NC
(Sterowanie numeryczne, określane jako CNC) odnosi się do wykorzystania dyskretnych informacji cyfrowych do sterowania działaniem maszyn i innych urządzeń, które mogą być programowane wyłącznie przez samego operatora
CNC
Zastosowanie technologii CNC
Rozwój technologii CNC jest dość szybki, co znacznie poprawiło produktywność obróbki form. Wśród nich procesor o większej prędkości obliczeniowej jest podstawą rozwoju technologii CNC. Udoskonalenie procesora to nie tylko poprawa szybkości obliczeń, ale sama prędkość wiąże się także z udoskonaleniem technologii CNC w innych aspektach. Właśnie dlatego, że technologia CNC przeszła w ostatnich latach tak duże zmiany, warto dokonać przeglądu obecnego zastosowania technologii CNC w branży produkcji form.
Czas przetwarzania bloku programu i inne W miarę wzrostu szybkości przetwarzania procesora i stosowania przez producentów CNC szybkich procesorów w wysoce zintegrowanych systemach CNC, wydajność CNC znacznie się poprawiła. Bardziej responsywny, responsywny system pozwala osiągnąć więcej niż tylko wyższe prędkości przetwarzania programu. W rzeczywistości system, który może przetwarzać programy części ze stosunkowo dużą szybkością, może również działać jak powolny system przetwarzania, ponieważ nawet w pełni funkcjonalny system CNC ma pewne potencjalne problemy, które mogą stać się ograniczeniami. Wąskie gardło w szybkości przetwarzania.
Obecnie większość fabryk form zdaje sobie sprawę, że obróbka z dużą prędkością wymaga czegoś więcej niż tylko krótkiego czasu przetwarzania programu obróbczego. Pod wieloma względami sytuacja przypomina jazdę samochodem wyścigowym. Czy najszybszy samochód zawsze wygrywa wyścig? Nawet okazjonalny widz wyścigu samochodowego wie, że oprócz prędkości na wynik wyścigu wpływa wiele czynników.
Przede wszystkim ważna jest znajomość toru przez kierowcę: musi wiedzieć, gdzie są ostre zakręty, aby odpowiednio zwolnić i bezpiecznie i sprawnie je pokonać. W procesie obróbki form przy dużych prędkościach posuwu technologia monitorowania trajektorii przetwarzanej w CNC może z wyprzedzeniem uzyskać informację o pojawieniu się ostrych krzywizn i funkcja ta spełnia tę samą rolę.
Podobnie reakcja kierowcy na inne ruchy i niepewności kierowcy jest podobna do ilości sprzężenia zwrotnego serwomechanizmu w systemie CNC. Sprzężenie zwrotne serwa w CNC obejmuje głównie sprzężenie zwrotne położenia, sprzężenie zwrotne prędkości i sprzężenie zwrotne prądu.
Kiedy kierowca porusza się po torze, spójność jego ruchów oraz to, czy potrafi umiejętnie hamować i przyspieszać, ma bardzo istotny wpływ na jego zachowanie na miejscu. Podobnie, funkcje przyspieszania/zwalniania w kształcie dzwonu oraz monitorowania trajektorii do przetworzenia w systemie CNC wykorzystują powolne przyspieszanie/zwalnianie zamiast nagłych zmian prędkości, aby zapewnić płynne przyspieszanie obrabiarki.
Ponadto istnieją inne podobieństwa między samochodami wyścigowymi a systemami CNC. Moc silnika wyścigowego jest podobna do urządzenia napędowego i silnika CNC. Masa samochodu wyścigowego jest porównywalna z wagą ruchomych elementów obrabiarki. Sztywność i wytrzymałość samochodu wyścigowego są podobne do wytrzymałości i sztywności obrabiarki. Zdolność systemu CNC do korygowania błędów specyficznych dla trasy jest bardzo podobna do zdolności kierowcy do utrzymywania samochodu na swoim pasie.
Inna sytuacja podobna do obecnego CNC jest taka, że te samochody wyścigowe, które nie są najszybsze, często wymagają kierowców o wszechstronnych umiejętnościach. W przeszłości tylko wysokiej klasy CNC mogło zapewnić wysoką dokładność obróbki podczas cięcia z dużą prędkością. Obecnie systemy CNC średniej i niskiej półki mają możliwości zadowalającego wykonania zadania. Chociaż wysokiej klasy CNC ma najlepszą dostępną obecnie wydajność, istnieje również możliwość, że low-end CNC, którego używasz, będzie miał takie same właściwości przetwarzania, jak wysokiej klasy CNC w podobnych produktach. W przeszłości czynnikiem ograniczającym maksymalną prędkość posuwu przy obróbce form był CNC, dziś jest to konstrukcja mechaniczna obrabiarki. Kiedy obrabiarka osiągnie już swój limit wydajności, lepsze CNC nie poprawi już jej wydajności. Wewnętrzna charakterystyka obrazowych systemów CNC
Poniżej przedstawiono kilka podstawowych cech CNC w bieżącym procesie przetwarzania form:
1. Niejednorodna racjonalna interpolacja B-sklejana (NURBS) powierzchni zakrzywionych
Technologia ta wykorzystuje interpolację wzdłuż krzywej, zamiast szeregu krótkich linii prostych w celu dopasowania do krzywej. Zastosowanie tej technologii stało się dość powszechne. Wiele programów CAM używanych obecnie w branży form zapewnia opcję generowania programów części w formacie interpolacji NURBS. Jednocześnie wydajny CNC zapewnia również funkcje interpolacji w pięciu osiach i powiązane funkcje. Właściwości te zwiększają jakość wykończenia powierzchni, poprawiają płynniejszą pracę silnika, zwiększają prędkość skrawania i umożliwiają programy mniejszych części.
2. Mniejsza jednostka instrukcji
Większość systemów CNC przesyła instrukcje dotyczące ruchu i pozycjonowania do wrzeciona obrabiarki z dokładnością do 1 mikrona. Po pełnym wykorzystaniu poprawy mocy obliczeniowej procesora, najmniejsza jednostka instrukcji w niektórych systemach CNC może osiągnąć nawet 1 nanometr (0.000001 mm). Po 1000-krotnym zmniejszeniu jednostki sterującej można uzyskać wyższą dokładność przetwarzania, a silnik może pracować płynniej. Płynna praca silnika pozwala niektórym obrabiarkom pracować z większymi przyspieszeniami bez zwiększania wibracji łoża.
3. Przyspieszanie/hamowanie po krzywej dzwonowej
Nazywane także przyspieszaniem/zwalnianiem po krzywej S lub kontrolą pełzania. W porównaniu z metodą przyspieszania liniowego, metoda ta pozwala uzyskać lepszy efekt przyspieszenia obrabiarki. W porównaniu z innymi metodami przyspieszania, w tym metodami liniowymi i wykładniczymi, metoda krzywej dzwonowej pozwala uzyskać mniejsze błędy pozycjonowania.
4. Monitorowanie torów do obróbki
Technologia ta jest szeroko stosowana i charakteryzuje się wieloma różnicami w wydajności, które odróżniają sposób jej działania w systemach sterowania z niższej półki od sposobu, w jaki działa w systemach sterowania z najwyższej półki. Ogólnie rzecz biorąc, CNC realizuje wstępne przetwarzanie programu poprzez monitorowanie trajektorii obróbki, aby zapewnić lepszą kontrolę przyspieszania/zwalniania. W zależności od wydajności różnych systemów CNC liczba bloków programu wymaganych do monitorowania trajektorii do przetworzenia waha się od dwóch do setek, co zależy głównie od minimalnego czasu przetwarzania programu części oraz stałej czasowej przyspieszania/zwalniania. Ogólnie rzecz biorąc, aby spełnić wymagania przetwarzania, potrzebnych jest do przetworzenia co najmniej piętnaście bloków programu monitorowania trajektorii.
5. Sterowanie serwomechanizmem cyfrowym
Rozwój cyfrowych systemów serwo jest tak szybki, że większość producentów obrabiarek wybiera ten system jako system sterowania serwo w obrabiarkach. Po zastosowaniu tego systemu CNC może sterować serwomechanizmem w sposób bardziej terminowy, a sterowanie CNC obrabiarką staje się również bardziej precyzyjne.
Funkcje cyfrowego układu serwo są następujące:
1) Prędkość próbkowania pętli prądowej zostanie zwiększona w połączeniu z poprawą kontroli pętli prądowej, zmniejszając w ten sposób wzrost temperatury silnika. W ten sposób można nie tylko wydłużyć żywotność silnika, ale także zmniejszyć ciepło przenoszone na śrubę kulową, poprawiając w ten sposób dokładność śruby. Ponadto zwiększenie prędkości próbkowania może również zwiększyć wzmocnienie pętli prędkości, co pomaga poprawić ogólną wydajność obrabiarki.
2) Ponieważ wiele nowych systemów CNC wykorzystuje szybkie sekwencje do łączenia się z pętlami serwomechanizmu, system CNC może uzyskać więcej informacji roboczych o silniku i urządzeniu napędowym za pośrednictwem łącza komunikacyjnego. Poprawia to wydajność konserwacji obrabiarki.
3) Ciągłe sprzężenie zwrotne położenia umożliwia precyzyjną obróbkę przy dużych prędkościach. Przyspieszenie prędkości pracy CNC sprawia, że współczynnik sprzężenia zwrotnego położenia staje się wąskim gardłem ograniczającym prędkość obrotową obrabiarek. W tradycyjnej metodzie sprzężenia zwrotnego, gdy zmienia się prędkość próbkowania zewnętrznego kodera CNC i sprzętu elektronicznego, prędkość sprzężenia zwrotnego jest ograniczona przez typ sygnału. Dzięki seryjnemu sprzężeniu zwrotnemu problem ten zostanie dobrze rozwiązany. Precyzyjną dokładność sprzężenia zwrotnego osiąga się nawet wtedy, gdy obrabiarka pracuje z bardzo dużymi prędkościami.
6. Silnik liniowy
W ostatnich latach wydajność i popularność silników liniowych znacznie się poprawiła, dlatego wiele centrów obróbczych przyjęło to urządzenie. Do chwili obecnej firma Fanuc zainstalowała co najmniej 1,000 silników liniowych. Niektóre zaawansowane technologie firmy GE Fanuc umożliwiają silnikowi liniowemu obrabiarki uzyskanie maksymalnej siły wyjściowej 15 500 N i maksymalnego przyspieszenia 30 g. Zastosowanie innych zaawansowanych technologii zmniejszyło rozmiar i wagę obrabiarek oraz znacznie poprawiło wydajność chłodzenia. Wszystkie te postępy technologiczne dają silnikom liniowym większe zalety niż silniki obrotowe: wyższe współczynniki przyspieszania/zwalniania; dokładniejsza kontrola pozycjonowania, większa sztywność; wyższa niezawodność; wewnętrzny ruch hamowania dynamicznego.
Zewnętrzne funkcje dodatkowe: Otwarty system CNC
Obrabiarki wykorzystujące otwarte systemy CNC szybko się rozwijają. Prędkości komunikacyjne obecnie dostępnych systemów komunikacyjnych są stosunkowo wysokie, co skutkuje pojawieniem się różnego rodzaju otwartych struktur CNC. Większość systemów otwartych łączy w sobie otwartość standardowego komputera PC z funkcjonalnością tradycyjnego CNC. Największą zaletą tego jest to, że nawet jeśli sprzęt obrabiarki stanie się przestarzały, otwarte CNC nadal pozwala na zmianę jego wydajności w zależności od istniejących technologii i wymagań dotyczących przetwarzania. Inne funkcje można dodać do Open CNC za pomocą innego oprogramowania. Właściwości te mogą być ściśle związane z obróbką form lub mogą mieć niewiele wspólnego z obróbką form. Zwykle otwarty system CNC stosowany w formierni ma następujące wspólne opcje funkcji:
Niedroga komunikacja online;
Sieć Ethernet;
Funkcja sterowania adaptacyjnego;
Interfejsy do czytników kodów kreskowych, czytników numerów seryjnych narzędzi i/lub systemów numerów seryjnych palet;
Możliwość zapisywania i edytowania dużej liczby programów części;
Zbieranie przechowywanych informacji sterujących programem;
Funkcja przetwarzania plików;
Integracja technologii CAD/CAM i planowania warsztatu;
Uniwersalny interfejs operacyjny.
Ten ostatni punkt jest niezwykle ważny. Ponieważ rośnie zapotrzebowanie na proste w obsłudze CNC w obróbce form. W tej koncepcji najważniejsze jest to, że różne CNC mają ten sam interfejs operacyjny. Ogólnie rzecz biorąc, operatorzy różnych obrabiarek muszą być szkoleni osobno, ponieważ różne typy obrabiarek, a także obrabiarki produkowane przez różnych producentów, korzystają z różnych interfejsów CNC. Otwarte systemy CNC stwarzają możliwość korzystania przez cały zakład z tego samego interfejsu sterowania CNC.
Teraz właściciele obrabiarek mogą zaprojektować własny interfejs do operacji CNC, nawet jeśli nie znają języka C. Dodatkowo sterownik systemu otwartego umożliwia ustawienie różnych trybów pracy maszyny według indywidualnych potrzeb. Dzięki temu operatorzy, programiści i personel konserwacyjny mogą konfigurować ustawienia zgodnie z własnymi wymaganiami. Podczas użytkowania na ekranie pojawiają się tylko te informacje, których potrzebują. Zastosowanie tej metody może ograniczyć niepotrzebne wyświetlanie stron i uprościć operacje CNC.
Obróbka pięcioosiowa
W procesie wytwarzania skomplikowanych form coraz powszechniejsze staje się zastosowanie obróbki pięcioosiowej. Stosując obróbkę pięcioosiową, można zmniejszyć liczbę narzędzi i/lub obrabiarek potrzebnych do obróbki części. Liczba urządzeń potrzebnych do procesu obróbki zostanie zminimalizowana, przy jednoczesnym skróceniu całkowitego czasu obróbki. CNC stają się coraz bardziej wydajne, dzięki czemu producenci CNC mogą oferować więcej funkcji pięcioosiowych.
Funkcje, które wcześniej były dostępne tylko w wysokiej klasy CNC, są teraz wykorzystywane również w produktach średniej klasy. Dla tych producentów, którzy nigdy nie stosowali technologii obróbki pięcioosiowej, zastosowanie tych funkcji ułatwia obróbkę pięcioosiową. Zastosowanie aktualnej technologii CNC do obróbki pięcioosiowej zapewnia obróbkę pięcioosiową następujące zalety:
Zmniejsz zapotrzebowanie na specjalne narzędzia;
Umożliwia ustawienie korekcji narzędzi po zakończeniu programu części;
Wspierać projektowanie programów uniwersalnych, tak aby programy po obróbce mogły być stosowane zamiennie pomiędzy różnymi obrabiarkami;
Popraw jakość wykończenia;
Można go zastosować do obrabiarek o różnej budowie, dzięki czemu nie ma konieczności wskazywania w programie, czy wrzeciono, czy przedmiot obraca się wokół punktu środkowego. Ponieważ zostanie to rozwiązane przez parametry CNC.
Możemy posłużyć się przykładem kompensacji frezu kulowego, aby zilustrować, dlaczego pięcioosiowość jest szczególnie odpowiednia do obróbki form. Aby dokładnie skompensować przesunięcie frezu sferycznego, gdy część i narzędzie obracają się wokół centralnej osi obrotu, system CNC musi być w stanie dynamicznie regulować wielkość kompensacji narzędzia w kierunkach X, Y i Z. Zapewnienie ciągłości punktów styku skrawającego narzędzia korzystnie wpływa na poprawę jakości wykończenia.
Ponadto zastosowania pięcioosiowego CNC obejmują funkcje związane z obracaniem narzędzia wokół wrzeciona, funkcje związane z obracaniem części wokół wrzeciona oraz funkcje, które umożliwiają operatorowi ręczną zmianę wektora narzędzia.
Gdy oś środkowa narzędzia zostanie użyta jako oś obrotu, pierwotne przesunięcie długości narzędzia w kierunku osi Z zostanie podzielone na składowe w kierunkach X, Y i Z. Dodatkowo pierwotne przesunięcie średnicy narzędzia w kierunkach osi X i Y jest również podzielone na trzy składowe w kierunkach osi X, Y i Z. Ponieważ w inżynierii skrawania narzędzie może wykonywać ruchy posuwowe wzdłuż kierunku osi obrotu, wszystkie te przesunięcia muszą być dynamicznie aktualizowane, aby uwzględnić stale zmieniającą się orientację narzędzia.
Inna funkcja CNC zwana „programowaniem punktu środkowego narzędzia” umożliwia programistom zdefiniowanie ścieżki i prędkości punktu środkowego narzędzia. CNC dba o to, aby narzędzie poruszało się zgodnie z programem poprzez polecenia w kierunku osi obrotu i osi liniowej. Ta funkcja zapobiega zmianie punktu środkowego narzędzia wraz ze zmianą narzędzia. Oznacza to również, że w obróbce pięcioosiowej przesunięcie narzędzia można wprowadzić bezpośrednio, jak w przypadku obróbki trójosiowej, i można je również wyjaśnić za pomocą innego programu końcowego. Zmiana długości narzędzia. Ta funkcja obracania wrzeciona w celu realizacji osi ruchu upraszcza obróbkę końcową programowania narzędzi.
Korzystając z tej samej funkcji, obrabiarka może również uzyskać ruch obrotowy poprzez obrót przedmiotu obrabianego wokół centralnej osi obrotu. Nowo opracowany system CNC może dynamicznie dostosowywać stałe przesunięcia i obrotowe osie współrzędnych, aby dopasować je do ruchu części. Kiedy operatorzy stosują metody ręczne w celu uzyskania powolnego posuwu obrabiarek, system CNC również odgrywa ważną rolę. Nowo opracowany system CNC pozwala również na powolny posuw osi w kierunku wektora narzędzia, a także pozwala na zmianę kierunku wektora wierzchołka narzędzia bez zmiany położenia wierzchołka narzędzia (patrz ilustracja powyżej).
Funkcje te umożliwiają operatorom łatwe korzystanie z metody programowania 3+2, obecnie szeroko stosowanej w branży form, podczas korzystania z obrabiarek pięcioosiowych. Jednakże w miarę stopniowego opracowywania i akceptowania nowych możliwości obróbki pięcioosiowej, rzeczywiste pięcioosiowe maszyny do obróbki form mogą stać się coraz bardziej powszechne.
