CNC

English

CNC (Computerized Numerical Control) är ett samlingsnamn för datorstyrda verktygsmaskiner för mekanisk bearbetning och tillverkning av detaljer inom tillverkningsindustrin, bild 1. Det finns hundratals olika CNC-maskiner. CNC-tekniken utvecklas hela tiden och fler och fler arbetsmoment görs i CNC-maskiner idag, i stora såväl som små företag. Vanliga maskiner som är CNC-styrda är fräsar och borrar.

Arbetar i flera riktningar med hjälp av koordinataxlar

CNC-maskiner bearbetar såväl tvådimensionellt som tredimensionellt med hjälp av koordinataxlar. Maskinen bearbetar i minst tre riktningar – koordinataxlarna X, Y och Z, bild 2, men maskiner med fyra eller fem axlar förekommer också, bild 3. Tre axlar är det vanligaste. När maskinen har fyra, fem axlar är det möjligt att vrida och rotera arbetsbordet eller att vrida eller vinkla verktyget.

Under huven som flyttas av koordinataxlarna sitter en eller flera spindlar i vilka du monterar olika typer av roterande verktyg beroende på vad du ska bearbeta. Genom en kombination av automatiska verktygsbyten och snabba, precisa förflyttningar av det skärande verktyget, bild 4, bearbetas materialet efter ett i förväg bestämt mönster.

Manuell riggning och övervakning

Med den digitalt styrda CNC-maskinen kan man tillverka komplicerade delar på ett enhetligt och automatiskt sätt. Du kan följa hur detaljen tillverkas, både som simulering via dataskärmen och i verkligheten i CNC-maskinen.

Mekanisk matning

All matning i en CNC-maskin är mekanisk, det vill säga maskinen sköter matningen av verktyget mot materialet. Verktygen du använder ska vara MEC-märkta, men även verktyg för manuell matning (MAN-märkta) får användas.

Typiska arbetsuppgifter

Typiska uppgifter som CNC-maskinerna är lämpade för är plan-, format- eller profilfräsning, fickfräsning och borrning. Maskinen borrar hål för tappar, skruvar eller beslag, utför så kallade borrprogram eller hålbilder. Maskiner för specialsnickerier finns också, till exempel för kantlistning av skivor samt komplicerad tredimensionell bearbetning. CNC-maskinen bearbetar material i massivt trä, skivmaterial och plast.

Styra maskinen

För att kunna styra maskinen måste du först skapa ett bearbetningsprogram, eller ”göra en beredning”. I beredningen talar du om var detaljen ska ligga på bordet, vilka verktyg som ska användas, vilka förflyttningar som ska göras och så vidare. Äldre maskiner använder så kallade ISO-koder medan nyare maskiner ofta har ett speciellt program anpassat för maskinen.

När man programmerar med ISO-koder betyder varje kod ett kommando som maskinen ska utföra. G1 X200 Y50 F2500 betyder till exempel flytta spindeln till X200 Y50 med hastigheten 2500 mm/min. Det finns en mängd olika koder för maskinernas funktioner. Vissa ISO-koder är standard och alltså lika för alla maskinleverantörer medan andra är fria för leverantören att använda maskinspecifikt.

Nya maskiner har speciella programmeringsprogram gjorda av maskinleverantören. De är ofta Windowsbaserade vilket innebär att programmet skapas med hjälp av bilder och dialogrutor. Det gör programmeringen enklare och snabbare vilket i sin tur gör att fler och fler kan använda maskinerna.

För att kunna köra svårare geometriska figurer krävs numera också ett CAD/CAM-program (Computer Aided Manufacturing). Med hjälp av ritningen av den tänkta detaljen kan CAD/CAM-programmet ”läsa av” figuren och på det viset skapa koordinater till förflyttningarna.

Maskinens uppbyggnad

Nedan beskrivs några av CNC-maskinens viktigaste delar som du kommer i kontakt med när du arbetar vid en CNC-maskin. Verktygen beskrivs i ett eget avsnitt.

Stativ

Maskinen är uppbyggd kring ett kraftigt stativ. På stativet finns förflyttningsaxlar och bordet monterat.

Bord

Bordet på en standardmaskin är 1000–4000 mm långt och 800–2000 mm brett. Det finns olika typer av bord och olika bord använder olika fastspänningssystem:

• Rasterbord har ett rutnät som är fräst i en skiva där man tätar mot materialet med en gummilist, bild 5.
• Konsolbord med balkar och sugkoppar är en annan variant, bild 6. Där håller sugkoppar materialet på plats på bordet. Sugkopparna placerar du på rätt plats vid programmeringen.

I huvudsak används vakuum vid fastspänning. Till båda bordsvarianterna finns en mängd tillbehör för att sätta fast olika typer av produkter, bild 7.

Styrskåp

Styrskåpet är placerat vid sidan om maskinen. I skåpet finns komponenter för styrning av maskinens rörliga delar och vanligtvis en pc och en bildskärm. Alla signaler från maskinens givare, alla in- och utdata, bearbetas i den så kallade PLC-styrningen (Programmable Logic Controller), bild 8.

Axlar och spindel

Maskinen arbetar i minst tre riktningar (koordinataxlarna x, y och z). Axlarna styr en spindel i vilken verktyget sitter och roterar.

Säkerhetsområde

Vid det läge dit varje axel som längst kan nå inom maskinens arbetsområde måste det finnas ett skydd för att hindra att du själv och andra människor eller något föremål kommer i kontakt med maskinens rörliga delar. Därför är alla moderna CNC-maskiner utrustade med en skyddsbarriär: ett gallerstaket, en ljusridå, fotocell eller trampmatta, för att förhindra åtkomst. I gallerstaketet finns ofta en förreglad dörr som används vid underhåll och service.

Verktygen 

I en CNC-maskin använder du antingen fräsar, borrar eller sågklingor. Verktygen sitter i ett verktygsmagasin, vanligtvis på en verktygsväxlartallrik eller kedja med plats för allt från 1–30 verktyg. Hur många du behöver avgörs av vad och hur mycket du ska producera. Vanligast är maskiner med plats för 3–14 verktyg, men maskiner på ett specialsnickeri kan ha närmare 50 verktyg som man byter ut alltefter behov.

De skärande verktygen är gjorda i snabbstål, hårdmetall eller diamant och kan rotera med en hastighet på 1000–24000 varv per minut. Verktygen är alltid monterade i en chuck, bild 9, antingen med spännhylsor, bild 10, eller med hydrofastspänning, bild 11. Men även krympchuckar förekommer, bild 12.

Chuck med spännhylsa är billigast och ger goda bearbetningsresultat. De är också flexibla och går snabbt att byta mellan olika verktyg. Spännhylsor är en förbrukningsvara och ska bytas med jämna mellanrum. Passningsrost, bild 13, och beläggning på hylsans ytor gör att verktyget sitter sämre. Du undviker passningsrost genom att fetta in alla ytor med ett tunt smörjmedel.

Hydrofastspänningen använder du när du har högre krav på bearbetningsresultatet. Chuckarna är dock dyrare och verktygen måste ha samma skaftdiameter.

Krympchucken använder du när du har mycket höga krav på bearbetningsresultatet. Chucken värms på verktyget och du slipar verktyget och chuck tillsammans.

Verktygstyper 

Verktygen kan vara

• solida – i samma material rakt igenom, bild 14
• bestyckade – skärmaterialet är fastlött på verktygskroppen, bild 15
• verktyg med lösa skär – ett eller flera skär skruvas fast på verktygskroppen, ibland med en stödplatta för skäret, bild 16.

Det är viktigt att verktyg monteras efter verktygstillverkarens instruktioner. Fästskruvar och muttrar ska dras åt med ändamålsenliga momentnycklar och med det åtdragningsmoment som tillverkaren angett.

Eftersom maskinen kan rotera åt båda hållen är det mycket viktigt att du vid programmeringen har koll på vilken riktning du ska köra och att ditt valda verktyg är tillverkat för att rotera åt det hållet. Även chucken kan vara tillverkad för att rotera antingen åt höger eller vänster.

 
Alla nya verktyg ska vara märkta

När du väljer ett verktyg som är märkt vet du att det uppfyller kraven för

• verktygsutformning
• utkastprov
• varvtalsprov
• balansering
• toleranser.

Alla nya fräsande verktyg med en diameter på mer än 16 mm ska enligt standarden SS-EN 847 vara märkta. Det är av stor vikt att du som operatör kan tyda den information som varje verktyg ska vara märkt med:

• tillverkarens eller leverantörens namn eller logotyp
• varvtal (min- och maxvärde)
• dimension (längd, diameter och skärlängd)
• material (förkortning för stålkvaliteten för solida respektive bestyckade verktyg)
• markering för minimal inspänningslängd i förhållande till angivet maxvarvtal och maximalt tillåten excentricitet (ett verktyg är aldrig helt runt och excentriciteten anger hur stor avvikelse som är tillåten).

Om det inte finns någon markering för minimal inspänningslängd på verktyget – hur långt det måste sättas in i chucken, bild 17 – gäller att verktygets skaft ska sättas in minst 2 x skaftets diameter, och alltid minst 20 mm. Om skaftet är 8 mm i diameter ska skaftet alltså sättas in minst 20 mm. Om skaftet är 16 mm i diameter ska det sättas in minst 32 mm.

På många snickerier finns äldre verktyg som saknar märkning. Omärkta verktyg ska märkas av verktygsleverantören eller kasseras. 

Varvtal och inspänningslängd

För att undvika olyckor måste du vara väl förtrogen med vad varvtalet Nmax innebär, veta vilket maxvarvtal som krävs för att undvika obalans. Du måste också ha kunskap om ett verktygs inspänningslängd i förhållande till vikt, varvtal och det fria skaftuthänget (den del av skaftet som du inte stoppar in i chucken).

Om varvtalet är för lågt kan verktyget börja "hugga" istället för att skära eftersom skärhastigheten genom träet blir för låg.

Verktygsbiblioteket

Olika maskinleverantörer har ofta sin egen programvara för programmeringen av ”sin” maskin. En viktig del av programvaran är verktygsbiblioteket, en databas som är maskinens kom-ihåg. I verktygsbiblioteket har varje verktyg ett unikt nummer eller namn som du hänvisar till när du skriver programmet. I programmet talar du om vilket verktyg du har placerat på vilken plats i maskinen.