Numerisk kontroll

"CNC" omdirigerar hit. För annan användning, se CNC (disambiguation) .
"Numerics" omdirigerar hit. För området datavetenskap, se Numerisk analys .
En CNC-maskin som arbetar på trä

Numerisk styrning (även datornumerisk styrning , och vanligen kallad CNC ) är den automatiserade styrningen av bearbetningsverktyg (såsom borrar , svarvar , kvarnar , slipmaskiner , routrar och 3D-skrivare ) med hjälp av en dator . En CNC-maskin bearbetar ett stycke material ( metall , plast , trä, keramik eller komposit) för att uppfylla specifikationerna genom att följa kodade programmerade instruktioner och utan att en manuell operatör direkt styr bearbetningsoperationen.

En CNC-maskin är ett motoriserat manövrerbart verktyg och ofta en motoriserad manövrerbar plattform, som båda styrs av en dator, enligt specifika inmatningsinstruktioner. Instruktioner levereras till en CNC-maskin i form av ett sekventiellt program med maskinstyrningsinstruktioner som G-kod och M-kod och exekveras sedan. Programmet kan skrivas av en person eller, mycket oftare, genereras av grafisk datorstödd design (CAD) eller datorstödd tillverkning (CAM) programvara. När det gäller 3D-skrivare "skivas" delen som ska skrivas ut innan instruktionerna (eller programmet) genereras. 3D-skrivare använder också G-Code.

CNC erbjuder avsevärt ökad produktivitet jämfört med icke-datoriserad bearbetning för repetitiv produktion, där maskinen måste styras manuellt (t.ex. med hjälp av anordningar som handhjul eller spakar) eller mekaniskt styrd av prefabricerade mönsterstyrningar (se strömavtagarens kvarn ) . Dessa fördelar kommer dock till en betydande kostnad i termer av både kapitalutgifter och arbetsinställningstid. För vissa prototyper och små batch-jobb kan en bra maskinoperatör få delar färdiga till en hög standard medan ett CNC-arbetsflöde fortfarande är under inställning.

I moderna CNC-system är designen av en mekanisk del och dess tillverkningsprogram mycket automatiserade. Komponentens mekaniska dimensioner definieras med hjälp av CAD-mjukvara och översätts sedan till tillverkningsdirektiv med datorstödd tillverkning ( CAM). De resulterande direktiven omvandlas (med " postprocessor "-mjukvara) till de specifika kommandon som är nödvändiga för en viss maskin för att producera komponenten och laddas sedan in i CNC-maskinen.

Eftersom en viss komponent kan kräva användning av flera olika verktyg – borrar , sågar , etc. – kombinerar moderna maskiner ofta flera verktyg till en enda "cell". I andra installationer används flera olika maskiner med en extern styrenhet och mänskliga eller robotiserade operatörer som flyttar komponenten från maskin till maskin. I båda fallen är serien av steg som behövs för att producera en del mycket automatiserad och producerar en del som nära matchar den ursprungliga CAD-ritningen.

Beskrivning

Rörelse styr flera axlar, normalt minst två (X och Y), och en verktygsspindel som rör sig i Z (djup). Verktygets position drivs av direktdrivna stegmotorer eller servomotorer för att ge mycket exakta rörelser, eller i äldre konstruktioner, motorer genom en serie nedstegsväxlar. Öppen slinga-kontroll fungerar så länge krafterna hålls tillräckligt små och hastigheterna inte är för stora. På kommersiella metallbearbetningsmaskiner är kontroller med sluten slinga standard och krävs för att ge den noggrannhet, hastighet och repeterbarhet som krävs.

Beskrivning av delar

Allteftersom styrenhetens hårdvara utvecklades, utvecklades också bruken själva. En förändring har varit att stänga in hela mekanismen i en stor låda som en säkerhetsåtgärd (med säkerhetsglas i dörrarna så att operatören kan övervaka maskinens funktion), ofta med ytterligare säkerhetsspärrar för att säkerställa att operatören är tillräckligt långt från arbetsplatsen stycke för säker drift. De flesta nya CNC-system som byggs idag är 100 % elektroniskt styrda.

CNC-liknande system används för alla processer som kan beskrivas som rörelser och operationer. Dessa inkluderar laserskärning , svetsning , friktionssvetsning , ultraljudssvetsning , flam- och plasmaskärning , bockning , spinning, håltagning, nålning, limning, tygskärning, sömnad, tejp- och fiberplacering, fräsning, plockning och placering och sågning.

Historia

Huvudartikel: History of numerical control

De första NC-maskinerna byggdes på 1940- och 1950-talen, baserade på befintliga verktyg som modifierades med motorer som flyttade verktyget eller delen för att följa punkter som matades in i systemet på stansad tejp . Dessa tidiga servomekanismer utökades snabbt med analoga och digitala datorer, vilket skapade de moderna CNC-maskiner som har revolutionerat bearbetningsprocesser.

Exempel på CNC-maskiner

CNC maskin Beskrivning Bild
Kvarn Översätter program som består av specifika siffror och bokstäver för att flytta spindeln (eller arbetsstycket) till olika platser och djup. Kan antingen vara ett vertikalt fräscentrum (VMC) eller ett horisontellt fräscentrum, beroende på spindelns orientering. Många använder G-kod . Funktionerna inkluderar: planfräsning, axelfräsning, gängning, borrning och vissa erbjuder till och med svarvning. Idag kan CNC-fräsar ha 3 till 6 axlar. De flesta CNC-fräsar kräver att arbetsstycket placeras på eller i dem och måste vara minst lika stort som arbetsstycket, men nya 3-axliga maskiner tillverkas som är mycket mindre.
Svarv Kapar arbetsstycken medan de roteras. Gör snabba precisionssnitt, vanligtvis med hjälp av indexerbara verktyg och borrar. Effektivt för komplicerade program utformade för att tillverka delar som skulle vara omöjliga att göra på manuella svarvar. Liknande styrspecifikationer som CNC-fräsar och kan ofta läsa G-kod . Har i allmänhet två axlar (X och Z), men nyare modeller har fler axlar, vilket gör att mer avancerade jobb kan bearbetas.
Plasmaskärare Innebär att skära ett material med en plasmabrännare . Används vanligtvis för att skära stål och andra metaller, men kan användas på en mängd olika material. blåses gas (såsom komprimerad luft ) med hög hastighet ut ur ett munstycke; samtidigt bildas en elektrisk ljusbåge genom den gasen från munstycket till ytan som skärs, vilket omvandlar en del av den gasen till plasma . Plasman är tillräckligt varm för att smälta materialet som skärs och rör sig tillräckligt snabbt för att blåsa bort smält metall från snittet.
CNC plasmaskärning
Elektrisk urladdningsbearbetning (EDM), även känd som gnistbearbetning, gnistornering, förbränning, formsänkning eller tråderosion, är en tillverkningsprocess där den önskade formen erhålls med hjälp av elektriska urladdningar (gnistor). Material avlägsnas från arbetsstycket genom en serie av snabbt återkommande strömurladdningar mellan två elektroder, separerade av en dielektrisk vätska och utsatta för en elektrisk spänning . En av elektroderna kallas verktygselektroden, eller helt enkelt "verktyget" eller "elektroden", medan den andra kallas arbetsstyckeselektroden eller "arbetsstycket".
Master högst upp, arbetsstycke med märkesmatris nedtill, oljestrålar till vänster (oljan har tappats ut). Initial platt stämpling kommer att "doppas" för att ge en krökt yta.
Flerspindlig maskin Typ av skruvmaskin som används i massproduktion. Anses vara mycket effektiv genom att öka produktiviteten genom automatisering. Kan effektivt skära material i små bitar och samtidigt använda en mångsidig uppsättning verktyg. Flerspindliga maskiner har flera spindlar på en trumma som roterar på en horisontell eller vertikal axel. Trumman innehåller ett borrhuvud som består av flera spindlar som är monterade på kullager och drivs av kugghjul . Det finns två typer av fästen för dessa borrhuvuden, fasta eller justerbara, beroende på om centrumavståndet på borrspindeln behöver varieras.
Tråd EDM Även känd som wire cutting EDM, wire burning EDM, eller travel wire EDM, denna process använder gnistrerosion för att bearbeta eller ta bort material från något elektriskt ledande material med hjälp av en vandringstrådelektrod. Trådelektroden består vanligtvis av mässing - eller zinkbelagt mässingsmaterial. Wire EDM tillåter nästan 90-graders hörn och applicerar väldigt lite tryck på materialet. Eftersom tråden eroderas i denna process matar en tråd-EDM-maskin färsk tråd från en spole samtidigt som den hackar upp den använda tråden och lämnar den i en soptunna för återvinning .
Sänke EDM Även kallad kavitetstyp EDM eller volym EDM, en sinker EDM består av en elektrod och ett arbetsstycke nedsänkt i olja eller annan dielektrisk vätska. Elektroden och arbetsstycket är anslutna till en lämplig strömkälla, som genererar en elektrisk potential mellan de två delarna. När elektroden närmar sig arbetsstycket sker dielektriskt genombrott i vätskan som bildar en plasmakanal och små gnisthopp. Produktionsformar och formar tillverkas ofta med sinker EDM. Vissa material, såsom mjuka ferritmaterial och epoxirika bundna magnetiska material, är inte kompatibla med sinker EDM eftersom de inte är elektriskt ledande.
Vattenstråleskärare Även känd som en "vattenstråle", är ett verktyg som kan skära i metall eller andra material (som granit ) genom att använda en vattenstråle med hög hastighet och tryck, eller en blandning av vatten och ett slipande ämne, såsom sand. Det används ofta vid tillverkning eller tillverkning av delar till maskiner och andra enheter. Vattenstråle är den föredragna metoden när de material som skärs är känsliga för de höga temperaturer som genereras av andra metoder. Den har funnit tillämpningar inom ett brett spektrum av industrier från gruvdrift till flygindustrin där den används för operationer som skärning , formning, snidning och brotschning .
Thibaut Waterjet cutting machine
Vattenskärmaskin för alla material
Punch Press Används för att snabbt slå hål och skära tunna material. Såsom plåt, plywood, tunn stång och rör. Stanspressar används vanligtvis när en CNC-fräs skulle vara ineffektiv eller omöjlig. CNC-stanspressar kan komma i C-ramen, där plåtmaterialet kläms fast på ett bearbetningsbord och en hydraulcylinder trycker ner materialet, eller de kan komma i en portalramsvariant där stångstock/slang matas in i maskinen.

Andra CNC-verktyg

Många andra verktyg har CNC-varianter, inklusive:

Verktyg/maskin kraschar

I CNC inträffar en "krasch" när maskinen rör sig på ett sådant sätt som är skadligt för maskinen, verktyg eller delar som bearbetas, vilket ibland resulterar i böjning eller brott på skärverktyg, tillbehörsklämmor, skruvar och fixturer, eller orsakar skada på själva maskinen genom att böja styrskenor, bryta drivskruvar eller orsaka att strukturella komponenter spricker eller deformeras under belastning. En mild krasch kanske inte skadar maskinen eller verktygen men kan skada den del som bearbetas så att den måste skrotas. Många CNC-verktyg har ingen inneboende känsla för bordets eller verktygens absoluta position när de är påslagna. De måste vara manuellt "hemma" eller "nollställda" för att ha någon referens att arbeta från, och dessa gränser är bara för att ta reda på platsen för delen att arbeta med den och är ingen hård rörelsebegränsning på mekanismen. Det är ofta möjligt att köra maskinen utanför de fysiska gränserna för dess drivmekanism, vilket resulterar i en kollision med sig själv eller skada på drivmekanismen. Många maskiner implementerar styrparametrar som begränsar axelrörelsen förbi en viss gräns utöver fysiska gränslägesbrytare . Dessa parametrar kan dock ofta ändras av operatören.

Många CNC-verktyg vet inte heller något om sin arbetsmiljö. Maskiner kan ha lastavkännande system på spindel- och axeldrift, men vissa har inte det. De följer blint den tillhandahållna bearbetningskoden och det är upp till operatören att upptäcka om en krasch antingen inträffar eller är på väg att inträffa, och för operatören att manuellt avbryta den aktiva processen. Maskiner utrustade med lastsensorer kan stoppa axel- eller spindelrörelser som svar på ett överbelastningstillstånd, men detta förhindrar inte att en krasch inträffar. Det kan bara begränsa skadorna till följd av kraschen. Vissa kraschar kan aldrig överbelasta några axel- eller spindeldrivningar.

Om drivsystemet är svagare än maskinens strukturella integritet, trycker drivsystemet helt enkelt mot hindret, och drivmotorerna "glider på plats". Verktygsmaskinen kanske inte upptäcker kollisionen eller glidningen, så till exempel bör verktyget nu vara på 210 mm på X-axeln, men är faktiskt på 32 mm där det träffade hindret och fortsatte att glida. Alla nästa verktygsrörelser kommer att vara avstängda med -178 mm på X-axeln, och alla framtida rörelser är nu ogiltiga, vilket kan resultera i ytterligare kollisioner med klämmor, skruvar eller själva maskinen. Detta är vanligt i stegsystem med öppen slinga men är inte möjligt i system med slutna slinga om inte mekanisk glidning mellan motorn och drivmekanismen har inträffat. I stället, i ett slutet system, kommer maskinen att fortsätta att försöka röra sig mot belastningen tills antingen drivmotorn går in i ett överbelastningstillstånd eller en servomotor inte lyckas komma till önskat läge.

Kollisionsdetektering och undvikande är möjliga, genom användning av absoluta positionssensorer (optiska kodarremsor eller skivor) för att verifiera att rörelse har inträffat, eller vridmomentsensorer eller kraftdragningssensorer på drivsystemet för att upptäcka onormal belastning när maskinen precis ska vara i rörelse och inte skärande, men dessa är inte en vanlig komponent i de flesta hobby-CNC-verktyg. Istället förlitar sig de flesta hobby-CNC-verktyg helt enkelt på den antagna noggrannheten hos stegmotorer som roterar ett visst antal grader som svar på magnetfältsförändringar. Det antas ofta att steppern är helt korrekt och aldrig felsteg, så verktygspositionsövervakning innebär helt enkelt att räkna antalet pulser som skickas till steppern över tiden. Ett alternativt sätt för stegpositionsövervakning är vanligtvis inte tillgängligt, så krock- eller halkdetektering är inte möjlig.

Kommersiella CNC-metallbearbetningsmaskiner använder återkopplingskontroller med sluten slinga för axelrörelse. I ett slutet system övervakar styrenheten den faktiska positionen för varje axel med en absolut eller inkrementell givare . Korrekt styrprogrammering minskar risken för en krasch, men det är fortfarande upp till operatören och programmeraren att se till att maskinen används på ett säkert sätt. Men under 2000- och 2010-talen har mjukvaran för bearbetningssimulering mognat snabbt, och det är inte längre ovanligt för hela verktygsmaskinens envelopp (inklusive alla axlar, spindlar, chuckar, revolver, verktygshållare, ändstockar, fixturer, klämmor, och lager) för att modelleras noggrant med solida 3D-modeller , vilket gör att simuleringsmjukvaran kan förutsäga ganska exakt om en cykel kommer att innebära en krasch. Även om sådan simulering inte är ny, förändras dess noggrannhet och marknadspenetration avsevärt på grund av datorframsteg.

Numerisk precision och utrustningsspel

Inom de numeriska systemen för CNC-programmering kan kodgeneratorn anta att den styrda mekanismen alltid är perfekt exakt, eller att precisionstoleranserna är identiska för alla skär- eller rörelseriktningar. Detta är inte alltid ett sant tillstånd för CNC-verktyg. CNC-verktyg med en stor mängd mekaniskt spel kan fortfarande vara mycket exakt om driv- eller skärmekanismen endast drivs för att applicera skärkraft från en riktning, och alla drivsystem pressas tätt ihop i den skärriktningen. En CNC-enhet med högt spel och ett tråkigt skärverktyg kan dock leda till skrammel och eventuell mejsling av arbetsstycket. Glappet påverkar också precisionen i vissa operationer som involverar omkastningar av axelrörelser under skärning, såsom fräsning av en cirkel, där axelrörelsen är sinusformad. Detta kan dock kompenseras för om mängden spel är exakt känt av linjära pulsgivare eller manuell mätning.

Själva mekanismen med högt glapp behöver inte nödvändigtvis vara exakt upprepade gånger för skärprocessen, men något annat referensobjekt eller precisionsyta kan användas för att nollställa mekanismen, genom att trycka hårt mot referensen och ställa in det som nollreferenser för alla efter CNC-kodade rörelser. Detta liknar den manuella verktygsmaskinmetoden att klämma fast en mikrometer på en referensstråle och justera Vernier -ratten till noll med det objektet som referens. [ citat behövs ]

Positioneringskontrollsystem

I numeriska styrsystem definieras verktygets position av en uppsättning instruktioner som kallas detaljprogrammet . Positioneringskontroll hanteras antingen med ett öppet eller ett slutet system. I ett system med öppen slinga sker kommunikationen endast i en riktning: från styrenheten till motorn. I ett slutet system ges återkoppling till regulatorn så att den kan korrigera för fel i position, hastighet och acceleration, som kan uppstå på grund av variationer i belastning eller temperatur. Open-loop-system är i allmänhet billigare men mindre exakta. Stegmotorer kan användas i båda typerna av system, medan servomotorer endast kan användas i slutna system.

kartesiska koordinater

G & M-kodpositionerna är alla baserade på ett tredimensionellt kartesiskt koordinatsystem . Detta system är ett typiskt plan som ofta ses i matematik när man ritar grafer. Detta system krävs för att kartlägga verktygsmaskinens banor och alla andra typer av åtgärder som behöver ske i en specifik koordinat. Absoluta koordinater är det som i allmänhet används vanligare för maskiner och representerar (0,0,0) punkten på planet. Denna punkt ställs in på lagermaterialet för att ge en startpunkt eller "hemposition" innan själva bearbetningen påbörjas.

Kodning

G-koder

G-koder används för att styra specifika rörelser av maskinen, såsom maskinrörelser eller borrfunktioner. De flesta G-Code-program börjar med en procent (%)-symbol på den första raden, sedan följt av ett "O" med ett numeriskt namn för programmet (dvs. "O0001") på den andra raden, sedan ytterligare en procent (% ) symbolen på den sista raden i programmet. Formatet för en G-kod är bokstaven G följt av två till tre siffror; till exempel G01. G-koder skiljer sig något mellan en kvarn- och svarvapplikation, till exempel:

[G00 Snabb rörelsepositionering]
[G01 Linjär interpolationsrörelse]
[G02 Cirkulär interpolationsrörelse medurs]
[G03 Cirkulär interpolationsrörelse-moturs]
[G04 Dwell (Grupp 00) Mill]
[G10 Set offset (Grupp 00) Mill]
[G12 Cirkulär ficka-medurs]
[G13 cirkulär ficka-moturs]

M-koder

[Code Diverse funktioner (M-Code)] [ citat behövs ] . M-koder är diverse maskinkommandon som inte styr axelrörelser. Formatet för en M-kod är bokstaven M följt av två till tre siffror; till exempel:

[M02 Programslut]
[M03 Startspindel - Medurs]
[M04 Startspindel - Moturs]
[M05 Stoppspindel] [
M06 Verktygsbyte]
[M07 Kylvätska på dimma kylvätska] [
M08 Flödningskylvätska på]
[M09 Kylvätska av]
[ M10 Chuck öppen]
[M11 Chuck stäng]
[M12 Spindel upp]
[M13 BÅDE M03&M08 Spindel medurs rotation & flödning kylvätska] [
M14 BÅDE M04 & M08 Spindel moturs rotation & flödning kylvätska] [
M16 Specialverktyg anrop]
[M19 Spindel orientera] [M19 Spindel orientera
] DNC-läge ]
[M30 Programåterställning & tillbakaspola]
[M38 Dörr öppen]
[M39 Dörrstängning]
[M40 Spindelväxel i mitten]
[M41 Lågväxelval]
[M42 Högväxelval]
[M53 Retract Spindel] (höjer verktygsspindeln över nuvarande position för att tillåta föraren att göra vad de än behöver göra)
[M68 Hydraulchuck stängs]
[M69 Hydraulisk chuck öppen] [
M78 Bakaxeln avancerar]
[M79 Bakaxeln backar]

Exempel 

% O0001 G20 G40 G80 G90 G94 G54(Tum, Fräskomp. Avbryt, Inaktivera alla bearbetade cykler, flyttar axlar till maskinkoordinat, matning per min., utgångskoordinatsystem) M06 T01 (Verktygsbyte till verktyg 1) G43 H01 (Verktygslängd kompensation i positiv riktning, längdkompensation för verktyget) M03 S1200 (spindel vrider medurs vid 1200 rpm) G00 X0. Y0. (Snabbgång till X=0. Y=0.) G00 Z.5 (Snabbgång till z=.5) G00 X1. Y-.75 (Snabbtravers till X1. Y-.75) G01 Z-.1 F10 (Stopp ner i del vid Z-.25 vid 10 tum per min.) G03 X.875 Y-.5 I.1875 J-. 75 (CCW-båge skuren till X.875 Y-.5 med radieutgång vid I.625 J-.75) G03 X.5 Y-.75 I0.0 J0.0 (CCW-båge skuren till X.5 Y-. 75 med radieorigo vid I0.0 J0.0) G03 X.75 Y-.9375 I0.0 J0.0(CCW-båge skuren till X.75 Y-.9375 med radieorigo vid I0.0 J0.0) G02 X1. Y-1.25 I.75 J-1.25 (CW-båge skuren till X1. Y-1.25 med radieutgång vid I.75 J-1.25) G02 X.75 Y-1.5625 I0.0 J0.0 (CW-båge skuren till X. 75 Y-1.5625 med samma radie-ursprung som föregående båge) G02 X.5 Y-1.25 I0.0 J0.0 (CW-båge skuren till X.5 Y-1.25 med samma radie-ursprung som föregående båge) G00 Z.5 (Snabbtravers till z.5) M05 (spindelstopp) G00 X0.0 Y0.0 (Mill återgår till ursprung) M30 (Programslut) %

Att ha rätt hastigheter och matningar i programmet ger en effektivare och smidigare produktkörning. Felaktiga hastigheter och matningar kommer att orsaka skador på verktyget, maskinspindeln och till och med produkten. Det snabbaste och enklaste sättet att hitta dessa siffror skulle vara att använda en miniräknare som kan hittas online. En formel kan också användas för att beräkna rätt hastigheter och matningar för ett material. Dessa värden kan hittas online eller i Machinery's Handbook .

Se även

Vidare läsning

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Numerical_control&oldid=1141061381 "