Нумеричка управувана машина

Од Википедија — слободната енциклопедија
Прејди на прегледникот Прејди на пребарувањето
CNC машина која работи на дрво

Нумеричка контрола (исто така компјутерска нумеричка контрола, и вообичаено наречена CNC )[1] е автоматска контрола на алатките за обработка (како што се дупчалки, стругови, мелници, брусилки, рутери и 3D печатачи ) со помош на компјутер . CNC машина обработува парче материјал (метал, пластика, дрво, керамика или композит) за да ги исполни спецификациите следејќи ги кодирани програмирани упатства и без рачен оператор директно да ја контролира работата на обработката.

CNC машината е моторизирана маневрирачка алатка и често моторизирана маневрирачка платформа, која и двете се контролирани од компјутер, според специфични инструкции за внесување. Инструкциите се испорачуваат на CNC машина во форма на секвенцијална програма на инструкции за контрола на машината како што се G-код и M-код, а потоа се извршуваат. Програмата може да биде напишана од лице или, многу почесто, генерирана од софтвер за графички компјутерски потпомогнат дизајн (CAD) или компјутерски потпомогнато производство (CAM). Во случај на 3D печатачи, делот што треба да се печати се „сече“ пред да се генерираат инструкциите (или програмата). 3D печатачите исто така користат G-Code.[2]

CNC е огромно подобрување во однос на некомпјутеризираната обработка што мора да биде рачно контролирана (на пр. со користење на уреди како што се рачни тркала или лостови) или механички контролирана со претходно изработени водилки за модели (види пантографска мелница ). Во современите CNC системи, дизајнот на механички дел и неговата програма за производство се високо автоматизирани. Механичките димензии на делот се дефинирани со користење на CAD софтвер, а потоа се преточуваат во производствени директиви со софтвер за производство со помош на компјутер (CAM). Добиените директиви се трансформираат (со софтверот „ пост процесор “) во специфични команди неопходни за одредена машина да ја произведе компонентата, а потоа се вчитуваат во CNC машината.

Бидејќи за која било конкретна компонента може да биде потребна употреба на неколку различни алатки – дупчалки, пили итн. – современите машини често комбинираат повеќе алатки во една „ќелија“. Во други инсталации, се користат неколку различни машини со надворешен контролер и човечки или роботски оператори кои ја движат компонентата од машина на машина. Во секој случај, серијата чекори потребни за производство на кој било дел е високо автоматизирана и произведува дел кој тесно се совпаѓа со оригиналниот KAD цртеж.

Дискрипција[уреди | уреди извор]

Движењето е контролирање на повеќе оски, вообичаено најмалку две (X и Y),[3] и вретено на алатот што се движи во Z (длабочината). Позицијата на алатот е управувана од степер мотори со директен погон или серво мотори за да се обезбедат високо прецизни движења, или кај постарите дизајни, мотори преку низа брзини за спуштање. Контролата со отворен циклус работи сè додека силите се чуваат доволно мали и брзините не се преголеми. Кај комерцијалните машини за обработка на метал, контролите со затворена јамка се стандардни и потребни за да се обезбеди бараната точност, брзина и повторливост .

Опис на делови[уреди | уреди извор]

Како што еволуираше хардверот на контролорот, еволуираа и самите мелници. Една промена беше да се затвори целиот механизам во голема кутија како безбедносна мерка (со заштитно стакло во вратите за да му се овозможи на операторот да ја следи функцијата на машината), често со дополнителни безбедносни брави за да се осигура дека операторот е доволно далеку од работата. парче за безбедно работење. Повеќето нови CNC системи изградени денес се 100% електронски контролирани.

Системите слични на CNC се користат за секој процес што може да се опише како движења и операции. Тие вклучуваат ласерско сечење, заварување, заварување со триење, ултразвучно заварување, сечење со пламен и плазма, виткање, вртење, дупчење, прикачување, лепење, сечење ткаенина, шиење, поставување на лента и влакна, насочување, берење и поставување и пила.

Историја[уреди | уреди извор]

Првите NC машини беа изградени во 1940-тите и 1950-тите, врз основа на постојните алатки кои беа модифицирани со мотори кои ја поместуваа алатката или делот за да ги следат точките внесени во системот на пробиена лента .[2] Овие рани сервомеханизми беа брзо зголемени со аналогни и дигитални компјутери, создавајќи модерни CNC машински алати кои ги револуционизираа процесите на обработка.

Примери на CNC машини[уреди | уреди извор]

CNC machine Description Image
Mill Translates programs consisting of specific numbers and letters to move the spindle (or workpiece) to various locations and depths. Can either be a Vertical Milling Center (VMC) or a Horizontal Milling Center, depending on the orientation of the spindle. Many use G-code. Functions include: face milling, shoulder milling, tapping, drilling and some even offer turning. Today, CNC mills can have 3 to 6 axes. Most CNC mills require placing the workpiece on or in them and must be at least as big as the workpiece, but new 3-axis machines are being produced that are much smaller.
Lathe Cuts workpieces while they are rotated. Makes fast, precision cuts, generally using indexable tools and drills. Effective for complicated programs designed to make parts that would be unfeasible to make on manual lathes. Similar control specifications to CNC mills and can often read G-code. Generally have two axes (X and Z), but newer models have more axes, allowing for more advanced jobs to be machined.
Plasma cutter Involves cutting a material using a plasma torch. Commonly used to cut steel and other metals, but can be used on a variety of materials. In this process, gas (such as compressed air) is blown at high speed out of a nozzle; at the same time, an electrical arc is formed through that gas from the nozzle to the surface being cut, turning some of that gas to plasma. The plasma is sufficiently hot to melt the material being cut and moves sufficiently fast to blow molten metal away from the cut.
CNC plasma cutting
Electric discharge machining (EDM), also known as spark machining, spark eroding, burning, die sinking, or wire erosion, is a manufacturing process in which the desired shape is obtained using electrical discharges (sparks). Material is removed from the workpiece by a series of rapidly recurring current discharges between two electrodes, separated by a dielectric fluid and subject to an electric voltage. One of the electrodes is called the tool electrode, or simply the "tool" or "electrode," while the other is called the workpiece electrode, or "workpiece".
Master at the top, badge die workpiece at bottom, oil jets at left (oil has been drained). Initial flat stamping will be "dapped" to give a curved surface.
Multi-spindle machine Type of screw machine used in mass production. Considered to be highly efficient by increasing productivity through automation. Can efficiently cut materials into small pieces while simultaneously utilizing a diversified set of tooling. Multi-spindle machines have multiple spindles on a drum that rotates on a horizontal or vertical axis. The drum contains a drill head which consists of several spindles that are mounted on ball bearings and driven by gears. There are two types of attachments for these drill heads, fixed or adjustable, depending on whether the center distance of the drilling spindle needs to be varied.[4]
Wire EDM Also known as wire cutting EDM, wire burning EDM, or traveling wire EDM, this process uses spark erosion to machine or remove material from any electrically conductive material, using a traveling wire electrode. The wire electrode usually consists of brass- or zinc-coated brass material. Wire EDM allows for near 90-degree corners and applies very little pressure on the material.[5] Since the wire is eroded in this process, a wire EDM machine feeds fresh wire from a spool while chopping up the used wire and leaving it in a bin for recycling.[6]
Sinker EDM Also called cavity type EDM or volume EDM, a sinker EDM consists of an electrode and workpiece submerged in oil or another dielectric fluid. The electrode and workpiece are connected to a suitable power supply, which generates an electrical potential between the two parts. As the electrode approaches the workpiece, dielectric breakdown occurs in the fluid forming a plasma channel and small spark jumps. Production dies and molds are often made with sinker EDM. Some materials, such as soft ferrite materials and epoxy-rich bonded magnetic materials are not compatible with sinker EDM as they are not electrically conductive.[7]
Water jet cutter Also known as a "waterjet", is a tool capable of slicing into metal or other materials (such as granite) by using a jet of water at high velocity and pressure, or a mixture of water and an abrasive substance, such as sand. It is often used during the fabrication or manufacture of parts for machinery and other devices. Waterjet is the preferred method when the materials being cut are sensitive to the high temperatures generated by other methods. It has found applications in a diverse number of industries from mining to aerospace where it is used for operations such as cutting, shaping, carving, and reaming.
Thibaut Waterjet cutting machine
Waterjet cutting machine for all materials
Punch Press Used to rapidly punch holes and cut thin materials. Such as sheet metal, plywood, thin bar stock, and tubing. Punch presses are generally used when a CNC Mill would be inefficient or unfeasible. CNC punch presses can come in the C frame, where the sheet material is clamped onto a machining table and a hydraulic ram pushes down on the material, or they can come in a portal frame variant where bar stock/tubing is fed into the machine.

Други CNC алатки[уреди | уреди извор]

Многу други алатки имаат CNC варијанти, вклучувајќи:

  •  Drills
  • Embroidery Machines
  • lathes
  • milinig machine
  • canned cycle
  • wood routres
  • sheet metal works
  • tube, pipe and wire bending machies
  • hot-wire foam cutters
  • plasma cutters
  • water jet cutters
  • laster cutteing
  • oxy-fuel
  • surface grinder
  • Cylidndrical grinder
  • 3D prinitg
  • Induction hardening machines
  • submerged arc welding
  • glass cutting
  • CNC router
  • Vinyl cutter
  • leather cutter

Удар на алат/машина[уреди | уреди извор]

Во CNC, „пад“ се случува кога машината се движи на таков начин што е штетен за машината, алатите или деловите што се обработуваат, што понекогаш резултира со свиткување или кршење на алатките за сечење, придружните стеги, менгеме и тела или предизвикувајќи оштетување на самата машина со свиткување на водечките шини, кршење на погонските завртки или предизвикување на пукање или деформирање на структурните компоненти при напрегање. Благ удар може да не ја оштети машината или алатите, но може да го оштети делот што се обработува така што мора да се отфрли. Многу CNC алатки немаат својствено чувство за апсолутната положба на масата или алатките кога се вклучени. Тие мора да бидат рачно „домашни“ или „нула“ за да имаат каква било референца за работа, а овие ограничувања се само за да се дознае локацијата на делот за работа со него и не се ограничување на тешкото движење на механизмот. Често е можно да се вози машината надвор од физичките граници на нејзиниот погонски механизам, што резултира со судир со нив или оштетување на погонскиот механизам. Многу машини имплементираат контролни параметри кои го ограничуваат движењето на оската над одредена граница, покрај физичките гранични прекинувачи . Сепак, овие параметри често може да се менуваат од операторот.

Неколку CNC алатки исто така не знаат ништо за нивната работна средина. Машините може да имаат системи за чувствителност на оптоварување на погоните на вретеното и на оската, но некои немаат. Тие слепо го следат дадениот код за обработка и на операторот му останува да открие дали се случува или ќе се случи пад, и операторот рачно да го прекине активниот процес. Машините опремени со сензори за оптоварување можат да го запрат движењето на оската или вретеното како одговор на состојба на преоптоварување, но тоа не спречува да дојде до несреќа. Може само да ја ограничи штетата што произлегува од падот. Некои падови можеби никогаш нема да преоптоварат ниту една оска или погони на вретеното.

Ако погонскиот систем е послаб од структурниот интегритет на машината, тогаш погонскиот систем едноставно притиска на пречката, а погонските мотори „се лизгаат на своето место“. Машинскиот алат можеби нема да го открие судирот или лизгањето, така што на пример алатката сега треба да биде на 210 mm на оската X, но всушност е на 32 mm каде што удрила во пречката и постојано се лизга. Сите следни движења на алатот ќе бидат исклучени за -178 мм на оската Х, а сите идни движења сега се невалидни, што може да резултира со дополнителни судири со стегите, менгемеите или самата машина. Ова е вообичаено кај степер-системи со отворен циклус, но не е возможно во системи со затворена јамка, освен ако не се случило механичко лизгање помеѓу моторот и механизмот за погон. Наместо тоа, во систем со затворена јамка, машината ќе продолжи да се обидува да се движи против товарот додека или погонскиот мотор не дојде во состојба на преоптоварување или серво моторот не успее да дојде до саканата положба.

Можно е откривање и избегнување судир, преку употреба на сензори за апсолутна положба (оптички ленти за шифрирање или дискови) за да се потврди дека се случило движење, или сензори за вртежен момент или сензори за искористување на моќноста на погонскиот систем за откривање на абнормално напрегање кога машината треба само да се движи. и не сечење, но тие не се вообичаена компонента на повеќето хоби CNC алатки. Наместо тоа, повеќето хоби CNC алатки едноставно се потпираат на претпоставената точност на чекорните мотори кои ротираат одреден број степени како одговор на промените на магнетното поле. Често се претпоставува дека степерот е совршено прецизен и никогаш не погреши, така што следењето на положбата на алатката едноставно вклучува броење на бројот на пулсирања испратени до степерот со текот на времето. Алтернативно средство за следење на позицијата на чекорот обично не е достапно, така што не е можно откривање судир или лизгање.

Комерцијалните CNC машини за обработка на метал користат контроли за повратна врска со затворена јамка за движење на оската. Во систем со затворена јамка, контролорот ја следи вистинската позиција на секоја оска со апсолутен или инкрементален енкодер . Соодветното програмирање на контролата ќе ја намали можноста за пад, но сепак останува на операторот и на програмерот да се осигураат дека машината работи безбедно. Меѓутоа, во текот на 2000-тите и 2010-тите, софтверот за машинска симулација созреваше брзо, и веќе не е невообичаено за целата обвивка на машинскиот алат (вклучувајќи ги сите оски, вретена, чаки, одбранбени држачи, држачи за алати, опашки, тела, стеги, и залиха) да се моделира прецизно со 3D цврсти модели, што му овозможува на софтверот за симулација прилично точно да предвиди дали циклусот ќе вклучи пад. Иако таквата симулација не е нова, нејзината прецизност и навлегувањето на пазарот значително се менуваат поради напредокот во компјутерите.[8]

Нумеричка прецизност и реакција на опремата[уреди | уреди извор]

Во рамките на нумеричките системи на CNC програмирање, генераторот на код може да претпостави дека контролираниот механизам е секогаш совршено точен или дека прецизните толеранции се идентични за сите насоки на сечење или движење. Ова не е секогаш вистинска состојба на CNC алатките. ЦПУ алатките со голема количина на механички повратен удар сè уште можат да бидат многу прецизни ако погонот или механизмот за сечење се придвижуваат само за да се примени сила на сечење од една насока, а сите системи за возење се цврсто притиснати заедно во таа насока на сечење. Како и да е, CNC уред со силен удар и досадна алатка за сечење може да доведе до брборење на секачот и можно пробивање на работното парче. Повратниот удар, исто така, влијае на прецизноста на некои операции кои вклучуваат превртување на движењето на оската за време на сечењето, како што е глодањето на кругот, каде што движењето на оската е синусоидно. Сепак, ова може да се компензира ако количината на повратен удар е прецизно позната со линеарни енкодери или рачно мерење.

Самиот механизам за висок повратен удар не мора да се потпира за постојано прецизност за процесот на сечење, но некој друг референтен објект или прецизна површина може да се користи за да се нули механизмот, со цврсто примена на притисок врз референцата и поставување како нулта референци за сите следни движења со CNC кодирани. Ова е слично на методот на рачен машински алат за прицврстување на микрометар на референтниот зрак и прилагодување на бројчаникот на Верние на нула користејќи го тој објект како референца. 

Систем за контрола на позиционирање[уреди | уреди извор]

Во системите за нумеричка контрола, позицијата на алатката се дефинира како збир на инструкции наречени програма за делови . Контролата на позиционирање се нарекува со користење на систем со отворена или затворена јамка. Во систем со отворен циклус, комуникацијата се одвива само во една насока: од контролорот до моторот. Во системот со затворена јамка, се обезбедува повратна информација до контролорот за да може да ги исправи грешките во положбата, брзината и забрзувањето, кои можат да настанат поради варијации во оптоварувањето или температурата. Системите со отворен циклус се генерира поевтини, но помалку прецизни. Степерните мотори можат да се користат и во двата типа на системи, додека серво моторите може да се користат само во затворени системи.

Декартови координати[уреди | уреди извор]

Позициите на кодот G & M се засноваат на тродимензионален Декартов координатен систем . Овој систем е типична рамнина која често се гледа во математиката при графика. Овој систем е потребен за мапирање на патеките на машинскиот алат и кој било друг вид на дејства што треба да се случат во одредена координата. Апсолутни координати се оние што обично се користат почесто за машини и ја претставуваат (0,0,0) точката на рамнината. Оваа точка е поставена на материјалот за складирање за да даде почетна точка или „домашна позиција“ пред да започне вистинската обработка.

Кодирање[уреди | уреди извор]

Г-кодови[уреди | уреди извор]

Г-кодовите се користат за командување на специфични движења на машината, како што се движења на машината или функции за дупчење. Поголемиот дел од програмите G-Code започнуваат со симболот процент (%) на првата линија, а потоа следи „О“ со нумеричко име за програмата (т.е. „O0001“) на втората линија, потоа уште еден симбол процент (%) на последната линија од програмата. Форматот за G-код е буквата G проследена со две до три цифри; на пример G01. Г-кодовите малку се разликуваат помеѓу апликацијата за мелница и струг, на пример:

[Позиционирање на брзо движење G00]
[G01 Линеарно интерполационо движење]
[G02 Кружна интерполација - движење во насока на стрелките на часовникот]
[G03 Кружна интерполација движење-против стрелките на часовникот]
[G04 Dwell (Група 00) Мелница]
[G10 Подесени поместувања (група 00) Мелница]
[G12 Кружни џебови во насока на стрелките на часовникот]
[G13 Кружни џебови-спротивно од стрелките на часовникот]

М-шифри[уреди | уреди извор]

[Различни функции на кодот (М-код)]  . М-кодовите се различни машински команди кои не наредуваат движење на оската. Форматот за М-код е буквата М проследена со две до три цифри; на пример:

[M02 Крај на програмата]
[M03 Почетно вретено - во насока на стрелките на часовникот]
[M04 Стартното вретено - спротивно од стрелките на часовникот]
[M05 Стоп вретено]
[Промена на алатката M06]
[M07 Течност за ладење на течност за ладење со магла]
[M08 Вклучено течност за ладење од поплава]
[М09 течноста за ладење исклучена]
[М10 Чак отворено]
[M11 Чак затвори]
[M13 И М03 и М08 Вртено во насока на стрелките на часовникот и течноста за ладење од поплава]
[M14 И М04 и М08 Вртено вртење спротивно од стрелките на часовникот и течноста за ладење од поплава]
[M16 Повик за специјална алатка]
[M19 Ориентација на вретеното]
[М29 DNC режим]
[М30 ресетирање и премотување на програмата]
[М38 Вратата отворена]
[M39 Затворање на вратата]
[М40 запчаник вретено во средината]
[M41 Избор на ниска брзина]
[M42 Избор на висока брзина]
[M53 Повлечете вретено] (го подига вретеното на алатката над моменталната позиција за да му дозволи на операторот да прави се што би требало да прави)
[М68 Хидраулична чак затворање]
[М69 Хидрауличната чак отворена]
[M78 Tailstock напредува]
[M79 Tailstock во рикверц]

Пример[уреди | уреди извор]

%
O0001
G20 G40 G80 G90 G94 G54(Inch, Cutter Comp. Cancel, Deactivate all canned cycles, moves axes to machine coordinate, feed per min., origin coordinate system)
M06 T01 (Tool change to tool 1)
G43 H01 (Tool length comp. in a positive direction, length compensation for the tool)
M03 S1200 (Spindle turns CW at 1200RPM)
G00 X0. Y0. (Rapid Traverse to X=0. Y=0.)
G00 Z.5 (Rapid Traverse to z=.5)
G00 X1. Y-.75 (Rapid traverse to X1. Y-.75)
G01 Z-.1 F10 (Plunge into part at Z-.25 at 10in per min.)
G03 X.875 Y-.5 I.1875 J-.75 (CCW arc cut to X.875 Y-.5 with radius origin at I.625 J-.75)
G03 X.5 Y-.75 I0.0 J0.0 (CCW arc cut to X.5 Y-.75 with radius origin at I0.0 J0.0)
G03 X.75 Y-.9375 I0.0 J0.0(CCW arc cut to X.75 Y-.9375 with radius origin at I0.0 J0.0)
G02 X1. Y-1.25 I.75 J-1.25 (CW arc cut to X1. Y-1.25 with radius origin at I.75 J-1.25)
G02 X.75 Y-1.5625 I0.0 J0.0 (CW arc cut to X.75 Y-1.5625 with same radius origin as the previous arc)
G02 X.5 Y-1.25 I0.0 J0.0 (CW arc cut to X.5 Y-1.25 with same radius origin as the previous arc)
G00 Z.5 (Rapid traverse to z.5)
M05 (spindle stops)
G00 X0.0 Y0.0 (Mill returns to origin)
M30 (Program End)
%

Имањето правилни брзини и доводи во програмата обезбедува поефикасно и понепречено работење на производот. Неправилните брзини и доводи ќе предизвикаат оштетување на алатот, вретеното на машината, па дури и на производот. Најбрзиот и наједноставниот начин да ги пронајдете овие бројки е да користите калкулатор што може да се најде на интернет. Формулата може да се користи и за пресметување на соодветните брзини и доводи за материјал. Овие вредности може да се најдат на интернет или во Прирачникот за машини .

Исто така[уреди | уреди извор]

Наводи[уреди | уреди извор]

  1. „What Is A CNC Machine? | CNC Machines“. cncmachines.com. Посетено на 2022-02-04.
  2. 2,0 2,1 3ERP (2022-06-24). „What is CNC Milling and How Does it Work: Everything You Need to Know - 3ERP“. Rapid Prototyping & Low Volume Production (англиски). Посетено на 2022-06-30.
  3. Mike Lynch, "Key CNC Concept #1—The Fundamentals Of CNC", Modern Machine Shop, 4 January 1997. Accessed 11 February 2015
  4. „Multi Spindle Machines - An In-Depth Overview“. Davenport Machine (англиски). Посетено на 2017-08-25.
  5. „Machining Types - Parts Badger“. Parts Badger (англиски). Посетено на 2017-07-07.
  6. „How it Works – Wire EDM | Today's Machining World“. todaysmachiningworld.com (англиски). Посетено на 2017-08-25.
  7. „Sinker EDM - Electrical Discharge Machining“. www.qualityedm.com. Посетено на 2017-08-25.
  8. Zelinski, Peter (2014-03-14), „New users are adopting simulation software“, Modern Machine Shop.

Понатамошно читање[уреди | уреди извор]

Надворешни врски[уреди | уреди извор]

Предлошка:Metalworking navboxПредлошка:Robotics