Pojem
NC (numerické ovládání)
NC je technologie, která využívá digitální signály k automatickému řízení objektů (jako je pohyb obráběcího stroje a jeho pracovní proces), označovaná jako numerické řízení.
Technologie NC
NC technologie označuje technologii automatického řízení, která používá čísla, písmena a symboly k programování určitého pracovního procesu.
NC systém
NC systém označuje organický integrovaný systém softwarových a hardwarových modulů, které realizují funkce NC technologie. Je nositelem NC technologie.
CNC systém (počítačový numerický řídicí systém)
Systém CNC (Computer Numerical Control) označuje numerický řídicí systém s počítačem jako jádrem.
CNC stroj se týká obráběcího stroje, který používá technologii počítačového numerického řízení k řízení procesu obrábění, nebo obráběcího stroje vybaveného systémem počítačového numerického řízení.
Definice NC
Numerical Control je úplná forma NC pro obráběcí stroje. Numerical Control (NC) umožňuje operátorovi komunikovat s obráběcími stroji prostřednictvím čísel a symbolů.
Definice CNC
CNC je krátký název Computer Numerical Control, což je automatická technologie řízení obráběcích strojů pro dokončení automatizovaného obrábění pomocí CAD/CAM softwaru v moderním výrobním procesu. Nové obráběcí stroje s CNC umožnily průmyslu důsledně vyrábět díly s přesností, o které se před několika lety ani nesnilo. Stejná část může být reprodukována se stejným stupněm přesnosti kolikrát, pokud byl program správně připraven a počítač správně naprogramován. Provozní příkazy G-kódu, které řídí obráběcí stroj, jsou prováděny automaticky s vysokou rychlostí, přesností, účinností a opakovatelností.
CNC obrábění je počítačový výrobní proces, stroj je připojen k počítači, který mu říká, kam se má pohybovat. Nejprve by měl operátor vytvořit dráhu nástroje, operátor pomocí softwarového programu nakreslí tvary a vytvoří dráhu nástroje, kterou bude stroj sledovat.
Stále rostoucí využití v průmyslu vyvolalo potřebu pracovníků, kteří mají znalosti a jsou schopni připravit programy, které vedou obráběcí stroje k výrobě dílů do požadovaného tvaru a přesnosti. S ohledem na to autoři připravili tuto učebnici tak, aby záhadu z CNC odstranila – dala ji do logického sledu a vyjádřila ji jednoduchým jazykem, kterému každý rozumí. Příprava programu je vysvětlena v logickém postupu krok za krokem s praktickými příklady, které uživatele vedou.
Složka
CNC technologie se skládá ze 3 částí: rám postele, systémová a periferní technologie.
Rámová sada se skládá hlavně ze základních dílů jako je lůžko, sloup, vodicí lišta, pracovní stůl a další nosné díly jako držák nářadí a zásobník nářadí.
Číslicový řídicí systém se skládá ze vstupního/výstupního zařízení, počítačového numerického řídicího zařízení, programovatelného logického řízení (PLC), servopohonu vřetena, servopohonu posuvu a měřicího zařízení. Mezi nimi je zařízení jádrem systému číslicového řízení.
Mezi periferní technologie patří především nástrojová technika (systém nástrojů), programovací technika a řídící technika.
Glosář
CNC: Počítačové numerické řízení.
G-kód: Univerzální numerický řídicí (NC) jazyk obráběcího stroje, který určuje body os, do kterých se stroj bude pohybovat.
CAD: Počítačově podporovaný design.
CAM: Počítačem podporovaná výroba.
Mřížka: Minimální pohyb nebo posuv vřetena. Vřeteno se automaticky přesune na další pozici mřížky, když je tlačítko přepnuto v kontinuálním nebo krokovém režimu.
PLT (HPGL): Standardní jazyk pro tisk vektorových čar, podporovaný soubory CAD.
Dráha nástroje: Uživatelem definovaná, kódovaná trasa, kterou fréza sleduje při obrábění obrobku. Dráha nástroje „kapsa“ řeže povrch obrobku; „profil“ nebo „kontura“ dráha nástroje zcela prořízne a oddělí tvar obrobku.
Krok dolů: Vzdálenost v ose Z, o kterou se řezný nástroj zanoří do materiálu.
Překročit: Maximální vzdálenost v ose X nebo Y, o kterou řezný nástroj zabere s neobřezaným materiálem.
Krokový motor: Stejnosměrný motor, který se pohybuje v diskrétních krocích přijímáním signálů nebo „pulzů“ v určité sekvenci, což vede k velmi přesnému polohování a řízení rychlosti.
Rychlost vřetena: Rychlost otáčení řezného nástroje (RPM).
Konvenční střih: Fréza se otáčí proti směru posuvu. Výsledkem je minimální chvění, ale v některých lesích může vést k trhání.
Subtraktivní metoda: Bit odstraňuje materiál a vytváří tvary. (Opak aditivní metody.)
Rychlost posuvu: Rychlost, kterou se řezný nástroj pohybuje obrobkem.
Výchozí pozice (nulový stroj): Strojem určený nulový bod určený fyzickými koncovými spínači. (Neidentifikuje skutečný původ práce při zpracování obrobku.)
Stoupání řez: Fréza se otáčí ve směru posuvu. Řezání při stoupání zabraňuje vytržení, ale může vést k chvění u vrtáku s rovným žlábkem; spirálově vroubkovaný bit omezí chvění.
Původ práce (Práce nula): Uživatelem určený nulový bod pro obrobek, ze kterého bude hlava provádět veškeré řezání. Osy X, Y a Z jsou nastaveny na nulu.
LCD: Displej z tekutých krystalů (používá se na ovladači).
U Disk: Externí zařízení pro ukládání dat, které se vkládá do rozhraní USB.
Funkce
vysoká přesnost
CNC stroje jsou vysoce integrované mechatronické produkty, které se skládají z přesných strojů a automatických řídicích systémů. Mají vysokou přesnost polohování a přesnost opakovaného polohování. Převodový systém a konstrukce mají vysokou tuhost a stabilitu pro snížení chyb. Stroj Computerized Numerical Control má proto vyšší přesnost obrábění, zejména konzistenci výroby dílů ve stejné dávce, a kvalita produktu je stabilní, rychlost průchodu je vysoká, což je nesrovnatelné s běžnými obráběcími stroji.
vysokou účinností
CNC stroje mohou využívat větší množství řezání, což efektivně šetří čas zpracování. Mají také automatickou změnu rychlosti, automatickou výměnu nástroje a další funkce automatického provozu, které výrazně zkracují pomocný čas, a jakmile se vytvoří stabilní proces zpracování, není třeba provádět meziprocesovou kontrolu a měření. Proto je produktivita obrábění Computerized Numerical Control 3-4krát vyšší než u běžných obráběcích strojů, nebo dokonce více.
Vysoká přizpůsobivost
CNC stroje provádějí automatické zpracování podle programu zpracovávaných dílů. Když se obráběný objekt změní, pokud se změní program, není potřeba používat speciální procesní zařízení, jako jsou matrice a šablony. To je užitečné pro zkrácení cyklu přípravy výroby a podporu výměny produktu.
Vysoká obrobitelnost
Některé mechanické díly tvořené složitými křivkami a zakřivenými plochami je obtížné zpracovat nebo dokonce nemožné dokončit konvenčními technikami a ručními operacemi a lze je snadno realizovat na CNC strojích pomocí vícesouřadnicového propojení os.
Vysoká ekonomická hodnota
CNC obráběcí centra většinou využívají koncentraci procesů a jeden stroj je víceúčelový. V případě jednoho upnutí lze většinu dílů zpracovat. Mohou nahradit několik běžných obráběcích strojů. To může nejen snížit chyby upínání, ušetřit pomocný čas mezi přepravou, měřením a upínáním mezi procesy, ale také snížit počet typů obráběcích strojů, ušetřit místo a přinést vyšší ekonomické výhody.
Klady a zápory
Klady
Bezpečnost
Obsluha CNC stroje je bezpečně oddělena od všech ostrých částí speciální ochrannou konstrukcí. Přes sklo stále vidí, co se děje u stroje, ale nemusí se nikam přibližovat k mlýnu nebo vřetenu. Obsluha se také nemusí dotýkat chladicí kapaliny. V závislosti na materiálu mohou být některé kapaliny škodlivé pro lidskou pokožku.
Ušetřete mzdové náklady
Konvenční obráběcí stroje dnes vyžadují neustálou pozornost. To znamená, že každý pracovník může pracovat pouze na jednom stroji. Když přišla éra CNC, věci se dramaticky změnily. Zpracování většiny součástí trvá při každé instalaci nejméně 30 minut. Ale počítačem numericky řízené stroje to dělají řezáním samotných dílů. Není třeba se ničeho dotýkat. Nástroj se pohybuje automaticky a operátor jednoduše kontroluje chyby v programu nebo nastavení. Operátoři CNC zjišťují, že mají spoustu volného času. Tento čas lze využít pro jiné stroje. Takže jeden operátor, mnoho obráběcích strojů. To znamená, že můžete ušetřit pracovní sílu.
Chyba minimálního nastavení
Tradiční obráběcí stroje se spoléhají na zručnost operátora s měřicími nástroji a dobří pracovníci mohou zajistit, že díly budou sestaveny s vysokou přesností. Mnoho CNC systémů používá specializované souřadnicové měřicí sondy. Obvykle se montuje na vřeteno jako nástroj a pevné části se dotýká sondou, aby se zjistila její poloha. Poté určete nulový bod souřadnicového systému, abyste minimalizovali chybu nastavení.
Vynikající monitorování stavu stroje
Obsluha musí identifikovat chyby obrábění a řezné nástroje a jeho rozhodnutí nemusí být optimální. Moderní CNC obráběcí centra jsou nabitá různými senzory. Při obrábění obrobku můžete sledovat krouticí moment, teplotu, životnost nástroje a další faktory. Na základě těchto informací můžete proces zpřesnit v reálném čase. Například vidíte, že teplota je příliš vysoká. Vyšší teploty znamenají opotřebení nástroje, špatné vlastnosti kovu atd. K nápravě můžete snížit posuv nebo zvýšit tlak chladicí kapaliny. Navzdory tomu, co mnozí říkají, je obrábění dnes nejrozšířenější výrobní metodou. Každé odvětví do určité míry využívá obrábění.
Stabilní přesnost
Co je stabilnější než osvědčený počítačový program? Pohyb nástroje je vždy stejný, protože jeho přesnost závisí pouze na přesnosti krokových motorů.
Méně zkušebních jízd
Tradiční obrábění má nevyhnutelně nějaké testovací díly. Dělník si musí na technologii zvyknout, určitě mu bude něco chybět při dělání 1. dílu a testování nové technologie. CNC systémy mají způsob, jak se vyhnout zkušebním jízdám. Používají vizualizační systém, který umožňuje operátorovi skutečně vidět inventář poté, co všechny nástroje projdou.
Snadné obrábění komplexního povrchu
Výroba složitých povrchů s vysokou přesností je při konvenčním obrábění téměř nemožná. Vyžaduje to hodně fyzické práce. CAM systémy mohou automaticky vytvářet dráhy nástroje pro jakýkoli povrch. Nemusíte se vůbec nijak namáhat. To je jedna z největších výhod moderní technologie CNC obrábění.
Méně materiálového odpadu
CNC program využívá algoritmy k optimalizaci struktury dílu. V kombinaci s automatickým softwarem pro rozvržení odstraňuje nadbytečný materiál, čímž dosahuje lehkého designu a minimalizuje plýtvání materiálem.
Vyšší flexibilita
Tradiční metodou jsou frézky na drážky nebo plošky, soustruhy na válce a kužele a vrtačky na otvory. CNC obrábění dokáže spojit vše výše uvedené do jednoho obráběcího stroje. Vzhledem k tomu, že trajektorie nástroje lze naprogramovat, můžete replikovat jakýkoli pohyb na jakémkoli stroji. Máme tedy frézovací centra, která umí vyrobit válcové díly a soustruhy, které umí frézovat drážky. To vše snižuje usazení dílu.
Nevýhody
• Od obsluhy strojů a údržbářského personálu jsou vyžadovány vysoké znalosti a dovednosti.
• Zahájení podnikání v oblasti CNC obrábění vyžaduje vysoké počáteční investiční náklady.
• Prostoje způsobené poruchami strojů významně ovlivňují efektivitu výroby.
Aplikace
Z pohledu aplikací CNC technologií a zařízení ve světě jsou jeho hlavní aplikační oblasti následující:
Výrobní průmysl
Strojírenský průmysl je prvním průmyslem, který používá technologii počítačového numerického řízení, a je zodpovědný za poskytování pokročilého vybavení pro různá průmyslová odvětví národního hospodářství. Hlavními aplikacemi jsou vývoj a výroba 5osých vertikálních obráběcích center pro moderní vojenskou techniku, 5osých obráběcích center, velkoobjemových 5osých portálových fréz, flexibilních výrobních linek pro motory, převodovky a klikové hřídele v automobilovém průmyslu a vysokorychlostních obráběcích center, stejně jako svařovací, montážní, lakovací roboty, obráběcí laserové řezací stroje pro laserové řezací stroje, obráběcí laserové svařovací stroje a souřadnicová centra obrábění vrtulí, motorů, generátorů a dílů turbínových lopatek v leteckém, námořním a energetickém průmyslu, obráběcí centrum pro těžké soustružení a frézování.
Informační průmysl
V informačním průmyslu, od počítače po sítě, mobilní komunikaci, telemetrii, dálkové ovládání a další zařízení, je nutné přijmout výrobní zařízení založená na superpřesné technologii a nanotechnologii, jako jsou stroje na spojování drátů pro výrobu čipů, stroje na litografii plátků. Řízení těchto zařízení musí využívat technologii počítačového numerického řízení.
Průmysl lékařského vybavení
V lékařském průmyslu mnoho moderních lékařských diagnostických a léčebných zařízení přijalo technologii numerického řízení, jako jsou diagnostické nástroje CT, stroje na ošetření celého těla a minimálně invazivní chirurgické roboty založené na vizuálním vedení, ortodoncii a stomatologii jsou vyžadovány.
Vojenské vybavení
Mnoho moderních vojenských zařízení používá technologii řízení pohybu servomotorů, jako je automatické řízení zaměřování dělostřelectva, sledování radaru a automatické řízení sledování střel.
Ostatní odvětví
V lehkém průmyslu existují tiskařské stroje, textilní stroje, balicí stroje a dřevoobráběcí stroje, které využívají víceosé servořízení. V průmyslu stavebních hmot existují počítačem numericky řízené řezací stroje vodním paprskem pro obrábění kamene, počítačem numericky řízené stroje na gravírování skla pro obrábění skla, počítačem numericky řízené šicí stroje používané pro zpracování Simmons a počítačem numericky řízené vyšívací stroje používané pro zpracování oděvů. V uměleckém průmyslu bude stále více řemesel a uměleckých děl vyráběno pomocí vysoce výkonných 5osých CNC strojů.
Aplikace technologie číslicového řízení nejen přináší revoluční změny do tradičního zpracovatelského průmyslu, čímž se zpracovatelský průmysl stává symbolem industrializace, ale také s neustálým rozvojem technologie číslicového řízení a rozšiřováním aplikačních oblastí hraje stále důležitější roli. v národním hospodářství a obživě lidí (např. IT a automobilový průmysl), lehkém průmyslu, lékařské péči, protože digitalizace zařízení vyžadovaná v těchto odvětvích se stala hlavním trendem moderní výroby.
Trendy
Vysoká rychlost / vysoká přesnost
Vysoká rychlost a přesnost jsou věčnými cíli vývoje obráběcích strojů. S rychlým rozvojem vědy a techniky se zrychluje rychlost výměny elektromechanických výrobků a také požadavky na přesnost a kvalitu povrchu opracování dílů jsou stále vyšší. Aby byly uspokojeny potřeby tohoto složitého a proměnlivého trhu, vyvíjejí se současné obráběcí stroje směrem k vysokorychlostnímu řezání, řezání za sucha a kvazi-suchému řezání a přesnost obrábění se neustále zlepšuje. Kromě toho aplikace lineárních motorů, elektrovřeten, keramických kuličkových ložisek, rychloběžných kuličkových šroubů a matic, lineárních vodicích kolejnic a dalších funkčních komponent vytvořila podmínky pro vývoj vysokorychlostních a přesných obráběcích strojů. Počítačový obráběcí stroj s číslicovým řízením využívá elektrické vřeteno, které eliminuje články, jako jsou řemeny, řemenice a ozubená kola, což výrazně snižuje moment setrvačnosti hlavního pohonu, zlepšuje rychlost dynamické odezvy a pracovní přesnost vřetena a zcela řeší problém vibrací a hluku, když vřeteno běží vysokou rychlostí. Použití struktury elektrického vřetena může způsobit, že rychlost vřetena dosáhne více než 10000 10 ot / min. Lineární motor má vysokou rychlost pohonu, dobrou charakteristiku zrychlení a zpomalení a má vynikající charakteristiku odezvy a následnou přesnost. Použití lineárního motoru jako servopohonu eliminuje mezilehlý převodový článek kuličkového šroubu, eliminuje převodovou mezeru (včetně vůle), setrvačnost pohybu je malá, tuhost systému je dobrá a lze jej přesně umístit při vysoké rychlosti, čímž se výrazně zlepšuje přesnost serva. Díky své nulové vůli ve všech směrech a velmi malému valivému tření má lineární valivý pár malé opotřebení a zanedbatelný vývin tepla a má velmi dobrou tepelnou stabilitu, což zlepšuje přesnost polohování a opakovatelnost celého procesu. Použitím lineárního motoru a lineárního valivého vedení lze rychlost rychlého pohybu stroje zvýšit z původních 20-m/min na 60-80m/min, nebo dokonce tak vysoko jako 120m/ min.
Vysoká spolehlivost
Spolehlivost je klíčovým ukazatelem kvality číslicově řízených obráběcích strojů. Zda může stroj uplatnit svůj vysoký výkon, vysokou přesnost a vysokou účinnost a získat dobré výhody, klíč závisí na jeho spolehlivosti.
Konstrukce CNC strojů s CAD, konstrukční návrh s modularizací
S popularizací počítačových aplikací a rozvojem softwarové technologie se technologie CAD široce rozvinula. CAD může nejen nahradit únavné kreslení ruční prací, ale co je důležitější, může provádět výběr konstrukčního schématu a analýzu statických a dynamických charakteristik, výpočet, predikci a optimalizaci návrhu rozsáhlého kompletního stroje a může provádět dynamickou simulaci každé pracovní části celého zařízení. Na základě modularity lze ve fázi návrhu vidět 3-rozměrný geometrický model a realistickou barvu produktu. Použití CAD může také výrazně zlepšit efektivitu práce a zlepšit jednorázovou úspěšnost návrhu, čímž zkrátí zkušební výrobní cyklus, sníží náklady na návrh a zlepší konkurenceschopnost na trhu. Modulární konstrukce součástí obráběcích strojů může nejen snížit opakující se práci, ale také rychle reagovat na trh a zkrátit vývojové a konstrukční cykly produktů.
Funkční skládání
Účelem funkčního slučování je dále zlepšit efektivitu výroby obráběcího stroje a minimalizovat pomocný čas bez obrábění. Sloučením funkcí lze rozšířit rozsah použití obráběcího stroje, zlepšit efektivitu a realizovat víceúčelovou a multifunkčnost jednoho stroje, to znamená, že CNC stroj může realizovat jak soustružení. funkce a proces frézování. Broušení je možné i na obráběcích strojích. Počítačově numericky řízené soustružnické a frézovací složené centrum bude pracovat současně s osami X, Z, C a Y. Prostřednictvím osy C a osy Y lze realizovat rovinné frézování a obrábění ofsetových otvorů a drážek. Stroj je dále vybaven výkonným držákem nástroje a pomocným vřetenem. Vedlejší vřeteno využívá vestavěnou strukturu elektrického vřetena a synchronizaci rychlosti hlavního a vedlejšího vřetena lze přímo realizovat prostřednictvím systému číslicového řízení. Obrobek obráběcího stroje může dokončit veškeré zpracování v jednom upnutí, což výrazně zvyšuje efektivitu.
Inteligentní, síťové, flexibilní a integrované
CNC zařízení v 21. století bude systémem s určitou inteligencí. Obsah inteligence zahrnuje všechny aspekty systému numerického řízení: za účelem sledování inteligence v účinnosti obrábění a kvalitě obrábění, jako je adaptivní řízení procesu obrábění, jsou parametry procesu generovány automaticky; za účelem zlepšení jízdního výkonu a využití inteligence ve spojení, jako je dopředné řízení, autoadaptivní provoz parametrů motoru, automatická identifikace zátěže, automatický výběr modelu, samočinné ladění atd.; zjednodušené programování, zjednodušená provozní inteligence, jako je inteligentní automatické programování, inteligentní rozhraní, inteligentní diagnostika, inteligentní monitorování a další aspekty pro usnadnění diagnostiky a údržby systému. Síťové numerické řízení je v posledních letech horkým místem ve vývoji obráběcích strojů. Síťové propojení CNC zařízení výrazně splní potřeby výrobních linek, výrobních systémů a výrobních podniků pro integraci informací a je také základní jednotkou pro realizaci nových výrobních modelů, jako je agilní výroba, virtuální podniky a globální výroba. Trend vývoje počítačově numericky řízených strojů k flexibilním automatizačním systémům je: od bodového (samostatné, obráběcí centrum a kompozitní obráběcí centrum), linkového (FMC, FMS, FTL, FML) po povrch (nezávislý výrobní ostrůvek v dílně, FA) , tělo (CIMS, distribuovaný síťový integrovaný výrobní systém), na druhé straně se zaměřit na směr aplikace a ekonomiku. Flexibilní automatizační technologie je hlavním prostředkem pro výrobní průmysl, jak se přizpůsobit dynamickým požadavkům trhu a rychle aktualizovat produkty. Jeho cílem je zlepšit spolehlivost a praktičnost systému jako předpokladu s cílem snadného propojení a integrace a věnovat pozornost posílení vývoje a zlepšování technologie jednotek. Samostatné CNC stroje se vyvíjejí směrem k vysoké přesnosti, vysoké rychlosti a vysoké flexibilitě. CNC stroje a jejich flexibilní výrobní systémy lze snadno propojit s CAD, CAM, CAPP a MTS a vyvíjet se směrem k informační integraci. Síťový systém se vyvíjí směrem k otevřenosti, integraci a inteligenci.
Shrnutí
Stručně řečeno, CNC technologie je všude v naší práci i každodenním životě, od malých dílen až po velké výrobní závody. CNC stroje dokážou vše od řezbářství a řezání personalizovaných dřevěných řemesel až po soustružení a frézování přesných kovových dílů. Jsou žádané všemi, od kutilů až po průmyslové výrobce. CNC stroje zvyšují produktivitu a zároveň šetří náklady na práci a materiál, což z nich činí ideálního partnera pro zakládání nových podniků nebo modernizaci zastaralé výrobní linky.
