Компьютерное числовое управление
Компьютеризированная с числовым программным управлением ( Engl. «Компьютеризированная числового программного управления»), кратко- CNC относится к электронному способу управления на станках ( станках с ЧПУ ).
Возникновение
ЧПУ возникло из числового управления (англ. Numerical Control , NC), в котором информация не хранилась в виде полной программы в системе управления станком, а считывалась блоками с перфоленты . Первые системы ЧПУ были выпущены на рынок в середине 1960-х годов.
Эра технологий ЧПУ началась примерно в середине 1970-х годов. Это позволило рационализировать в серии и индивидуального производства по гораздо быстрее , в то же время очень точное перемещение осей и инструментов. Сегодня почти все новые станки оснащены ЧПУ. Однако в мире все еще существует значительное количество старых традиционных станков.
Развитие рынка
Уже в начале 1980-х годов существовали подходы к упрощению программирования ЧПУ и отказу от программирования DIN / ISO. Это привело к развитию так называемого программирования, ориентированного на семинары (WOP), которое имеет управляемый пользователем упрощенный интерфейс программирования, подобный CAD . Он особенно хорошо зарекомендовал себя в области обработки дерева и пластмассы на обрабатывающих центрах с ЧПУ и в производстве отдельных деталей.
Кроме того, с DNC ( распределенное числовое управление ) используется сетевое разделение труда, создание программ в офисе / программа моделирования на рабочем месте для проверки столкновений и оптимизации / передачи программы в ЧПУ. Эта форма программирования становится все более и более важной, особенно при производстве отдельных деталей и мелкосерийном производстве, потому что здесь, в частности, можно значительно сократить время простоя для программирования на самом станке, так что станки могут использоваться более продуктивно в целом.
В течение некоторого времени так называемое мягкое ЧПУ завоевывает рынок ЧПУ. В Soft-CNC все функции управления, включая регулирование положения, выполняются не как электронно реализованные контуры управления (аппаратные средства), а как программы (программное обеспечение) в стандартном промышленном компьютере. Такие системы обычно значительно дешевле. Их также легче поддерживать, расширять или адаптировать. Привод подключается через карту ПК с помощью системы цифровой шины .
аппаратное обеспечение
ЧПУ работает на промышленном ПК конкретного производителя, который устанавливается в шкафу управления или непосредственно за экраном. 32-битные процессоры с тактовой частотой в диапазоне ГГц обеспечивают время цикла блока менее 1 мс (время подготовки нескорректированного линейного блока 3D). Это означает, что при выполнении программы, в которой позиции следуют друг за другом с интервалом 0,1 мм, скорость подачи фрезерования 6 м / мин может поддерживаться без остановок.
Энергонезависимая память для машинных данных и программ, которые раньше хранились в SDRAM с батареей или аккумулятором, когда машина была выключена. Позже были установлены жесткие диски , которые были подвешены специальным амортизирующим образом. Все чаще используются флэш-память .
Для передачи программ со станции программирования на ЧПУ и обратно доступны следующие интерфейсы:
- последовательный интерфейс RS-232 до 20 м или RS-422 до 1200 м
- Интерфейс Ethernet (LAN, сеть) до 100 м, самое быстрое соединение
или разъем для переносного носителя информации: карта PCMCIA , CompactFlash , USB-накопитель
Налоги и правила
В компьютерных средствах управления для автоматического позиционирования устройств, деталей или инструментов используются методы различной точности :
- Переключился движение оси станка автоматически после включения без детектирования положения в конечном положение , которое имеет концевой выключатель для движения , которое выключает ось , когда она приходит там.
- Ось станка называется управляемой, если ее движение от фактического положения к целевому задано, но не постоянно проверяется и не корректируется.
- Регулируемая ось станка полностью управляется с помощью компьютера , используя ряд вложенных друг в друга и замкнутых контуров управления во всех производных по времени местоположения , которые имеют отношение к движению.
- Оси станка , которые интерполируются друг с другом, регулируются, причем их целевые положения смещены друг относительно друга, так что их управляемые переменные влияют друг на друга.
Желаемая форма изготавливаемой детали и используемая технология описаны в программе ЧПУ. В фоновом режиме управления и изначально невидимые для оператора станка, программа геометрии и программа интерполяции вычисляют точки интерполяции в сетке времени цикла регулятора положения. В координатах точек интерполяции представляют собой целевые позиции осей , участвующих в движении интерполированного. The скорости подачи результатах от интерполяции точечных расстояний и цикла управления положения, временной сетки позиционирования. В дополнение к спецификациям из программы ЧПУ, интерполятор и в основном трехступенчатые каскады контроллеров используют образ станка, который описывает динамические и кинематические свойства всех управляемых осей. Подача, ускорение и рывок (первая, вторая и третья производные положения по времени) ограничены в соответствии с возможностями осей и согласованы друг с другом. Энкодеры для определения положения предоставляют фактические значения координат положения для расчета переменных положения, которыми управляют. Эти заданные значения скорости приводят к соответствующей разнице между осевыми составляющими подачи, измеряемыми датчиками вращения, регулируемыми переменными регулятора скорости. Эти заданные значения ускорения формируют регулируемые переменные ускорения осей в контроллерах тока в соответствии с разницей в результатах измерения токов двигателя. Регулируемые токи двигателя означают, что точность обработки в значительной степени не зависит от изменений нагрузки, таких как те, которые обычно возникают при внезапном вмешательстве материала. Его также можно использовать для компенсации рывка, который возникает, например, на тангенциальных пересечениях уровня с прерывистым изменением скорости (например, при тангенциальном переходе от прямой к круговой траектории) и который нарушает контур, если нет компенсация. Тащили операция между тем в значительной степени заменены на скорости упреждением, с которой указанные контуры могут быть воспроизведены намного более точно.
Типы управления
Управления из станка с ЧПУ с помощью встроенного непосредственно в управляющий компьютер , который с положением, вращательных (угловой) - обнаруживает и состояние датчиков фактического состояния и после расчета интерполяции в конечное состояние из программы ЧПУ, контроль за двигатели и другие управляемые элементы машин соответственно. Интерполяция выполняется в диапазоне миллисекунд , поэтому высокая точность гарантируется даже на высокой скорости даже при сложных формах.
Технология ЧПУ позволяет автоматизировать обработку с несколькими одновременно управляемыми осями. Системы ЧПУ классифицируются по количеству осей, которые могут быть интерполированы одновременно, при этом делается различие между точечным, линейным и траекторийным управлением.
Точечный контроль
При двухточечном или точечном управлении можно указать только конечную точку движения, к которой машина затем приближается по самому быстрому маршруту. В частности, нет ступенчатого регулирования скорости движения во время движения, но приводы обычно работают с максимально возможной скоростью. Следовательно, инструмент может вмешиваться только в конечных точках движения и просверливать или пробивать отверстие. В настоящее время управление точками редко используется в станках, но его по-прежнему достаточно для простых штамповочных машин, машин для точечной сварки, сверлильных станков или захватных роботов, если им не нужно перемещаться по определенному маршруту. Однако неопределенная последовательность движений также создает повышенный риск столкновения, особенно для людей.
Контроль маршрута
Контроль маршрута - это, по сути, точечный контроль, в котором также можно точно контролировать скорость движения. Управление траекторией используется для управления скоростью и положением одной оси за раз. Таким образом, можно выполнять параллельное в осевом направлении движение с рабочей скоростью подачи и, таким образом, фрезеровать, например, прямую канавку. Линия управления также используется, чтобы позволить обрабатывающим устройствам машины с проходной подачей использовать момент, когда заготовка проходит мимо устройства. Это комбинация управления траекторией и PTP , поскольку движение подачи самой оси не контролируется, но точки использования инструментов с двухточечным управлением на оси, управляемой траекторией, определяются на основе предварительно рассчитанного дорожка.
Этот тип управления можно найти только в небольших и специализированных станках, например, станках для учебных компаний, станках для изготовления приспособлений и фрезерных станках, поскольку он негибкий и имеет лишь небольшую разницу в цене для управления траекторией. В случае старых версий с угловыми датчиками ошибки шага в шпинделе с резьбой или геометрические ошибки в направляющей не могут быть исправлены во время последовательности движения.
Контроль пути
С помощью управления траекторией любые движения перемещения могут быть реализованы как минимум с двумя одновременно управляемыми осями. Управление траекторией разделено на интерполированные и «одновременно» управляемые оси. Интерполяция осей означает, что изначально независимые последовательности движений отдельных осей синхронизируются друг с другом таким образом, что режущая кромка инструмента следует запрограммированной и скорректированной траектории как можно точнее . Элемент управления 2D-траекторией может следовать любым контурам с двумя заданными осями. В случае токарных станков этого часто бывает достаточно, поскольку заготовка создает третье измерение посредством своего вращательного движения. Если оператор может выбирать между интерполированными управляемыми осями, можно говорить об управлении траекторией 2½ D, которое сегодня является стандартом для токарных станков с приводными инструментами. Если три управляемые оси могут быть интерполированы друг с другом, они называются трехмерным управлением по траектории. Это стандартно для фрезерных станков. Многие станки теперь предлагают дополнительные оси для поворота и вращения заготовок или державок. Контурные органы управления должны быть оснащены соответственно большим количеством входов датчиков и регулируемыми переменными выходами, а также иметь достаточно мощное программное обеспечение, чтобы использовать потенциал станка, указанный разработчиком станка.
Оси станка
При необходимости современные средства управления управляют и регулируют более 30 осей. Их можно разделить на несколько виртуальных и независимых частей машины. Используя три взаимно перпендикулярные оси X, Y и Z, достигается каждая точка в зоне обработки станка. С помощью этого метода можно интерполировать все мыслимые траектории, но с одним важным ограничением, которое особенно очевидно на примере фрезерного станка: вращающийся инструмент всегда перпендикулярен поперечному столу . Технологически более качественная обработка может, например, потребовать, чтобы фреза была перпендикулярна фрезеруемому контуру. Например, чтобы проделать отверстие под углом 45 °, необходимо повернуть заготовку или инструмент (или и то, и другое). Многие современные станки предлагают возможность поворота или поворота стола станка для дальнейшей обработки контура. Эти оси вращения обозначаются буквами A, B и C в зависимости от их расположения на станке (согласно DIN 66217): A вращается вокруг оси X, B вокруг оси Y и C вокруг оси Z. В то время как эти оси управляются или даже включаются только на старых или простых станках, сегодня органы управления обрабатывающих центров регулируют и интерполируют их. Например, при 5-осевой обработке на фрезерных станках достигается превосходное качество поверхности. Кроме того, линейные параллельные оси X, Y и Z могут быть сконфигурированы или виртуально созданы, которые затем обозначаются U, V, W. Одним из применений виртуального штатива UVW является виртуальный поворот плоскости обработки для упрощения обработки на поверхности, наклоненной к поперечному столу. Все направления оси могут встречаться на станке несколько раз, а затем им присваиваются индексы или другие идентификаторы, разрешенные соответствующим синтаксисом языка ЧПУ, чтобы различать их. Например, в случае портала фрезерного станка с портальным приводом , есть ось Х и Х 1 ось в X. Токарные станки с ЧПУ имеют только оси X и Z в качестве главных осей. Если приводной шпиндель также можно запрограммировать как ось вращения, он становится осью C. Возможны также инструменты с автономным приводом, которым затем присваиваются собственные обозначения оси, например, ось W.
Оси станка можно сгруппировать в несколько каналов обработки. Каждый канал ЧПУ обрабатывает свою программу как собственное ЧПУ. Многоканальное ЧПУ может обрабатывать несколько программ одновременно. Б. Обработайте переднюю часть в одном канале, затем перенесите заготовку во 2-й канал, обработайте заднюю часть там, в то время как 1-й канал обрабатывает переднюю часть следующей заготовки.
Ориентиры
- Нулевая точка станка M
- Это начало системы координат станка и определяется производителем станка.
- Контрольная точка R
- Источник инкрементальной системы измерения положения с расстоянием до нулевой точки станка, указанным производителем. Для калибровки системы измерения положения необходимо подвести к этой точке на всех осях станка контрольную точку инструментального суппорта T.
- Контрольная точка держателя инструмента T
- Он центрируется на упорной поверхности держателя инструмента. На фрезерных станках это острие шпинделя, на токарных станках - это упорная поверхность резцедержателя на револьверной головке .
- Нулевая точка детали W
- Это начало системы координат детали и определяется программистом в соответствии с производственными аспектами.
Типы размеров
- Абсолютные размеры (G90)
- Координаты целевых точек движения перемещения вводятся как абсолютные значения, т.е. как фактическое расстояние от нулевой точки детали. Заданием слова ЧПУ G90 СЧПУ программируется на программирование абсолютного размера. После включения управление автоматически устанавливается на G90.
- Расчет цепи (G91)
- При программировании размеров цепочки (также называемом программированием инкрементальных размеров) система управления получает информацию о координатах целевой точки движения перемещения от последней точки, к которой подводился. Таким образом, последняя достигнутая точка является исходной точкой для следующей точки. Можно представить, что система координат перемещается от точки к точке. Заданием слова ЧПУ G91 управление программируется на это инкрементное программирование. Команда G91 имеет модальный эффект, то есть остается действительной в программе до тех пор, пока не будет снова отменена командой G90.
программирование
Существуют разные виды и методы программирования. Переходы между процессами программирования плавны и не могут быть разделены напрямую. В новом ЧПУ возможно несколько методов программирования. Следующий список предназначен для краткого обзора, частично с примерами.
Типы программирования
- удаленно от станка на станции программирования
- z. Б. в процессе подготовки к работе. Преимущество: нет шума машины, машина продолжает работать.
- рядом с машиной, прямо на машине
- Преимущество: квалифицированные рабочие используют свои специальные знания и тот факт, что они постоянно следят за ходом производства.
Метод программирования
- ручное программирование: введите / измените каждый символ программы вручную
- машинное программирование: CAD → CAM напр. B .: Преобразование 2D-геометрии или 3D-модели с помощью препроцессоров и постпроцессоров в понятную для машины программу
- Код G (DIN / ISO): см. Следующий пример (программирование DIN / ISO или код G )
- Диалоговое или ориентированное на практику программирование (WOP): графическая поддержка, запрос параметров → интеграция в программу, например Например: DIN-PLUS, Turn Plus, диалог крышки (ограничение: сложность детали, максимум 45 минут для программирования на станке допустимы, программист отвлекается на фоновый шум на станке)
- Программирование параметров: Фактическая программа не может редактироваться оператором станка.
- Обучение: сравнимо с «копированием» → приближение точек на реальной детали → рамки программы → расширение программы
- Воспроизведение: запись → повтор, например. Например: робот для распыления краски
Программирование DIN / ISO или G-код
Запись и адресная структура передаваемой информации числового программного управления описана в стандарте DIN 66025 / ISO 6983, обычно называемом для краткости программированием DIN / ISO. Программа DIN может быть запущена на любом станке с ЧПУ. Однако есть специальные команды почти для всех машин, например B. Циклы, которые могут быть интерпретированы только этими машинами. Циклы - это готовые подпрограммы, которые можно адаптировать с помощью параметров / переменных. Их можно использовать для описания «карманов» (прямоугольные контуры или аналогичные карманы) или отверстий и т. Д. Эти циклы упрощают программирование и обеспечивают ясность.
пример 1
Вот простой пример G-кода для фрезерования с ЧПУ, сопровождаемый объяснением. Справа тот же пример, что и программирование диалогового окна «обычным текстом» в элементе управления Heidenhain :
| G код | Heidenhain - «обычный текст» |
|---|---|
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 … |
Эта часть программы описывает, как фрезерный инструмент в кадре N090 приближается к позиции в рабочем пространстве при ускоренном перемещении ( G00), описанной с помощью координат X100 и Y100. В следующем кадре N100 инструмент перемещается (все еще в режиме ускоренного хода) в позицию глубины Z0, затем со скоростью подачи ( G01) 10 мм в минуту в позицию глубины Z-2 (это может быть новая поверхность, которую нужно изготовить) . В следующем кадре N120 инструмент перемещается при подаче со скоростью 20 мм в минуту в заготовку в положение X110. В кадре N130 инструмент перемещается с немного уменьшенной подачей под прямым углом к последнему перемещению к координате Y 200 (ранее 100, т.е. на 100 мм). В последнем кадре инструмент отводится ускоренным ходом на высоту от -2 до 10 мм ( G00).
Пример 2 (с компенсацией траектории инструмента)
Вот пример токарной обработки с ЧПУ с компенсацией траектории инструмента ( G41/ G42) при окончательной обработке ( чистовой обработке ) контура:
| G код | Heidenhain - «обычный текст» |
|---|---|
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 … |
Здесь (под «Heidenhain») R0 обозначает траекторию центра фрезы (без коррекции траектории инструмента), RL - коррекцию траектории инструмента слева от контура (в DIN G41) и RR - коррекцию траектории инструмента справа от контура.
Предпосылка: контур был предварительно обработан шероховатостью , т.е. ЧАС. предварительно обработанный. В блоке 90 инструмент перемещается по центру (X-1,6 мм) и останавливается на 2 мм перед контуром. Затем включается G42коррекция траектории инструмента, и в блоке 110 выполняется подвод к нулевой точке в направлении Z. В блоке 120 перемещается центр инструмента (в сочетании с блоком N090 это предотвращает появление увеличенного количества материала («пробки») на передней поверхности заготовки) и, наконец, в блоке 130 - полукруг с радиусом 10 мм пройдено. В конечном итоге в наборах 140 и 150 пересекаются длина и ширина 50 мм и длина 50 мм. G40Коррекции траектории инструмента окончательно отменены снова с в блоке 160.
Компенсация траектории инструмента
Коррекция траектории инструмента важна для предотвращения ошибок контура, которые могут возникнуть при круговых траекториях или конических формах, поскольку сам инструмент имеет радиус на режущей кромке.
Программное обеспечение для программирования
Программное обеспечение для программирования и ЧПУ имеют графическое моделирование, которое позволяет протестировать программу перед началом обработки. Существуют также калькуляторы геометрии, которые автоматически вычисляют недостающие размеры, точки пересечения, фаски и скругления на углах. Это означает, что можно легко запрограммировать даже чертежи, размеры которых не соответствуют ЧПУ.
Команды G и M
Команды G и M разделены на группы. Действует только последняя запрограммированная функция из группы. Команды M (от англ. Miscellaneous ) используются для различных функций станка и определяются производителем станка с ЧПУ. Следующие команды могут использоваться независимо от системы управления и производителя станка:
| G-команды | M команды |
|---|---|
Другое , действует в кадрах (только в запрограммированной строке)
|
|
преимущества
Преимущества ЧПУ заключаются, с одной стороны, в возможности экономичной обработки сложных геометрических форм в двух (2D) и особенно трехмерных ( 3D ), с другой стороны в обработке / повторяемости и высокой скорости обработки. шаги. Возможность сохранять программы означает, что многие идентичные детали могут производиться серийно без вмешательства человека. Кроме того, технология ЧПУ позволяет создавать новые концепции станков, поскольку не требуется механического соединения между главным приводом и приводами подачи.
Смотри тоже
- Ручное управление вводом
- Токарный станок с ЧПУ , фрезерный станок с ЧПУ , обрабатывающий центр , ЧПУ гравировальный станок
- Должностная инструкция: специалист по ЧПУ.
- Язык программирования APT
литература
- Ханс Б. Киф, Гельмут А. Рошиваль: Руководство по ЧПУ 2009/2010 . Hanser Fachbuchverlag, 2009, ISBN 978-3-446-41836-3 .
- Ульрих Фишер, Макс Хайнцлер, среди прочего: Металлическая настольная книга . 43-е издание. Verlag Europa-Lehrmittel, 2005, ISBN 3-8085-1723-9 .
веб ссылки
Индивидуальные доказательства
- ↑ Контроль маршрута. В: WOOD TEC PEDIA. Проверено 28 февраля 2018 года .