Instrukcja obsługi: Co to jest CNC?

Sterowanie numeryczne komputera (CNC) to zautomatyzowane sterowanie narzędziami do obróbki skrawaniem przy użyciu oprogramowania osadzonego w mikrokomputerze podłączonym do obrabiarki. G-code jest najszerzej używanym językiem programowania w CNC.

Spis treści
Definicje i koncepcje
Podzespoly Komputerowe
Zakładka Charakterystyka
Zastosowania
Trendy
Słowniczek

Definicje i koncepcje

NC (sterowanie numeryczne)

NC to rodzaj programowalnej technologii, która wykorzystuje sygnały cyfrowe do automatycznego sterowania obiektami (np. położeniem i ruchem obrabiarek). 

Technologia NC

Technologia NC odnosi się do zautomatyzowanej technologii sterowania, która wykorzystuje cyfry, litery i symbole do programowania niektórych procesów roboczych.

Systemy NC

System NC odnosi się do organicznego zintegrowanego systemu modułów oprogramowania i sprzętu, które realizują funkcje technologii NC. Jest nośnikiem technologii NC.

System CNC (komputerowy system sterowania numerycznego)

System CNC (Computer Numerical Control) odnosi się do systemu sterowania numerycznego, którego rdzeniem jest komputer.

Maszyna CNC

Maszyna CNC to maszyna wykorzystująca technologię komputerowego sterowania numerycznego do sterowania procesem obróbki, np. tokarka, Router, szlifierka itp. lub obrabiarka wyposażona w system CNC.

NC 

Sterowanie numeryczne (NC) umożliwia operatorowi komunikację z obrabiarkami za pomocą liczb i symboli.

CNC 

CNC oznacza Computer Numerical Control, co przyniosło ogromne zmiany w przemyśle wytwórczym. Nowe obrabiarki z CNC umożliwiają przemysłowi konsekwentną produkcję części z dokładnością, o której wcześniej można było tylko pomarzyć. Części mogą być identycznie odtwarzane z tym samym stopniem dokładności dowolną liczbę razy, jeśli program został poprawnie napisany, a komputer jest poprawnie zaprogramowany. Polecenia operacyjne, które sterują obrabiarką, są wykonywane automatycznie z zadziwiającą szybkością, dokładnością, wydajnością i powtarzalnością.

Obróbka CNC to skomputeryzowany proces produkcyjny. Maszyna jest podłączona do komputera, który mówi jej, gdzie ma się poruszać i z jaką prędkością. Najpierw operator musi użyć programu komputerowego, aby narysować kształty i utworzyć ścieżkę narzędzia, którą będzie podążać maszyna.

Coraz powszechniejsze wykorzystanie w przemyśle stworzyło potrzebę personelu przeszkolonego w przygotowywaniu programów, które kierują obrabiarkami do produkcji części o wymaganym kształcie i dokładności. Autorzy przygotowali ten przewodnik z myślą o tym, aby rozwiać tajemnicę CNC, używając logicznej sekwencji i prostego języka, który każdy może zrozumieć. Sposób przygotowania programu jest wyjaśniony krok po kroku, z praktycznymi przykładami, które poprowadzą użytkownika.

Podzespoly Komputerowe

Technologia CNC składa się z trzech głównych elementów, mianowicie ramy maszyny, systemu i technologii peryferyjnej.

Zestaw ramy maszyny obejmuje łoże, kolumnę, szynę prowadzącą, stół roboczy i inne części pomocnicze, takie jak uchwyt na narzędzia i magazynek narzędzi.

System sterowania numerycznego składa się z urządzeń wejścia/wyjścia, komputerowego urządzenia sterowania numerycznego, programowalnego sterowania logicznego (PLC), urządzenia serwonapędu wrzeciona, urządzenia serwonapędu podajnika i urządzenia pomiarowego. Spośród nich jednostka sterowania maszyną (MCU) jest rdzeniem systemu sterowania numerycznego.

Technologia peryferyjna obejmuje technologię narzędziową (system narzędziowy), programowanie i zarządzanie.

Zakładka Charakterystyka

Wysoka dokładność

Maszyny CNC to wysoce zintegrowane produkty mechatroniczne, składające się z precyzyjnych maszyn i automatycznych systemów sterowania. Mają wysoką dokładność pozycjonowania i powtarzania pozycjonowania. Układ przeniesienia napędu i struktura są niezwykle sztywne i stabilne, aby zmniejszyć liczbę błędów. W rezultacie maszyny CNC mają wyższą dokładność obróbki, szczególnie w zakresie spójności części wyprodukowanych w tej samej partii. W rezultacie jakość produktu jest stabilna, a wskaźnik przejść jest wysoki, co stanowi znaczną poprawę w porównaniu ze zwykłymi obrabiarkami.

Wysoka wydajność

Maszyny CNC mogą ciąć duże ilości materiałów w sposób spójny, co skutecznie oszczędza czas obróbki. Posiadają również automatyczną zmianę prędkości, zmianę narzędzia i kilka innych zautomatyzowanych funkcji operacyjnych, które znacznie skracają czas pomocniczy. Po utworzeniu stabilnego procesu obróbki nie ma potrzeby wykonywania kontroli lub pomiaru międzyprocesowego. Dlatego wydajność obróbki CNC jest 3-4 razy większa niż w przypadku zwykłych obrabiarek, a czasami nawet większa.

Wysoka zdolność adaptacji

Maszyny CNC wykonują automatyczną obróbkę zgodnie z programem obrabianych części. Gdy obiekt obróbki jest zmieniany, nie ma potrzeby używania specjalnego sprzętu procesowego, takiego jak wzorce i szablony, o ile program został zmieniony. Pomaga to skrócić cykl przygotowania produkcji i promować wymianę produktu.

Wysoka obrabialność

Niektóre części mechaniczne o skomplikowanych krzywiznach i zakrzywionych powierzchniach są trudne lub wręcz niemożliwe do wykonania przy użyciu konwencjonalnych technik ręcznych, ale maszyny CNC mogą z łatwością wykonać takie zadania, wykorzystując powiązania osi wielowspółrzędnych.

Wysoka wartość ekonomiczna

Centra obróbcze CNC są zazwyczaj używane do produkcji masowej przy użyciu maszyny wielofunkcyjnej. Większość części można obrabiać przy użyciu jednego systemu zaciskowego, zastępując w ten sposób kilka zwykłych obrabiarek. Zmniejsza to błędy zaciskania i oszczędza transport, pomiary i zaciskanie między procesami, a także zmniejsza liczbę różnych obrabiarek i obszar obrabiarki, co przynosi korzyści ekonomiczne.

Zastosowania

Z perspektywy technologii CNC i zastosowań sprzętu na całym świecie, główne obszary zastosowań przedstawiają się następująco:

Przemysł wytwórczy

Przemysł maszynowy jako pierwszy zastosował technologię CNC i odpowiada za dostarczanie zaawansowanego sprzętu dla różnych gałęzi przemysłu krajowego. Jest ona głównie stosowana w rozwoju i produkcji pięcioosiowych pionowych centrów obróbczych do nowoczesnego sprzętu wojskowego, innych pięcioosiowych centrów obróbczych, wielkogabarytowych pięcioosiowych frezarek bramowych i maszyn CNC do elastycznych linii produkcyjnych silników, skrzyń biegów i wałów korbowych w przemyśle motoryzacyjnym. Technologia CNC jest również stosowana w szybkich centrach obróbczych, spawarkach, montażowniach, robotach malarskich, spawarkach laserowych do płyt, maszynach do cięcia laserowego, szybkich pięciowspółrzędnych centrach obróbczych, które obrabiają śmigła, silniki, generatory i części łopatek turbin w przemyśle lotniczym, morskim i energetycznym, ciężkich centrach tokarskich i frezarskich itp.

Przemysł informacyjny

W branży informatycznej, od komputerów po sieci, komunikację mobilną, telemetrię, zdalne sterowanie i inny sprzęt, konieczne jest przyjęcie sprzętu produkcyjnego opartego na technologii superprecyzyjnej i nanotechnologii. Należą do nich maszyny do łączenia drutowego do produkcji chipów i maszyny do litografii płytek itp. Sterowanie wszystkimi tymi maszynami odbywa się za pomocą technologii CNC.

Branża sprzętu medycznego

W branży artykułów medycznych, wiele nowoczesnych urządzeń do diagnostyki i leczenia medycznego wykorzystuje obecnie technologię NC, taką jak instrumenty diagnostyczne CT, maszyny do leczenia całego ciała i minimalnie inwazyjne roboty chirurgiczne sterowane wizualnie. Jest ona również stosowana w ortodoncji i odbudowie zębów.

Wyposażenie wojskowe

Duża część nowoczesnego sprzętu wojskowego wykorzystuje technologię sterowania serwomechanizmami, w tym automatyczne celowanie artyleryjskie, śledzenie radarowe i automatyczne śledzenie pocisków.

Inne branże

W przemyśle oświetleniowym maszyny drukarskie, tekstylne, opakowaniowe i do obróbki drewna wykorzystują wieloosiowe sterowanie serwo. Przemysł materiałów budowlanych wykorzystuje maszyny do cięcia strumieniem wody CNC do obróbki kamienia i maszyny do grawerowania szkła CNC do obróbki szkła. Materace Simmons są produkowane przy użyciu maszyn do szycia CNC, a maszyny do haftu CNC są używane w przetwórstwie odzieży. W przemyśle artystycznym coraz więcej wyrobów rzemieślniczych i dzieł sztuki jest produkowanych przy użyciu wysokowydajnych maszyn 5-osiowy CNC maszyn.

Zastosowanie technologii NC nie tylko przynosi rewolucyjne zmiany w tradycyjnych gałęziach przemysłu wytwórczego, czyniąc je symbolami industrializacji, ale także dzięki jej stale rozszerzającemu się zastosowaniu, wywarła ona ogromny wpływ na kilka ważnych gałęzi przemysłu krajowego. Ma to wpływ zarówno na gospodarkę, jak i na środki utrzymania ludzi (IT, motoryzacja itp.). Odgrywa coraz ważniejszą rolę w innych gałęziach przemysłu, ponieważ digitalizacja sprzętu wymaganego przez te gałęzie przemysłu stała się głównym nowoczesnym trendem rozwojowym. 

Trendy

Obecnie w maszynach CNC można zaobserwować następujące trendy rozwojowe:

Wysoka prędkość i wysoka precyzja

Wysoka prędkość i precyzja to wieczne aspiracje twórców obrabiarek. Dzięki ostatnim szybkim postępom w nauce i technologii, części zamienne do produktów elektromechanicznych są potrzebne szybko w dużych ilościach. Precyzja i jakość powierzchni obróbki części również stają się coraz wyższe. Aby sprostać potrzebom tego złożonego i zmiennego rynku, obecne obrabiarki rozwijają się w kierunku szybkiego cięcia, cięcia na sucho i cięcia quasi-suchego, a dokładność obróbki stale się poprawia. Ponadto, bardzo pomyślnie wprowadzono zastosowanie wrzecion elektrycznych i silników liniowych, ceramicznych łożysk kulkowych, wysokoprecyzyjnego chłodzenia wewnętrznego o dużym skoku, mocnego chłodzenia nakrętek kulkowych, par śrub kulowych o wysokiej prędkości i niskiej temperaturze, par prowadnic liniowych z klatkami kulkowymi i innych komponentów obrabiarek. Wprowadzenie obrabiarki ułatwiło również rozwój szybkich, precyzyjnych obrabiarek. 

Maszyny CNC wykorzystują wrzeciono elektryczne, które eliminuje potrzebę stosowania tradycyjnych ręcznych komponentów, takich jak paski, koła pasowe i przekładnie, a tym samym znacznie zmniejsza bezwładność obrotową napędu głównego i poprawia prędkość reakcji dynamicznej oraz dokładność pracy wrzeciona. W ten sposób tradycyjne problemy z paskiem i kołem pasowym, gdy wrzeciono pracuje z dużą prędkością, takie jak problemy z wibracjami i hałasem, zostają wyeliminowane. Wrzeciona elektryczne mogą osiągać prędkości powyżej 10000 obr./min. Silnik liniowy ma wysoką prędkość napędu, dobre właściwości przyspieszania i zwalniania oraz doskonałą reakcję i dokładność podążania. 

Zastosowanie serwonapędów liniowych eliminuje pośrednie połączenie przekładni śrubowej kulowej i szczelinę przekładni (w tym luz), bezwładność ruchu jest niewielka, sztywność układu jest dobra i można go precyzyjnie pozycjonować przy dużej prędkości, co znacznie poprawia dokładność serwomechanizmu. Ze względu na zerowy luz we wszystkich kierunkach i bardzo niskie tarcie toczne, liniowa para prowadnic tocznych cierpi jedynie na nieznaczne wytwarzanie ciepła. Posiada również wyjątkowo dobrą stabilność termiczną, co poprawia dokładność pozycjonowania i powtarzalność całego procesu. Dzięki zastosowaniu silnika liniowego i liniowej pary prowadnic tocznych, szybka prędkość ruchu maszyny może zostać zwiększona z pierwotnych 10-20 m/min do 60-80 m/min, a czasami nawet do 120 m/min.

Wysoka niezawodność

Niezawodność jest kluczowym wskaźnikiem jakości maszyn CNC. To, czy maszyna może utrzymać wysoką wydajność, precyzję, wydajność i inne korzyści, zależy od jej niezawodności.

Projekty maszyn CNC z wykorzystaniem CAD i modułowego projektowania konstrukcyjnego

Wraz z popularyzacją i rozwojem aplikacji komputerowych i technologii oprogramowania, technologia CAD również stała się szeroko rozwinięta. CAD zastępuje żmudną, ręczną pracę rysunkową, a co najważniejsze, może wykonywać wybór schematu projektu oraz analizę charakterystyki statycznej i dynamicznej, obliczenia i prognozowanie. Może również optymalizować projekt całych maszyn wielkoskalowych i przeprowadzać dynamiczne symulacje każdej części roboczej. Na podstawie modułowości, trójwymiarowy model geometryczny i rzeczywisty kolor produktu można zobaczyć na całym etapie projektowania. Zastosowanie CAD może również znacznie poprawić wydajność pracy i jednorazowe wskaźniki sukcesu projektowego, skracając tym samym cykl produkcji próbnej, zmniejszając koszty projektowania i poprawiając konkurencyjność rynkową. Ponadto modułowa konstrukcja komponentów obrabiarek zmniejsza powtarzalną pracę, a także może szybko reagować na rynek i skracać cykle rozwoju i projektowania produktu.

Kombinacja funkcjonalna

Celem łączenia funkcjonalnego jest dalsza poprawa wydajności produkcji obrabiarki i minimalizacja czasu pomocniczego poza obróbką. Poprzez łączenie funkcji można rozszerzyć zakres wykorzystania obrabiarki, poprawić wydajność i zrealizować wielofunkcyjną, wielofunkcyjną maszynę. Maszyny CNC mogą wykonywać funkcje toczenia, szlifowania i frezowania. Fabryka obrabiarek Baoji pomyślnie opracowała centrum toczenia i frezowania CNC CX25Y, które jednocześnie ma osie X i Z oraz osie C i Y. Frezowanie płaszczyzn i obróbka przesuniętych otworów i rowków mogą być realizowane za pomocą osi C i Y.

Maszyna jest również wyposażona w mocną podpórkę narzędziową i podwrzeciono. Podwrzeciono przyjmuje wbudowaną strukturę wrzeciona elektrycznego, a synchronizacja prędkości głównego i podwrzecion może być realizowana bezpośrednio za pomocą systemu sterowania numerycznego. Ponadto obrabiany przedmiot obrabiany może wykonać całą obróbkę w jednym zacisku, co znacznie zwiększa wydajność.

Inteligentne, sieciowe, elastyczne i zintegrowane

Sprzęt CNC ma pewną inteligencję. Ta inteligencja obejmuje wszystkie aspekty systemu sterowania numerycznego. Parametry procesu są generowane automatycznie, aby dążyć do inteligencji w zakresie wydajności i jakości obróbki, takiej jak adaptacyjne sterowanie procesem obróbki. Wydajność napędu i połączenia, takie jak sterowanie wyprzedzające, samoadaptacyjne działanie parametrów silnika, automatyczna identyfikacja obciążenia, automatyczny wybór modelu i samostrojenie, mogą również zostać ulepszone. Można osiągnąć uproszczoną inteligencję programowania i obsługi, taką jak inteligentne automatyczne programowanie i inteligentny interfejs człowiek-maszyna. Inteligentna diagnostyka, monitorowanie i inne aspekty ułatwiają diagnostykę i konserwację systemu. 

Sieciowy sprzęt do sterowania numerycznego jest obecnie gorącym punktem w rozwoju obrabiarek. Sieciowy sprzęt CNC może sprostać potrzebom linii produkcyjnych, systemów produkcyjnych i przedsiębiorstw produkcyjnych w zakresie integracji informacji, a także jest podstawą do opracowywania nowych modeli produkcji, takich jak zwinna produkcja, przedsiębiorstwa wirtualne i globalna produkcja. 

Obecnie rozwijane maszyny CNC z elastycznymi systemami automatyzacji obejmują: maszyny punktowe (samodzielne, do centrów obróbczych i do obróbki materiałów kompozytowych), liniowe (FMC, FMS, FTL, FML), powierzchniowe (niezależna wyspa produkcyjna w warsztacie, FA) i korpusowe (CIMS, rozproszony zintegrowany system produkcji w sieci).

Drugim głównym celem jest zastosowanie i ekonomia. Elastyczna technologia automatyzacji jest głównym środkiem dla przemysłu wytwórczego, aby dostosować się do dynamicznych wymagań rynku i szybko aktualizować swoje produkty. Jej celem jest poprawa niezawodności i praktyczności systemu, przy czym łatwym sieciowaniem i integracją jako głównym celem, oprócz wzmocnienia rozwoju i ulepszania technologii jednostek. Samodzielne maszyny CNC rozwijają się w kierunku wysokiej precyzji, dużej prędkości i wysokiej elastyczności. Maszyny CNC i ich składowe elastyczne systemy produkcyjne można łatwo połączyć z CAD, CAM, CAPP i MTS, aby osiągnąć integrację informacji. Sam system sieciowy jest rozwijany pod kątem otwartości, integracji i inteligencji.

Słowniczek

CNC:Sterowanie numeryczne komputerowe.

Kod G:Najpowszechniej używany język programowania komputerowego sterowania numerycznego (NC), który określa punkty osi, w których będzie się poruszać maszyna.

CAD:Projektowanie wspomagane komputerowo.

CAM:Produkcja wspomagana komputerowo.

Krata: Minimalny ruch lub posuw wrzeciona. Wrzeciono automatycznie przesuwa się do następnej pozycji siatki, gdy przycisk jest przełączany w tryb ciągły lub krokowy.

PLT (HPGL): Standardowy język do drukowania wektorowych rysunków liniowych, obsługiwany przez pliki CAD.

Ścieżka narzędzia: Zdefiniowana przez użytkownika, zakodowana trasa, którą frez podąża, aby obrobić przedmiot obrabiany. Ścieżka narzędzia „kieszeniowego” przecina powierzchnię przedmiotu obrabianego; ścieżka narzędzia „profilowego” lub „konturowego” przecina przedmiot obrabiany, aby oddzielić elementy o różnych kształtach.

Schodzić:Głębokość w kierunku Z, na jaką narzędzie skrawające zagłębia się w materiał.

Krok nad:Maksymalna odległość w kierunku X lub Y, na jaką narzędzie tnące zetknie się z nieprzeciętym materiałem.

Silnik krokowy:Silnik prądu stałego, który porusza się w dyskretnych krokach poprzez odbieranie sygnałów, czyli „impulsów” w określonej sekwencji, co zapewnia bardzo precyzyjne pozycjonowanie i kontrolę prędkości.

Prędkość wrzeciona:Prędkość obrotowa narzędzia skrawającego (RPM).

Cięcie konwencjonalne:Frez obraca się w kierunku przeciwnym do kierunku posuwu, co powoduje minimalne drgania, jednak w przypadku niektórych gatunków drewna może to prowadzić do rozrywania materiału.

Metoda subtraktywna:Wiertło usuwa stałe kawałki surowca, aby nadać mu określony kształt (przeciwieństwo metody addytywnej).

posuw:Prędkość, z jaką narzędzie skrawające przemieszcza się w przedmiocie obrabianym.

Pozycja domowa (zero maszyny): Domyślny punkt początkowy w CNC, ustawiany podczas uruchamiania maszyny i określany przez fizyczne wyłączniki krańcowe. Nie identyfikuje rzeczywistego punktu początkowego podczas obróbki przedmiotu obrabianego.

Wspinaczka cięcie: Podawanie materiału w tym samym kierunku, co obrót tnący. Cięcie współbieżne zapobiega rozdarciom, ale może prowadzić do śladów drgań w przypadku wiertła o prostych rowkach. Wiertło o spiralnych rowkach zmniejszy drgania.

Pochodzenie pracy (praca zerowa): Wyznaczony przez użytkownika punkt zerowy dla przedmiotu obrabianego, od którego głowica będzie wykonywać wszystkie cięcia. Osie X, Y i Z są ustawione na zero.

LCD:Wyświetlacz ciekłokrystaliczny (używany w kontrolerze).

U dysku: Zewnętrzny dysk twardy do przechowywania danych w formie portu USB, który wkłada się do interfejsu USB.

Źródło z stylcnc.

Zastrzeżenie: Informacje podane powyżej są dostarczane przez stylecnc niezależnie od Chovm.com. Chovm.com nie składa żadnych oświadczeń ani gwarancji co do jakości i niezawodności sprzedawcy i produktów.