NC
(Numerical Control, digitaaljuhtimine, edaspidi arvjuhtimine) viitab diskreetse digitaalse teabe kasutamisele masinate ja muude seadmete töö juhtimiseks, mida saab programmeerida ainult operaator ise.
CNC
CNC tehnoloogia rakendus
CNC-tehnoloogia areng on üsna kiire, mis parandab oluliselt hallituse töötlemise tootlikkust, ja kiirema töökiirusega protsessor on CNC-tehnoloogia arendamise tuum. Protsessori täiustamine ei tähenda ainult arvutuskiiruse parandamist, vaid kiirus ise hõlmab ka CNC-tehnoloogia täiustamist muudes aspektides. Just tänu viimastel aastatel toimunud nii suurte muutuste tõttu CNC-tehnoloogias tasub meil teha ülevaade CNC-tehnoloogia praegusest rakendamisest vormitootmises.
pilt
Programmiplokkide töötlemise aeg ja muud Tänu CPU töötlemiskiiruse suurenemisele ja kiirete CPU-de rakendamisele CNC-tootjate poolt väga integreeritud CNC-süsteemides on CNC jõudlus oluliselt paranenud. Kiiremad ja reageerivamad süsteemid võimaldavad enamat kui lihtsalt suuremat programmitöötluskiirust. Tegelikult võib süsteem, mis suudab töödelda osaprogrammi üsna suure kiirusega, käituda nagu madala kiirusega töötlemissüsteem, sest isegi täielikult töötaval CNC-süsteemil on võimalikke probleeme, mis võivad muutuda töötlemiskiirust piiravaks kitsaskohaks.
Praegu mõistavad enamik vormitehaseid, et kiireks töötlemiseks on vaja rohkem kui lühikest töötlemisaega. Paljuski sarnaneb olukord võidusõiduautoga sõitmisega. Kas võistluse võidab alati kiireim auto? Isegi juhuslik pealtvaataja teab, et peale kiiruse on palju tegureid, mis mõjutavad võistluse tulemust.
Esiteks on väga olulised juhi teadmised rajast: ta peab teadma, kus on järsud pöörded, et saaks kurvi ohutuks ja tõhusaks läbimiseks sobivalt aeglustada. Vormide töötlemisel suure etteandekiirusega saab CNC-s töödeldav rööbastee jälgimise tehnoloogia eelnevalt hankida teavet teravate kõverate kohta ja see funktsioon mängib sama rolli.
Samuti on juhi tundlikkus teiste juhtide tegevuste ja ebakindluse suhtes sarnane servo tagasiside arvuga CNC-s. Servo tagasiside CNC-s sisaldab peamiselt positsiooni tagasisidet, kiiruse tagasisidet ja praegust tagasisidet.
Kui juht sõidab mööda rada, siis on tegevuse järjepidevus, kas pidurdamine ja kiirendus võivad olla osavad jne, väga oluline mõju juhi kohapealsele sooritusvõimele. Samamoodi kasutavad CNC-süsteemi kellukesekujulised kiirendus/aeglustus ja rajalt protsessini jälgimise funktsioonid äkiliste kiirusmuutuste asemel aeglast kiirendust/aeglustumist, et tagada tööpingi sujuv kiirendus.
Peale selle on võidusõiduautode ja CNC-süsteemide vahel ka muid sarnasusi. Võidusõiduauto mootori võimsus on sarnane CNC sõiduseadme ja mootoriga, võidusõiduauto kaalu saab võrrelda tööpingis liikuvate komponentide kaaluga ning võidusõiduauto jäikus ja tugevus on sarnane tööpingi tugevuse ja jäikusega. CNC võime parandada teatud teevigu on väga sarnane juhi võimega hoida autot sõidurajal.
Teine olukord, mis sarnaneb praeguse CNC-ga, on see, et need autod, mis ei ole kõige kiiremad, nõuavad sageli hästi ümaraid juhte. Varem suutis ainult tipptasemel CNC tagada suure töötluse täpsuse suurel kiirusel lõikamisel. Tänapäeval suudavad keskmise ja madala hinnaga CNC-d oma tööd rahuldavalt teha. Kuigi tipptasemel CNC-l on praegu parim jõudlus, on olemas ka võimalus, et teie kasutataval madalakvaliteedilisel CNC-l on samad töötlemisomadused kui oma klassi tipptasemel CNC-l. Varem piiras vormi töötlemise maksimaalset etteandekiirust CNC, kuid tänapäeval on selleks tööpinkide mehaaniline struktuur. Kui tööpingi jõudlus on juba saavutatud, ei muuda parem CNC seda paremaks.
CNC-süsteemi olemuslikud omadused
Järgmised on mõned põhilised CNC omadused praeguses vormitöötlusprotsessis:
1. Kõverate ja pindade ebaühtlane ratsionaalne B-splain (NURBS)
See tehnika kasutab kõvera sobitamiseks pigem interpoleerimist piki kõverat, mitte lühikeste sirgjoonte seeriat. Selle tehnoloogia rakendamine on üsna tavaline. Paljud praegu tööriistatööstuses kasutatavad CAM-tarkvarad pakuvad võimalust genereerida osaprogramme NURBS-interpolatsioonivormingus. Samal ajal pakub võimas CNC ka viieteljelist interpolatsioonifunktsiooni ja sellega seotud funktsioone. Need omadused parandavad pinnaviimistluse kvaliteeti, parandavad mootori töö sujuvust, suurendavad lõikekiirust ja võimaldavad väiksemaid osaprogramme.
2. Väiksem juhendamisüksus
Enamik CNC-süsteeme edastab liikumis- ja positsioneerimiskäsklused tööpinkide spindlile ühikutes, mis ei ole väiksemad kui 1 mikron. Pärast protsessori töötlemisvõimsuse parandamise eeliste täielikku ärakasutamist võib mõnede CNC-süsteemide minimaalne käsuüksus ulatuda isegi 1 nanomeetrini (0.000001mm). Pärast käsuüksuse 1000-kordset vähendamist on võimalik saavutada suurem töötlemistäpsus, mis muudab mootori sujuvamaks. Mootori sujuv töötamine võimaldab mõnel tööpinkil töötada suurema kiirendusega ilma voodi vibratsiooni suurendamata.
3. Kellakõvera kiirendus/aeglustus
Tuntud ka kui S-kõvera kiirendus/aeglustus või roomejuhtimine. Võrreldes lineaarse kiirenduse meetodi kasutamisega võib see meetod muuta tööpingil parema kiirendusefekti. Võrreldes teiste kiirendusmeetoditega, sealhulgas lineaarsete ja eksponentsiaalsete meetoditega, võib kellakõvera meetod saada väiksemaid positsioneerimisvigu.
4. Töödeldav raja jälgimine
Seda tehnikat kasutatakse laialdaselt ja sellel on arvukalt toimivuserinevusi, mis eristavad selle toimimist madala taseme juhtimissüsteemides kõrgetasemeliste juhtimissüsteemide toimimisest. Üldiselt teostab CNC programmi eeltöötlemise, jälgides töötlemise trajektoori, et tagada parem kiirenduse/aeglustuse juhtimine. Vastavalt erinevate CNC-de jõudlusele varieerub töödeldava trajektoori jälgimiseks vajalike programmiplokkide arv kahest sajani, mis sõltub peamiselt töötlusprogrammi lühimast töötlemisajast ja kiirenduse/aeglustuse ajakonstandist. Üldiselt on töötlemisnõuete täitmiseks vaja vähemalt 15 töödeldavat raja jälgimise programmiplokki.
5. Digitaalne servo juhtimine
Digitaalse servosüsteemi areng on nii kiire, et enamik tööpinkide tootjaid valib selle süsteemi tööpinkide servojuhtimissüsteemiks. Pärast selle süsteemi kasutamist saab CNC servosüsteemi õigeaegselt juhtida ja tööpinkide CNC juhtimine on muutunud täpsemaks.
Digiservosüsteemi roll on järgmine:
1) Suurendatakse vooluahela diskreetimiskiirust, mis koos vooluahela juhtimise täiustamisega vähendab mootori temperatuuri tõusu. Sel viisil saab mitte ainult pikendada mootori eluiga, vaid ka vähendada kuulkruvile ülekantavat soojust, parandades seeläbi kruvi täpsust. Lisaks võivad kiiremad diskreetimiskiirused suurendada ka kiirusahela võimendust, mis võib aidata parandada tööpingi üldist jõudlust.
2) Kuna paljud uued CNC-d kasutavad servoahelaga ühenduse loomiseks kiireid jadasid, saab CNC saada rohkem teavet mootori ja ajami töö kohta. See parandab tööpingi hooldatavust.
3) Pidev asendi tagasiside võimaldab ülitäpset töötlemist suure ettenihkega. CNC töökiiruse kiirenemine muudab asendi tagasiside kiiruse kitsaskohaks, mis piirab tööpinkide töökiirust. Traditsioonilise tagasiside meetodi puhul, kuna CNC ja elektroonikaseadmete välise kodeerija diskreetimiskiirus muutub, piirab tagasiside kiirust signaali tüüp. Jadatagasiside abil saab see probleem hästi lahendatud. Täiustatud tagasiside täpsus saavutatakse isegi siis, kui tööpink töötab suurel kiirusel.
6. Lineaarmootor
Viimastel aastatel on lineaarmootorite tööjõudlus ja populaarsus oluliselt paranenud, nii et paljud töötluskeskused on selle seadme kasutusele võtnud. Seni on Fanuc paigaldanud vähemalt 1,000 lineaarmootorit. Mõned GE Fanuci täiustatud tehnoloogiad võimaldavad tööpingil oleva lineaarmootori maksimaalseks väljundjõuks 15 500 N ja maksimaalseks kiirenduseks 30 g. Muude arenenud tehnoloogiate rakendamine on vähendanud tööpinkide suurust, vähendanud selle kaalu ja oluliselt parandanud selle jahutuse efektiivsust. Kõik need tehnoloogia edusammud annavad lineaarmootoritele rohkem eeliseid kui rootormootoritele: suurem kiirendus/aeglustus; täpsem positsioneerimise juhtimine, suurem jäikus; kõrgem töökindlus; sisemine dünaamiline pidurdamine.
Välised lisavõimalused: avatud CNC süsteem
Avatud CNC-süsteeme kasutavad tööpingid arenevad väga kiiresti. Praegu on alternatiivse sidesüsteemi sidekiirus suhteliselt kõrge, seega on avatud CNC-struktuure mitut tüüpi. Enamik avatud süsteeme ühendab standardse personaalarvuti avatuse traditsioonilise CNC funktsionaalsusega. Selle suurimaks eeliseks on see, et isegi kui tööpingi riistvara on vananenud, võimaldab avatud CNC selle jõudlust siiski olemasoleva tehnoloogia ja töötlemisnõuetega muuta. Open CNC-le saab lisafunktsionaalsust lisada ka muu tarkvara abil. Need omadused võivad olla tihedalt seotud hallitusseente töötlemisega või neil on hallituse töötlemisega vähe pistmist. Tavaliselt on vormitöökojas kasutataval avatud CNC-süsteemil järgmised ühised funktsionaalsed võimalused:
odav võrgusuhtlus;
Ethernet;
Adaptiivne juhtimisfunktsioon;
Vöötkoodilugejatele, tööriistade seerianumbrite lugejatele ja/või kaubaaluste seerianumbrisüsteemidele saadaolevad liidesed;
Võimalus salvestada ja redigeerida suurt hulka osaprogramme;
Salvestatud programm juhib teabe kogumist;
failitöötlusfunktsioonid;
CAD/CAM tehnoloogia integreerimine ja töökoja planeerimine;
Ühine tööliides.
See viimane punkt on äärmiselt oluline. Kuna nõudlus lihtsalt kasutatava CNC järele kasvab hallituse töötlemisel. Selle kontseptsiooni puhul on kõige olulisem, et erinevatel CNC-del oleks sama operaatoriliides. Üldjuhul tuleb erinevate tööpinkide operaatorid eraldi välja õpetada, sest erinevat tüüpi tööpinkidel ja ka erinevate tootjate masinatel kasutatakse erinevaid CNC liideseid. Avatud CNC süsteemid loovad võimaluse kasutada sama CNC juhtimisliidest kogu tsehhi jaoks.
Nüüd saavad tööpinkide omanikud kujundada oma liidese CNC tööks isegi siis, kui nad C-keelt ei oska. Lisaks võimaldab avatud süsteemi kontroller seadistada erinevaid masina töörežiime vastavalt individuaalsetele vajadustele. Nii saavad operaatorid, programmeerijad ja hoolduspersonal seadistada vastavalt oma vajadustele. Kasutamisel kuvatakse ekraanile ainult neile vajalik teave. Selle meetodi kasutamine võib vähendada tarbetut lehekülje kuvamist ja lihtsustada CNC-tööd.
Viieteljeline töötlemine
Keeruliste vormide valmistamise protsessis levib üha laiemalt viieteljelise töötluse rakendamine. Viieteljelise töötluse abil saab detaili töötlemiseks vajalike tööriistade ja/või tööpinkide arvu vähendada, töötlusprotsessiks vajalike seadmete arv väheneb miinimumini ning ka kogu töötlemisaeg. CNC-d muutuvad võimsamaks, võimaldades CNC-tootjatel pakkuda rohkem viieteljelisi funktsioone.
Funktsioone, mis varem olid ainult tipptasemel CNC-del, kasutatakse nüüd ka keskklassi toodetes. Nende tootjate jaoks, kes pole kunagi kasutanud 5-teljetöötlustehnoloogiat, muudab nende funktsioonide rakendamine 5-teljega töötlemise lihtsamaks. Praeguse CNC-tehnoloogia kasutamine viieteljeliseks töötlemiseks võimaldab viieteljelisel töötlemisel olla järgmised eelised:
Vähendage vajadust spetsiaalsete tööriistade järele;
Pärast töötlusprogrammi täitmist on lubatud seada tööriista nihe;
Toetada üldprogrammide kujundamist, et järeltöödeldud programme saaks erinevate tööpinkide vahel vaheldumisi kasutada;
Parandada viimistluse kvaliteeti;
Seda saab kasutada erineva konstruktsiooniga tööpinkidel, nii et programmis pole vaja täpsustada, kas ümber keskpunkti pöörleb spindel või toorik. Sest see lahendatakse CNC parameetritega.
Võime kasutada sfäärilise freesi kompenseerimise näidet, et illustreerida, miks viieteljeline on eriti sobiv vormi töötlemiseks. Kui osad ja tööriistad pöörlevad ümber pöördtelje, peab sfäärilise freesi nihke täpseks kompenseerimiseks CNC suutma dünaamiliselt reguleerida tööriista kompensatsiooni suurust kolmes suunas X, Y ja Z. Tööriista lõikepunkti järjepidevuse tagamine aitab parandada viimistluse kvaliteeti.
Lisaks on viieteljelised CNC-d kasulikud funktsioonide jaoks, mis on seotud tööriista pöörlemisega ümber spindli, funktsioonide jaoks, mis on seotud detaili ümber spindli pööramisega, ja funktsioonide jaoks, mis võimaldavad operaatoril tööriista vektorit käsitsi muuta.
Kui pöörlemisteljena kasutatakse tööriista kesktelge, jagatakse algne tööriista pikkuse nihe Z-telje suunas kolmeks komponendiks X-, Y- ja Z-suunas. Lisaks on tööriista algne läbimõõdu nihe X- ja Y-telje suunas jagatud kolmeks komponendiks X-, Y- ja Z-telje suundades. Kuna lõiketehnikas saab tööriista ette anda piki pöörlemistelge, tuleb kõiki neid nihkeid dünaamiliselt uuendada, et võtta arvesse tööriista pidevalt muutuvat orientatsiooni.
Teine CNC funktsioon, mida nimetatakse "tööriista keskpunkti programmeerimiseks", võimaldab programmeerijatel määrata tööriista tee ja keskpunkti kiiruse. CNC tagab, et tööriist liigub vastavalt programmile käskude kaudu pöördetelje ja lineaartelje suunas. Selle funktsiooni tõttu ei muutu tööriista keskpunkt enam koos tööriista vahetamisega, mis tähendab ka seda, et viieteljelise töötluse korral saab tööriista nihke sisestada otse nagu kolmeteljelisel töötlemisel ja tööriista pikkust saab seletada ka järelprogrammeerimisega. See pöördetelje kinemaatika spindli pööramisega lihtsustab tööriista programmeerimise järeltöötlust.
Sama funktsiooni kasutades saab tööpink saada ka pöörlevat liikumist, pöörates töödeldavat detaili ümber kesktelje. Äsja väljatöötatud CNC suudab detaili liikumist sobitada, reguleerides dünaamiliselt fikseeritud nihkeid ja pöörates koordinaattelgesid. CNC-süsteem mängib olulist rolli ka siis, kui operaator rakendab käsitsi tööpingi aeglast etteannet. Värskelt välja töötatud CNC-süsteem võimaldab ka telgede liikumist aeglaselt piki tööriista vektori suunda ning samuti muuta tööriista esiosa vektori suunda ilma tööriista nina asukohta muutmata (vt ülaltoodud joonist).
Need funktsioonid võimaldavad operaatoritel viieteljeliste töötlustööriistade kasutamisel hõlpsasti kasutada vormitööstuses laialdaselt kasutatavat programmeerimismeetodit 3 pluss 2. Kuna aga uusi viieteljelisi töötlemisvõimalusi järk-järgult arendatakse ja aktsepteeritakse, võivad tõelised viieteljelised valuvormide valmistamise masinad muutuda levinumaks.
