Computeriseret numerisk kontrol
Computerized Numerical Control ( Engl. "Computerized numerical control"), kort- CNC refererer til en elektronisk proces til styring af værktøjsmaskiner ( CNC-maskiner ).
Fremkomst
CNC'en stammer fra den numeriske kontrol (English Numerical Control , NC), hvor oplysningerne ikke blev opbevaret som et komplet program til styring af en maskine, men læst i blokke fra et stanset tape. De første CNC-styringer blev bragt på markedet i midten af 1960'erne.
CNC-teknologiens alder begyndte omkring midten af 1970'erne. Det tillod en rationalisering i serien og individuel produktion ved den meget hurtigere, men stadig meget præcise bevægelse af akserne og værktøjerne. I dag er næsten alle nyudviklede værktøjsmaskiner udstyret med en CNC -styring. Der er dog stadig en betydelig mængde gamle konventionelle værktøjsmaskiner rundt om i verden.
Markedsudvikling
Allerede i begyndelsen af 1980'erne var der tilgange til at forenkle programmeringen af CNC'en og opgive DIN / ISO -programmeringen. Dette førte til udviklingen af den såkaldte workshop - orienterede programmering (WOP), som har en brugerstyret, forenklet CAD- lignende programmeringsgrænseflade. Det har etableret sig især inden for træ- og plastforarbejdning på CNC -bearbejdningscentre og i produktionen af individuelle dele.
Derudover er DNC ( Distributed Numerical Control ), den netværksbaserede arbejdsdeling, programoprettelse på kontoret / simuleringsprogrammet på arbejdspladsen til kollisionskontrol og optimering / overførsel af programmet til CNC, i brug. Denne form for programmering bliver mere og mere vigtig, især i enkelt- og småbatchproduktion, for især her kan nedetid for programmering på selve maskinen reduceres kraftigt, så maskinerne generelt kan bruges mere produktivt.
I nogen tid har den såkaldte bløde CNC erobret CNC-styringsmarkedet. I Soft-CNC kører alle kontrolfunktioner, herunder positionsregulering, ikke som elektronisk implementerede styresløjfer (hardware), men som programmer (software) i en standard industriel computer. Sådanne systemer er generelt betydeligt billigere. De er også lettere at vedligeholde, udvide eller tilpasse. Drevet kobles via et pc -kort ved hjælp af et digitalt bussystem .
hardware
CNC'en kører på en producentspecifik industriel pc, der er installeret i styreskabet eller direkte bag skærmen. 32-bit processorer med urfrekvenser i GHz-området muliggør blokcyklustider på mindre end 1 ms (forberedelsestid for en ikke-korrigeret 3D lineær blok). Det betyder, at ved udførelse af et program, hvor positionerne følger hinanden med 0,1 mm mellemrum, kan en fræsehastighed på 6 m / min opretholdes uden fastklemning.
Ikke-flygtig datalagring for maskindata og programmer blev tidligere opbevaret i SDRAM med et batteri eller en akkumulator, når maskinen blev slukket. Senere blev der installeret harddiske, der blev suspenderet på en særlig vibrationsabsorberende måde. Flash -minder bruges i stigende grad .
Følgende grænseflader er tilgængelige til overførsel af programmer fra programmeringsstationen til CNC og tilbage:
- serielt interface RS-232 op til 20 m eller RS-422 op til 1200 m
- Ethernet -interface (LAN, netværk) op til 100 m, hurtigste forbindelse
eller stik til transportable lagermedier: PCMCIA -kort, CompactFlash , USB -stick
Skatter og forskrifter
Metoder med varierende præcision bruges i computerkontroller til automatisk placering af enheder, emner eller værktøjer :
- En skiftet maskinakse bevæger sig automatisk efter at have skiftet til en målposition uden positionsregistrering, som bærer en grænsekontakt for den bevægelse, der slukker aksen, når den ankommer dertil.
- En maskinakse kaldes kontrolleret, hvis dens bevægelse fra den faktiske til målpositionen er specificeret, men ikke permanent kontrolleret og korrigeret.
- En reguleret maskinakse styres fuldstændigt af en computer ved hjælp af et antal indlejrede og lukkede kontrolsløjfer i alle tidsrelaterede derivater af det sted, der er relevante for bevægelsen.
- Maskinakser, der er interpoleret med hinanden, reguleres med deres målpositioner forskudt mod hinanden, så deres manipulerede variabler påvirker hinanden.
Den ønskede form på emnet, der skal fremstilles, og den teknologi, der skal bruges, er beskrevet i NC -programmet. I baggrunden af kontrollen og i første omgang usynlig for maskinens operatør beregner et geometriprogram og et interpolationsprogram interpolationspunkter i gitteret for positionskontrollerens cyklustid. De koordinater af interpolationspunkter repræsenterer målpositionerne for de med den interpolerede bevægelse akser. De tilspænding resultaterne fra interpolations punkt afstande og placering kontrol cyklus, tidspunktet gitter af positioneringen. Ud over specifikationerne fra NC-programmet anvender interpolatoren og de for det meste tretrinsede controller- kaskader et maskinbillede, der beskriver de dynamiske og kinematiske egenskaber for alle kontrollerede akser. Foder, acceleration og ryk (første, andet og tredje derivat af positionen efter tid) er begrænset i henhold til aksernes evner og koordineret med hinanden. Kodere til positionsdetektering leverer de aktuelle værdier for positionskoordinaterne til beregning af de manipulerede variabler i positionen. Disse setpunktshastigheder resulterer i den respektive forskel på fodens aksekomponenter målt ved hjælp af roterende encodere, hastighedsregulatorens manipulerede variabler. Disse setpunktsaccelerationer danner manipulerede variabler af akseaccelerationerne i de nuværende regulatorer i den respektive forskel til motorresultaternes måleresultater. Regulerede motorstrømme betyder, at bearbejdningspræcision stort set er uafhængig af belastningsændringer, f.eks. Dem, der typisk opstår, når materialet pludselig griber ind. Det kan også bruges til at kompensere for det ryk, der forekommer, f.eks. Ved tangentielle vejkrydsninger med diskontinuerlige hastighedsændringer (f.eks. Ved den tangentielle overgang fra en lige linje til en cirkulær vej), og som krænker konturen, hvis der er ingen kompensation. Den slæbte operation er i mellemtiden blevet erstattet af hastighedsforstyringen, hvormed de angivne konturer kan gengives meget mere præcist.
Kontroltyper
Den kontrol af en CNC værktøjsmaskiner via en integreret direkte i kontrol computer , der med position, rotations- (vinkelformet) - detekterer og tilstand sensorer selve statslige og efter beregning af interpolation til målet tilstand fra CNC-programmet, kontrollerne de motorer og andre kontrollerede maskinelementer i overensstemmelse hermed. Interpolationen finder sted i intervallet millisekunder , så høj præcision garanteres selv ved høj hastighed, selv ved komplekse former.
CNC -teknologi muliggør automatiseret behandling med flere samtidigt kontrollerede akser. CNC -styringer er klassificeret efter antallet af akser, der kan interpoleres på samme tid, idet der skelnes mellem punkt-, linje- og stykontrol.
Punktkontrol
Med punkt-til-punkt eller punktkontrol kan kun slutpunktet for en bevægelse specificeres, som maskinen derefter nærmer sig på sin hurtigste rute. Især er der ingen gradueret regulering af kørehastigheden under bevægelsen, men drevene kører normalt så hurtigt som muligt. Derfor kan værktøjet kun gribe ind ved bevægelsens endepunkter og bore eller slå et hul. Punktkontrol bruges sjældent i værktøjsmaskiner i dag, men det er stadig tilstrækkeligt til simple stansemaskiner, punktsvejsemaskiner, boremaskiner eller griberobotter, hvis de ikke skal køre en defineret rute. Den ubestemte bevægelsessekvens skaber imidlertid også en øget risiko for kollision, især for mennesker.
Rutekontrol
Rutekontrollen er i det væsentlige en punktkontrol, hvor bevægelseshastigheden også kan styres præcist. Banestyringen bruges til at styre hastigheden og positionen for en akse ad gangen. Det er således muligt at krydse en aksialt parallel bevægelse med en arbejdende fremføringshastighed og således fræse f.eks. En lige rille. En linjekontrol bruges også til at lade behandlingsenheder i en gennemføringsmaskine bruge det øjeblik emnet passerer enheden. Dette er en kombination af sti og PTP-kontrol , da selve aksens fremføringsbevægelse ikke er kontrolleret, men anvendelsespunkterne for punkt-til-punkt-kontrollerede værktøjer på den sti-kontrollerede akse bestemmes på grundlag af den forberegnede sti.
Denne type kontrol findes kun i små og specialiserede maskiner, det vil sige maskiner til uddannelsesvirksomheder, konstruktion af armaturer og fræsemaskiner, fordi den er ufleksibel, og der er kun en lille prisforskel på en stykontrol. I tilfælde af gamle versioner med roterende encodere kan stigningsfejl i gevindspindlen eller geometrifejl i guiden ikke rettes under bevægelsessekvensen.
Sti kontrol
Med banekontrollen kan alle krydsende bevægelser realiseres med mindst to samtidigt kontrollerede akser. Styrekontrollen er opdelt i de interpolerede og "samtidigt" kontrollerede akser. Interpolering af akser betyder, at de oprindeligt uafhængige bevægelsessekvenser for de enkelte akser synkroniseres med hinanden på en sådan måde, at værktøjsspidsen følger den programmerede og korrigerede vej så præcist som muligt . 2D -vejkontrollen kan følge alle konturer med to definerede akser. I tilfælde af drejebænke er dette ofte tilstrækkeligt, da emnet skaber den tredje dimension gennem dens rotationsbevægelse. Hvis operatøren kan vælge mellem de interpolerede, kontrollerede akser, taler man om en 2½ D sti kontrol, som er standard i dag på drejebænke med drevne værktøjer. Hvis tre kontrollerede akser kan interpoleres med hinanden, kaldes de 3D-sti-kontrol. Det er standard på fræsemaskiner. Mange maskiner tilbyder nu ekstra akser til drejning og rotation af emner eller værktøjsholdere. Konturstyring skal være udstyret med et tilsvarende stort antal sensorindgange og manipulerede variable udgange samt have tilstrækkelig kraftfuld software til at udnytte maskinens potentiale, der er specificeret af maskindesigneren.
Maskinakser
Moderne kontroller styrer og regulerer om nødvendigt 30 akser. Disse kan opdeles i flere virtuelle og uafhængige maskindele. Ved at bruge tre indbyrdes vinkelrette akser X, Y og Z nås hvert punkt i bearbejdningsområdet på et værktøjsmaskine. Med denne metode kan alle tænkelige stier interpoleres, men med en vigtig begrænsning, der er særlig tydelig i eksemplet med en fræsemaskine: det roterende værktøj er altid vinkelret på tværbordet . Teknologisk bearbejdning af højere kvalitet kan f.eks. Kræve, at fræseren skal stå vinkelret på konturen, der skal fræses. For eksempel for at lave et hul i en vinkel på 45 ° er det nødvendigt at dreje emnet eller værktøjet (eller begge dele). Mange moderne maskiner giver mulighed for at dreje eller dreje maskinbordet for at muliggøre yderligere konturbearbejdning. Disse rotationsakser betegnes med bogstaverne A, B og C afhængigt af arrangementet på maskinen (i henhold til DIN 66217): A roterer omkring X -aksen, B omkring Y -aksen og C omkring Z -aksen. Selvom disse akser kun styres eller endda tændes for ældre eller enkle maskiner, regulerer og interpolerer betjeningen af bearbejdningscentrene dem i dag. For eksempel opnås fremragende overfladekvalitet med 5-akset bearbejdning af fræsemaskiner. Derudover kan lineære parallelle akser til X, Y og Z konfigureres eller oprettes virtuelt, som derefter omtales som U, V, W. En applikation til det virtuelle UVW -stativ er den virtuelle drejning af behandlingsplanet for at forenkle behandlingen på en overflade, der er skråtstillet til tværbordet. Alle akseretninger kan forekomme flere gange på et værktøjsmaskine og får derefter indekser eller andre identifikatorer tilladt af den respektive syntaks for NC -sproget for at skelne dem. For eksempel i tilfælde af en portal fræsemaskine med en portalkran drev , der er en X-akse og en X 1 akse i X. CNC -drejebænke har kun X- og Z -akserne som hovedakser. Hvis drivspindlen også kan programmeres som en rotationsakse, bliver den til en C-akse. Selvdrevne værktøjer kan også tænkes, som derefter får deres egne aksebetegnelser, for eksempel W-akse.
Maskinakser kan grupperes i flere bearbejdningskanaler. Hver CNC -kanal behandler sit program som sin egen CNC. En flerkanals CNC kan behandle flere programmer på samme tid. B. behandl fronten i en kanal, overfør derefter emnet til den 2. kanal, behandl bagsiden der, mens den første kanal behandler forsiden af det næste emne.
Referencepunkter
- Maskinens nulpunkt M
- Det er oprindelsen til maskinkoordinatsystemet og er defineret af maskinproducenten.
- Referencepunkt R
- Er oprindelsen til det inkrementelle positionsmålesystem med en afstand til maskinens nulpunkt angivet af producenten. For at kalibrere positionsmålingssystemet skal dette punkt nås i alle maskinakser med værktøjsholderens referencepunkt T.
- Værktøjsholderens referencepunkt T
- Det er centreret på stopoverfladen på værktøjsholderen. På fræsemaskiner er dette spindelnæsen, på drejebænke er det stopoverfladen på værktøjsholderen på tårnet .
- Emnets nulpunkt W
- Det er oprindelsen af emnets koordinatsystem og bestemmes af programmøren i henhold til fremstillingsaspekter.
Dimensionstyper
- Absolutte dimensioner (G90)
- Koordinaterne for målpunkterne for en tværgående bevægelse indtastes som absolutte værdier, dvs. som den faktiske afstand fra emnets nulpunkt. Ved at specificere NC -ordet G90 programmeres styringen til denne absolutte dimensioneringsprogrammering. Efter tænding indstilles betjeningen automatisk til G90.
- Kædedimensionering (G91)
- Med programmering af kædedimension (også kaldet inkrementel dimensioneringsprogrammering) informeres kontrollen om koordinaterne for målpunktet for den tværgående bevægelse fra det punkt, der sidst blev henvendt. Det sidste nåede punkt er derfor oprindelsen til det næste punkt. Man kan forestille sig, at koordinatsystemet skifter fra punkt til punkt. Ved at specificere NC -ordet G91 programmeres styringen til denne trinvise programmering. G91 -kommandoen har en modal effekt, dvs. den forbliver gyldig i programmet, indtil den igen annulleres af G90 -kommandoen.
programmering
Der er forskellige typer og metoder til programmering. Overgangene mellem programmeringsprocesserne er flydende og kan ikke adskilles direkte. Flere programmeringsmetoder er mulige på den nye CNC. Den følgende liste er beregnet til at give et overblik, dels med eksempler.
Programmeringstyper
- fjern fra maskinen på en programmeringsstation
- z. B. i arbejdsforberedelse. Fordel: ingen maskinstøj, maskinen fortsætter med at arbejde.
- tæt på maskinen, direkte på maskinen
- Fordel: Fagarbejdere arbejder med deres specialviden og det faktum, at de løbende overvåger produktionsforløbet.
Programmeringsmetode
- manuel programmering: indtast / skift hvert tegn i programmet manuelt
- maskinprogrammering: CAD → CAM f.eks. B.: Konvertering af en 2D-geometri eller en 3D-model ved hjælp af præprocessorer og efterprocessorer til et maskinforståeligt program
- G -kode (DIN / ISO): se følgende eksempel ( DIN / ISO -programmering eller G -kode )
- Dialog eller workshop-orienteret programmering (WOP): grafisk support, forespørgselsparametre → integration i programmet, f.eks. F.eks .: DIN-PLUS, Turn Plus, lågdialog (begrænsning: delens kompleksitet, maksimalt 45 minutter til programmering på maskinen er legitime, programmøren er distraheret af baggrundsstøj på maskinen)
- Parameterprogrammering: Det aktuelle program kan ikke redigeres af maskinoperatøren.
- Teach-in: kan sammenlignes med "kopiering" → nærmer sig punkter på den virkelige del → programramme → programudvidelse
- Afspilning: Optag → Gentag f.eks. F.eks .: malingssprøjterobot
DIN / ISO programmering eller G -kode
Registrerings- og adressestrukturen for den numeriske kontrolinformation, der skal transmitteres, er beskrevet i DIN 66025 / ISO 6983 -standarden, normalt kaldet DIN / ISO -programmering. Et DIN -program kan køre på enhver CNC -maskine. Der er dog særlige kommandoer til næsten alle maskiner, f.eks. B. Cykler, der kun kan tolkes af disse maskiner. Cykler er færdige underrutiner, der kan tilpasses med parametre / variabler. De kan bruges til at beskrive "lommer" (rektangulære konturer eller lignende lommer) eller huller osv. Disse cyklusser gør programmeringen lettere og giver klarhed.
eksempel 1
Her er et enkelt eksempel på G -kode til CNC -fræsning efterfulgt af en forklaring. Til højre det samme eksempel som dialogprogrammering i "ren tekst" på en Heidenhain -kontrol:
| G -kode | Heidenhain - "ren tekst" |
|---|---|
N080 … N090 G00 X100 Y100 N100 Z0 N110 G01 Z-2 F10 N120 G01 X110 F20 N130 Y200 F15 N140 G00 Z10 N150 … |
80 … 90 L X+100 Y+100 R0 FMAX 100 L Z+0 R0 FMAX 110 L Z-2 R0 F10 120 L X+110 R0 F20 130 L Y+200 R0 F15 140 L Z+10 R0 FMAX 150 … |
Denne del af programmet beskriver, hvordan et fræseværktøj i blok N090 nærmer sig en position i et arbejdsområde i hurtige traverse ( G00), beskrevet med koordinaterne X100 og Y100. I den næste blok N100 bevæger værktøjet sig (stadig i hurtig traversering) til dybdepositionen Z0, derefter med en fremføringshastighed på G0110 mm pr. Minut til dybdepositionen Z-2 (dette kan være den nye overflade, der skal produceres). I den næste blok N120 bevæger værktøjet sig i fremføringen med en hastighed på 20 mm i minuttet ind i emnet til position X110. I blok N130 bevæger værktøjet sig med en let reduceret fremføring vinkelret på den sidste bevægelse til Y -koordinaten 200 (tidligere 100, dvs. med 100 mm). I den sidste blok trækker værktøjet sig tilbage fra −2 til 10 mm i højden ved hurtig krydsning ( G00).
Eksempel 2 (med værktøjsvejskompensation)
Her er et eksempel på CNC -drejning med værktøjsvejskompensation ( G41/ G42) i den endelige bearbejdning ( efterbehandling ) af en kontur:
| G -kode | Heidenhain - "ren tekst" |
|---|---|
N080 … N090 G00 X-1,6 Z2 N100 G42 N110 G01 Z0 F10 N120 G01 X0 F20 N130 G03 X20 Z-10 I0 K-10 N140 G01 Z-50 N150 G01 X50 Z-100 N160 G40 N170 … |
80 … 90 L X-1,6 Z+2 R0 FMAX 100 L Z+0 RR F10 110 L X+0 RR F20 120 CT X+20 Z-10 RR 130 L Z-50 RR 140 L X+50 RR 150 … |
Her (under "Heidenhain") står R0 for cutter center point path (uden værktøjsvejskorrektion), RL for korrektion af værktøjsbane til venstre for konturen (i DIN G41) og RR for korrektion af værktøjssti til højre for konturen.
Forudsætning: konturen har været præ- roughed forhånd , jeg. H. forbehandlet. I blok 90 bevæger værktøjet sig over midten (X-1,6 mm) og stopper 2 mm foran konturen. Derefter tændes G42værktøjsbanekompensationen med, og i blok 110 nærmes nulpunktet i Z -retningen. I blok 120 krydses værktøjscentret (i forbindelse med blok N090 forhindrer dette, at for meget materialerester ("snegl") forbliver på det forreste emneoverflade) og til sidst i blok 130 krydses en halvcirkel med en radius på 10 mm. I sidste ende, i sæt 140 og 150, er længderetningen og på tværs af retningerne stadig 50 mm i diameter og 50 mm i længden. G40Værktøjsvejskorrektionen annulleres endelig igen med i blok 160.
Værktøjsvejskompensation
Værktøjsvejskorrektionen er vigtig for at undgå konturfejl, der ville opstå med cirkulære baner eller koniske former, da selve værktøjet har en radius i forkant.
Programmeringssoftware
Programmeringssoftwaren og CNC'en har en grafisk simulering, der tillader en programtest, før bearbejdningen starter. Der er også geometriberegnere, der automatisk beregner manglende dimensioner, skæringspunkter, affasninger og fileter i hjørner. Det betyder, at selv tegninger, der ikke er dimensioneret i henhold til NC, let kan programmeres.
G- og M -kommandoer
G- og M -kommandoerne er opdelt i grupper. Kun den sidst programmerede funktion fra gruppen er effektiv. M -kommandoerne (fra engelsk Miscellaneous ) bruges til forskellige maskinfunktioner og er defineret af producenten af CNC -maskinen. Følgende kommandoer kan bruges uanset kontrol og maskinfabrikant:
| G -kommandoer | M kommandoer |
|---|---|
Andet , effektivt i blokke (kun i den programmerede linje)
|
|
fordele
Fordelene ved en CNC-styring ligger på den ene side i muligheden for økonomisk bearbejdning af komplekse geometrier todimensionale (2D) og især tredimensionelle ( 3D ), på den anden side i bearbejdning / repeterbarhed og høj hastighed af bearbejdningen trin. Muligheden for at gemme programmer betyder, at mange identiske dele kan masseproduceres uden menneskelig indgriben. Derudover muliggør CNC -teknologien nye maskinkoncepter, da ingen mekanisk forbindelse mellem hoveddrevet og fremføringsdrevene er nødvendig.
Se også
- Manuel indgangskontrol
- CNC drejebænk , CNC fræsemaskine , CNC bearbejdningscenter , CNC graveringsmaskine
- Jobbeskrivelse: CNC -specialist
- Programmeringssprog APT
litteratur
- Hans B. Kief, Helmut A. Roschiwal: CNC -manual 2009/2010 . Hanser Fachbuchverlag, 2009, ISBN 978-3-446-41836-3 .
- Ulrich Fischer, Max Heinzler, blandt andet: Metalbordbog . 43. udgave. Verlag Europa-Lehrmittel, 2005, ISBN 3-8085-1723-9 .
Weblinks
Individuelle beviser
- ↑ Rutekontrol. I: WOOD TEC PEDIA. Hentet 28. februar 2018 .