NC
(Numerisk styrning, digital styrning, kallad numerisk styrning), avser användningen av diskret digital information för att styra driften av maskiner och andra enheter, som endast kan programmeras av operatören själv.
CNC
CNC-teknikapplikation
Utvecklingen av CNC-teknik är ganska snabb, vilket avsevärt förbättrar produktiviteten för formbearbetning, och CPU:n med snabbare drifthastighet är kärnan i utvecklingen av CNC-teknik. Förbättringen av CPU är inte bara förbättringen av beräkningshastigheten, utan själva hastigheten innebär också förbättring av CNC-teknik i andra aspekter. Det är just på grund av så stora förändringar inom CNC-tekniken de senaste åren som det är värt för oss att göra en översyn av den nuvarande tillämpningen av CNC-tekniken inom formtillverkningsindustrin.
bild
Bearbetningstid för programblock och annat På grund av den ökade CPU-bearbetningshastigheten och tillämpningen av höghastighets-CPU:er på högintegrerade CNC-system av CNC-tillverkare, har prestandan hos CNC förbättrats avsevärt. Snabbare och mer lyhörda system möjliggör mer än bara högre programbehandlingshastigheter. Faktum är att ett system som kan bearbeta ett delprogram med en ganska hög hastighet kan bete sig som ett låghastighetsbearbetningssystem eftersom även ett fullt fungerande CNC-system har några potentiella problem som kan bli en flaskhals som begränsar bearbetningshastigheten.
För närvarande inser de flesta formfabriker att höghastighetsbearbetning kräver mer än kort bearbetningstid för bearbetningsprogram. På många sätt liknar situationen att köra en racerbil. Vinner alltid den snabbaste bilen loppet? Även en enstaka åskådare vet att det är många faktorer förutom snabbhet som påverkar resultatet av ett lopp.
Först och främst är förarens kunskap om banan mycket viktig: han måste veta var det finns skarpa svängar, så att han kan sakta ner på lämpligt sätt för att passera kurvan säkert och effektivt. I processen att bearbeta formar vid höga matningshastigheter kan spårövervakningstekniken som ska bearbetas i CNC få information om skarpa kurvor i förväg, och denna funktion spelar samma roll.
Likaså liknar förarens känslighet för andra förares handlingar och osäkerheter antalet servoåterkopplingar i CNC:n. Servoåterkoppling i CNC innefattar huvudsakligen positionsåterkoppling, hastighetsåterkoppling och strömåterkoppling.
När föraren kör runt banan har konsekvensen i handlingen, om bromsarna och accelerationen kan vara skickliga, etc. en mycket viktig inverkan på förarens prestanda på plats. På samma sätt använder de klockformade accelerations-/retardations- och spår-till-process-övervakningsfunktionerna i CNC-systemet långsam acceleration/retardation istället för plötsliga hastighetsändringar för att säkerställa smidig acceleration av verktygsmaskinen.
Utöver det finns det andra likheter mellan racerbilar och CNC-system. Kraften hos racerbilsmotorn liknar drivanordningen och motorn i CNC, racerbilens vikt kan jämföras med vikten av de rörliga komponenterna i verktygsmaskinen, och racerbilens styvhet och styrka är liknande styrkan och styvheten hos verktygsmaskinen. Förmågan hos en CNC att korrigera för vissa vägfel är mycket lik en förares förmåga att hålla en bil inom körfältet.
En annan situation som liknar nuvarande CNC är att de bilar som inte är de snabbaste ofta kräver väl avrundade förare. Tidigare kunde endast avancerad CNC garantera hög bearbetningsnoggrannhet samtidigt som man skär i hög hastighet. Idag har CNC:er i mellanklassen och lågprisklassen förmågan att utföra jobbet på ett tillfredsställande sätt. Även om den avancerade CNC:n har den bästa prestandan som finns tillgänglig idag, finns det också möjligheten att den avancerade CNC:n du använder har samma bearbetningsegenskaper som en avancerad CNC i sin klass. Tidigare var faktorn som begränsade den maximala matningshastigheten för formbearbetning CNC, men idag är det den mekaniska strukturen hos verktygsmaskinen. Där en verktygsmaskin redan har nått sin prestandagräns, kommer en bättre CNC inte att göra den bättre.
Inneboende egenskaper hos CNC-systemet
Följande är några grundläggande CNC-egenskaper i den nuvarande formbearbetningsprocessen:
1. Olikformig rationell B-spline (NURBS) interpolation av kurvor och ytor
Tekniken använder interpolation längs en kurva snarare än en serie korta raka linjer för att passa kurvan. Tillämpningen av denna teknik är ganska vanlig. Många av de CAM-program som för närvarande används inom verktygsindustrin erbjuder en möjlighet att generera delprogram i NURBS-interpolationsformat. Samtidigt ger den kraftfulla CNC:n även femaxlig interpolationsfunktion och relaterade funktioner. Dessa egenskaper förbättrar kvaliteten på ytfinishen, förbättrar motordriftens jämnhet, ökar skärhastigheterna och möjliggör mindre delprogram.
2. Mindre instruktionsenhet
De flesta CNC-system överför rörelse- och positioneringskommandon till verktygsmaskinens spindel i enheter som inte är mindre än 1 mikron. Efter att ha utnyttjat fördelarna med förbättring av CPU-processorkraften fullt ut, kan den lägsta instruktionsenheten för vissa CNC-system till och med nå 1 nanometer (0.000001 mm). Efter att styrenheten reducerats med 1000 gånger kan högre bearbetningsnoggrannhet erhållas, vilket kan göra att motorn går smidigare. Motorns mjuka gång gör att vissa verktygsmaskiner kan köras med högre accelerationer utan att öka bäddvibrationerna.
3. Klockkurvans acceleration/retardation
Även känd som S-kurva acceleration/retardation, eller krypkontroll. Jämfört med att använda linjär accelerationsmetod kan denna metod göra att verktygsmaskinen får bättre accelerationseffekt. Jämfört med andra accelerationsmetoder, inklusive linjära och exponentiella metoder, kan klockkurvmetoden erhålla mindre positioneringsfel.
4. Spårövervakning som ska bearbetas
Denna teknik används flitigt och har många prestandaskillnader som skiljer hur den fungerar i styrsystem på låg nivå från hur den fungerar i styrsystem på hög nivå. Generellt sett realiserar CNC förbearbetningen av programmet genom att övervaka bearbetningsbanan, för att säkerställa bättre accelerations-/retardationskontroll. Beroende på prestanda hos olika CNC:er varierar antalet programblock som krävs för att övervaka banan som ska bearbetas från två till hundra, vilket främst beror på den kortaste bearbetningstiden för delprogrammet och tidskonstanten för acceleration/retardation. Generellt sett behövs minst femton spårövervakningsprogramblock som ska behandlas för att uppfylla bearbetningskraven.
5. Digital servokontroll
Utvecklingen av digitala servosystem går så snabbt att de flesta tillverkare av verktygsmaskiner väljer detta system som servostyrsystem för verktygsmaskiner. Efter att ha använt detta system kan CNC:n styra servosystemet på ett mer lägligt sätt, och CNC:s kontroll av verktygsmaskinen har blivit mer exakt.
Det digitala servosystemets roll är följande:
1) Strömslingans samplingshastighet kommer att ökas, vilket tillsammans med förbättringen av strömslingstyrningen kommer att minska motorns temperaturökning. På detta sätt kan inte bara motorns livslängd förlängas, utan även värmen som överförs till kulskruven kan minskas, vilket förbättrar skruvens noggrannhet. Dessutom kan snabbare samplingshastigheter också öka förstärkningen av hastighetsslingan, vilket kan bidra till att förbättra verktygsmaskinens totala prestanda.
2) Eftersom många nya CNC:er använder höghastighetssekvenser för att ansluta till servoslingan, via kommunikationslänken, kan CNC:n få mer arbetsinformation om motorn och drivenheten. Detta förbättrar verktygsmaskinens underhållsbarhet.
3) Kontinuerlig positionsåterkoppling möjliggör högprecisionsbearbetning vid höga matningshastigheter. Accelerationen av CNC-drifthastigheten gör att hastigheten för positionsåterkoppling blir flaskhalsen som begränsar arbetshastigheten för verktygsmaskiner. I den traditionella återkopplingsmetoden, eftersom samplingshastigheten för den externa kodaren för CNC:n och elektronisk utrustning ändras, begränsas återkopplingshastigheten av signaltypen. Med hjälp av seriell feedback kommer detta problem att lösas väl. Sofistikerad återkopplingsnoggrannhet uppnås även när verktygsmaskinen körs i höga hastigheter.
6. Linjärmotor
Under de senaste åren har linjärmotorernas arbetsprestanda och popularitet förbättrats avsevärt, så många bearbetningscenter har antagit denna enhet. Hittills har Fanuc installerat minst 1,000 linjärmotor. Vissa avancerade teknologier från GE Fanuc gör att linjärmotorn på verktygsmaskinen har en maximal uteffekt på 15 500N och en maximal acceleration på 30g. Användningen av andra avancerade teknologier har minskat storleken på verktygsmaskinen, minskat dess vikt och avsevärt förbättrat dess kylningseffektivitet. Alla dessa tekniska framsteg ger linjärmotorer fler fördelar än roterande motorer: högre accelerations-/retardationshastigheter; mer exakt positioneringskontroll, högre styvhet; högre tillförlitlighet; inre dynamisk bromsning.
Externa ytterligare funktioner: öppet CNC-system
Verktygsmaskiner som använder öppna CNC-system utvecklas mycket snabbt. För närvarande är kommunikationshastigheten för det alternativa kommunikationssystemet relativt hög, så det finns många typer av öppna CNC-strukturer. De flesta öppna system kombinerar öppenheten hos en vanlig PC med funktionaliteten hos en traditionell CNC. Den största fördelen med detta är att även om verktygsmaskinens hårdvara är föråldrad, låter den öppna CNC:n fortfarande dess prestanda förändras med befintlig teknik och bearbetningskrav. Ytterligare funktionalitet kan också läggas till Open CNC med hjälp av annan mjukvara. Dessa egenskaper kan vara nära relaterade till mögelbearbetning, eller har lite att göra med mögelbearbetning. Vanligtvis har ett öppet CNC-system som används i en formbutik följande vanliga funktionsalternativ:
Billig nätverkskommunikation;
Ethernet;
Adaptiv kontrollfunktion;
Gränssnitt tillgängliga för streckkodsläsare, verktygsserienummerläsare och/eller pallserienummersystem;
Möjligheten att spara och redigera ett stort antal delprogram;
Lagrat program styr insamlingen av information;
filbehandlingsfunktioner;
Integration av CAD/CAM-teknik och verkstadsplanering;
Gemensamt driftgränssnitt.
Den sista punkten är oerhört viktig. Eftersom efterfrågan på lättmanövrerad CNC ökar inom formbearbetning. I detta koncept är det viktigaste att olika CNC:er har samma operatörsgränssnitt. Som en generell regel måste operatörer av olika verktygsmaskiner utbildas separat eftersom olika typer av verktygsmaskiner, samt maskiner från olika tillverkare, använder olika CNC-gränssnitt. Öppna CNC-system skapar möjligheten att använda samma CNC-styrgränssnitt för hela verkstadsgolvet.
Nu kan verktygsmaskiner designa sitt eget gränssnitt för CNC-drift även om de inte kan C-språket. Dessutom tillåter den öppna systemstyrenheten att ställa in olika maskindriftlägen efter individuella behov. På så sätt kan operatörer, programmerare och underhållspersonal ställa in efter sina egna krav. När de används visas endast den specifika information de behöver på skärmen. Att använda denna metod kan minska onödig sidvisning och hjälpa till att förenkla CNC-drift.
Femaxlig bearbetning
I processen att tillverka komplexa formar blir tillämpningen av femaxlig bearbetning mer och mer utbredd. Med hjälp av femaxlig bearbetning kan antalet verktyg eller/och verktygsmaskiner som krävs för att bearbeta en del minskas, antalet utrustning som krävs för bearbetningsprocessen kommer att reduceras till ett minimum, och den totala bearbetningstiden minskas också. CNC:er blir kraftfullare, vilket gör att CNC-tillverkare kan erbjuda fler femaxliga funktioner.
De funktioner som endast avancerade CNC:er hade tidigare används nu även i mellanklassprodukter. För de tillverkare som aldrig har använt 5-axelbearbetningsteknik, gör tillämpningen av dessa funktioner 5-axelbearbetning enklare. Genom att använda den nuvarande CNC-tekniken för femaxlig bearbetning kan femaxlig bearbetning ha följande fördelar:
Minska behovet av specialiserade verktyg;
Det är tillåtet att ställa in verktygets offset efter att ha slutfört detaljprogrammet;
Stöd utformningen av allmänna program, så att de efterbehandlade programmen kan användas omväxlande mellan olika verktygsmaskiner;
Förbättra kvaliteten på efterbehandling;
Den kan användas på verktygsmaskiner med olika strukturer, så att det inte är nödvändigt att ange i programmet om spindeln eller arbetsstycket roterar runt mittpunkten. Eftersom det kommer att lösas av CNC-parametrar.
Vi kan använda exemplet med kompensation av en sfärisk fräs för att illustrera varför femaxlig är särskilt lämplig för formbearbetning. När delarna och verktygen roterar runt svängaxeln, för att exakt kompensera förskjutningen av den sfäriska fräsen, måste CNC:n dynamiskt kunna justera verktygets kompensationsmängd i de tre riktningarna X, Y och Z. Att säkerställa kontinuiteten i verktygets skärpunkt bidrar till att förbättra kvaliteten på efterbehandlingen.
Dessutom är femaxliga CNC:er användbara för funktioner som är associerade med att rotera ett verktyg runt en spindel, funktioner som är associerade med att rotera en del runt en spindel och funktioner som tillåter operatören att manuellt ändra verktygsvektorn.
När verktygets centrala axel används som rotationsaxel, kommer den ursprungliga verktygslängdförskjutningen i Z-axelns riktning att delas upp i tre komponenter i X-, Y- och Z-riktningarna. Dessutom är den ursprungliga verktygsdiameterförskjutningen i X- och Y-axelriktningarna också uppdelad i tre komponenter i X-, Y- och Z-axelriktningarna. Eftersom verktyget i skärteknik kan matas längs rotationsaxeln, måste alla dessa förskjutningar uppdateras dynamiskt för att ta hänsyn till den kontinuerligt förändrade verktygsorienteringen.
En annan funktion hos CNC som kallas "verktygscenterpunktsprogrammering" tillåter programmerare att definiera verktygets bana och centrumpunktshastighet. CNC säkerställer att verktyget rör sig enligt programmet genom kommandon i riktning mot den roterande axeln och den linjära axeln. Denna funktion gör att verktygets mittpunkt inte längre ändras med verktygsbytet, vilket också innebär att i den femaxliga bearbetningen kan verktygets offset matas in direkt som den treaxliga bearbetningen, och ändringen av verktygslängden kan också förklaras genom efterprogrammering igen. Denna kinematik hos den roterande axeln genom att rotera spindeln förenklar efterbearbetningen av verktygsprogrammering.
Med samma funktion kan verktygsmaskinen också få roterande rörelse genom att rotera arbetsstycket runt den centrala axeln. Den nyutvecklade CNC:n kan matcha detaljens rörelse genom att dynamiskt justera fasta förskjutningar och rotera koordinataxlar. CNC-systemet spelar också en viktig roll när operatören manuellt implementerar den långsamma matningen av verktygsmaskinen. Det nyutvecklade CNC-systemet tillåter också att axlarna förflyttas långsamt längs verktygsvektorns riktning, och även att ändra riktningen på verktygsnosvektorn utan att ändra positionen för verktygsnosen (se illustrationen ovan).
Dessa funktioner gör det möjligt för operatörer att enkelt använda 3 plus 2-programmeringsmetoden som ofta används inom formindustrin när de använder femaxliga bearbetningsverktyg. Men eftersom nya femaxliga bearbetningsmöjligheter gradvis utvecklas och accepteras, kan riktiga femaxliga formtillverkningsmaskiner bli vanligare.
