NC Vezérlés: Pont-, Szakasz- és Pályavezérlés, Alapok és Fejlődés

A számvezérlésen olyan vezérlést értenek, ahol a gép megmunkálást végző részeinek mozgásának a sorrendjét, nagyságát, sebességét a gépben, vagy gépen kívül elhelyezett berendezéssel, például kapcsolókkal, lyukszalaggal (NC) előre beállítják, a gép ennek alapján végzi el a műveleteket. Az NC vezérlés alatt olyan vezérlést értünk, amelynél a program számokkal van leírva. A program vezérlés numerikus úton történik. A munkadarab megmunkálását előre meg kell tervezni és különálló lépésekre bontani. A vezérlő információk rögzíthetők mágnesszalagon is. A programozás lehet teljes, de részleges is, amikor például csak egy munkaciklust, vagy csak egy tevékenységet végez önműködően a szerszámgép.

A modernitás kora a globális szerszámgépipar számára az MIT-ben (Massachusetts Institute of Technology), a híres cambridge-i egyetemen kezdődött. Az első NC-gépet ott fejlesztették ki az 1940-es évek végén és az 1950-es évek elején. Ennek kiváltó oka az volt, hogy hatékony megoldást kerestek a repülőgépipar számára a bonyolult munkadarabok gyártására. Ezt a fejlesztést a szerszámgépek történetében jelentős fordulópontnak tekintik.

Az NC és CNC vezérlés evolúciója

A világpremierjüket követő években az NC-rendszereknek számos kihívást és korlátozást kellett leküzdeniük. Az egyik legnagyobb akadály az volt, hogy csak egyedi feladatokra és statikus műveletekre korlátozódtak. Mivel egy adott művelet elvégzésére voltak programozva, nehéz és időigényes volt a módosítások elvégzése vagy az alkatrészgyártásban történő változtatások végrehajtása. A másik kihívás a programozás összetettsége volt. Az első programozási nyelvek még gyerekcipőben jártak, és az NC-programok létrehozása különleges szakértelem igényelt.

A számítógépek fejlődése lehetővé tette, hogy szerszámgépek vezérlésére is alkalmazzuk azokat. A számítógép átveszi a vezérlési feladatokat. Gyorsan világossá vált, hogy egy dinamikusabb és alkalmazkodóképesebb rendszer felé történő evolúciós fejlődésre van szükség. Ebben a háttérben döntő szerepet játszott a tranzisztorok feltalálása és az ezt követő mikroprocesszorok kifejlesztése az 1960-as és 1970-es években. A számítógép integrálása a CNC-vezérlés (computer numerical control) vezérlőegységébe teljesen új lehetőségeket nyitott meg a szerszámgépek gyártásában. A gépek rugalmasabbá váltak, és képesek voltak összetett parancssorozatok feldolgozására. A számvezérlés a meghatározott tengelyek mentén való elmozdulások vezérlését jelenti.

A számítástechnika dinamikus fejlődésével a CNC-technológia is egyre inkább megváltoztatta a gyártási környezetet. Mindenekelőtt jelentősen növelte a gyártási sebességet, a rugalmasságot és az automatizálás mértékét. A CNC-vezérlésű gépek ma már részben felügyelet nélkül is működtethetők. A pontosság és a megismételhetőség is javult. Ha egy CNC-programot egyszer már beprogramoztak és teszteltek, azt a pontosság és a minőség romlása nélkül újra lehetett használni.

Hatékony padlófűtés beállítás - Danfoss

A CNC-vezérlés feladatai és programozása

A CNC-vezérlés feladata a gép mozgásának feldolgozása, programozása és koordinálása. Eközben a meghajtástechnika léptetőmotorok, szervo- vagy direkt meghajtások formájában lehetővé teszi a gép lineáris és forgó tengelyeinek fizikai mozgását. A CNC-vezérlés elsődleges funkciói közé tartozik a szinte bármilyen összetettségű alkatrészek automatizált megmunkálása. A CNC lehetővé teszi a motorok, főorsók és hajtásrendszerek lineáris és forgó tengelyek mentén történő mozgásának pontos vezérlését.

Egy CNC esztergagép vagy CNC marógép vezérlése így számos olyan feladatot vesz át, amelyet a hagyományos szerszámgépeken elsősorban a gépkezelő végez. Ezek közé tartozik a műveletelemek vezérlése, a gyártási folyamatok felügyelete, a gép- és szerszámadatok mentése, a gyártási programok mentése és végrehajtása, valamint a gyártási folyamatok grafikus szimulációja. Egy programozási nyelv felépítése főként úgynevezett G-kódokból, M-kódokból és technológiai ciklusokból áll.

G-kódok: A G-kódot a CNC-gép mozgásának és műveleteinek vezérlésére használják. A „G” rövidítés tehát a munkadarab későbbi geometriájából származik. A G-kód határozza meg, hogy egy szerszámot milyen irányban, milyen sebességgel és milyen úton kell mozgatni. Néhány alapvető G-kód például: G00 a gyors pozicionáláshoz, G01 a lineáris mozgásokhoz, G02 és G03 a körmozgásokhoz.
M-kódok: Ehhez képest az M-kódok olyan parancsok, amelyek a gép speciális funkcióit és műveleteit vezérlik, azaz nem kapcsolódnak közvetlenül a szerszám mozgásához.
Technológiai ciklusok: A technológiai ciklusok leegyszerűsítik a CNC-gépek programozását azáltal, hogy a bonyolult NC programsorozatokat egyszerű, felhasználóbarát beviteli formába alakítják át. Minden technológiai ciklus egy adott feladatra van szabva. Ezekben az esetekben a kezelőnek egyszerűen ki kell választania a kívánt technológiai ciklust a gép vezérlőmenüjéből, és a beviteli képernyőn meg kell adnia a szükséges paramétereket. A CNC-vezérlés ezután a megadott információk alapján generálja a teljes NC-parancskészletet. A gép a parancsoknak megfelelően végzi el a megfelelő műveleteket, ami csökkenti a CNC-programozáshoz szükséges időt, ugyanakkor javítja a munkadarabok minőségét és pontosságát.

Egy tipikus CNC-programban a G-kódokat és az M-kódokat ezután technológiai ciklusokkal kombinálják a kívánt megmunkálási művelet elvégzéséhez.

Alapvető mozgások G-kóddal

Vezérlési Módok a CNC-ben

A CNC-vezérlések működési módjuk szerint pontvezérlésekre, szakaszvezérlésekre és pályavezérlésekre oszthatók. A CNC gépeket a vezérlés módjától függően három csoportba soroljuk.

Pontvezérlés (Point-to-Point Control)

Pontvezérlés esetén a szerszám vezérelt pontját a sík vagy tér előírt pontjára kell mozgatni. A pontvezérlések a szerszámok programozott pontra való beállását teszik lehetővé, miközben a megmunkálószerszám fogást nem vesz. A szerszám a pontra állás közben nem végez forgácsoló mozgást, a mozgatás sebessége általában gyorsmenet. Az egyes irányokban végzett mozgások sebességei között nincsen előírt kapcsolat, közel azonosak. A szerszámpálya nem vezérelhető. A vezérlés típusától függően a tengelyhajtásokat vagy egyidejűleg vagy, egymás után kapcsoljuk be, amíg az egyes koordinátapozíciókat (tengelypozíciók) elérik. Pontvezérlést alkalmaznak, pl. fúrási műveletekhez.

Megbízható INA vezérlés autóba

Szakaszvezérlés (Straight-Cut Control)

Szakaszvezérléskor a szerszám koordinátatengelyekkel párhuzamos elmozdulás közben megmunkálást is végezhet. A szakaszvezérlés a gyorsmenetbeni pozícionálás mellett a szerszám, tengellyel párhuzamos műveleti mozgást is lehetővé tesz a kívánt megmunkálási sebességgel. Egy időben csak egy koordinátatengely mentén lehet forgácsolást végző elmozdulás. A koordinátasebességek függetlenek egymástól. Mindig csak egy tengelyhajtást működtetnek, miközben a műveleti (forgácsolás) hosszúságot és a sebességet vezérlik. Alkalmazási területei egyszerű eszterga és marógépek.

Pályavezérlés (Contouring Control)

Pályavezérléskor a szerszám vezérelt pontja az előírt pályán mozog. A pálya sík vagy térgörbe is lehet. Az egyes koordinátatengelyek menti sebességek közötti különböző függvénykapcsolat valósítható meg interpolátor segítségével. A pályavezérlés több tengely egyidejű mozgatását teszi lehetővé. Az előtolás és a gyorsjárat, tengelyekre vonatkoztatott egyidejűségét a vezérlés típusa határozza meg.

Az egyidejűleg vezérelhető tengelyek száma szerint megkülönböztetünk 2D-, 3D-, 4D-, 5D- stb. vezérlést. Ha az egyik tengely mentén a vezérlés nem tud a többi mozgással szinkronelmozdulást generálni, a kérdéses tengely 1/2D-s (féldimenziós). A koordinátasebességek vektorikus eredője lesz a pályamenti előtolási sebesség.

A pályavezérlés típusai

2D kontúrvezérlés: A 2D kontúrvezérlés a kontúrvezérlés legalapvetőbb formája. Olyan alkalmazásokban használják, ahol a megmunkálás két tengely - jellemzően X és Y - mentén történik.
2½D pályavezérlés: A 2½D pályavezérlés a 2D-s vezérlés kiterjesztése. Bár elsősorban az X és Y tengelyen működik, lehetővé teszi a szerszám emelését vagy süllyesztését a Z tengely mentén is, de az X és Y tengelyen történő egyidejű mozgás nélkül.
3D pályavezérlés: A 3D pályavezérlés a CNC-vezérlési technológiák legmagasabb fejlettségi szintjét képviseli.

Koordinátarendszerek az NC-ben

CNC programozáskor alapvetően három koordinátarendszert alkalmazunk:

„M” - szerszámgép koordináta-rendszere, mely a géphez kötött állandó koordináta-rendszer.
„W” - munkadarab koordináta-rendszer. Fontos szabály, hogy alkatrészprogramunkat minden esetben a munkadarab koordináta-rendszerében írjuk meg!
„F” - szerszám koordináta-rendszere. A szerszám geometriai méreteit mindig a szerszám koordináta-rendszerében kell meghatározni.

Számjegyes programozásnál minden esetben jobbsodrású, derékszögű, úgynevezett Descartes koordináta-rendszereket alkalmazunk. Az NC szerszámgépek fő mozgási irányait a jobb kéz szabály határozza meg. A jobb kezünkkel minden esetben meg tudjuk állapítani, hogy az egyes koordinátarendszerek tengelyei hogyan helyezkednek el. Kezünk első három ujjával vegyünk fel egy koordinátarendszer alakzatot. Innen már könnyű megállapítani az alkalmazott tengelyeket, a hüvelykujj az „X”, a mutatóujj az „Y”, a középső ujj pedig a „Z” tengelyt jelöli. Koordinátarendszerek NC címeit az ISO6983 szabvány rögzíti. Ennek megfelelően az elsődleges tengelycímek az X, Y, Z. A másodlagos koordinátatengely címek a U, V, W. A harmadlagos NC címek pedig az P, Q, R.

Saeco Vienna hibaelhárítás

Hobbi CNC Vezérlés

A hobbi CNC gépek építése és vezérlése izgalmas terület, amely ötvözi a mechanikát, az elektronikát és a szoftveres ismereteket. Egy komplett CNC gép magában foglalja a PC-t, az elektronikát és a megmunkálásra alkalmas mechanikát is. Ezeket az elemeket külön-külön érdemes vizsgálni, mivel ritka, hogy valaki minden területhez értsen.

A CNC Gép Alapvető Elemei

PC: A CNC vezérlésre külön gépet érdemes használni, internet, hálózat, vírusirtó és képernyőkímélő nélkül. Nem ajánlott ezen a gépen futtatni a 3D-s tervező programot, vagy videókonvertálást végezni a munka mellett, mert ez hibákhoz vezethet.
Elektronika: Az elektronika magában foglalja az illesztőkártyát, a motorvezérlőt, a tápegységet és a vezetékeket.
Motor: Mellékhajtásként léptetőmotorokat vagy AC/DC szervómotorokat használhatunk. Főhajtásként AC/DC motorok, karctűk, lézerek vagy 3D nyomtatófejek jöhetnek szóba.
Mechanika: A mechanika adott munkához vagy alapanyagokból épül.

Motorok kiválasztása és beállítása

A motorok kiválasztásakor figyelembe kell venni a tengelyek terhelését és a szükséges nyomatékot. Fontos a motorok megfelelő fordulatszám/nyomaték megválasztása. Például, a 0.75Nm alapnyomatékú motor igen lassú fordulatokon állandóan beavatkozásra késztette a vezérlőt. A sebesség felére vétele a gép fizikai lépésosztását a duplájára emelte, ami lehetőséget nyitott a szoftveres kottyanásmentesítésre. A 400mm/s sebességet nem bírták az előfeszített golyósorsók, ami golyósorsó melegedéshez vezetett.

CNC Vezérlő Szoftverek

Számos CNC meghajtó szoftver létezik különböző operációs rendszerekre. A hobbi esztergálók körében a Mach3 az egyik legnépszerűbb szoftver, ezért Windows operációs rendszerre van szükség. A Mach3 telepítése demó és teljes módban lehetséges.

Néhány fontos Mach3 beállítás:

Port and Pins: Ebben a menüben állíthatjuk be a csatoló felület beállításait. A szoftvernek tudnia kell, hol találhatóak a párhuzamos port regiszterei.
Motor Outputs: Ezen táblázat adatai elmondják a Mach3 szoftvernek, hogy a párhuzamos port mely csatlakozóin milyen vezérjeleket kell elküldeni.
Input Signals: Itt határozzuk meg a végállás érzékelők jeleinek a bemeneti tüskéit.
Motor Tuning: Ebben a menüben adhatjuk meg a motorok dinamikai paramétereit, vagyis a másodpercenkénti impulzusok számát, a motor maximális sebességét, a motor gyorsítási paraméterét és az impulzusok szélességét.
Motor Home/Soft Limits: Itt határozzuk meg a Home pontokat, vagyis azt, hogy hova szereltük fel az alaphelyzeti kapcsolókat, illetve a gép végállásainak beállítását is itt végezhetjük el.
A Select Native Units menü a metrikus és az angolszász mértékegységek közötti átváltást teszi lehetővé.
A Diagnostics nézet a berendezésünk tesztelésére szolgáló kis programokat tartalmazza.

NYÁK Fúrás CNC-vel

A NYÁK (nyomtatott áramkör) fúrása CNC géppel precíz és hatékony módszer. Egy felhasználó tapasztalata szerint 12000-es fordulatnál 400mm/perc előtolásnál jött a szép "kukac" forgács a NYÁK-ból. Felfelé pedig G0-al húzta ki a fúrót. A megfelelő vágósebesség anyagonként változik, és a vágósebesség elérése mondjuk a fúrónál a fordulat és az előtolás függvénye.

Ipar ipari nyákfúró cnc fúrószárait használják. 8000-ren kell forgatni és nagyon szépen, szinte sorja mentesen fúr. 60-80ezer furat az elméleti élettartama, ami persze itthoni körülmények közt kb. a felére csökken, mert a "Szaki" nem tudja kellően finoman lineálisan gyorsuló mozgással bevezetni a fúrót a nyákba.

A CNC Vezérlés Jövője

A CNC-vezérlés minden modern szerszámgép szíve, és az is marad. Az ipari digitalizációval összefüggésben azonban tovább fog fejlődni a hagyományos folyamatirányításon túl. A mesterséges intelligencia és a gépi tanulás integrálása, hibakompenzáció és minőségellenőrzés, energiahatékonyság és fenntarthatóság, valamint hálózatba szervezés és kommunikáció mind a jövőbeni fejlesztések kulcsterületei. Az ipar 4.0-ban a hálózatépítés alapvető fontosságú. A CNC-rendszerek összekapcsolódnak más gépekkel, rendszerekkel és magasabb szintű irányítási eszközökkel a zökkenőmentes és hatékony termelési folyamat biztosítása érdekében.

Az intelligens CNC-rendszerek képesek felismerni és automatikusan korrigálni a megmunkálási folyamat eltéréseit, optimalizálhatják az energiafogyasztást azáltal, hogy a gép működését az aktuális követelményekhez igazítják. A modern gyártásban elengedhetetlen a gyors reagálás képessége az alkatrészgyártásban bekövetkező változásokra. A mesterséges intelligencia és a gépi tanulás integrálásával ezek a rendszerek képesek önállóan tanulni és optimalizálni a megmunkálási folyamatokat.

A CNC-vezérlés ma már sokkal több, mint a gépek vezérlésére szolgáló eszköz. Az intelligens gyártási struktúrák szerves és interaktív részévé váltak, amely messze túlmutat az egyszerű gépműhelyen. A CNC a digitális tervezés és a fizikai kivitelezés közötti interfészként működik. A mesterséges intelligencia és a fejlett analitika integrálásával a CNC-vezérlések egyre inkább aktív döntéshozóvá válnak a CNC alkatrészgyártási folyamatban. Zökkenőmentesen illeszkednek az intelligens termékalkotás ökoszisztémájába, és minősített hozzáadott értéket teremtenek.

tags: #nc #vezerles #pont #es #szakaszvezerel