ohjaa leikkaustyökalujen sijainteja ja liikkeitä ohjelmoitujen työkaluratojen mukaisesti. Tämä mahdollistaa monimutkaisten muotojen ja geometrioiden valmistuksen sylinterimäisistä työkappaleista tarkasti ja toistettavuustasolla.
CNC-sorveja on erityyppisiä, jotka sopivat erilaisiin käyttötarkoituksiin. Yleisiä tyyppejä ovat massatuotantoon soveltuvat tornisorvit, joissa on automaattiset työkalunvaihdot, yleiskäyttöön tarkoitetut moottorisorvit ja tietyille geometrioille tai materiaaleille suunnitellut erikoissorvit.
CNC-sorvausprosessi parantaa tuottavuutta manuaalisiin sorveihin verrattuna mahdollistamalla miehittämättömän toiminnan ja useiden osien tuotannon tarkkojen eritelmien mukaisesti. CNC-sorvit ovat erityisen hyödyllisiä autoteollisuudessa, ilmailu- ja tarkkuusvalmistusteollisuudessa, joissa suuri määrä sorvattuja komponentteja on työstettävä tarkasti ja tehokkaasti.
4. 5-akselinen CNC-kone
5-akselinen CNC-kone parantaa perinteisten 3-akselisten jyrsinkoneiden ominaisuuksia lisäämällä kaksi ylimääräistä pyörivää akselia, mikä mahdollistaa monimutkaisten geometrioiden työstämisen yhdellä kiinnityksellä.
Kolmen lineaarisen akselin (X, Y, Z) lisäksi, joita käytetään leikkaustyökalun sijoittamiseen, 5-akselisessa CNC-koneessa on joko kaksi lisäkiertoakselia leikkauskarassa tai kallistuva/pyörivä pöytä. Tämä tarjoaa kaksi lisävapausastetta työkappaleen sijoittamiseen.
Kallistamalla ja kiertämällä työkappaleen kiinnityslaitetta (kääntöpöytää) 5-akselinen kone mahdollistaa leikkaustyökalun pääsyn prismaattisen työkappaleen viiteen pintaan ja niiden työstämisen 90 asteen kulmassa ilman, että työkappaletta tarvitsee nollata toimintojen välillä.
Kaksi lisäkiertoakselia (yleensä A- ja C-akseleita) parantavat merkittävästi koneistuksen tehokkuutta poistamalla useiden kiinnitysten ja asetusten tarpeen. Monimutkaiset geometriat, kuten veistetyt muodot, voidaan koneistaa kokonaan yhdellä kiinnityksellä 5-akselisella CNC-koneella.
Sillä on laaja käyttöalue ilmailu-, muotti- ja lääketieteen teollisuudessa, missä monimutkaiset osat ovat yleisiä. 5-akselista CNC-koneistusta käytetään usein myös kuvanveistoon, koska sillä voidaan työstää vapaamuotoisia pintoja.
5. CNC-jyrsintäkone
CNC-jyrsinkone käyttää pyöriviä monipistejyrsintyökaluja työkappaleiden tarkkaan muotoiluun ja koneistamiseen. Yleisiä jyrsintyökaluja ovat varsijyrsimet, kierrejyrsimet ja viistejyrsimet, jotka voidaan suunnata joko vaakasuoraan tai pystysuoraan tietyn jyrsintäsovelluksen mukaan.
CNC-jyrsintäkone automatisoi jyrsintäprosessin tietokoneen numeerisen ohjauksen avulla. Se ohjaa leikkaustyökalun sijaintia ja liikerataa ohjelmoitujen työstöratojen mukaisesti. Tämä mahdollistaa monimutkaisten profiilien ja geometrioiden valmistuksen raaka-aineista tai valukappaleista tarkasti ja toistetusti.
CNC-jyrsinkoneita, joita kutsutaan myös jyrsinkoneiksi tai myllykoneiksi, on saatavana sekä vaaka- että pystysuuntaisina versioina. Perus-CNC-jyrsinkoneissa on kolme lineaarista liikeakselia (X, Y, Z), kun taas edistyneemmissä malleissa on lisäpyörivät akselit paremman saavutettavuuden takaamiseksi.
Yleisiä CNC-jyrsinkoneita ovat käsijyrsimet pienille osille, tavalliset tai pystysuorat jyrsimet yleiseen koneistukseen, yleisjyrsimet, jotka soveltuvat monenlaisiin työstöihin, ja monikäyttöiset jyrsimet, jotka tarjoavat maksimaalisen joustavuuden neljän tai viiden akselin ansiosta.
CNC-jyrsintäprosessi parantaa tuottavuutta manuaalisiin jyrsinkoneisiin verrattuna. Se mahdollistaa jyrsittyjen komponenttien miehittämättömän ja massatuotannon tiukoilla toleransseilla. CNC-jyrsinkoneita käytetään laajalti valmistusteollisuudessa osien työstämiseen metalleista, muoveista, puusta, komposiiteista ja muista materiaaleista.
6. Laserleikkaus CNC-kone
Laserleikkaus-CNC-kone käyttää tehokasta laseria materiaalien leikkaamiseen sulattamalla, polttamalla tai höyrystämällä niitä. Se mahdollistaa monimutkaisten kuvioiden ja profiilien tarkan leikkaamisen.
Laserleikkauskoneissa käytettyjen teollisuuslaserien päätyyppejä ovat:
- CO2-laserit: Yksi yleisimmistä hiilidioksidikaasuseosta käyttävistä kaasulasereista. Sopii ei-metallien, kuten puun, muovien ja tekstiilien, leikkaamiseen. Voi leikata myös joitakin pehmeitä teräksiä.
- Kiinteän olomuodon laserit: Tyypillisesti yttrium-alumiinigranaatti (YAG) -laserit, joissa käytetään aktiivisena elementtinä neodyymiä. Tehokkaampia kuin CO2-laserit ja kykenevät leikkaamaan paksumpia ja kovempia metalleja.
- Kuitulaserit: Uudempi kiinteän olomuodon lasertyyppi, jolla on erinomainen säteen laatu. Erittäin tehokas tarkkuusmetallin leikkaussovelluksiin.
CNC-laserleikkauskoneet ohjaavat lasersäteen ohjelmoitujen työstöratojen mukaisesti xy-portaalien ja CNC-ohjauksen avulla. Yleisimmät työkoot vaihtelevat pöytäkoneista suurkuvakoneisiin.
Laser tarjoaa puhtaan leikkauksen suurella tarkkuudella ja minimoimalla lämpövaikutusalueen. Se mahdollistaa monenlaisten materiaalien monimutkaisen leikkauksen. Laserleikkausta käytetään laajalti valmistuksessa, prototyyppien valmistuksessa sekä auto- ja ilmailuteollisuudessa.
7. Plasmaleikkaus CNC-kone
Plasmaleikkaus-CNC-kone käyttää plasmapoltinta sähköä johtavien materiaalien leikkaamiseen. Se toimii johtamalla suurnopeuksisen kaasun, kuten hapen tai ilman, suuttimen läpi ja muodostamalla polttimen alle sähkökaaren, joka ionisoi kaasun johtavaksi plasmavirraksi.
Plasmavirta siirtää sitten lämmön ja sähkön työkappaleen materiaaliin, leikkaamalla sen läpi sulattamalla ja höyrystämällä. Yleisiä plasmaleikkauskoneilla leikattavia materiaaleja ovat teräs, ruostumaton teräs, alumiini, messinki ja kupari.
CNC-plasmaleikkauskoneessa plasmapoltinta ohjataan CNC-järjestelmällä ohjelmoitujen työstöratojen mukaisesti. Tämä mahdollistaa monimutkaisten 2D- ja 3D-muotojen tarkan tietokoneohjatun leikkaamisen metallista.
Plasmaleikkaus-CNC-koneiden keskeisiä ominaisuuksia ovat kyky leikata paksuja levymateriaaleja, hyvä leikkauslaatu minimaalisilla lämpövaikutusalueilla ja nopea leikkausnopeus. Ne sopivat hyvin valmistus-, huolto- ja korjaussovelluksiin.
CNC-järjestelmä tarjoaa automatisoituja, toistettavia leikkauksia ja mahdollistaa miehittämättömän toiminnan. Plasmaleikkausta käytetään laajalti esimerkiksi autoteollisuudessa, valmistusteollisuudessa, laivanrakennuksessa ja rakennusalalla metalliosien ja -komponenttien leikkaamiseen, viisteyttämiseen ja talttaukseen.
8. Sähköpurkaus-CNC-kone
Sähköpurkaus-CNC-kone, joka tunnetaan myös nimellä EDM (sähköpurkaustyöstö) tai kipinäeroosio-CNC-kone, hyödyntää sähkökipinöiden termoelektristä prosessia sähköä johtavien materiaalien leikkaamiseen.
Se toimii käyttämällä kahden elektrodin – työkaluelektrodin ja työkappaleen materiaalin – välisen jännite-eron tuottamia sähkökipinöitä, jotka kuluttavat pois pieniä määriä materiaalia sulattamalla ja höyrystämällä. Deionisoitua vettä käytetään roskien huuhtelemiseen pois.
EDM CNC -koneessa työkaluelektrodi kytketään CNC-järjestelmään ja sijoitetaan ja ohjataan tarkasti ohjelmoitujen työstöratojen mukaisesti. Tämä mahdollistaa monimutkaisten 3D-muotojen koneistamisen kovista metalleista ja metalliseoksista, joita on vaikea leikata perinteisillä menetelmillä.
Joitakin EDM CNC -koneiden keskeisiä etuja ovat kyky työstää erittäin kovia materiaaleja, tuottaa osia erittäin suurella tarkkuudella ja pintakäsittelyllä sekä leikata monimutkaisia sisäonteloita ja profiileja.
Yleisiä käyttökohteita ovat muotit, matriisit, ilmailu- ja avaruuskomponentit sekä kirurgiset implantit, koska prosessi on kosketukseton ja tuottaa vain vähän mekaanisia voimia työkappaleeseen. EDM-CNC-koneet sopivat hyvin monimutkaisten osien pienimuotoiseen tuotantoon.
9. Tässä ovat hioma-CNC-koneen tärkeimmät kohdat:
- - CNC-hiomakone käyttää pyörivää hiomalaikkaa metalliosien leikkaamiseen ja muotoiluun mekaanisen hankausprosessin avulla.
- - Hiomalaikka, joka on yleensä valmistettu timanteista tai CBN:stä (kuutioboorinitridistä), poistaa pieniä metallilastuja, kun se joutuu kosketuksiin työkappaleen kanssa. Tiukkojen toleranssien saavuttamiseksi tarvitaan tarkkaa ohjausta.
- - CNC-hiomakoneessa hiomalaikka ja työkappale sijoitetaan ja siirretään tarkasti CNC-järjestelmän avulla ohjelmoidun koodin mukaisesti. Tämä mahdollistaa monimutkaisten 3D-profiilien automaattisen hiomisen.
- - Yleisiä hiontamenetelmiä ovat sylinterihionta (ulko- tai sisäpinnat), tasohionta (tasapinnat), keskiöhionta ja profiilihionta.
- - Hiomakoneilla (CNC) valmistetut osat vaativat erittäin suurta tarkkuutta ja pintakäsittelyä. Ne ovat usein tarkkuusmekaanisia komponentteja, kuten nokka-akseleita, kuulalaakereita ja hammaspyöriä.
- - CNC-hiontaa hyödyntäviä toimialoja ovat mm. autoteollisuus, ilmailu- ja avaruusteollisuudessa, lääketieteen alalla ja yleisessä valmistuksessa, joissa tiukat toleranssit ovat kriittisiä.
- - Etuja perinteiseen hiontaan verrattuna ovat toistettava tarkkuus, moniakselinen ohjaus ja mahdollisuus hioa monimutkaisia muotoja ja profiileja ilman valvontaa.
Yhteenvetona voidaan siis todeta, että hioma-CNC-kone muotoilee tarkasti metalliosia automaattisen hiomalaikan työstöllä, jota ohjataan tietokoneen numeerisella ohjausjärjestelmällä.
10. Tässä ovat tärkeimmät tiedot CNC-koneesta, jossa on automaattiset työkalunvaihdot:
- - Siinä on työkalumakasiini/karuselli, johon mahtuu useita työkaluja, kuten poria, jyrsinkoneita, jyrsimiä jne., koneen työtilan vieressä.
- - Automaattinen työkalunvaihtaja mahdollistaa työkalujen nopean ja automaattisen vaihdon tarvittaessa CNC-työstöprosessin aikana ilman manuaalisia toimia.
- - Tämä parantaa merkittävästi tuottavuutta minimoimalla leikkaamattoman ajan manuaalisiin työkalunvaihtoihin verrattuna. Monimutkaisia osia, jotka vaativat useita työkaluja, voidaan työstää pysäyttämättä prosessia.
- - Työkalut noudetaan/vaihdetaan robottiohjatusti makasiinista ja kiinnitetään karaan CNC-ohjatulla automaattisella työkalunvaihtovivulla.
- - Se lisää koneen työkalunkantokykyä yhden työkalun yli, mikä mahdollistaa monimutkaisempien osien koneistuksen ilman työkalujen manuaalista uudelleenlatausta.
- - Rikkoutuneet tai kuluneet työkalut voidaan vaihtaa lennossa pysäyttämättä koko tuotantoa. Tämä parantaa luotettavuutta ja käyttöaikaa.
- - Automaattinen työkalukalibrointi voi myös olla mahdollista geometrisen tarkkuuden varmistamiseksi jokaisen muutoksen jälkeen.
- - Se siirtää CNC-koneistuksen kohti tehokkaampaa, pimeää/miehittämätöntä tuotantoa minimaalisella ihmisen puuttumisella.
Yhteenvetona voidaan siis todeta, että automaattinen työkalunvaihto parantaa CNC-koneiden joustavuutta ja tuottavuutta.
Julkaisun aika: 8.12.2023
