То је ЦНЦ окретање укратко, али то заправо не показује шта је променило. Испоставило се да је део који ми је показао - био за медицинску опрему. Нека компонента хируршког алата. Толеранције су биле мале, на пример ±0,0005 инча. На ручном стругу би вам требао заиста вешт машиниста и можда би један од пет делова био отпад. ЦНЦ? Тог дана нула отпада. Тип ми је рекао да ће те недеље избацити 500 комада без иједног одбијања.
Копам по производњи можда већ 15 година, а ЦНЦ стругање је једна од оних технологија која је потпуно трансформисала индустрију, али некако остаје невидљива осим ако заправо не правите ствари.
Проблем са ручним стругом (зашто је ово важно)
Хајде да се вратимо мало уназад. Традиционални стругови постоје од - Не знам, древни Египат или тако нешто? Дефинитивно вековима. Основни концепт се никада није променио: окрећете део, држите алат за сечење уз њега, обликујете га уклањањем материјала. Симпле.
Проблем је што ручни стругови захтевају озбиљну вештину. Гледао сам како мајстор машиниста у трговачкој школи у Кливленду - ово је било 2017. можда - проводи 45 минута подучавајући ученике како да се суоче са делом. Само да крај буде раван. Четрдесет-пет минута за нешто што звучи тривијално. Потребна је координација руку-оком, осећај за материјал, знајући када алат постаје досадан - не можете то научити у учионици. Траје године.
Чак и тада, доследност је тешка. Исти машиниста, иста поставка, делови ће се мало разликовати од серије до серије. Можда у оквиру толеранције, можда не. Један момак у тој радњи у Милвокију ми је рекао да је радио на ручним струговима 20 година пре него што су донели ЦНЦ. „Неких дана је све шкљоцнуло, делови су били савршени. Других дана бих се борио са машином у целој смени и још увек завршио са отпадом. Никад нисам могао да схватим зашто.“
Шта ЦНЦ заправо ради (компјутерски део)
ЦНЦ - нумеричка контрола рачунара. У основи програмирате координате и сечете путање у рачунар, машина их тачно прати. Сваки пут. Без варијација, без слободних дана, не „Нисам добро спавао па су ми делови мало ван спецификација“.
Део за стругање се посебно односи на операције на машинама типа струг{0}}. Део се окреће, алат за сечење се креће програмираним путањама да би креирао облик који желите. За разлику од ЦНЦ глодања где се алат окреће и део мирује. Потпуно другачија животиња иако их људи збуњују.
Сећам се да сам разговарао са програмером на Хаас-овој кући отворених врата - Далас, мислим, 2018. или 2019 -, који је рекао да пробој заправо није хардвер. Хардвер је прилично једноставан. „Чаролија је у контролним системима и програмским језицима. Г- код изгледа једноставно, али добијање сложеног дела из првог покушаја? То је уметност.“
Ситуација са програмирањем (мрежнија него што мислите)
Говорећи о програмирању -, ово постаје неуредно на начине које људи не очекују. Постоје различити контролери, различити софтверски пакети, различити пост{2}}процесори. Фануц, Сиеменс, Хаас, Мазак - сви имају своје карактеристике.
Г-код је стандардни језик. У теорији. У пракси, свака машина тумачи одређене команде мало другачије. Гледао сам инжењера у уговорном произвођачу у Мичигену - ово је можда 2020 - провео два сата отклањајући грешке зашто део излази 0,003 инча. Испоставило се да је њихов Мазак интерпретирао једну специфичну команду Г-кода другачије од њихових Хаас машина. Исти програм, различити резултати.
„Због тога наплаћујемо толико за подешавање“, рекао је он. "Сваки нови део је слагалица. Чак и ако сте раније покретали сличне делове."
Већина продавница сада користи ЦАМ софтвер - Цомпутер Аидед Мануфацтуринг. Цртате део у ЦАД-у, ЦАМ генерише путање алата и Г-код. Звучи аутоматизовано, али није. И даље захтева озбиљно знање о брзинама резања, помацима, избору алата, држању рада. Видео сам програмере са 30 година искуства који још увек уче нове трикове.
Материјали су важнији него што људи схватају
Материјал који окрећете мења све. Алуминијумске резове попут путера - мекане, лаке за алате, велике брзине вретена. Челик захтева различите брзине и помаке. Нерђајући челик се хвата, жели да се стврдне. Титанијум? Заборави на то. Скуп материјал, скуп алат, мале брзине, стварају луду топлоту.
Био је код добављача ваздухопловства у Конектикату - можда 2016 - гледајући како окрећу компоненте стајног трапа од титанијума. Карбидни уметци које су користили коштали су око 40 долара сваки и трајали су можда 30 делова пре него што им је била потребна замена. „Понекад трошимо више на алат него на сировину“, рекао ми је оперативни менаџер.
Тврди материјали такође различито оптерећују машину. Јефтин стони ЦНЦ струг може да ради са алуминијумом цео дан. Покушајте да покренете каљени челик и чућете да ствари почињу да се жале. Лежајеви се брже троше, куглични завртњи се олабаве, прецизност позиционирања опада.
Једна радња коју сам посетио у Тексасу - мала радња, породична радња - имала је два идентична-изгледа ЦНЦ струг. "Зашто два?" питао сам. Власник се насмејао. "Овај је за алуминијум и пластику. Овај је за челик и тврђе ствари. Ако користим чврсте материјале на алуминијумској машини, неће издржати толеранцију у року од шест месеци. То сам научио на скуп начин."
Толеранције (ствар о чему нико изван производње не размишља)
Толеранције су место где ЦНЦ стругање заиста сија. Већина ручне обраде има за циљ ±0,005 инча или ±0,010 инча. Прилично добро за ручне операције. Модерни ЦНЦ стругови рутински држе ±0,0005 инча, неки могу учинити ±0,0001 инча под правим условима.
То може звучати као бесмислена прецизност, али је од огромне важности. Аутомобилски делови - компоненте мотора, осовине мењача - захтевају чврсте толеранције да би правилно функционисале. Медицински уређаји још више. Разговарао сам са типом који прави хируршке импланте који је рекао да су њихове толеранције понекад у десетим - 0.0001 инча. "На том нивоу, температура у радњи је битна. Ширење материјала услед топлоте може да вас избаци из спецификације."
Ваздухопловство је најгоре. Или најбоље, у зависности од перспективе. Посетио извођача одбране изван Сијетла - не могу да кажем који, НДА и све то - и окретали су делове за млазне моторе. Толеранције су биле смешне. Као ±0,00005 инча на одређеним карактеристикама. Машинар ми је показао извештај о инспекцији. Двадесет-седам измерених димензија на једном делу, све су морале да буду унутар неколико десет-хиљадитих делова.
"Како то уопште тачно мерите?" питао сам. Показао је на просторију за{1}}контролисану климом. "Температура контролисана на ±1 степен Ф, гранитне површинске плоче, ласерски скенери. Опрема за инспекцију кошта више од ЦНЦ машине."
Избор алата (тајна сложеност)
Алати за сечење су њихов сопствени универзум сложености. Карбидни умеци, керамички алати, ЦБН (кубни бор нитрид), дијамант. Различите геометрије, премази, ломљенци струготине. Сваки материјал и операција захтевају посебан алат.
Провео сам дан у техничком центру Сандвик Цоромант - ово је било у Охају, можда 2015 - и имали су отприлике 50.000 различитих опција уметања. Педесет хиљада. Инжењер апликација ми је показао како промена геометрије уметка за мале количине утиче на формирање струготине, силе резања, завршну обраду површине, век трајања алата.
„Већина продавница користи можда 10-15 различитих уметака за 90% свог рада“, рекао је он. „Али тих последњих 10% - чудни материјали, чврсте толеранције, тешке геометрије – ту је важно познавање алата.“
Цена такође варира. Основни уметци од карбида могу коштати 8-10 долара сваки. Фантастични обложени уметци за нерђајуће или егзотичне материјале? 40-50 долара. ЦБН уметци за каљени челик? $200+. И троше се. Део скривених трошкова ЦНЦ стругања о којима људи не размишљају.
Алат под напоном (где се стругање сусреће са глодањем)
Модерни ЦНЦ стругови често имају алате са погоном - са „активним алатом“ који могу да глодају, буше, урезују док је део још у стругу. Замагљује линију између центара за стругање и глодање.
Видео сам ово у радњи у Минесоти која прави хидрауличне вентиле. Сложени делови, пуно унакрсних рупа, нарезних рупа, равних глодала на цилиндричним телима. Користи се за вишеструка подешавања - укључите струг, пређите на млевење, можда назад на струг. Сада раде све у једном поставу на окретном{4}}млинском центру.
„Време подешавања је пало за 60%“, рекао ми је менаџер производње. „А прецизност је побољшана јер не померамо део између машина. Сваки пут када поново убодете део, уносите потенцијалну грешку.“
Међутим, програмирање постаје теже. Сада координирате ротацију, позиционирање алата, ротацију алата уживо, расхладну течност - много променљивих. Један програмер са којим сам разговарао на конференцији у Чикагу рекао је да му је учење алата уживо удвостручило време програмирања у почетку. "Требало је можда две године пре него што сам се уживео у то. Сада не могу да замислим да се вратим."
Стругови швајцарског{0}}типа (чудни рођак)
швајцарски{0}}стругови су сасвим друга врста. Првобитно развијени за швајцарско часовничарство - отуда и назив -, они су дизајнирани за дугачке, витке делове који би се скретали на нормалном стругу.
Део пролази кроз водећу чахуру близу алата за сечење. Алат истовремено види само четвртину-инча дужине дела, остатак је подржан. Омогућава вам да окрећете заиста дугачке, мршаве делове без проблема са скретањем.
Посетио је произвођача медицинских уређаја у Калифорнији - област Силицијумске долине - који је управљао швајцарским машинама за израду сићушних хируршких компоненти. Делови су били можда пречника 2 мм, дужине 50 мм. Нерђајући челик. Толеранције у десетинама. „Пробајте то на обичном стругу и део се савија, брбљање уништава завршну обраду ваше површине, ништа није у толеранцији“, објаснио је главни машиниста.
Међутим, швајцарске машине су скупе. Почетни ниво може да буде 100.000 УСД, а најквалитетнији-приступају 500.000 УСД или више. И избирљиви су. Потребно је заиста прецизно поравнање, сићушни алати који се лако кваре, сложено програмирање.
Један власник радње у Минесоти ми је рекао: „Купили смо швајцарски струг мислећи да ће решити све наше проблеме са малим{0}}деловима. Требало нам је девет месеци да добијемо константно добре делове. Скоро смо одустали и продали ствар.“ На крају су то схватили, сада ради 24/7. Али стрма крива учења.
Аутоматизација (куда ово иде)
Аутоматизација је тренутна опсесија. Хранилице шипки које аутоматски хране сировину. Роботске руке које утоварују празнине и истоварају готове делове. У неким радњама се гаси-машине за производњу - које раде преко ноћи без икога.
Посетио сам произвођача затварача у Индијани - ово је можда 2021 - радило на 20 ЦНЦ стругова са два оператера у смени. Одмор је био аутоматизован. Додаци шипки су одржавали снабдевање машина, делове бацали у канте, транспортери су померали материјал унаоколо. „Раније смо покретали ове машине са једним оператером на две машине“, рекао је директор фабрике. „Сада је један оператер на десет, а ми идемо ка једном од петнаест."
Инвестиција је ипак озбиљна. Добар хранилац за шипке може коштати 20 до 40 хиљада долара. Роботске ћелије могу коштати 100 до 250 хиљада долара у зависности од сложености. Има смисла само ако користите велике количине.
Мање продавнице се боре са овим. Разговарао са власником радње у Пенсилванији који је рекао: „Ми правимо можда 50-500 комада по трчењу. Време подешавања нас убија, али количине нису довољно велике да оправдају аутоматизацију. Заглавили смо у овој средини.“
Контрола квалитета (проблем инспекције)
Контрола квалитета је оно у чему се многе радње боре, чак и са ЦНЦ-ом. Само зато што се програм покреће не значи да су делови у спецификацији. Алати се троше, машине се померају, материјали се разликују.
Већина продавница врши први{0}}инспекцију, насумично узорковање током циклуса, завршну инспекцију. Али постоји дебата о томе колико је довољно. Гледао сам свађу на производној конференцији у Детроиту - 2019 Мислим - између менаџера квалитета и менаџера производње.
Квалитетан момак: „Треба да измеримо сваку част“.
Човек из производње: "То удвостручује наше трошкове рада. ЦНЦ је поновљив."
Квалитетан: "Док није. Онда шаљемо лоше делове и губимо купца."
Нема лаког одговора. Зависи од дела, купца, последица квара. Медицина и ваздухопловство? Измери све. Ниски{3}}комерцијални делови? Инспекција узорка је вероватно у реду.
Мерење у-процесу помаже. Сонде за алате које проверавају димензије током обраде, аутоматски компензују ако се ствари померају. Кошта новац унапред, али може спречити отпад.
Шта ти нико не говори (скривени изазови)
Постоје изазови са ЦНЦ претварањем који се не претварају у маркетиншке брошуре.
Лом алата може убити продуктивност. Карбид је ломљив - погоди га погрешно и разбије се. Сада је ваш део отпада, можда је оштетио машину, изгубио време док замените алат и поново покренете. Једна радња коју сам посетио у Џорџији имала је зид срама - фотографије поломљених алата и оштећених делова. „Подсетник на скупе грешке“, рекао је власник.
Евакуација чипова је важнија него што мислите. Сечењем метала се добија много струготина -. Ако се струготине не чисте како треба, могу изгребати готове површине, заглавити алате, чак и узроковати падове. Видео сам да се машине заустављају јер су се гнезда струготина накупила и блокирала проток расхладне течности.
Сама расхладна течност је цела ствар. Традиционална расхладна течност ради, али прави неред, потребна је филтрација, одлагање кошта. Расхладна течност-под високим притиском кроз вретено алата ради боље за дубоке рупе, али захтева посебан алат. Неке продавнице користе расхладну течност или чак суво сечење. Сваки приступ има компромисе.
Онда је ту ситуација са софтвером. Различите генерације контролера користе различите методе програмирања. Продавнице са старијим машинама могу имати програме на дискетама или старим чврстим дисковима. Посетио сам једну радњу која је још увек користила рачунар из касних 90-их за покретање њиховог Фануц контролера. „Ако овај рачунар умре, ми смо у невољи“, признао је програмер. „Делови кода се вероватно не би пренели на савремене системе чисто.“
Недостатак вештина (сви се жале на)
Недостатак квалификоване радне снаге је реалан и постаје све гори. Сваки власник радње са којим разговарам то помиње. Не могу да нађем искусне ЦНЦ програмере или машинисте. Старија генерација одлази у пензију, а млађи људи не знају да производња постоји као каријера.
Био је на техничком колеџу у Висконсину - 2020 или 2021 - и разговарао са директором програма за обраду. Рекао је да имају више радних места у локалним компанијама него што су имали дипломце да их попуне. „Компаније су очајне. Почетна плата за ЦНЦ машинисте овде достиже 25-30 долара по сату, понекад и више. Још увек нема довољно људи.“
Део проблема је перцепција. ЦНЦ обрада захтева праву вештину - програмирања, одабира алата, решавања проблема, метрологије -, али људи и даље мисле да је производња прљава и ниска-вештина. Није. Савремени ЦНЦ оператери треба да читају нацрте, разумеју геометрију, раде са рачунарима, решавају проблеме. То је технички посао.
Неке радње тренирају од нуле. Унајмите људе без искуства, укључите их у-кућне програме обуке. Потребно је време, али барем ћете добити људе који уче ваше специфичне процесе.
Где ово иде даље (вероватно)
АИ и машинско учење су сада популарне речи. Системи који аутоматски оптимизују параметре сечења, предвиђају хабање алата, прилагођавају помаке и брзине у ходу. Неки од њих раде, неки су пренаглашени.
Посетио компанију која је представила сајам машинске обраде - у Чикагу, 2022 - и искрено говорећи, њихове демонстрације су биле импресивне. Систем је научио оптималне параметре сечења за различите материјале и геометрије. Али када сам питао о примени у стварним продавницама, продавац је био нејасан. „Радимо на томе да га учинимо доступнијим.“
Превод: скупо је и компликовано за постављање. Можда за 10 година ове ствари постану стандардне. Тренутно је углавном у напредним продавницама са озбиљним буџетима.
Адитивна производња - 3Д штампање метала - се стално поставља као замена за ЦНЦ. Не купују га. Адитив има своје место за сложене геометрије и мале запремине, али за једноставне округле делове запремине? ЦНЦ стругање је брже и јефтиније. Један ваздухопловни инжењер ми је рекао: „Користимо адитив за немогуће геометрије. Све остало је и даље ЦНЦ. Адитив је повећање, а не замена“.
Нанопрецизна обрада је још једна граница. Делови мерени у микронима, толеранције у једноцифреним- микрометрима. Полупроводничка опрема, медицински уређаји, прецизна оптика. Захтева специјализоване машине, контролисано окружење, озбиљну стручност. Тржишна ниша, али расте.
Зашто је ово заправо важно
ЦНЦ стругање је невидљива инфраструктура. Скоро сваки произведени производ је претворио компоненте негде у свом ланцу снабдевања. Аутомобили, авиони, медицинска опрема, потрошачка електроника, индустријске машине - све зависи од прецизно-окренутих делова.
Током прекида ланца снабдевања ЦОВИД-а, људи су изненада приметили. "Чекај, не можемо да добијемо ове делове?" Да, зато што су се машинске радње које су их терале затвориле, или нису могле да добију сировину, или су изгубили раднике.
Постоји можда 10.000-15.000 машинских радњи у САД које раде ЦНЦ послове. Звучи много, али многе су мале операције - пет до десет људи. Ако нешто поремети тај екосистем, многе ствари престају да раде.
Разговарали смо са менаџером ланца снабдевања у великој аутомобилској компанији - не могу да кажем коју, НДА - који је рекао да имају стотине машинских радњи у свом ланцу снабдевања које праве различите токоване компоненте. „Људи размишљају о великим добављачима - Ниво 1 који праве модуле и склопове. Али постоје хиљаде малих радњи које праве појединачне делове. Ту је рањивост.“
Сама технологија постаје све боља. Машине су тачније, поузданије, брже. Софтвер је софистициранији. Али у основи, још увек уклањамо материјал оштрим алатима да бисмо направили прецизне облике. Исти принцип као онај древни египатски струг, само са компјутерима.
Назад у продавницу у Милваукееју. Пре него што сам отишао, власник ми је показао део који су направили 1980-их на ручном стругу - га је задржао ради поређења. У поређењу са истим делом направљеним на њиховом новом ЦНЦ-у. Површинска обрада је била боља на ЦНЦ-у. Димензије су доследније. Време циклуса је делић онога што је било.
„Ова технологија се исплатила за две године“, рекао је он. "Најбоља инвестиција коју смо икада направили. Само бих волео да смо то урадили раније."
Има смисла за мене.
Ако желите да сазнате више
Трговачке публикације као што су Модерн Мацхине Схоп и Цуттинг Тоол Енгинееринг редовно покривају ЦНЦ стругање. Добро за праћење нових технологија и техника.
Произвођачи машина - Хаас, Мазак, ДМГ Мори, Окума - имају техничку документацију и материјале за обуку. Неки воде куће отворених врата где можете видети машине у акцији. Вреди присуствовати ако сте у близини.
Произвођачи алата као што су Сандвик Цоромант, Кеннаметал, Исцар имају дубоке техничке ресурсе на својим веб локацијама. Водичи за апликације, калкулатори брзине и протока, савети за решавање проблема. Корисније него што бисте очекивали.
НИСТ (Национални институт за стандарде и технологију) објављује истраживање производње. Академско, али повремено корисно за разумевање прецизног мерења и динамике машинских алата.
Имао сам корисне разговоре током година са машинистима, програмерима и власницима продавница на разним сајмовима - ИМТС у Чикагу, ВЕСТЕЦ у Калифорнији, ЕАСТЕЦ у Масачусетсу. Већина информативних ствари дошла је од ходања по поду и разговора са људима који заправо раде посао, а не из званичних презентација.
Подаци и примери актуелни од 2023-2024. Производња се одвија довољно брзо да би требало проверити одређене бројеве и технологије. Немојте само цитирати неку особу на интернету - посетите стварне продавнице ако можете.
Ох, још једна ствар - ако тражите прецизну производњу, вероватно би требало да погледате и ЕДМ. Потпуно другачији процес (електрично пражњење уместо сечења), али решава проблеме које ЦНЦ стругање не може. Тврди материјали, сложене шупљине, ствари у које физички не можете да унесете резни алат. Она аероспаце продавница у Цоннецтицуту коју сам споменуо? Половина њихових сложених делова прошло је ЕДМ након окретања. Вреди разумевања ако се озбиљно бавите прецизним радом.
Додатна напомена - за очврсле материјале или сложене радове, погледајте ЕДМ за копчање. Другачија технологија (електрична обрада), али се добро слаже са стругањем. Видео сам да се користи за израду калупа у Охају. Вреди знати о томе.
Додатна напомена - се у последње време бавио ЕДМ за глодало, посебно за прецизну израду калупа и сложене примене у шупљинама. Потпуно другачији процес од ЦНЦ стругања, али занимљиво како се прецизна производња појављује свуда. Написали сте о томе овде ако вас занима како ЕДМ мења производњу електронике:синкер едм. Слична тема невидљиве инфраструктуре о којој већина људи не размишља.