Sterowniki CNC
Transformacja obróbki (MX) oznacza przejście do sieciowej, zdigitalizowanej i zrównoważonej produkcji CNC. Sercem tej rewolucji są cztery podstawowe obszary: integracja procesów, automatyzacja, transformacja cyfrowa (DX) i transformacja ekologiczna (GX). W tym holistycznym kontekście sterowanie CNC działa jako źródło cyfrowej inteligencji produkcyjnej i ma egzystencjalne znaczenie dla dalszego rozwoju technologii produkcji w erze cyfryzacji przemysłowej.
Historia sterowania CNC w produkcji obrabiarek
Era nowoczesności rozpoczęła się dla globalnego przemysłu obrabiarkowego w MIT (Massachusetts Institute of Technology), renomowanym uniwersytecie w Cambridge. Pierwsza maszyna NC została tam opracowana na przełomie lat 40. i 50. ubiegłego wieku. Było to spowodowane poszukiwaniem wydajnego rozwiązania do produkcji złożonych elementów dla przemysłu lotniczego. Skrót "NC" oznacza numeryczne sterowanie maszynami. Rozwój ten jest uważany za znaczący punkt zwrotny w historii obrabiarek. Jednak przed ewolucją NC do sterowania CNC i związanym z tym przełomem w wykorzystaniu komputerów była jeszcze długa droga.
Ewolucja od sterowania NC do sterowania CNC
W latach następujących po ich światowej premierze, systemy NC musiały pokonać kilka wyzwań i ograniczeń. Jedną z największych przeszkód było ich ograniczenie do pojedynczych zadań i operacji statycznych. Ponieważ były one zaprogramowane do wykonywania określonych czynności, wprowadzanie poprawek lub wdrażanie zmian w produkcji części było trudne i czasochłonne. Kolejnym wyzwaniem była złożoność programowania. Pierwsze języki programowania były jeszcze w powijakach, a tworzenie programów NC wymagało specjalistycznej wiedzy. Ponadto szybkość przetwarzania systemów NC ograniczała ich skuteczność i wydajność.
Szybko stało się jasne, że konieczny jest ewolucyjny rozwój w kierunku czegoś bardziej dynamicznego i elastycznego. W tym kontekście decydującą rolę odegrało wynalezienie tranzystorów i późniejszy rozwój mikroprocesorów w latach 60. i 70. ubiegłego wieku. Integracja komputera z jednostką sterującą CNC (skomputeryzowane sterowanie numeryczne) otworzyła zupełnie nowy zakres możliwości w budowie obrabiarek. Maszyny stały się bardziej elastyczne i mogły przetwarzać złożone sekwencje poleceń. Programy mogły być zapisywane i ponownie wykorzystywane w razie potrzeby.
Wraz z dynamicznym rozwojem technologii komputerowej, technologia CNC w coraz większym stopniu zmieniała krajobraz produkcji. Przede wszystkim znacznie zwiększyła szybkość produkcji, elastyczność i stopień automatyzacji. Maszyny sterowane CNC mogą być teraz obsługiwane częściowo bez nadzoru. Precyzja i powtarzalność również uległy poprawie. Po zaprogramowaniu i przetestowaniu programu CNC można było go ponownie wykorzystać bez utraty dokładności lub jakości. Sterowanie CNC umożliwiło również produkcję skomplikowanych, zdefiniowanych przez użytkownika geometrii.
Jakie są zadania sterownika CNC?
Sterowanie CNC odpowiada za przetwarzanie, programowanie i koordynację ruchów maszyny. Tymczasem technologia napędowa w postaci silników krokowych, serwonapędów lub napędów bezpośrednich umożliwia fizyczny ruch osi liniowych i obrotowych maszyny. Wybór typu silnika i napędu dla maszyny CNC zależy od różnych czynników, w tym specyficznych wymagań aplikacji, kosztów i złożoności systemu sterowania.
Podstawowe funkcje sterowania CNC obejmują zautomatyzowaną obróbkę komponentów o niemal dowolnej złożoności. CNC umożliwia precyzyjną kontrolę ruchów silników, wrzecion i jednostek napędowych wzdłuż osi liniowych i obrotowych. Sterowanie tokarką CNC lub frezarką CNC przejmuje zatem wiele zadań, które w przypadku konwencjonalnych obrabiarek wykonywane są głównie przez operatora maszyny. Obejmują one kontrolowanie etapów produkcji, monitorowanie sekwencji produkcyjnych, zapisywanie danych maszyny i narzędzia, zapisywanie i wykonywanie programów produkcyjnych oraz graficzną symulację sekwencji produkcyjnych. Nowoczesne systemy CNC charakteryzują się również wszechstronnymi funkcjami wspomagającymi programowanie.
Język programowania
Struktura języka programowania składa się głównie z tak zwanych G-kodów, M-kodów i cykli technologicznych. Kod G służy do sterowania ruchami i operacjami maszyny CNC. "G" jest zatem pochodną późniejszej geometrii przedmiotu obrabianego. Kod G określa, w którym kierunku, z jaką prędkością i po jakiej ścieżce porusza się narzędzie. Niektóre podstawowe kody G to G00 dla szybkiego pozycjonowania, G01 dla ruchów liniowych, G02 i G03 dla ruchów kołowych. Każdy z tych kodów ma również określone parametry, które określają ruch narzędzia.
Dla porównania, kody M to polecenia sterujące określonymi funkcjami i operacjami maszyny, tj. nie są one bezpośrednio powiązane z ruchami narzędzia. Obejmują one na przykład włączanie i wyłączanie dopływu chłodziwa, otwieranie i zamykanie urządzenia mocującego lub uruchamianie i zatrzymywanie silnika wrzeciona.
Cykle technologiczne wspierają programowanie CNC
Cykle technologiczne upraszczają programowanie maszyn CNC, przekształcając złożone sekwencje programów NC w prostą, przyjazną dla użytkownika formę wprowadzania danych. Każdy cykl technologiczny jest dostosowany do konkretnego zadania. Dostępne są między innymi cykle do wiercenia, gwintowania, frezowania, toczenia, pomiarów lub produkcji kół zębatych.
W takich przypadkach operator musi po prostu wybrać żądany cykl technologiczny z menu sterowania maszyny i wprowadzić niezbędne parametry na ekranie wprowadzania danych. Następnie układ sterowania CNC generuje kompletny zestaw poleceń NC w oparciu o dostarczone informacje. Maszyna wykonuje odpowiednie operacje zgodnie z poleceniami, co skraca czas programowania CNC, a jednocześnie poprawia jakość i dokładność obrabianych przedmiotów. Cykle technologiczne pomagają zminimalizować błędy ludzkie, co przekłada się na wyższą wydajność operacyjną i jakość produktu.
W typowym programie CNC kody G i M są następnie łączone z cyklami technologicznymi w celu wykonania żądanej operacji obróbki. Program zwykle rozpoczyna się od serii kodów M w celu skonfigurowania maszyny, po których następują kody G i cykle technologiczne sterujące faktyczną obróbką.
Jakie są rodzaje sterowania CNC?
Sterowanie CNC można podzielić na sterowanie punktowe, sterowanie liniowe i sterowanie ścieżką zgodnie z ich trybem działania. Sterowanie punktowe pozycjonuje narzędzie w predefiniowanych punktach i jest używane głównie do wiercenia lub wykrawania. W przypadku sterowania ścieżką narzędzie jest prowadzone wzdłuż wstępnie zdefiniowanej ścieżki, ale bez ciągłej kontroli ścieżki między punktami. W przypadku sterowania ścieżką, narzędzie jest przesuwane wzdłuż ciągłej ścieżki poprzez interpolację osi, przy czym ten typ sterowania jest dalej rozróżniany na sterowanie ścieżką 2D, 2½D i 3D.
Nowoczesna produkcja
Dzisiejsze systemy CNC są wyposażone w wysoce wydajne mikroprocesory i systemy pamięci. Umożliwia to przetwarzanie bardzo złożonych, a zatem wymagających obliczeniowo sekwencji poleceń dla kilku interpolowanych osi liniowych i obrotowych. Nawet złożone zadania obróbcze mogą być wykonywane z najwyższą precyzją i zachowaniem powtarzalności. Sterowanie CNC jest i pozostaje sercem każdej nowoczesnej obrabiarki. Jednak w kontekście cyfryzacji przemysłowej będzie ono nadal ewoluować poza tradycyjną kontrolę procesu. Istotnymi tematami w tym kontekście są
- Integracja sztucznej inteligencji i uczenia maszynowego: Nowoczesne systemy CNC w coraz większym stopniu są w stanie gromadzić i analizować dane z procesu obróbki. Dzięki integracji sztucznej inteligencji i uczenia maszynowego systemy te mogą samodzielnie uczyć się i optymalizować procesy obróbki. Prowadzi to do zwiększenia wydajności, precyzji i obniżenia poziomu błędów.
- Kompensacja błędówi kontrola jakości: Inteligentne systemy CNC mogą wykrywać i automatycznie korygować odchylenia w procesie obróbki. Przyczynia się to w znacznym stopniu do poprawy jakości i spójności gotowych produktów.
- Efektywność energetycznai zrównoważony rozwój: Inteligentne sterowanie CNC może zoptymalizować zużycie energii poprzez dostosowanie pracy maszyny do aktualnych wymagań. Pozwala to nie tylko obniżyć koszty operacyjne, ale także promować zrównoważoną produkcję.
- Praca wsieci i komunikacja: W Przemyśle 4.0 tworzenie sieci ma kluczowe znaczenie. Systemy CNC są połączone z innymi maszynami, systemami i narzędziami zarządzania wyższego poziomu, aby zapewnić płynny i wydajny przepływ produkcji. Umożliwia to kompleksową kontrolę i monitorowanie procesów produkcyjnych w czasie rzeczywistym.
- Zdolność adaptacji i elastyczność: Zdolność do szybkiego reagowania na zmiany w produkcji części jest niezbędna w nowoczesnej produkcji. Sterowniki CNC, dzięki swojej programowalności i elastyczności, umożliwiają wytwarzanie produktów w małych partiach lub nawet indywidualnie według specyfikacji klienta bez uszczerbku dla wydajności.
Jak będzie rozwijać się rola sterowania CNC w produkcji komponentów?
Obecnie sterowniki CNC są czymś więcej niż tylko narzędziem do sterowania maszynami. Stały się one integralnym i interaktywnym elementem inteligentnych struktur produkcyjnych, które wykraczają daleko poza warsztat mechaniczny. CNC działa jako interfejs między cyfrowym planowaniem a fizyczną realizacją. Dzięki integracji sztucznej inteligencji i zaawansowanej analityki, układy sterowania CNC w coraz większym stopniu stają się aktywnymi decydentami w procesie produkcji części CNC. Płynnie wpisują się w ekosystem inteligentnego tworzenia produktów i tworzą wykwalifikowaną wartość dodaną. W przyszłości sterowniki CNC nie tylko zwiększą wydajność i jakość produkcji CNC, ale także przyczynią się do bardziej elastycznego, elastycznego i ekologicznie zrównoważonego przemysłu.
Rola układów sterowania CNC na halach produkcyjnych
Sterowanie konturowe we wszystkich wymiarach
Sterowniki NC ewoluowały od prostych sterowników punktowych do wysoce złożonych sterowników ścieżek, które są w stanie wykonywać najbardziej wymagające zadania obróbki. Ten typ sterowania CNC dzieli się na trzy podkategorie:
- Sterowanie konturowe2D: Sterowanie konturowe 2D jest najbardziej podstawową formą sterowania konturowego. Jest ono stosowane w aplikacjach, w których obróbka odbywa się wzdłuż dwóch osi - zazwyczaj X i Y. Ten typ sterowania jest idealny do zadań takich jak cięcie i grawerowanie lub proste operacje frezowania, w których oś pionowa (oś Z) nie wykonuje ruchu ciągłego.
- Sterowanie ścieżką2½D: Sterowanie ścieżką 2½D jest rozszerzeniem sterowania 2D. Chociaż działa głównie na osiach X i Y, umożliwia również podnoszenie lub opuszczanie narzędzia wzdłuż osi Z, ale bez jednoczesnego ruchu w X i Y. Pozwala to na bardziej złożone operacje obróbki niż w przypadku czystego sterowania 2D.
- Sterowanie ścieżką3D: Sterowanie ścieżką 3D reprezentuje najwyższy poziom rozwoju technologii sterowania CNC. Umożliwia jednoczesny (interpolacyjny) ruch i koordynację wszystkich osi liniowych (X, Y i Z) i obrotowych (osie A, B i C) w celu umożliwienia obróbki złożonych trójwymiarowych konturów.
Skontaktuj się z nami w sprawie technicznych materiałów prasowych DMG MORI.