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Introduzione al CAD-CAM E CNC

CAD/CAM e CNC sono termini ormai entrati nella vita quotidiana delle falegnamerie, e molti degli operatori anche di macchine da legno tradizionali sono in grado di spiegare cos’è una macchina a controllo numerico. Pochi saprebbero, invece, indicare da quali componenti è composta,  e quali altri fattori debbano essere presi in considerazione per analizzarne il funzionamento e la qualità di costruzione.

CAD/CAM

CNC

Iniziamo a far chiarezza sui termini, spiegando cosa significa CNC. CNC è l’acronimo inglese di Computer Numeric Control, e sta ad indicare l’utilizzo di un sistema computerizzato in genere installato su macchine utensili meccanicamente predisposte. Il CNC è collegato alle parti meccaniche della macchina, ed ha il compito di regolarne il movimento, la velocità, la precisione. Questo avviene tramite impulsi forniti da uno schema elettrico abbastanza complesso che sarebbe impossibile da gestire senza l’ausilio di un software. Il software del CNC (da non confondere con il software CAD CAM è detto anche controller, che oltre alla gestione delle informazioni da inviare ai componenti meccanici della macchina, funge anche da interfaccia tra utente e CNC, per le piccole modifiche da apportare a bordo macchina.

CAD/CAM

E il CAD CAM? Che ruolo ha in tutto questo? CAD è l’abbreviazione inglese di Computer Aided Design, ossia una categoria di software studiata appositamente per il disegno tecnico assistito dall’utilizzo del PC. Un esempio di Cad è Rhino 3D.
Cam, sempre in inglese, è l’acronimo di Computer Aided Manufacturing, spesso utilizzato in combinazione con CAD, sta ad indicare la trasformazione del disegno realizzato con il PC in istruzioni macchina comprensibili dal controller. Esempi di Cad Cam sono Aspan e Alphacam.

Riassumendo: il Pc è utilizzato per realizzare il disegno con il CAD, il quale fornirà le istruzioni al Cam, che a sua volta convertirà le informazioni in un linguaggio comprensibile al controller, attraverso l’utilizzo di un post-processor, il quale fornirà alla macchina utensile il “codice macchina” per azionare i motori, gestire i movimenti, ecc.

Macchine CNC

Descrivere la tipologie di macchine CNC in poche righe è un impresa a dir poco ardua. L’argomento è troppo vasto e complesso, e non basterebbe un intero sito internet . La nostra intenzione è invece quella di far conoscere le differenze tra due macro categorie di macchine CNC e sulle quali, peraltro, si basa la nostra esperienza, e cioè CNC a 3 assi” e CNC a 5 assi. Nel caso del “3 assi”, il controller del CNC gestirà il movimento degli utensili nella direzione dei tre assi cartesiani X,Y,Z. Il “5 assi” invece ha la possibilità di interpolare gli assi di movimento, consentendo alla testa del motore, che regola il funzionamento degli utensili, di spostarsi non solo verticalmente ed orizzontalmente, ma anche di inclinarsi nello spazio Z compiendo oltre al movimento anche nel contempo la lavorazione. Se ad esempio dobbiamo compiere lavorazioni su un pannello, come forature o fresate lineari sul lato di un fianco di un armadio, basterà una semplice “3 assi”. Se invece vogliamo creare forme sferiche, è il caso di pensare ad un CNC a “5 assi”, che ci consentirà maggior flessibilità ad esempio per la realizzazione del fianco di un comò sagomato.

Su misura o in serie?

Capita spesso, prima di esporre al potenziale cliente un qualsiasi servizio inerente al CAD CAM, di cimentarsi in una discussione filosofica relativa all’adattabilità delle macchine CNC. E’ opinione comune infatti che questi impianti nascano per risolvere problematiche relative alla produzione di serie. La realtà è un po’ diversa e più complessa, e forse, è meglio fare un po’ di chiarezza iniziando ad esporre alcune considerazioni di carattere storico. Negli anni ’80 nascono le prime foratrici e i primi pantografi dotati di CNC, che da li a pochi anni rivoluzioneranno il mondo della produzione del legno. Nel mondo tecnologico vent’anni sono praticamente preistoria, mentre in termini umani equivale ad appena una generazione e, per chi quell’epoca l’ha vissuta, significa aver acquisito la mentalità e il modo di pensare dettato da quella classe di macchinari, ideati e realizzati per risolvere quasi esclusivamente problematiche della produzione di serie. Non c’è quindi da stupirsi se chi, a tutt’oggi, forse ancora lavorando su impianti obsoleti, sia convinto che tali dispositivi possano solo essere attrezzati per una produzione standardizzata. Inoltre, occorre considerare, che l’offerta dei primi CNC era estremamente rigida, dando all’acquirente ben poca possibilità di scelta, e quasi tutta orientata a soluzioni per impianti in linea. Oggi invece c’è grande concorrenza nel mondo delle macchine utensili, e chi ne giova è sicuramente colui che vuole investire al meglio il proprio denaro, perché potrà contare su una vasta gamma di soluzioni, anche personalizzate, sia per la produzione di serie, sia per la produzione su misura.

Produzione artigianale

Non più quindi solo lavorazione di serie. Anzi! Nel settore del mobile, proprio i continui mutamenti dei sistemi di vendita impongono, anche alle aziende di una certa dimensione, una produzione molto più variegata rispetto al passato. Ecco perché l’offerta di macchinari CNC, sempre più improntati verso la produzione fuori serie, sta incontrando l’interesse sia delle grandi aziende, sia di quella categoria che si può definire di “artigiani”. Abbiamo posto il termine artigiani tra virgolette perché ormai, con le tecniche di produzione attuali, anche una piccola falegnameria può raggiungere standard qualitativi a costi competitivi e paragonabili alla produzione di serie. Il mercato dell’artigiano quindi si incontra (o si scontra!) con il mercato della grande produzione. Il primo attraverso l’innalzamento degli standard qualitativi, il secondo offrendo un servizio sempre più personalizzato e sempre più “artigianale”. Anche questa è globalizzazione….!!!

Aspetti tecnici

Abbiamo detto che l’offerta sui CNC è oggi, a differenza di qualche anno fa, particolarmente variegata, e non solo sul “nuovo”. Il mercato dell’usato è infatti un aspetto altrettanto interessante del mondo dei macchinari a controllo numerico, perché con un po’ di adattamenti* e un investimento limitato, si possono ottenere risultati veramente apprezzabili. In ogni caso, l’acquisto o l’adattamento di un CNC è operazione da effettuarsi tenendo presente molte più variabili rispetto ad una macchina da legno tradizionale. Uno dei primi aspetti è logicamente la produzione da realizzare. Anche se sembra banale, molte falegnamerie “non conoscono” la loro produzione e come questa si evolverà con l’acquisto di un impianto CNC. Il sistema di lavoro viene dettato dalle consuetudini apportate negli anni, dalla difficoltà di attrezzare una determinata macchina o dall’ingegnosità nel realizzare una particolare lavorazione, adattando, ad esempio più frese contemporaneamente. Tutto questo viene stravolto con l’inserimento di un CNC, che non può “ragionare” solo per mezzo della pratica umana, ma anche con la gestione ideale di tutti gli altri strumenti ad esso collegati e tutti ottimizzati per quella finalità (ad esempio il cambio utensili, la gestione del software, combinazione di più lavorazioni contemporaneamente, ecc).

CNC e CAD/CAM

Il controllo numerico è il componente fisico che, attraverso le istruzioni del controller (software), aziona i motori e gestisce i movimenti della parti meccaniche. Le tipologie di controllo numerico presenti oggi sul mercato sono innumerevoli, ma la scelta di questo importante componente non è prerogativa dell’utente finale. In genere, è infatti il produttore a decidere quale controllo e di conseguenza quale controller installare sul proprio macchinario. E’ anche vero che il controllo numerico è parte integrante della macchina e che quindi è giusto lasciare al produttore la responsabilità di gestire questo componente, la cui unica funzione è quella di interpretare correttamente le informazioni provenienti dal CAM. Ma proprio sul CAM è bene porre molta attenzione. Capita infatti che alcune macchine CNC possiedano un controllo numerico non presente nelle liste delle istruzioni generabili dai post processor dei CAM, comportando un serio disagio per l’utente che dovrà ricorrere ai servizi della software-house per farsi realizzare ad hoc il post processor. Al di là dell’esborso monetario, questa operazione è comunque penalizzante, perché la generazione ex novo di un post-processor comporta un iter di collaudo molto lungo, che accresce i tempi per l’entrata a regime dell’impianto. E quindi, è meglio informarsi prima sull’integrazione del controllo numerico con il CAM (e non viceversa), senza tralasciare l’ipotesi di optare per l’acquisto di un’altro macchinario. Per ovviare a questo inconveniente molti produttori di CNC hanno stretto alleanze con i principali produttori di CAD CAM, fornendo all’utente finale un pacchetto completo composto da macchina, post-processore e CAD CAM.

Utensili

Acquistare un CNC senza considerare i costi degli utensili, significa non valutare attentamente tutti gli aspetti della potenzialità della macchina. A differenza delle attrezzature da legno tradizionali, gli utensili applicati su un cambio utensili di un controllo numerico di ultima generazione possono sintetizzare tutte le operazioni necessarie per eseguire il pezzo finito, senza quindi dover riposizionare il semilavorato, o meglio ancora senza dover riattrezzare la macchina. Il vantaggio a livello produttivo è quindi enorme, ma proprio per la loro funzione, gli utensili vanno scelti con cura, tenendo ben presente il tipo di prodotto da realizzare, e soprattutto, anche in funzione del CNC sui cui andranno montati, considerando la minor adattabilità di questi a lavorazioni diverse rispetto agli utensili tradizionali. I costi degli aggregati per un CNC, sono quindi molto più elevati rispetto alle macchine normali, ma l’attrezzaggio, a torto considerato spesso come un elemento secondario, va valutato contemporaneamente all’acquisto del CNC, e non dopo. Posticipare la considerazione di questo fattore, parte integrante del funzionamento ottimale dell’impianto, significa in genere optare per un budget di acquisto idoneo solo al reperimento di utensili di scarsa qualità, limitanti nelle lavorazioni, con conseguente innalzamento dei tempi di produzione.

Programmi macchina

Sin qui abbiamo parlato di meccanica, controlli numerici e software. In fase di produzione, questi sono fattori che vanno gestiti dall’utente attraverso la realizzazione di programmi macchina idonei alla produzione da effettuare. Un programma macchina ben sviluppato deve rispondere a tre fondamentali caratteristiche:

– Sicurezza

– Efficienza

– Modificazione

La sicurezza di un programma è la base di qualsiasi logica di sviluppo. Malgrado vi siano già alcune sicurezze nei controller, lo sviluppatore dovrà tener conto di tutta una serie di fattori al fine di non cagionare danni sia agli operatori a bordo macchina, sia al macchinario stesso per eventuali movimenti bruschi o inattesi tali da comprometterne l’utilizzo o provocarne un’usura eccedente.

Efficienza significa creare applicazioni con istruzioni sufficienti per la realizzazione della lavorazione, senza eccedere nelle righe di programma, e senza utilizzare parametri tali da compromettere la fluidità dei movimenti del macchinario e delle lavorazioni da effettuare.

Modificazione: il programma macchina deve essere realizzato con un sistema organizzato che consenta modifiche future o parametrizzazioni su tipologie di produzione anche diverse da quella per cui l’applicazione sia stata realizzata.

Case history – CAD/CAM

MR Services, fra i vari servizi, offre ai propri clienti la possibilità di essere seguiti nella realizzazione di un qualsiasi oggetto, dalla sua progettazione fino alla sua realizzazione, mettendo a contatto diversi soggetti, nel pieno spirito collaborativo.

Ecco alcuni progetti dei nostri clienti realizzati attraverso il servizio CNC offerto:

– Realizzazione di banco-reception Ànemos doma con lavorazioni Cad-Cam 5 assi

I nostri prodotti:

alphacam

aspan

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