Řízení CNC
Transformace obrábění (MX) znamená přechod k síťové, digitalizované a udržitelné CNC výrobě. Jádrem této revoluce jsou čtyři základní oblasti: integrace procesů, automatizace, digitální transformace (DX) a ekologická transformace (GX). V tomto holistickém kontextu působí CNC řízení jako zdroj digitální výrobní inteligence a má existenční význam pro další rozvoj výrobních technologií v éře průmyslové digitalizace.
Historie CNC řízení ve výrobě obráběcích strojů
Věk modernosti začal pro světový průmysl obráběcích strojů na MIT (Massachusetts Institute of Technology), renomované univerzitě v Cambridge. První NC stroj zde byl vyvinut na přelomu 40. a 50. let 20. století. Podnětem bylo hledání efektivního řešení pro výrobu složitých obrobků pro letecký a kosmický průmysl. Zkratka "NC" znamená numerické řízení strojů. Tento vývoj je považován za významný zlom v historii obráběcích strojů. K vývoji NC k CNC řízení a s tím spojenému průlomu ve využití počítačů však zbývalo ujít ještě dlouhou cestu.
Vývoj od NC k CNC řízení
V letech následujících po jejich světové premiéře musely NC systémy překonat několik výzev a omezení. Jednou z největších překážek bylo jejich omezení na jednotlivé úlohy a statické operace. Protože byly naprogramovány k provedení konkrétní činnosti, bylo obtížné a časově náročné provádět úpravy nebo zavádět změny ve výrobě dílů. Další výzvou byla složitost programování. První programovací jazyky byly ještě v plenkách a tvorba NC programů vyžadovala speciální odborné znalosti. Navíc rychlost zpracování NC systémů omezovala jejich efektivitu a účinnost.
Brzy se ukázalo, že je nutný evoluční vývoj směrem k něčemu dynamičtějšímu a přizpůsobivějšímu. Na tomto pozadí sehrál rozhodující roli vynález tranzistorů a následný vývoj mikroprocesorů v 60. a 70. letech 20. století. Integrace počítače do řídicí jednotky pro řízení CNC (computerized numerical control) otevřela zcela nové možnosti v konstrukci obráběcích strojů. Stroje se staly flexibilnějšími a mohly zpracovávat složité sekvence příkazů. Programy bylo možné ukládat a podle potřeby znovu používat.
S dynamickým rozvojem výpočetní techniky CNC technologie také stále více měnila výrobní prostředí. Především výrazně zvýšila rychlost výroby, flexibilitu a stupeň automatizace. CNC řízené stroje lze nyní obsluhovat částečně bez dozoru. Zlepšila se také přesnost a opakovatelnost. Jakmile byl program CNC naprogramován a otestován, mohl být znovu použit bez ztráty přesnosti nebo kvality. Řízení CNC také umožnilo výrobu složitých, uživatelem definovaných geometrií.
Jaké jsou úkoly CNC řízení?
Řízení CNC je zodpovědné za zpracování, programování a koordinaci pohybů stroje. Mezitím technologie pohonu v podobě krokových motorů, servopohonů nebo přímých pohonů umožňuje fyzický pohyb lineárních a rotačních os stroje. Výběr typu motoru a pohonu pro stroj CNC závisí na různých faktorech, včetně specifických požadavků aplikace, nákladů a složitosti řídicího systému.
Mezi základní funkce CNC řízení patří automatizované obrábění součástí téměř libovolné složitosti. CNC umožňuje přesné řízení pohybů motorů, vřeten a pohonných jednotek podél lineárních a rotačních os. Řízení CNC soustruhu nebo CNC frézky tak přebírá mnoho úkonů, které u konvenčních obráběcích strojů vykonává především obsluha stroje. Patří mezi ně řízení výrobních kroků, sledování výrobních sekvencí, ukládání dat o stroji a nástroji, ukládání a provádění výrobních programů a grafická simulace výrobních sekvencí. Moderní CNC systémy se vyznačují také rozsáhlými podpůrnými funkcemi pro programování.
Programovací jazyk
Struktura programovacího jazyka se skládá především z takzvaných G-kódů, M-kódů a technologických cyklů. G-kód se používá k řízení pohybů a operací CNC stroje. "G" je tedy odvozen od následné geometrie obrobku. G-kód určuje, jakým směrem, jakou rychlostí a po jaké dráze se nástroj pohybuje. Některé základní G-kódy jsou G00 pro rychlé polohování, G01 pro lineární pohyby, G02 a G03 pro kruhové pohyby. Každý z těchto kódů má také specifické parametry, které určují pohyb nástroje.
Oproti tomu M-kódy jsou příkazy, které řídí specifické funkce a operace stroje, tj. nejsou přímo spojeny s pohyby nástroje. Patří mezi ně například zapnutí a vypnutí přívodu chladicí kapaliny, otevření a zavření upínacího zařízení nebo spuštění a zastavení motoru vřetena.
Technologické cykly podporují programování CNC
Technologické cykly zjednodušují programování CNC strojů tím, že převádějí složité sekvence NC programů do jednoduché, uživatelsky přívětivé vstupní formy. Každý technologický cyklus je přizpůsoben konkrétní úloze. K dispozici jsou mimo jiné cykly pro vrtání, řezání závitů, frézování, soustružení, měření nebo výrobu ozubených kol.
V těchto případech stačí, aby obsluha vybrala požadovaný technologický cyklus z ovládacího menu stroje a zadala potřebné parametry na vstupní obrazovce. Řízení CNC pak na základě zadaných informací vygeneruje kompletní sadu NC příkazů. Stroj podle těchto příkazů provede odpovídající operace, čímž se zkrátí doba potřebná pro programování CNC a zároveň se zvýší kvalita a přesnost obrobků. Technologické cykly pomáhají minimalizovat lidské chyby, což vede k vyšší efektivitě provozu a kvalitě výrobků.
V typickém CNC programu se pak G-kódy a M-kódy kombinují s technologickými cykly, aby se provedla požadovaná obráběcí operace. Program obvykle začíná sérií M-kódů pro nastavení stroje, po nichž následují G-kódy a technologické cykly, které řídí vlastní obrábění.
Jaké typy CNC řízení existují?
Řízení CNC lze podle způsobu činnosti rozdělit na bodové řízení, liniové řízení a řízení dráhy. Bodové řízení polohuje nástroj v předem definovaných bodech a používá se především pro operace vrtání nebo děrování. Při řízení dráhy je nástroj veden po předem definované dráze, ale bez průběžné kontroly dráhy mezi body. Při řízení dráhy se nástroj pohybuje po spojité dráze interpolací os, přičemž tento typ řízení se dále rozlišuje na 2D, 2½D a 3D řízení dráhy.
Moderní výroba
Dnešní systémy CNC jsou vybaveny vysoce výkonnými mikroprocesory a paměťovými systémy. To umožňuje zpracovávat velmi složité, a tudíž výpočetně náročné sekvence příkazů pro několik interpolujících lineárních a rotačních os. I složité obráběcí úlohy lze provádět s nejvyšší přesností a zůstávají reprodukovatelné. Řízení CNC je a zůstává srdcem každého moderního obráběcího stroje. V souvislosti s průmyslovou digitalizací se však bude i nadále vyvíjet nad rámec tradičního řízení procesu. Relevantní témata v této souvislosti jsou:
- Integrace umělé inteligence a strojového učení: Moderní CNC systémy jsou stále více schopny shromažďovat a analyzovat data z procesu obrábění. Díky integraci umělé inteligence a strojového učení se tyto systémy mohou samostatně učit a optimalizovat procesy obrábění. To vede ke zvýšení efektivity, přesnosti a snížení chybovosti.
- Kompenzace chyb a kontrola kvality: Inteligentní systémy CNC mohou detekovat a automaticky korigovat odchylky v procesu obrábění. To významně přispívá ke zlepšení kvality a konzistence hotových výrobků.
- Energetická účinnost a udržitelnost: Inteligentní řízení CNC dokáže optimalizovat spotřebu energie přizpůsobením provozu stroje aktuálním požadavkům. To nejen snižuje provozní náklady, ale také podporuje udržitelnou výrobu.
- Síťování a komunikace: V Průmyslu 4.0 je síťové propojení zásadní. Systémy CNC jsou propojeny s dalšími stroji, systémy a nástroji řízení vyšší úrovně, aby byl zajištěn plynulý a efektivní tok výroby. To umožňuje komplexní řízení a monitorování výrobních procesů v reálném čase.
- Přizpůsobivost a flexibilita: Schopnost rychle reagovat na změny ve výrobě dílů je v moderní výrobě zásadní. Řídicí systémy CNC díky své programovatelnosti a flexibilitě umožňují vyrábět výrobky v malých sériích nebo dokonce individuálně podle specifikací zákazníka, aniž by byla ohrožena efektivita.
Jak se bude vyvíjet úloha CNC řízení ve výrobě součástek?
Řídicí systémy CNC jsou dnes mnohem více než jen nástrojem pro řízení strojů. Staly se nedílnou a interaktivní součástí inteligentních výrobních struktur, které dalece přesahují rámec mechanické dílny. CNC funguje jako rozhraní mezi digitálním plánováním a fyzickou realizací. Díky integraci umělé inteligence a pokročilé analytiky se CNC řízení stále více stávají aktivním rozhodovacím prvkem v procesu výroby CNC dílů. Bez problémů zapadají do ekosystému inteligentní tvorby výrobků a vytvářejí kvalifikovanou přidanou hodnotu. V budoucnu tak CNC řídicí systémy nejen zvýší efektivitu a kvalitu CNC výroby, ale také přispějí k flexibilnějšímu, přizpůsobivějšímu a ekologicky udržitelnějšímu průmyslu.
Úloha řídicích systémů CNC v dílnách
Řízení konturování ve všech rozměrech
NC řízení se vyvinulo od jednoduchých bodových řízení až po vysoce komplexní řízení dráhy, která jsou schopna provádět nejnáročnější obráběcí úlohy. Tento typ CNC řízení se dělí na tři podkategorie:
- Řízení 2D konturování: Řízení 2D konturování je nejzákladnější formou řízení konturování. Používá se v aplikacích, kde obrábění probíhá podél dvou os - obvykle X a Y. Tento typ řízení je ideální pro úlohy, jako je řezání a gravírování nebo jednoduché frézovací operace, kde svislá osa (osa Z) nevykonává spojitý pohyb.
- Řízení dráhy 2½D: Řízení dráhy 2½D je rozšířením řízení 2D. Pracuje sice primárně na osách X a Y, ale umožňuje také zvedání nebo spouštění nástroje podél osy Z, ale bez současného pohybu v osách X a Y. To umožňuje složitější obráběcí operace než při čistě 2D řízení.
- Řízení 3D dráhy: Řízení 3D dráhy představuje nejvyšší stupeň vývoje technologií řízení CNC. Umožňuje současný (interpolační) pohyb a koordinaci všech lineárních os (X, Y a Z) a rotačních os (osy A, B a C), aby bylo možné obrábět složité trojrozměrné kontury.
Kontaktujte nás ohledně všech záležitostí týkajících se DMG MORI technických tiskových zpráv.