Datastyrt numerisk kontroll
Computerized Numerical Control ( Engl. "Computerized numerical control"), kort- CNC refererer til en elektronisk prosess for styring av maskinverktøy ( CNC-maskiner ).
Fremvekst
CNC kom fra den numeriske kontrollen (English Numerical Control , NC), der informasjonen ikke ble oppbevart som et komplett program for styring av en maskin, men lest i blokker fra et stanset bånd. De første CNC-kontrollene ble brakt ut på markedet på midten av 1960-tallet.
Tiden til CNC-teknologi begynte rundt midten av 1970-tallet. Det tillot en rasjonalisering i serien og individuell produksjon ved mye raskere, men fortsatt veldig presis bevegelse av akser og verktøy. I dag er nesten alle nyutviklede maskinverktøy utstyrt med en CNC-kontroll. Imidlertid er det fortsatt en betydelig mengde gamle konvensjonelle maskinverktøy over hele verden.
Markedsutvikling
Allerede på begynnelsen av 1980-tallet var det tilnærminger for å forenkle programmeringen av CNC og å forlate DIN / ISO-programmeringen. Dette førte til utvikling av såkalt workshop - orientert programmering (WOP), som har et brukerstyrt, forenklet CAD- lignende programmeringsgrensesnitt. Den har etablert seg særlig innen tre- og plastbearbeiding på CNC-maskineringssentre og i produksjonen av enkeltdeler.
I tillegg, med DNC ( Distribuert Numerisk kontroll ), er den nettverksdelte arbeidsdelingen, programopprettelse på kontoret / simuleringsprogrammet på arbeidsplassen for kollisjonskontroll og optimalisering / overføring av programmet til CNC, i bruk. Denne formen for programmering blir mer og mer viktig, spesielt i produksjon av enkeltdeler og små serier, fordi spesielt her kan nedetid for programmering på selve maskinen reduseres sterkt, slik at maskinene kan brukes mer produktivt generelt.
I noen tid har den såkalte soft CNC erobret CNC-kontrollmarkedet. I Soft-CNC kjører ikke alle kontrollfunksjoner, inkludert posisjonsregulering, som elektronisk implementerte kontrollløkker (maskinvare), men som programmer (programvare) i en standard industriell datamaskin. Slike systemer er generelt sett betydelig billigere. De er også lettere å vedlikeholde, utvide eller tilpasse. Stasjonen er koblet via et PC-kort ved hjelp av et digitalt bussystem .
maskinvare
CNC kjører på en produsentspesifikk industriell PC som er installert i kontrollskapet eller rett bak skjermen. 32-biters prosessorer med klokkefrekvenser i GHz-området muliggjør blokksyklustider på mindre enn 1 ms (forberedelsestid for en ukorrigert 3D lineær blokk). Dette betyr at når du utfører et program der posisjonene følger hverandre med 0,1 mm intervaller, kan en fresetilførselshastighet på 6 m / min opprettholdes uten stopp.
Ikke-flyktig datalagring for maskindata og programmer som tidligere ble lagret i SDRAM med et batteri eller akkumulator når maskinen ble slått av. Senere ble det installert harddisker som ble hengt opp på en spesiell vibrasjonsabsorberende måte. Flash-minner blir i økende grad brukt.
Følgende grensesnitt er tilgjengelige for overføring av programmer fra programmeringsstasjonen til CNC og tilbake:
- serielt grensesnitt RS-232 opptil 20 m, eller RS-422 opptil 1200 m
- Ethernet- grensesnitt (LAN, nettverk) opptil 100 m, raskeste tilkobling
eller kontakt for transportable lagringsmedier: PCMCIA- kort, CompactFlash , USB-pinne
Skatter og forskrifter
Metoder med varierende presisjon brukes i datamaskinkontroller for automatisk posisjonering av enheter, arbeidsstykker eller verktøy :
- En byttet maskinakse beveger seg automatisk etter at den er slått på til en målposisjon uten posisjonsregistrering, som bærer en endebryter for bevegelsen som slår av aksen når den kommer dit.
- En maskinakse kalles kontrollert hvis dens bevegelse fra den faktiske til målposisjonen er spesifisert, men ikke permanent kontrollert og korrigert.
- En regulert maskinakse styres fullstendig av en datamaskin som bruker et antall nestede og lukkede kontrollløkker i alle tidsrelaterte derivater av lokasjonen som er relevante for bevegelsen.
- Maskinakser som er interpolert med hverandre reguleres, med deres målposisjoner forskjøvet mot hverandre, slik at deres manipulerte variabler påvirker hverandre.
Den ønskede formen på arbeidsstykket som skal produseres og teknologien som skal brukes, er beskrevet i NC-programmet. På bakgrunn av kontrollen og i utgangspunktet usynlig for maskinoperatøren, beregner et geometriprogram og et interpolasjonsprogram interpolasjonspunkter i rutenettet for posisjonskontrollens syklustid. De koordinater for de interpolasjonspunkter representerer målet posisjonene som er involvert i den interpolerte bevegelsesaksene. De innføringshastighet Resultatene fra interpoleringspunkt I tillegg til spesifikasjonene fra NC-programmet, bruker interpolatoren og de stort sett tre-trinns kontrollkaskadene et maskinbilde som beskriver de dynamiske og kinematiske egenskapene til alle kontrollerte akser. Mating, akselerasjon og rykk (første, andre og tredje avledede av posisjonen i henhold til tid) er begrenset i henhold til aksenes evner og koordineres med hverandre. Kodere for posisjonsdeteksjon gir de faktiske verdiene til posisjonskoordinatene for beregning av de manipulerte variablene til posisjonen. Disse målhastighetene resulterer i den respektive differansen til aksekomponentene i matingen målt av de roterende koderne, de manipulerte variablene til hastighetsregulatoren. Disse aksepsjonsakselerasjonene danner manipulerte variabler for akseakselerasjonene i de nåværende regulatorene i den respektive differansen til måleresultatene til motorstrømmene. Regulerte motorstrømmer betyr at bearbeidingsnøyaktigheten i stor grad er uavhengig av lastendringer, slik som de som vanligvis oppstår når materialet plutselig griper inn. Den kan også brukes til å kompensere for rykket som oppstår, for eksempel ved tangensielle planoverganger med diskontinuerlige hastighetsendringer (for eksempel ved den tangentielle overgangen fra en rett linje til en sirkulær bane) og som bryter konturen hvis det ikke er noen kompensasjon. Den slepte operasjonen er i mellomtiden i stor grad blitt erstattet av hastighetskontrollen, som de spesifiserte konturene kan reproduseres mye mer presist med.
Kontrolltyper
Den kontroll av en CNC-maskin via en integrert direkte i styre datamaskin , som sammen med posisjon, rotasjons (vinkel) - detekterer og tilstandssensorer den faktiske tilstand og etter beregning av interpolering til målet tilstand fra CNC-programmet, kontrollene De motorer og andre kontrollerte maskinelementer tilsvarende. Interpolasjonen foregår i intervallet millisekunder , slik at en høy presisjon garanteres selv i høy hastighet selv med kompliserte former.
CNC-teknologi tillater automatisk behandling med flere samtidig styrte akser. CNC-kontroller er klassifisert etter antall akser som kan interpoleres samtidig.
Punktkontroll
Med punkt-til-punkt eller punktkontroll kan bare endepunktet til en bevegelse spesifiseres, som maskinen deretter nærmer seg på sin raskeste rute. Spesielt er det ingen gradert regulering av kjørehastigheten under bevegelsen, men stasjonene går vanligvis så fort som mulig. Derfor kan verktøyet bare gripe inn ved endepunktene av bevegelsen og bore eller slå hull. Punktstyring brukes knapt i maskinverktøy i dag, men det er likevel tilstrekkelig for enkle stansemaskiner, punktsveisemaskiner, boremaskiner eller gripende roboter hvis de ikke trenger å reise en definert rute. Imidlertid skaper den ubestemte bevegelsessekvensen også økt risiko for kollisjon, spesielt for mennesker.
Rutekontroll
Rutekontrollen er egentlig en punktkontroll der bevegelseshastigheten også kan kontrolleres nøyaktig. Banekontrollen brukes til å kontrollere hastigheten og posisjonen til en akse om gangen. Det er således mulig å krysse en aksialt parallell bevegelse med en arbeidshastighet og således for eksempel å frese et rett spor. En banestyring brukes også til å la prosesseringsenhetene til en maskin med gjennomføring bruke øyeblikket arbeidsstykket passerer enheten. Dette er en kombinasjon av bane og PTP-kontroll , siden matebevegelsen til selve aksen ikke er kontrollert, men brukspunktene for punkt-til-punkt-styrte verktøy på den banestyrte aksen bestemmes på grunnlag av det forhåndsberegnede sti.
Denne typen kontroll finnes bare i små og spesialiserte maskiner, dvs. maskiner for opplæringsfirmaer, armaturkonstruksjon og fresemaskiner, fordi det er lite fleksibelt og det er bare en liten prisforskjell for en banekontroll. Når det gjelder gamle versjoner med roterende kodere, kan tonefeil i gjengespindelen eller geometorfeil i guiden ikke korrigeres under bevegelsessekvensen.
Banekontroll
Med banekontrollen kan eventuelle kryssbevegelser implementeres med minst to samtidig styrte akser. Banekontrollen er delt inn i de interpolerte og "samtidig" kontrollerte aksene. Interpolerende akser betyr at de opprinnelig uavhengige bevegelsessekvensene til de enkelte aksene synkroniseres med hverandre på en slik måte at verktøyspissen følger den programmerte og korrigerte banen så presist som mulig . 2D-banestyringen kan følge alle konturer med to definerte akser. Dette er ofte tilstrekkelig for dreiebenker, siden arbeidsemnet skaper den tredje dimensjonen gjennom sin rotasjonsbevegelse. Hvis operatøren kan velge mellom de interpolerte, kontrollerte aksene, snakker man om en 2½ D banestyring, som er standard i dag på dreiebenker med drevne verktøy. Hvis tre kontrollerte akser kan interpoleres med hverandre, kalles de 3D-banestyring. Det er standard på fresemaskiner. Mange maskiner tilbyr nå ekstra akser for svingbare og roterende arbeidsstykker eller verktøyholdere. Konturkontroller må være utstyrt med et tilsvarende stort antall sensorinnganger og manipulerte variable utganger, samt ha tilstrekkelig kraftig programvare til å utnytte potensialet til maskinen spesifisert av maskindesigneren.
Maskinakser
Moderne kontroller styrer og regulerer over 30 akser om nødvendig. Disse kan deles inn i flere virtuelle og uavhengige maskindeler. Ved å bruke tre vinkelrette akser X, Y og Z, nås hvert punkt i bearbeidingsområdet til et maskinverktøy. Med denne metoden kan alle tenkelige baner interpoleres, men med en viktig begrensning som er spesielt tydelig i eksemplet på en fresemaskin: det roterende verktøyet er alltid vinkelrett på tverrbordet . Teknologisk bearbeiding av høyere kvalitet kan for eksempel kreve at freseren må være vinkelrett på konturen som skal freses. For eksempel, for å lage et hull i en vinkel på 45 °, er det nødvendig å rotere arbeidsstykket eller verktøyet (eller begge deler). Mange moderne maskiner gir muligheten til å snu eller svinge maskinbordet for å muliggjøre videre konturbearbeiding. Disse rotasjonsaksene er betegnet med bokstavene A, B og C, avhengig av arrangementet på maskinen (i henhold til DIN 66217): A som roterer rundt X-aksen, B rundt Y-aksen og C rundt Z-aksen. Mens disse aksene bare er kontrollert eller til og med bare slått på eldre eller enkle maskiner, regulerer og interpolerer kontrollene til maskineringssentrene dem i dag. For eksempel med 5-akset bearbeiding av fresemaskiner oppnås utmerket overflatekvalitet. Videre kan lineære parallelle akser til X, Y og Z konfigureres eller praktisk talt genereres, som deretter betegnes med U, V, W. En applikasjon for det virtuelle UVW-stativet er den virtuelle svingingen av prosesseringsplanet for å forenkle behandlingen på en overflate som er tilbøyelig til kryssbordet. Alle akseretninger kan forekomme flere ganger på et maskinverktøy og får deretter indekser eller andre identifikatorer som er tillatt av den respektive syntaksen til NC-språket for å skille dem. For eksempel, i tilfelle av en portalfresemaskin med portaldrift , er det en X-akse og en X 1 -aks i X. CNC-dreiebenker har bare X- og Z-aksene som hovedakser. Hvis drivspindelen også kan programmeres som en rotasjonsakse, blir den en C-akse. Selvdrevne verktøy kan også tenkes, som da har sine egne aksebetegnelser, for eksempel W-aksen.
Maskinakser kan grupperes i flere bearbeidingskanaler. Hver CNC-kanal behandler sitt program som sin egen CNC. En flerkanals CNC kan behandle flere programmer samtidig. B. behandle fronten i en kanal, og overfør deretter arbeidsstykket til 2. kanal, behandle baksiden der, mens den første kanalen behandler fronten av neste arbeidsstykke.
Referansepunkter
- Maskinens nullpunkt M
- Det er opprinnelsen til maskinkoordinatsystemet og er definert av maskinprodusenten.
- Referansepunkt R
- Er opprinnelsen til det trinnvise målesystemet med en avstand til maskinens nullpunkt spesifisert av produsenten. For å kalibrere posisjonsmålesystemet, må dette punktet nærme seg i alle maskinakser med verktøybærerens referansepunkt T.
- Verktøybærerens referansepunkt T
- Den er sentrert på stoppflaten til verktøyholderen. På fresemaskiner er dette spindelnesen, på dreiebenker er det stoppflaten til verktøyholderen på tårnet .
- Arbeidsstykke nullpunkt W
- Det er opprinnelsen til arbeidsstykkoordinatsystemet og bestemmes av programmereren i henhold til produksjonsaspekter.
Dimensjonstyper
- Absolutte mål (G90)
- Koordinatene til målpunktene til en kryssende bevegelse legges inn som absolutte verdier, dvs. som den faktiske avstanden fra arbeidsstykket null. Ved å spesifisere NC-ordet G90, er kontrollen programmert til denne absolutte dimensjonsprogrammeringen. Etter innkobling settes kontrollen automatisk til G90.
- Kjededimensjonering (G91)
- I kjededimensjonsprogrammering (også kalt inkrementell dimensjonsprogrammering) informeres kontrollen om koordinatene til målpunktet for den kryssende bevegelsen fra det punktet sist nærmet seg. Det siste punktet som er nådd er derfor opphavet til neste punkt. Man kan forestille seg at koordinatsystemet skifter fra punkt til punkt. Ved å spesifisere NC-ordet G91, er kontrollen programmert til denne trinnvise programmeringen. G91-kommandoen har en modal effekt, dvs. den forblir gyldig i programmet til den avbrytes igjen av G90-kommandoen.
programmering
Det er forskjellige typer og metoder for programmering. Overgangene mellom programmeringsprosessene er flytende og kan ikke skilles direkte. Flere programmeringsmetoder er mulige på den nye CNC. Den følgende listen er ment å gi en oversikt, delvis med eksempler.
Programmeringstyper
- fjernkontrollen fra maskinen på en programmeringsstasjon
- z. B. i arbeidsforberedelse. Fordel: ingen maskinstøy, maskinen fortsetter å jobbe.
- nær maskinen, direkte på maskinen
- Fordel: Fagarbeidere bruker sin spesialkunnskap og det faktum at de kontinuerlig overvåker fremdriften i produksjonen.
Programmeringsmetode
- manuell programmering: skriv inn / endre hvert tegn i programmet manuelt
- maskinprogrammering: CAD → CAM f.eks. B.: Konvertering av en 2D-geometri eller en 3D-modell ved hjelp av forprosessorer og etterprosessorer til et maskinforståelig program
- G-kode (DIN / ISO): se følgende eksempel ( DIN / ISO-programmering eller G-kode )
- Dialog- eller workshop-orientert programmering (WOP): grafisk støtte, spørring av parametere → integrering i programmet, f.eks. For eksempel: DIN-PLUS, Turn Plus, lokkdialog (begrensning: komponentens kompleksitet, maksimalt 45 minutter for programmering på maskinen er legitime, programmereren blir distrahert av bakgrunnsstøy på maskinen)
- Parameterprogrammering: Det faktiske programmet kan ikke redigeres av maskinoperatøren.
- Teach-in: kan sammenlignes med "kopiering" → nærmer seg punkter på den virkelige delen → programrammeverk → programforlengelse
- Avspilling: Ta opp → Gjenta f.eks. Eksempel: malingssprøyterobot
DIN / ISO-programmering eller G-kode
Registrerings- og adressestrukturen til den numeriske kontrollinformasjonen som skal overføres, er beskrevet i DIN 66025 / ISO 6983-standarden, vanligvis referert til som DIN / ISO-programmering. Et DIN-program kan kjøres på alle CNC-maskiner. Imidlertid er det spesielle kommandoer for nesten alle maskiner, f.eks. B. Sykler som bare kan tolkes av disse maskinene. Sykluser er ferdige underrutiner som kan tilpasses med parametere / variabler. De kan brukes til å beskrive "lommer" (rektangulære konturer eller lignende lommer) eller hull osv. Disse syklusene gjør programmeringen enklere og gir klarhet.
eksempel 1
Her er et enkelt eksempel på G-kode for CNC-fresing etterfulgt av en forklaring. Til høyre det samme eksemplet som dialogprogrammering i "ren tekst" på en Heidenhain- kontroll:
| 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 delen av programmet beskriver at et freseverktøy i blokk N090 nærmer seg en posisjon i et arbeidsrom i hurtiggang ( G00), beskrevet med koordinatene X100 og Y100. I neste blokk N100 beveger verktøyet seg (fremdeles i rask kryss) til dybdeposisjonen Z0, deretter med en matningshastighet på G0110 mm per minutt til dybdeposisjonen Z-2 (dette kan være den nye overflaten som skal produseres). I neste blokk N120 beveger verktøyet seg i matingen med en hastighet på 20 mm per minutt inn i arbeidsstykket til posisjon X110. I blokk N130 beveger verktøyet seg med en noe redusert mating i rett vinkel mot den siste bevegelsen til Y-koordinaten 200 (tidligere 100, dvs. med 100 mm). I den siste blokken trekker verktøyet seg fra −2 til 10 mm i høyden ved hurtigkjøring ( G00).
Eksempel 2 (med verktøybanekompensasjon)
Her er et eksempel på CNC-dreining med kompensering av verktøybanen ( G41/ G42) i den endelige bearbeidingen ( etterbehandling ) av 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 kutterens midtpunktbane (uten verktøybanekorreksjon), RL for korrigering av verktøybanen til venstre for konturen (i DIN G41) og RR for korrigering av verktøybanen til høyre for konturen.
Krav: Konturen har tidligere blitt grovbearbeidet , d. H. ferdigbehandlet. I blokk 90 beveger verktøyet seg over midten (X-1,6 mm) og stopper 2 mm foran konturen. Deretter slås G42verktøybanekompensasjonen på med og i blokk 110 nærmer man seg nullpunktet i Z-retning. I blokk 120 krysses verktøysenteret (i forbindelse med blokk N090 forhindrer dette at for mye materialrester ("slug") blir igjen på fremre emneoverflaten) og til slutt i blokk 130 krysses en halvcirkel med en radius på 10 mm. Til slutt, i sett 140 og 150, krysses lengden og bredden på 50 mm og lengden på 50 mm i lengderetningen og tverrretningen. G40Verktøybanekorreksjonen blir endelig kansellert igjen med i blokk 160.
Verktøysti kompensasjon
Verktøybanekorrigering er viktig for å unngå konturfeil som ville oppstå med sirkulære baner eller koniske former, siden selve verktøyet har en radius i forkant.
Programmeringsprogramvare
Programmeringsprogramvaren og CNC har en grafisk simulering som gjør det mulig å teste et program før bearbeiding begynner. Det er også geometriske kalkulatorer som automatisk beregner manglende dimensjoner, skjæringspunkter, avfasninger og fileter i hjørner. Dette betyr at selv tegninger som ikke er dimensjonert i samsvar med NC, enkelt kan programmeres.
G og M kommandoer
G- og M-kommandoene er delt inn i grupper. Bare den sist programmerte funksjonen fra gruppen er effektiv. M-kommandoene (fra engelsk Diverse ) brukes til forskjellige maskinfunksjoner og er definert av produsenten av CNC-maskinen. Følgende kommandoer kan brukes uavhengig av kontroll og maskinprodusent:
| G-kommandoer | M-kommandoer |
|---|---|
Annet , effektivt i blokker (bare i den programmerte linjen)
|
|
fordeler
Fordelene med en CNC-kontroll ligger på den ene siden i muligheten for økonomisk bearbeiding av komplekse geometrier todimensjonalt (2D) og spesielt tredimensjonalt ( 3D ), på den andre siden i bearbeiding / repeterbarhet og høy hastighet på bearbeiding trinn. Evnen til å lagre programmer betyr at mange identiske deler kan masseproduseres uten menneskelig inngripen. I tillegg muliggjør CNC-teknologien nye maskinkonsepter, siden ingen mekanisk forbindelse mellom hoveddrevet og matestasjonene er nødvendig.
Se også
- Manuell inngangskontroll
- CNC dreiebenk , CNC fresemaskin , CNC maskineringssenter , CNC graveringsmaskin
- Jobbbeskrivelse: CNC-spesialist
- Programmeringsspråk 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, blant annet: Metal table book . 43. utgave. Verlag Europa-Lehrmittel, 2005, ISBN 3-8085-1723-9 .
weblenker
Individuelle bevis
- ↑ Rutekontroll. I: WOOD TEC PEDIA. Hentet 28. februar 2018 .