CNC – prelucrarea lemnului cu ajutorul calculatorului

Scriam nu de mult despre Alexander Grabovetskiy și despre modul cum sculptează lemnul cu dalta așa cum făcea și străbunicul său, făcând adevărate opere de artă. Atunci când nu există pretenția de a face lucrări unice, toate aceste prelucrări pot fi făcute cu ajutorul unor mașini care pot realiza desene și sculpturi și le pot reproduce oricând identic. Este vorba despre CNC-uri, adică mașini cu comandă numerică, așa cum le știm noi, sau CNC router, folosind un termen internațional.

Numele de CNC vine din engleză, de la Computer Numerical Control și se referă la faptul că sculele care fac prelucrările lemnului sunt controlate prin comenzi numerice date de un computer. Mașinile nu sunt specifice industriei lemnului fiind folosite și pentru a tăia metalele, plasticul, spuma poliuretanică, etc. Ideea de a trimite comenzi unei mașini merge mult în urmă, primele astfel de dispozitive fiind un război de țesut din 1720 care folosea cartele de hârtie găurite pentru a broda sau flașneta mecanică, inventată în 1860, care folosea o rolă de hârtie cu găuri. Tehnologia a evoluat iar în 1955 s-au vândut primele mașini industriale cu comandă numerică. Odată cu apariția și dezvoltarea calculatoarelor și tehnologiilor IT mașinile cu comandă numerică au ajuns la performanțe remarcabile.

Orice CNC folosește un program de calculator pentru a acționa un sistem mecanic. Prelucrările se fac cu foarte mare precizie, sunt reproduse identic, mașina făcând munca mai bine decât un operator. În general calculatorul coordonează mișcările sistemului mecanic pe cele 3 direcții carteziene x, y și z, adică lungime, lățime și înălțime, realizându-se o imagine 3D. Direcția x este responsabilă de mișcarea față-spate a uneltei care face prelucrarea, y de mișcarea stânga-dreapta, iar z de mișcarea sus-jos. În plus față de aceste direcții standard există și mașini cu mișcări pe 4 sau chiar 5 direcții. La direcțiile sculei se adaugă și mișcarea de rotație realizată într-un plan sau în 2 planuri. Mașinile ajung să facă lucrări de mare finețe, putând reproduce chiar sculpturi.

Mașinile cu comandă numerică sunt foarte diverse, existând atât modele foarte performante, cu productivitate mare și foarte eficiente, gândite pentru marea industrie, cât și modele ce se integrează perfect într-un atelier. Indiferent de dimensiuni sau performanțe, toate au câteva componente principale:

• Calculatorul și controller-ul CNC reprezintă practic creierul mașinii care transmite spre unealtă comenzile necesare realizării mișcării. Practic totul pornește de la un desen digital care este transformat printr-un program în coduri transmise sculelor. Computerul tranformă comenzile în semnale digitale iar controller-ul CNC în impulsuri care controlează sistemul mecanic.
• Router-ul este ansamblul care conține scula (freza, burghiul, cutitul, etc) și dispozitivul care realizează rotirea ei. Viteza de rotație este reglabilă, la cele pentru lemn fiind cuprinsă între 8000 și 30.000 rot/min. Masinile pentru lemn pot prelucra și metale neferoase (aluminiu). Pentru obiecte din fier sunt necesare sisteme de răcire deoarece sculele se încălzesc în urma frecării. În funcție de model și de performanțele acestuia, calculatorul poate varia viteza de rotație funcție de material, poate comanda schimbarea automată a sculelor sau senzorii de la nivelul sculelor.
• Sistemul de prindere, care are menirea de a ține piesa fixă și a o securiza pentru a putea fi prelucrată. Există diverse forme sau sisteme pentru prindere, cele mai importante fiind cele cu cleme sau cele cu aspirație (vid). Sistemele moderne folosesc o combinație dintre cele 2.
• Sistemul liniar de ghidare este cel care mută routerul pe cele 3 axe de mișcare. Mișcarea este realizată cu ajutorul motorului care este legătura dintre partea electronică și cea mecanică.

După dimensiuni, capacitate de prelucrare și eficiență, mașinile cu comandă numerică pot fi împărțite în 4 mari categorii:

• Industriale – sunt mașini mari și destul de scumpe, gândite pentru timp indelungat de lucru și condiții grele de exploatare. Sunt echipate pentru a fi în primul rând eficiente, având viteză mare de prelucrare, schimbare automată a sculelor, sistem de aspirație a prafului de lemn, sistem avansat de prindere. Pot fi dotate pentru mai multe tipuri de materiale. În industria lemnului pot fi folosite atât pentru producerea mobilierului, cât și pentru uși sau realizarea de sigle, desene sau însemne speciale.

• Clasa medie (pentru ateliere) – sunt mai mici și mai ușoare. Ca mărime pot varia de la CNC-uri mici ce pot fi puse pe birou, până la dimensiuni medii de 1,5/3 m. În mare, pot face prelucrările pe care le fac cele industriale, având însă dotări mai puține (fără sistem de aspirație, senzori speciali pe scule, etc). Sunt și producători care oferă CNC-uri, centre de prelucrare cu comanda numerica de clasă medie cu maximum de dotări. Sunt utilaje potrivite pentru producători mici de instrumente muzicale sau producători de însemne și sigle din lemn.

• Multiax – sunt mașinile la care, la prelucrarea pe cele 3 axe carteziene, se adaugă axe suplimentare. Pot fi 4 – mișcare de rotație într-un plan sau 5 – mișcare de rotație în 2 planuri. Sunt folosite pentru realizarea sculpturilor, a plachetelor sau trofeelor.
• Hobby –  mașini realizate de pasionați. Sunt masini unice care poartă amprenta producătorului. Sunt făcute pentru nevoile fiecărui proprietar, așa că nu pot fi înscrise în categorii sau grupe.

Folosirea CNC-urilor în producție are multe avantaje: rapiditate în producție, flexibilitate, reproductibilitate, eficiență, creșterea calității, reducerea necesarului de forță de muncă. Dezavantajele nu sunt multe, dar nici de neglijat: investiții mari, costuri mai mari pentru întreținere, calificare superioară a celor care le operează (programatori), costuri mari de producție în cazul seriilor mici. Trebuie numai să puneți în balanță avantajele și dezavantajele pentru a vedea dacă merită sau nu investiția.

Praful și așchiile rezultate din prelucrarea lemnului și a plăcilor derivate din lemn au reprezentat întotdeauna o problemă, dar există scule deștepte care pot mări eficiența eliminării prafului reducând astfel consumul de energie.