Понятие
NC (цифрово управление)
NC е технология, която използва цифрови сигнали за автоматично управление на обекти (като движението на машинния инструмент и неговия работен процес), наричано цифрово управление.
NC технология
NC технологията се отнася до технологията за автоматично управление, която използва цифри, букви и символи за програмиране на определен работен процес.
NC система
NC системата се отнася до органичната интегрирана система от софтуерни и хардуерни модули, които реализират функциите на NC технологията. Тя е носител на NC технологията.
CNC система (Компютърна система за цифрово управление)
CNC (Компютърно-цифрово управление) система се отнася до система за цифрово управление, в която компютърът е ядрото.
CNC машина се отнася до машинен инструмент, който използва технология за компютъризирано числово управление за управление на процеса на обработка, или машинен инструмент, оборудван със система за компютъризирано числово управление.
Определение на NC
Числовото управление е пълната форма на NC за машинни инструменти. Числовото управление (NC) позволява на оператора да комуникира с машинните инструменти чрез числа и символи.
Определение за CNC
CNC е съкратеното наименование на Компютърно числово управление (CNC), което е автоматична технология за управление на машинни инструменти за извършване на автоматизирана обработка с CAD/CAM софтуер в съвременния производствен процес. Новите машинни инструменти с CNC позволиха на индустрията постоянно да произвежда части с точност, немислима само преди няколко години. Една и съща част може да бъде възпроизведена със същата степен на точност неограничен брой пъти, ако програмата е правилно подготвена и компютърът е правилно програмиран. G-кодовите команди, които управляват машинния инструмент, се изпълняват автоматично с висока скорост, точност, ефективност и повторяемост.
CNC обработката е компютъризиран производствен процес, машината е свързана с компютър, който ѝ казва къде да се движи. Първо, операторът трябва да създаде траекторията на инструмента, като използва софтуерна програма, за да начертае формите и да създаде траекторията на инструмента, която машината ще следва.
Все по-нарастващото използване в индустрията създаде нужда от персонал, който е запознат и способен да подготвя програмите, които управляват машините за производство на части с необходимата форма и точност. Имайки това предвид, авторите са подготвили този учебник, за да премахнат мистерията на CNC - да я поставят в логическа последователност и да я изразят на прост език, разбираем за всеки. Подготовката на програма е обяснена в логична стъпка по стъпка процедура, с практически примери, които да насочат потребителя.
Компонент
CNC технологията се състои от 3 части: рамка на леглото, система и периферна технология.
Комплектът рамка е съставен главно от основни части като легло, колона, направляваща релса, работна маса и други поддържащи части, като държач за инструменти и магазин за инструменти.
Системата за числено управление се състои от входно/изходно оборудване, компютърно устройство за числено управление, програмируемо логическо управление (PLC), серво задвижване на шпиндела, серво задвижване на подаването и измервателно устройство. Сред тях устройството е ядрото на системата за числено управление.
Периферните технологии включват главно инструментална технология (инструментална система), технология за програмиране и технология за управление.
Терминологичен речник
ЦПУКомпютърно числово управление.
G-кодУниверсален език за цифрово управление (NC) на машинни инструменти, който определя точките на осите, до които ще се движи машината.
CADКомпютърно проектиране.
CAMКомпютърно подпомагано производство.
решеткаМинималното движение или подаване на шпиндела. Шпинделът автоматично се премества до следващата позиция на мрежата, когато бутонът е превключен в непрекъснат или стъпков режим.
PLT (HPGL): Стандартен език за печат на векторни линейни чертежи, поддържан от CAD файлове.
Пътека на инструмента: Потребителски дефиниран, кодиран маршрут, който режещият инструмент следва, за да обработи детайла. Траектория на инструмента „джоб“ реже повърхността на детайла; траектория на инструмента „профил“ или „контур“ реже напълно, за да отдели формата на детайла.
СлизамРазстоянието по оста Z, на което режещият инструмент се потапя в материала.
ПрекрачаМаксималното разстояние по оста X или Y, на което режещият инструмент ще зацепи нерязания материал.
Stepper моторниDC двигател, който се движи на дискретни стъпки, като получава сигнали или „импулси“ в определена последователност, което води до много прецизно позициониране и контрол на скоростта.
Скорост на шпинделаСкорост на въртене на режещия инструмент (об/мин).
Конвенционална кройкаРежещият инструмент се върти срещу посоката на подаване. Това води до минимално вибрации, но може да доведе до откъсване при някои видове дървесина.
Метод на изваждане: Битът премахва материал, за да създаде форми. (Противоположно на адитивния метод.)
Скорост на подаванеСкорост, с която режещият инструмент се движи през детайла.
Начална позиция (Машинна нула): Машинно определена нулева точка, определена от физически крайни изключватели. (Тя не идентифицира действителното начало на детайла при обработка на детайла.)
ИзкачванеРежещият инструмент се върти по посока на подаването. Рязането с наклонено движение предотвратява откъсване, но може да доведе до следи от вибрации при фреза с прави канали; фреза със спираловидни канали ще намали вибрациите.
Произход на работата (Работна нула): Нулевата точка, зададена от потребителя за детайла, от която главата ще извършва цялото си рязане. Осите X, Y и Z са зададени на нула.
LCDТечнокристален дисплей (използва се на контролера).
U дискВъншно устройство за съхранение на данни, което се поставя в USB интерфейс.
Характеристики:
висока точност
CNC машините са високо интегрирани мехатронни продукти, съставени от прецизни машини и автоматични системи за управление. Те имат висока точност на позициониране и точност на повторение на позициониране. Трансмисионната система и конструкцията са с висока твърдост и стабилност, за да се намалят грешките. Следователно, машините с компютъризирано числово управление имат по-висока точност на обработка, особено постоянството на производството на части в една и съща партида, а качеството на продукта е стабилно, а процентът на преминаване е висок, което е несравнимо с обикновените машинни инструменти.
Висока ефективност
CNC машините могат да използват по-голям обем рязане, което ефективно спестява време за обработка. Те също така имат автоматична смяна на скоростта, автоматична смяна на инструментите и други функции за автоматично управление, които значително съкращават спомагателното време и след като се формира стабилен процес на обработка, няма нужда от извършване на междупроцесна проверка и измерване. Следователно, производителността на компютъризираната цифрово-програмна обработка е 3-4 пъти по-висока от тази на обикновените машини, или дори повече.
Висока адаптивност
CNC машините извършват автоматична обработка според програмата на обработваните части. Когато обработваният обект се промени, стига програмата да се промени, няма нужда да се използва специално технологично оборудване, като например шаблони и мастери. Това е полезно за съкращаване на цикъла на подготовка на производството и за улесняване на подмяната на продукти.
Висока обработваемост
Някои механични части, образувани от сложни криви и извити повърхности, са трудни за обработка или дори невъзможни за завършване с конвенционални техники и ръчни операции и могат лесно да бъдат реализирани от CNC машини, използващи многокоординатно свързване на оси.
Висока икономическа стойност
CNC обработващите центрове най-често използват концентрация на процесите, а една машина е многофункционална. В случай на едно затягане, повечето части от детайлите могат да бъдат обработени. Те могат да заменят няколко обикновени машинни инструменти. Това не само може да намали грешките при затягане, да спести допълнително време между транспортиране, измерване и затягане между процесите, но също така намалява видовете машинни инструменти, спестява място и носи по-високи икономически ползи.
Плюсове минуси
Предимства
Безопасност
Операторът на CNC машината е безопасно отделен от всички остри части чрез специална защитна конструкция. Той все още може да вижда какво се случва на машината през стъклото, но не е необходимо да се приближава до фрезата или шпиндела. Операторът също така не е необходимо да докосва охлаждащата течност. В зависимост от материала, някои течности могат да бъдат вредни за човешката кожа.
Спестете разходи за труд
Днес конвенционалните машинни инструменти изискват постоянно внимание. Това означава, че всеки работник може да работи само на една машина. С настъпването на ерата на CNC, нещата се промениха драстично. Повечето части се обработват поне 30 минути след всяко инсталиране. Но машините с цифрово управление го правят, като сами режат частите. Няма нужда да докосвате нищо. Инструментът се движи автоматично и операторът просто проверява за грешки в програмата или настройките. Въпреки това, CNC операторите установяват, че имат много свободно време. Това време може да се използва за други машини. Така че един оператор, много машинни инструменти. Това означава, че можете да спестите работна ръка.
Минимална грешка в настройката
Традиционните машинни инструменти разчитат на уменията на оператора с измервателни инструменти, а добрите работници могат да гарантират, че частите са сглобени с висока прецизност. Много CNC системи използват специализирани координатни измервателни сонди. Те обикновено се монтират на шпиндела като инструмент и неподвижната част се докосва със сонда, за да се определи нейната позиция. След това се определя нулевата точка на координатната система, за да се сведе до минимум грешката при настройката.
Отлично наблюдение на състоянието на машините
Операторът трябва да идентифицира грешки в машинната обработка и режещите инструменти, а решенията му може да не са оптимални. Съвременните CNC обработващи центрове са оборудвани с различни сензори. Можете да следите въртящия момент, температурата, живота на инструмента и други фактори, докато обработвате детайла си. Въз основа на тази информация можете да прецизирате процеса в реално време. Например, виждате, че температурата е твърде висока. По-високите температури означават износване на инструмента, лоши свойства на метала и т.н. Можете да намалите подаването или да увеличите налягането на охлаждащата течност, за да коригирате това. Въпреки това, което мнозина казват, машинната обработка е най-разпространеният метод на производство днес. Всяка индустрия използва машинна обработка в известна степен.
Стабилна точност
Какво е по-стабилно от доказана компютърна програма? Движението на инструмента е винаги едно и също, защото точността му зависи само от точността на стъпковите двигатели.
По-малко тестове
Традиционната машинна обработка неизбежно включва някои тестови части. Работникът трябва да свикне с технологията, той определено ще пропусне нещо, когато прави първата част и тества новата технология. CNC системите имат начин да избегнат тестовите изпълнения. Те използват система за визуализация, която позволява на оператора реално да види инвентара, след като всички инструменти са преминали през него.
Лесна обработка на сложна повърхност
Производството на сложни повърхности с висока прецизност е почти невъзможно с конвенционалната машинна обработка. Това изисква много физически труд. CAM системите могат автоматично да формират траектории на инструмента за всяка повърхност. Не е нужно да полагате никакви усилия. Това е едно от най-големите предимства на съвременната CNC технология за машинна обработка.
По-малко материални отпадъци
CNC програмата използва алгоритми за оптимизиране на структурата на детайлите. В комбинация със софтуер за автоматично оформление, тя премахва излишния материал, постигайки lightw8 дизайн и минимизирайки разхищението на материал.
По-висока гъвкавост
Традиционният метод е фрезоване на канали или плоски повърхности, стругове за цилиндри и конуси и пробивни машини за отвори. CNC обработката може да комбинира всичко по-горе в една машинна машина. Тъй като траекториите на инструмента могат да бъдат програмирани, можете да възпроизведете всяко движение на всяка машина. Така че имаме фрезови центрове, които могат да изработват цилиндрични части, и стругове, които могат да фрезоват канали. Всичко това намалява настройката на детайла.
Недостатъци
• За операторите на машини и персонала по поддръжката се изискват високи знания и умения.
• Стартирането на бизнес с CNC обработка изисква високи първоначални инвестиционни разходи.
• Престоите поради повреди в машините оказват значително влияние върху ефективността на производството.
Приложения
От гледна точка на приложенията на CNC технологиите и оборудването в света, основните им области на приложение са следните:
Производствена индустрия
Машиностроителната индустрия е най-ранната индустрия, която прилага технологията за компютъризирано числово управление (CMS), и е отговорна за осигуряването на модерно оборудване за различни индустрии на националната икономика. Основните приложения са разработването и производството на 5-осни вертикални обработващи центрове за съвременна военна техника, 5-осни обработващи центрове, мащабни 5-осни портални фрезови машини, гъвкави производствени линии за двигатели, скоростни кутии и колянови валове в автомобилната индустрия и високоскоростни обработващи центрове, както и роботи за заваряване, монтаж, боядисване, машини за лазерно заваряване на плочи и машини за лазерно рязане, високоскоростни 5-координатни обработващи центрове за обработка на витла, двигатели, генератори и части от лопатките на турбини в авиационната, морската и енергийната промишленост, тежкотоварни стругови и фрезови сложни обработващи центрове.
Информационна индустрия
В информационната индустрия, от компютри до мрежи, мобилни комуникации, телеметрия, дистанционно управление и друго оборудване, е необходимо да се внедри производствено оборудване, базирано на свръхпрецизна технология и нанотехнологии, като например машини за свързване на проводници за производство на чипове, машини за литография на пластини. Управлението на това оборудване трябва да използва технология за компютъризирано числово управление.
Индустрия за медицинско оборудване
В медицинската индустрия много съвременни медицински диагностични и лечебни апарати са внедрили технология за числено управление, като например компютърна томография, машини за лечение на цялото тяло и минимално инвазивни хирургически роботи, базирани на визуално насочване, което е необходимо за ортодонтия и дентално възстановяване в стоматологията.
Военно оборудване
Много съвременна военна техника използва технология за серво управление на движението, като например автоматично управление на насочването на артилерия, управление на проследяването на радари и автоматично управление на проследяването на ракети.
Други индустрии
В леката промишленост има печатарски машини, текстилни машини, опаковъчни машини и дървообработващи машини, които използват многоосно серво управление. В индустрията за строителни материали има компютърно-цифрово управляеми машини за водно рязане за обработка на камък, компютърно-цифрово управляеми машини за гравиране на стъкло за обработка на стъкло, компютърно-цифрово управляеми шевни машини, използвани за обработка на Simmons, и компютърно-цифрово управляеми бродиращи машини, използвани за обработка на дрехи. В художествената индустрия все повече занаяти и произведения на изкуството ще се произвеждат с помощта на високопроизводителни 5-осни CNC машини.
Прилагането на технологията за числено управление не само води до революционни промени в традиционната преработваща промишленост, превръщайки я в символ на индустриализацията, но и с непрекъснатото развитие на технологията за числено управление и разширяването на областите на приложение, тя играе все по-важна роля в националната икономика и препитанието на хората (например информационни технологии и автомобилостроене), леката промишленост, медицината, тъй като дигитализацията на оборудването, необходимо в тези индустрии, се е превърнала в основна тенденция в съвременното производство.
Тенденции
Висока скорост / Висока прецизност
Високата скорост и прецизност са вечните цели на развитието на машинните инструменти. С бързото развитие на науката и технологиите, скоростта на подмяна на електромеханичните продукти се ускорява, а изискванията за прецизност и качество на повърхността на обработваните части също са все по-високи. За да отговорят на нуждите на този сложен и променлив пазар, съвременните машинни инструменти се развиват в посока на високоскоростно рязане, сухо рязане и квазисухо рязане, а точността на обработка непрекъснато се подобрява. Освен това, прилагането на линейни двигатели, електрически шпиндели, керамични сачмени лагери, високоскоростни сачмени винтове и гайки, линейни направляващи релси и други функционални компоненти също създава условия за разработването на високоскоростни и прецизни машинни инструменти. Машините с компютърно цифрово управление използват електрически шпиндел, който елиминира връзките като ремъци, ролки и зъбни колела, което значително намалява момента на инерция на главното задвижване, подобрява динамичната скорост на реакция и точността на работа на шпиндела и напълно решава проблема с вибрациите и шума, когато шпинделът работи с висока скорост. Използването на електрическа структура на шпиндела може да доведе до скорост на шпиндела над 10000 об/мин. Линейният двигател има висока скорост на задвижване, добри характеристики на ускорение и забавяне, както и отлични характеристики на реакция и точност на следване. Използването на линеен двигател като серво задвижване елиминира междинното предавателно звено на сферично-винтовия механизъм, елиминира трансмисионната хлабина (включително луфт), инерцията на движение е малка, твърдостта на системата е добра и тя може да бъде прецизно позиционирана при висока скорост, като по този начин значително подобрява точността на серво задвижването. Поради нулевия си луфт във всички посоки и много малкото триене при търкаляне, линейната двойка търкалящи се водачи има малко износване и незначително генериране на топлина, както и много добра термична стабилност, което подобрява точността на позициониране и повторяемостта на целия процес. Чрез прилагането на линеен двигател и линейна двойка търкалящи се водачи, скоростта на бързо движение на машината може да се увеличи от първоначалните 10-20 м/мин до... 60-80м/мин или дори толкова високо, колкото 120m/ Мин.
Висока надеждност
Надеждността е ключов показател за качеството на машините с цифрово програмно управление. Ключът към това зависи дали машината може да постигне висока производителност, висока прецизност и висока ефективност и да получи добри резултати.
Проектиране на CNC машини с CAD, структурно проектиране с модуларизация
С популяризирането на компютърните приложения и развитието на софтуерните технологии, CAD технологията е широко развита. CAD не само може да замени досадната ръчна работа по чертане, но по-важното е, че може да извършва избор на конструктивна схема, анализ на статични и динамични характеристики, изчисления, прогнозиране и оптимизиране на проектирането на мащабни машини, както и динамична симулация на всяка работна част от цялото оборудване. Въз основа на модулността, триизмерният геометричен модел и реалистичният цвят на продукта могат да се видят още на етапа на проектиране. Използването на CAD може значително да подобри ефективността на работата и да подобри еднократния процент на успех на проектирането, като по този начин съкращава цикъла на пробно производство, намалява разходите за проектиране и подобрява конкурентоспособността на пазара. Модулният дизайн на компонентите на машинните инструменти може не само да намали повтарящия се труд, но и да реагира бързо на пазара и да съкрати циклите на разработване и проектиране на продукти.
Функционално компаундиране
Целта на функционалното комбиниране е допълнително да подобри производствената ефективност на машинния инструмент и да минимизира спомагателното време, необходимо за обработка, извън машинната обработка. Чрез комбинирането на функции може да се разшири обхватът на използване на машинния инструмент, да се подобри ефективността и да се реализира многофункционалността и многофункционалността на една машина, т.е. CNC машина може да реализира както стругова функция, така и процес на фрезоване. Шлифоване е възможно и на машинни инструменти. Компютърно управляваният стругово-фрезов комбиниран център ще работи едновременно с оси X, Z, C и Y. Чрез оста C и оста Y може да се реализира плоско фрезоване и обработка на отместени отвори и канали. Машината е оборудвана и с мощна опора за инструменти и подшпиндел. Подшпинделът използва вградена електрическа структура на шпиндела, а синхронизацията на скоростта на главния и подшпиндела може да се осъществи директно чрез системата за числено управление. Детайлът на машинния инструмент може да завърши цялата обработка с едно затягане, което значително подобрява ефективността.
Интелигентен, мрежов, гъвкав и интегриран
CNC оборудването през 21-ви век ще бъде система с определен интелект. Съдържанието на интелигентността включва всички аспекти на системата за числено управление: за да се постигне интелигентност в ефективността на обработката и качеството на обработката, като например адаптивно управление на процеса на обработка, параметрите на процеса се генерират автоматично; за да се подобрят характеристиките на шофиране и да се използва интелигентността във връзка, като например управление с предварителна връзка, самоадаптивна работа на параметрите на двигателя, автоматично идентифициране на натоварването, автоматичен избор на модел, самонастройка и др.; опростено програмиране, опростена оперативна интелигентност, като например интелигентно автоматично програмиране, интелигентен интерфейс, интелигентна диагностика, интелигентно наблюдение и други аспекти за улесняване на диагностиката и поддръжката на системата. Мрежовото оборудване за числено управление е гореща точка в развитието на машинните инструменти през последните години. Мрежовото CNC оборудване ще отговори значително на нуждите на производствените линии, производствените системи и производствените предприятия за интеграция на информация, а също така е основно устройство за реализиране на нови производствени модели, като например гъвкаво производство, виртуални предприятия и глобално производство. Тенденцията в развитието на компютърно управляваните машини с цифрово управление към гъвкави системи за автоматизация е: от точкови (самостоятелни, обработващи центрове и комбинирани обработващи центрове), линейни (FMC, FMS, FTL, FML) към повърхностни (независим производствен остров в цеха, FA), корпусни (CIMS, разпределена мрежова интегрирана производствена система), от друга страна, с фокус върху посоката на приложение и икономичност. Гъвкавата технология за автоматизация е основното средство за производствената индустрия да се адаптира към динамичните пазарни изисквания и да актуализира бързо продуктите. Фокусът ѝ е върху подобряване на надеждността и практичността на системата като предпоставка, с цел лесно свързване в мрежа и интеграция, и обръща внимание на засилване на развитието и усъвършенстването на технологията на модулите. CNC самостоятелните машини се развиват в посока на висока прецизност, висока скорост и висока гъвкавост. CNC машините и техните съставни гъвкави производствени системи могат лесно да бъдат свързани с CAD, CAM, CAPP и MTS и да се развиват към информационна интеграция. Мрежовата система се развива в посока на откритост, интеграция и интелигентност.
Oбобщение
Накратко, CNC технологията е навсякъде в нашата работа и ежедневие, от малки работилници до големи производствени предприятия. CNC машините са способни на всичко - от дърворезба и рязане на персонализирани дървени изделия до струговане и фрезоване на прецизни метални части. Те са търсени от всички - от любители „Направи си сам“ до индустриални производители. CNC машините повишават производителността, като същевременно спестяват разходи за труд и материали, което ги прави идеалният партньор за стартиране на нов бизнес или модернизиране на остаряла производствена линия.
