NC
(Ciparvadība, saukta par CNC) attiecas uz diskrētas digitālas informācijas izmantošanu, lai kontrolētu mašīnu un citu ierīču darbību, ko var ieprogrammēt tikai pats operators.
CNC
CNC tehnoloģijas pielietojums
CNC tehnoloģijas attīstība ir diezgan strauja, kas ir ievērojami uzlabojusi veidņu apstrādes produktivitāti. Tostarp CPU ar lielāku skaitļošanas ātrumu ir CNC tehnoloģijas attīstības pamatā. CPU uzlabošana ir ne tikai skaitļošanas ātruma uzlabošana, bet pats ātrums ietver arī CNC tehnoloģijas uzlabošanu citos aspektos. Tieši tāpēc, ka CNC tehnoloģija pēdējos gados ir piedzīvojusi tik lielas izmaiņas, ir vērts pārskatīt pašreizējo CNC tehnoloģiju pielietojumu veidņu ražošanas nozarē.
Programmu bloku apstrādes laiks un citi Palielinoties CPU apstrādes ātrumam un CNC ražotājiem ļoti integrētām CNC sistēmām izmanto ātrdarbīgus CPU, CNC veiktspēja ir ievērojami uzlabojusies. Aktīvāka, atsaucīgāka sistēma nodrošina vairāk nekā tikai lielāku programmu apstrādes ātrumu. Faktiski sistēma, kas var apstrādāt detaļu programmas salīdzinoši lielā ātrumā, var darboties arī kā lēna apstrādes sistēma, jo pat pilnībā funkcionējošai CNC sistēmai ir dažas iespējamās problēmas, kas var kļūt par ierobežojumiem. Apstrādes ātruma sašaurinājums.
Pašlaik lielākā daļa veidņu rūpnīcu saprot, ka ātrgaitas apstrādei ir nepieciešams vairāk nekā tikai īss apstrādes programmas apstrādes laiks. Daudzējādā ziņā situācija ir līdzīga braukšanai ar sacīkšu automašīnu. Vai ātrākā mašīna vienmēr uzvar sacensībās? Pat neregulārs automašīnu sacensību skatītājs zina, ka bez ātruma ir daudz faktoru, kas ietekmē sacensību iznākumu.
Pirmkārt, svarīgas ir vadītāja zināšanas par trasi: viņam ir jāzina, kur atrodas asi pagriezieni, lai atbilstoši nobremzētu un izbrauktu tos droši un efektīvi. Veidņu apstrādes procesā ar lielu padeves ātrumu CNC apstrādājamā trajektorijas uzraudzības tehnoloģija var iepriekš iegūt informāciju par asu līkumu parādīšanos, un šai funkcijai ir tāda pati loma.
Tāpat vadītāja reakcija uz citām vadītāja kustībām un nenoteiktību ir līdzīga servo atgriezeniskās saites apjomam CNC. Servo atgriezeniskā saite CNC galvenokārt ietver atsauksmes par pozīciju, ātruma atgriezenisko saiti un pašreizējo atgriezenisko saiti.
Kad vadītājs brauc pa trasi, viņa kustību konsekvence un tas, vai viņš spēj prasmīgi bremzēt un paātrināties, ļoti būtiski ietekmē braucēja sniegumu uz vietas. Tāpat CNC sistēmas zvanveida paātrinājuma/palēninājuma un apstrādājamās trajektorijas uzraudzības funkcijas izmanto lēnu paātrinājumu/palēninājumu, nevis pēkšņas ātruma izmaiņas, lai nodrošinātu vienmērīgu darbgalda paātrinājumu.
Turklāt starp sacīkšu automašīnām un CNC sistēmām ir arī citas līdzības. Sacīkšu dzinēja jauda ir līdzīga CNC piedziņas ierīcei un motoram. Sacīkšu automašīnas svars ir salīdzināms ar darbgalda kustīgo sastāvdaļu svaru. Sacīkšu automašīnas stingrība un izturība ir līdzīga darbgalda izturībai un stingrībai. CNC spēja labot ceļam raksturīgās kļūdas ir ļoti līdzīga vadītāja spējai noturēt automašīnu savā joslā.
Vēl viena situācija, kas līdzīga pašreizējai CNC, ir tāda, ka tām sacīkšu automašīnām, kas nav ātrākās, bieži vien ir nepieciešami braucēji ar vispusīgām iemaņām. Agrāk tikai augstākās klases CNC varēja nodrošināt augstu apstrādes precizitāti, griežot lielā ātrumā. Mūsdienās vidējas un zemas klases CNC spēj apmierinoši paveikt darbu. Lai gan augstākās klases CNC ir vislabākā pašlaik pieejamā veiktspēja, pastāv arī iespēja, ka jūsu izmantotajam zemākās klases CNC ir tādas pašas apstrādes īpašības kā augstākās klases CNC līdzīgos produktos. Agrāk faktors, kas ierobežoja maksimālo padeves ātrumu veidņu apstrādei, bija CNC, bet šodien tā ir darbgalda mehāniskā struktūra. Kad darbgalda veiktspēja jau ir sasniegta, labāka CNC veiktspēja vairs neuzlabosies. Attēlu CNC sistēmu raksturīgās īpašības
Tālāk ir minēti daži pamata CNC raksturlielumi pašreizējā veidņu apstrādes procesā:
1. Izliektu virsmu nevienmērīga racionālā B-splaina (NURBS) interpolācija
Šī tehnoloģija izmanto interpolāciju gar līkni, nevis izmanto virkni īsu taisnu līniju, lai pielāgotu līkni. Šīs tehnoloģijas pielietojums ir kļuvis diezgan izplatīts. Daudzas CAM programmatūras, ko pašlaik izmanto veidņu rūpniecībā, nodrošina iespēju ģenerēt detaļu programmas NURBS interpolācijas formātā. Tajā pašā laikā jaudīgais CNC nodrošina arī piecu asu interpolācijas funkcijas un ar to saistītās funkcijas. Šīs īpašības uzlabo virsmas apdares kvalitāti, uzlabo vienmērīgāku motora darbību, palielina griešanas ātrumu un nodrošina mazākas detaļu programmas.
2. Mazāka instrukciju vienība
Lielākā daļa CNC sistēmu pārraida kustības un pozicionēšanas norādījumus uz darbgalda vārpstu ar vienībām, kas nav mazākas par 1 mikronu. Pēc pilnīgas CPU apstrādes jaudas uzlabojuma izmantošanas dažu CNC sistēmu mazākā instrukciju vienība var sasniegt pat 1 nanometru (0.000001mm). Pēc tam, kad komandu vienība ir samazināta par 1000 reizēm, var iegūt augstāku apstrādes precizitāti un motors var darboties vienmērīgāk. Motora vienmērīgā darbība ļauj dažiem darbgaldiem darboties ar lielāku paātrinājumu, nepalielinot gultas vibrāciju.
3. Zvana līknes paātrinājums/palēninājums
To sauc arī par S-līknes paātrinājumu/palēninājumu vai rāpošanas vadību. Salīdzinot ar lineārā paātrinājuma metodi, šī metode var sasniegt labāku darbgalda paātrinājuma efektu. Salīdzinājumā ar citām paātrināšanas metodēm, tostarp lineārajām un eksponenciālajām metodēm, zvana formas līknes metode var sasniegt mazākas pozicionēšanas kļūdas.
4. Apstrādājamo celiņu uzraudzība
Šī tehnoloģija tiek plaši izmantota, un tai ir daudzas veiktspējas atšķirības, kas atšķir veidu, kā tā darbojas zemas klases vadības sistēmās no tā, kā tā darbojas augstākās klases vadības sistēmās. Vispārīgi runājot, CNC ievieš programmas priekšapstrādi, izmantojot apstrādes trajektorijas uzraudzību, lai nodrošinātu labāku paātrinājuma/palēninājuma kontroli. Atkarībā no dažādu CNC veiktspējas, apstrādājamās trajektorijas uzraudzībai nepieciešamo programmu bloku skaits svārstās no diviem līdz simtiem, kas galvenokārt ir atkarīgs no detaļu programmas minimālā apstrādes laika un paātrinājuma/palēninājuma laika konstantes. Vispārīgi runājot, lai izpildītu apstrādes prasības, ir nepieciešami vismaz piecpadsmit apstrādājamie trajektoriju uzraudzības programmas bloki.
5. Digitālā servo vadība
Digitālo servo sistēmu attīstība ir tik strauja, ka lielākā daļa darbgaldu ražotāju izvēlas šo sistēmu kā darbgaldu servo vadības sistēmu. Pēc šīs sistēmas izmantošanas CNC var daudz savlaicīgāk vadīt servo sistēmu, un arī CNC darbgalda vadība kļūst precīzāka.
Digitālās servo sistēmas funkcijas ir šādas:
1) Strāvas cilpas paraugu ņemšanas ātrums tiks palielināts kopā ar strāvas cilpas vadības uzlabošanu, tādējādi samazinot motora temperatūras paaugstināšanos. Tādā veidā var ne tikai pagarināt motora kalpošanas laiku, bet arī samazināt uz lodveida skrūvi nodoto siltumu, tādējādi uzlabojot skrūves precizitāti. Turklāt, palielinot paraugu ņemšanas ātrumu, var palielināties arī ātruma cilpas pastiprinājums, kas palīdz uzlabot darbgalda kopējo veiktspēju.
2) Tā kā daudzi jauni CNC izmanto ātrgaitas secības, lai izveidotu savienojumu ar servo cilpām, CNC var iegūt vairāk darba informācijas par motoru un piedziņas ierīci, izmantojot sakaru saiti. Tas uzlabo darbgalda apkopes veiktspēju.
3) Nepārtraukta pozīcijas atgriezeniskā saite ļauj veikt augstas precizitātes apstrādi lielā ātrumā. CNC darbības ātruma paātrinājums padara pozīcijas atgriezeniskās saites ātrumu par vājo vietu, kas ierobežo darbgaldu darbības ātrumu. Tradicionālajā atgriezeniskās saites metodē, mainoties CNC un elektronisko iekārtu ārējā kodētāja paraugu ņemšanas ātrumam, atgriezeniskās saites ātrumu ierobežo signāla veids. Izmantojot sērijas atgriezenisko saiti, šī problēma tiks labi atrisināta. Precīza atgriezeniskās saites precizitāte tiek sasniegta pat tad, ja darbgalds darbojas ar ļoti lielu ātrumu.
6. Lineārais motors
Pēdējos gados lineāro motoru veiktspēja un popularitāte ir ievērojami uzlabojusies, tāpēc daudzi apstrādes centri ir pieņēmuši šo ierīci. Līdz šim Fanuc ir uzstādījis vismaz 1,000 lineāros motorus. Dažas no GE Fanuc uzlabotajām tehnoloģijām ļauj darbgalda lineārajam motoram sasniegt maksimālo izejas spēku 15 500 N un maksimālo paātrinājumu 30 g. Citu progresīvu tehnoloģiju izmantošana ir samazinājusi darbgaldu izmērus un svaru, kā arī ievērojami uzlabojusi dzesēšanas efektivitāti. Visi šie tehnoloģiskie sasniegumi sniedz lineārajiem motoriem lielākas priekšrocības nekā rotējošiem motoriem: lielāku paātrinājuma/palēninājuma līmeni; precīzāka pozicionēšanas kontrole, lielāka stingrība; augstāka uzticamība; iekšējā dinamiskā bremzēšana.
Ārējās papildu iespējas: Open CNC sistēma
Darbgaldi, kuros izmanto atvērtas CNC sistēmas, strauji attīstās. Šobrīd pieejamo sakaru sistēmu komunikācijas ātrumi ir salīdzinoši lieli, kā rezultātā rodas dažāda veida atvērtās CNC struktūras. Lielākā daļa atvērto sistēmu apvieno standarta datora atvērtību ar tradicionālā CNC funkcionalitāti. Lielākais ieguvums no tā ir tas, ka pat tad, ja darbgaldu aparatūra kļūst novecojusi, atvērtā CNC joprojām ļauj mainīt tās veiktspēju atbilstoši esošajām tehnoloģijām un apstrādes prasībām. Ar citas programmatūras palīdzību Open CNC var pievienot citas funkcijas. Šīs īpašības var būt cieši saistītas ar veidņu apstrādi, vai arī tām var būt maz sakara ar veidņu apstrādi. Parasti atvērtajai CNC sistēmai, ko izmanto veidņu veikalā, ir šādas kopīgas funkciju iespējas:
Lēti tiešsaistes sakari;
Ethernet;
Adaptīvā vadības funkcija;
Saskarnes svītrkodu lasītājiem, instrumentu sērijas numuru lasītājiem un/vai palešu sērijas numuru sistēmām;
Spēja saglabāt un rediģēt lielu skaitu detaļu programmu;
Saglabātās programmu vadības informācijas vākšana;
Failu apstrādes funkcija;
CAD/CAM tehnoloģiju integrācija un darbnīcu plānošana;
Universāls darbības interfeiss.
Šis pēdējais punkts ir ārkārtīgi svarīgs. Tā kā veidņu apstrādē pieaug pieprasījums pēc vienkārši lietojamas CNC. Šajā koncepcijā vissvarīgākais ir tas, ka dažādiem CNC ir viens un tas pats darbības interfeiss. Kopumā dažādu darbgaldu operatori ir jāapmāca atsevišķi, jo dažāda veida darbgaldos, kā arī dažādu ražotāju ražotajos darbgaldos tiek izmantotas dažādas CNC saskarnes. Atvērtās CNC sistēmas rada iespēju visam veikalam izmantot vienu un to pašu CNC vadības interfeisu.
Tagad darbgaldu īpašnieki var izveidot savu saskarni CNC darbībām, pat ja viņi nezina C valodu. Turklāt atvērtās sistēmas kontrolleris ļauj iestatīt dažādus mašīnas darbības režīmus atbilstoši individuālajām vajadzībām. Tas ļauj operatoriem, programmētājiem un apkopes personālam konfigurēt iestatījumus atbilstoši savām prasībām. Lietojot, ekrānā tiek parādīta tikai tiem nepieciešamā informācija. Šīs metodes izmantošana var samazināt nevajadzīgu lapu rādīšanu un palīdzēt vienkāršot CNC darbības.
Piecu asu apstrāde
Sarežģītu veidņu ražošanas procesā arvien plašāk izplatās piecu asu apstrādes pielietojums. Izmantojot piecu asu apstrādi, var samazināt detaļu apstrādei nepieciešamo instrumentu un/vai darbgaldu skaitu. Apstrādes procesam nepieciešamo iekārtu skaits tiks samazināts līdz minimumam, vienlaikus samazinot arī kopējo apstrādes laiku. CNC kļūst arvien spējīgākas, ļaujot CNC ražotājiem piedāvāt vairāk piecu asu funkciju.
Funkcijas, kas iepriekš bija pieejamas tikai augstākās klases CNC, tagad tiek izmantotas arī vidējas klases izstrādājumos. Tiem ražotājiem, kuri nekad nav izmantojuši piecu asu apstrādes tehnoloģiju, šo funkciju izmantošana atvieglo piecu asu apstrādi. Pielietojot pašreizējo CNC tehnoloģiju piecu asu apstrādei, piecu asu apstrādei ir šādas priekšrocības:
Samazināt vajadzību pēc īpašiem instrumentiem;
Ļauj iestatīt instrumentu nobīdes pēc apstrādes programmas pabeigšanas;
Atbalstīt universālu programmu izstrādi, lai pēcapstrādes programmas varētu savstarpēji aizstāt dažādus darbgaldus;
Uzlabot apdares kvalitāti;
To var izmantot dažādu konstrukciju darbgaldiem, lai programmā nebūtu jānorāda, vai vārpsta vai sagatave griežas ap centra punktu. Jo to atrisinās CNC parametri.
Mēs varam izmantot lodīšu frēzes kompensācijas piemēru, lai ilustrētu, kāpēc piecu ass ir īpaši piemērotas veidņu apstrādei. Lai precīzi kompensētu sfēriskās frēzes nobīdi, kad daļa un instruments griežas ap centrālo šarnīra asi, CNC jāspēj dinamiski pielāgot instrumenta kompensācijas apjomu X, Y un Z virzienā. Instrumenta griešanas kontaktpunktu nepārtrauktības nodrošināšana ir izdevīga apdares kvalitātes uzlabošanai.
Turklāt piecu asu CNC lietojumi ietver funkcijas, kas saistītas ar instrumenta pagriešanu ap vārpstu, funkcijas, kas saistītas ar daļas pagriešanu ap vārpstu, un funkcijas, kas ļauj operatoram manuāli mainīt instrumenta vektoru.
Ja instrumenta centrālā ass tiek izmantota kā rotācijas asi, sākotnējā instrumenta garuma nobīde Z ass virzienā tiks sadalīta komponentos X, Y un Z virzienā. Turklāt sākotnējā instrumenta diametra nobīde X un Y asu virzienos ir sadalīta trīs komponentos X, Y un Z asu virzienos. Tā kā griešanas inženierijā instruments var veikt padeves kustības pa rotācijas ass virzienu, visas šīs nobīdes ir dinamiski jāatjaunina, lai ņemtu vērā nepārtraukti mainīgo instrumenta orientāciju.
Vēl viena CNC funkcija, ko sauc par "rīka centra punkta programmēšanu", ļauj programmētājiem noteikt instrumenta ceļu un centra punkta ātrumu. CNC nodrošina instrumenta kustību saskaņā ar programmu, izmantojot komandas rotācijas ass un lineārās ass virzienā. Šī funkcija neļauj instrumenta centram mainīties, mainot instrumentu. Tas arī nozīmē, ka piecu asu apstrādē instrumenta nobīdi var tieši ievadīt, piemēram, trīs asu apstrādi, un to var arī izskaidrot, izmantojot citu pēcprogrammu. Instrumenta garuma maiņa. Šī vārpstas pagriešanas funkcija, lai realizētu kustības asi, vienkāršo instrumenta programmēšanas pēcapstrādi.
Izmantojot to pašu funkciju, darbgalds var iegūt arī rotācijas kustību, pagriežot apstrādājamo priekšmetu ap centrālo pagrieziena asi. Jaunizstrādātais CNC var dinamiski pielāgot fiksētās nobīdes un rotējošās koordinātu asis, lai tās atbilstu detaļas kustībai. Kad operatori izmanto manuālas metodes, lai panāktu lēnu darbgaldu padevi, svarīga loma ir arī CNC sistēmai. Jaunizstrādātā CNC sistēma arī ļauj asi lēnām padot instrumenta vektora virzienā, kā arī ļauj mainīt instrumenta gala vektora virzienu, nemainot instrumenta gala pozīciju (skatiet attēlu augstāk).
Šīs funkcijas ļauj operatoriem viegli izmantot 3+2 programmēšanas metodi, ko pašlaik plaši izmanto veidņu rūpniecībā, izmantojot piecu asu darbgaldus. Tomēr, tā kā pakāpeniski tiek izstrādātas un pieņemtas jaunas piecu asu apstrādes iespējas, īstās piecu asu veidņu apstrādes iekārtas var kļūt izplatītākas.
