NC
(Numerische Steuerung, kurz CNC) bezieht sich auf die Verwendung diskreter digitaler Informationen zur Steuerung des Betriebs mechanischer Geräte, die nur vom Bediener selbst programmiert werden können
CNC
Anwendungen der CNC-Technologie
Die CNC-Technologie hat sich rasant weiterentwickelt, was die Produktivität der Formenbearbeitung erheblich verbessert hat. Unter ihnen ist die schnellere CPU der Kern der CNC-Technologieentwicklung. Die Verbesserung der CPU bedeutet nicht nur eine Verbesserung der Rechengeschwindigkeit, sondern die Geschwindigkeit selbst beinhaltet auch die Verbesserung anderer Aspekte der CNC-Technologie. Gerade weil sich die CNC-Technologie in den letzten Jahren so stark verändert hat, lohnt es sich, einen Blick auf die aktuelle Anwendung der CNC-Technologie im Formenbau zu werfen.
Die Blockverarbeitungszeit und andere CNC-Leistungen wurden aufgrund der Erhöhung der CPU-Verarbeitungsgeschwindigkeit und der Verwendung von Hochgeschwindigkeits-CPUs durch CNC-Hersteller in hochintegrierten CNC-Systemen erheblich verbessert. Schnellere und empfindlichere Systeme erreichen nicht nur höhere Programmverarbeitungsgeschwindigkeiten. Tatsächlich kann ein System, das Teilebearbeitungsprogramme mit relativ hoher Geschwindigkeit verarbeiten kann, während des Betriebs auch wie ein Verarbeitungssystem mit niedriger -Geschwindigkeit sein, da selbst ein voll funktionsfähiges CNC-System einige potenzielle Probleme aufweist, die zu einem Engpass werden können, der die Verarbeitungsgeschwindigkeit begrenzt. Die meisten Formenbaubetriebe sind sich inzwischen darüber im Klaren, dass eine Hochgeschwindigkeitsbearbeitung mehr erfordert als nur kurze Bearbeitungszeiten. In vielerlei Hinsicht ähnelt die Situation dem Fahren eines Rennwagens. Gewinnt das schnellste Auto das Rennen? Selbst ein gelegentlicher Rennbeobachter weiß, dass neben der Geschwindigkeit noch viele andere Faktoren den Ausgang des Rennens beeinflussen. Erstens ist es wichtig, dass der Fahrer die Strecke kennt: Er muss wissen, wo die scharfen Kurven sind, damit er angemessen bremsen und die Kurven sicher und effizient passieren kann. Bei der Bearbeitung von Formen mit hohen Vorschubgeschwindigkeiten kann die anstehende Trajektorienüberwachungstechnologie der CNC im Voraus Informationen über das Auftreten scharfer Kurven erhalten, was eine ähnliche Rolle spielt. Ebenso ist die Sensibilität des Fahrers gegenüber den Aktionen anderer Fahrer und unsicheren Faktoren ähnlich der Anzahl der Servorückmeldungen in der CNC. Die Servorückmeldung in der CNC umfasst hauptsächlich Positionsrückmeldung, Geschwindigkeitsrückmeldung und Stromrückmeldung. Wenn der Fahrer auf der Strecke fährt, haben die Konsistenz der Aktion, ob er geschickt bremsen und beschleunigen kann usw., einen sehr wichtigen Einfluss auf die Leistung des Fahrers vor Ort. Ebenso nutzen die glockenförmige Beschleunigung/Verzögerung und die Überwachung des abzuarbeitenden Pfades in einem CNC-System eine langsame Beschleunigung/Verzögerung anstelle plötzlicher Geschwindigkeitsänderungen, um eine gleichmäßige Beschleunigung der Werkzeugmaschine sicherzustellen.
Darüber hinaus gibt es noch weitere Gemeinsamkeiten zwischen Rennwagen und CNC-Systemen. Die Leistung eines Rennwagenmotors ähnelt der Antriebseinheit und des Motors einer CNC, das Gewicht eines Rennwagens kann mit dem Gewicht der beweglichen Teile in einer Werkzeugmaschine verglichen werden und die Steifigkeit und Festigkeit eines Rennwagens ähneln der Festigkeit und Steifigkeit einer Werkzeugmaschine. Die Fähigkeit einer CNC, bestimmte Wegfehler zu korrigieren, ist der Fähigkeit eines Fahrers, das Auto innerhalb der Fahrspur zu kontrollieren, sehr ähnlich.
Eine weitere Ähnlichkeit mit aktuellen CNCs besteht darin, dass Rennwagen, die nicht die schnellsten sind, oft gut ausgebildete Fahrer benötigen. In der Vergangenheit konnten nur High-End-CNCs eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit beim Schneiden mit hohen Geschwindigkeiten erreichen. Heutzutage können auch die Funktionen von CNCs der mittleren und unteren Preisklasse die Arbeit zufriedenstellend erledigen. Obwohl High-End-CNCs derzeit die beste Leistung bieten, ist es auch möglich, dass die von Ihnen verwendete Low-End-CNC die gleichen Bearbeitungseigenschaften aufweist wie die High-End-CNC derselben Produktreihe. Früher war die CNC der Faktor, der die maximale Vorschubgeschwindigkeit bei der Formenbearbeitung begrenzte, heute ist es der mechanische Aufbau der Werkzeugmaschine. Eine bessere CNC verbessert die Leistung nicht, wenn die Werkzeugmaschine bereits an ihrer Leistungsgrenze ist.
Wesentliche Merkmale von CNC-Systemen
Hier sind einige der grundlegenden CNC-Funktionen, die derzeit in der Formenbearbeitung verwendet werden:
1. Nicht-Uniform Rational B-Spline (NURBS)-Interpolation von Kurven und Flächen
Diese Technologie verwendet die Interpolation entlang einer Kurve, anstatt die Kurve mit einer Reihe kurzer gerader Linien anzupassen. Die Anwendung dieser Technologie ist weit verbreitet. Viele derzeit in der Formenindustrie verwendete CAM-Software bieten die Möglichkeit, Teileprogramme im NURBS-Interpolationsformat zu generieren. Gleichzeitig bieten leistungsstarke CNCs auch Fünf-{3}Achsen-Interpolationsfunktionen und zugehörige Funktionen. Diese Funktionen verbessern die Qualität der Oberflächenbearbeitung, verbessern die Laufruhe des Motorbetriebs, erhöhen die Schnittgeschwindigkeit und verkleinern die Teilebearbeitungsprogramme.
2. Kleinere Unterrichtseinheiten
Die meisten CNC-Systeme übertragen Bewegungs- und Positionierungsanweisungen in Einheiten von nicht weniger als 1 Mikrometer an die Werkzeugmaschinenspindel. Nachdem die Steigerung der CPU-Rechenleistung voll ausgenutzt wurde, kann die minimale Befehlseinheit einiger CNC-Systeme sogar 1 Nanometer (0,000001 mm) erreichen. Nachdem die Unterrichtseinheit um das 1000-fache reduziert wurde, kann eine höhere Bearbeitungsgenauigkeit erreicht werden, wodurch der Motor ruhiger laufen kann. Der reibungslose Betrieb des Motors ermöglicht es einigen Werkzeugmaschinen, mit höherer Beschleunigung zu laufen, ohne dass die Vibration des Bettes zunimmt.
3. Beschleunigung/Verzögerung der Glockenkurve
Auch bekannt als S--Kurvenbeschleunigung/-verzögerung oder Kriechkontrolle. Im Vergleich zur Verwendung einer linearen Beschleunigung kann mit dieser Methode eine bessere Beschleunigungswirkung von Werkzeugmaschinen erzielt werden. Im Vergleich zu anderen Beschleunigungsmethoden, einschließlich linearer und exponentieller Methoden, können mit der Glockenkurvenmethode kleinere Positionierungsfehler erzielt werden.
4. Verarbeitung der Flugbahnüberwachung
Diese Technologie ist weit verbreitet und weist viele Leistungsunterschiede auf, die die Funktionsweise in Low-End-Steuerungssystemen von der in High-End-Steuerungssystemen unterscheiden. Im Allgemeinen verwendet CNC die Überwachung der Bearbeitungsbahn, um das Programm vor-zu verarbeiten und so eine bessere Beschleunigungs-/Verzögerungssteuerung sicherzustellen. Abhängig von der Leistung der verschiedenen CNCs liegt die Anzahl der für die Überwachung der Bearbeitungsbahn erforderlichen Programmblöcke zwischen zwei und Hunderten, was hauptsächlich von der minimalen Bearbeitungszeit des Teileprogramms und der Zeitkonstante der Beschleunigung/Verzögerung abhängt. Im Allgemeinen sind mindestens fünfzehn Blöcke von Überwachungsprogrammen für den Verarbeitungsverlauf erforderlich, um die Verarbeitungsanforderungen zu erfüllen.5. Digitale Servosteuerung Die Entwicklung digitaler Servosysteme schreitet so schnell voran, dass die meisten Werkzeugmaschinenhersteller dieses System als Servosteuerungssystem für Werkzeugmaschinen wählen. Nach Verwendung dieses Systems kann die CNC das Servosystem schneller steuern und die CNC-Steuerung von Werkzeugmaschinen wird präziser. Die Rolle des digitalen Servosystems ist wie folgt: 1) Die Abtastgeschwindigkeit der Stromschleife wird erhöht, und die Verbesserung der Stromschleifensteuerung verringert den Temperaturanstieg des Motors. Auf diese Weise lässt sich nicht nur die Lebensdauer des Motors verlängern, sondern auch die auf die Kugelumlaufspindel übertragene Wärme reduzieren und so die Genauigkeit der Spindel verbessern. Darüber hinaus kann die schnellere Abtastgeschwindigkeit auch die Verstärkung der Geschwindigkeitsschleife erhöhen, was dazu beiträgt, die Gesamtleistung der Werkzeugmaschine zu verbessern.2) Da viele neue CNCs Hochgeschwindigkeitssequenzen für die Verbindung mit der Servoschleife verwenden, kann die CNC über die Kommunikationsverbindung mehr Arbeitsinformationen des Motors und des Antriebsgeräts erhalten. Dies kann die Wartungsleistung der Werkzeugmaschine verbessern.3) Die kontinuierliche Positionsrückmeldung ermöglicht eine hoch-präzise Bearbeitung bei hoher-Vorschubgeschwindigkeit. Die höhere CNC-Betriebsgeschwindigkeit macht die Positionsrückmeldung zu einem Engpass, der die Betriebsgeschwindigkeit der Werkzeugmaschine einschränkt. Bei der herkömmlichen Rückkopplungsmethode wird die Rückkopplungsgeschwindigkeit durch den Signaltyp begrenzt, da sich die Abtastgeschwindigkeit des externen Encoders der CNC und der elektronischen Ausrüstung ändert. Mit serieller Rückmeldung lässt sich dieses Problem gut lösen. Selbst wenn die Werkzeugmaschine mit sehr hoher Geschwindigkeit läuft, kann eine präzise Rückmeldungsgenauigkeit erreicht werden.6. Linearmotoren In den letzten Jahren haben sich die Leistung und Beliebtheit von Linearmotoren erheblich verbessert, sodass viele Bearbeitungszentren dieses Gerät übernommen haben. Bis heute hat Fanuc mindestens 1.000 Linearmotoren installiert. Einige fortschrittliche Technologien von GE Fanuc haben es ermöglicht, dass die maximale Ausgangskraft der Linearmotoren in Werkzeugmaschinen 15.500 N und die maximale Beschleunigung 30 g beträgt. Der Einsatz anderer fortschrittlicher Technologien hat die Größe der Werkzeugmaschinen verringert, das Gewicht reduziert und die Kühleffizienz erheblich verbessert. All diese technologischen Fortschritte machen Linearmotoren vorteilhafter als Rotationsmotoren: höhere Beschleunigungs-/Verzögerungsraten; genauere Positionierungskontrolle, höhere Steifigkeit; höhere Zuverlässigkeit; interne dynamische Bremsung.Externe Zusatzfunktionen: offenes CNC-System Werkzeugmaschinen, die offene CNC-Systeme verwenden, entwickeln sich sehr schnell. Die Kommunikationsgeschwindigkeiten der derzeit verfügbaren Kommunikationssysteme sind relativ hoch, was zu einer Vielzahl offener CNC-Strukturen führt. Die meisten offenen Systeme kombinieren die Offenheit eines Standard-PCs mit der Funktionalität einer herkömmlichen CNC. Der größte Vorteil besteht darin, dass sich die Leistung der offenen CNC selbst bei veralteter Maschinenhardware an aktuelle Technologie- und Verarbeitungsanforderungen anpassen lässt. Mit Hilfe anderer Software können der offenen CNC weitere Funktionen hinzugefügt werden. Diese Funktionen können eng mit der Formenverarbeitung verbunden sein oder wenig mit der Formenverarbeitung zu tun haben. Im Allgemeinen verfügt das im Formenbau verwendete offene CNC-System über die folgenden allgemeinen Funktionsoptionen: kostengünstige Netzwerkkommunikation; Ethernet; adaptive Steuerfunktion; Schnittstelle zum Anschluss von Barcodelesern, Werkzeugseriennummernlesern und/oder Palettenseriennummernsystemen; die Möglichkeit, eine große Anzahl von Teileprogrammen zu speichern und zu bearbeiten; die Sammlung gespeicherter Programmsteuerungsinformationen; Dateiverwaltungsfunktionen; CAD/CAM-Technologieintegration und Werkstattplanung; gemeinsame Bedienoberfläche. Der letzte Punkt ist äußerst wichtig. Denn in der Formenbearbeitung besteht ein steigender Bedarf an einfach zu bedienenden CNCs. Bei diesem Konzept ist es am wichtigsten, dass verschiedene CNCs über die gleiche Bedienoberfläche verfügen. Im Allgemeinen müssen Bediener verschiedener Werkzeugmaschinen separat geschult werden, da unterschiedliche Werkzeugmaschinentypen und Maschinen verschiedener Hersteller unterschiedliche CNC-Schnittstellen verwenden. Offene CNC-Systeme schaffen die Möglichkeit, in der gesamten Werkstatt die gleiche CNC-Steuerungsschnittstelle zu nutzen. Jetzt können Maschinenbesitzer ihre eigene Schnittstelle für den CNC-Betrieb entwerfen, auch wenn sie die C-Sprache nicht beherrschen. Darüber hinaus ermöglichen offene Systemsteuerungen die Einstellung verschiedener Maschinenbetriebseinstellungen entsprechend den individuellen Anforderungen. Dies ermöglicht Bedienern, Programmierern und Wartungspersonal eine bedarfsgerechte Einrichtung. Bei der Verwendung erscheinen nur die spezifischen Informationen, die sie benötigen, auf dem Bildschirm. Dieser Ansatz kann unnötige Seitenanzeigen reduzieren und zur Vereinfachung des CNC-Betriebs beitragen. Fünf-Achsenbearbeitung Die Fünf-Achsenbearbeitung wird bei der Herstellung komplexer Formen immer häufiger eingesetzt. Durch die Fünf-Achsen-Bearbeitung kann die Anzahl der für die Bearbeitung eines Teils erforderlichen Werkzeuge und/oder Werkzeugmaschinen reduziert, die Anzahl der für den Bearbeitungsprozess erforderlichen Geräte minimiert und die Gesamtbearbeitungszeit verkürzt werden. CNC-Funktionen werden immer leistungsfähiger, was es CNC-Herstellern ermöglicht, mehr Fünf-Achsen-Funktionen anzubieten. Funktionen, die früher nur auf High-End-CNCs verfügbar waren, werden jetzt auch in Produkten der Mittelklasse verwendet. Für Hersteller, die noch nie die Fünf-Achsen-Bearbeitungstechnologie verwendet haben, erleichtert die Anwendung dieser Funktionen die Fünf-Achsen-Bearbeitung. Durch die Anwendung aktueller CNC-Technologie auf die Fünf-Achsen-Bearbeitung ergeben sich für die Fünf-Achsen-Bearbeitung folgende Vorteile: Reduzierter Bedarf an Spezialwerkzeugen; Erlauben Sie die Einstellung von Werkzeugversätzen nach Abschluss des Teileprogramms. Unterstützen Sie das Design universeller Programme, damit nachbearbeitete Programme austauschbar zwischen verschiedenen Werkzeugmaschinen verwendet werden können. Verbessern Sie die Qualität der Endbearbeitung; Einsetzbar für Werkzeugmaschinen unterschiedlicher Bauart, daher muss im Programm nicht festgelegt werden, ob sich die Spindel oder das Werkstück um den Mittelpunkt dreht. Denn dies wird durch die CNC-Parameter gelöst. Am Beispiel der Kompensation für Kugelfräser lässt sich veranschaulichen, warum sich die Fünf-Achsen-Bearbeitung besonders für die Formenbearbeitung eignet. Wenn sich das Teil und das Werkzeug um die Mittelachse drehen, muss die CNC in der Lage sein, den Werkzeugkompensationsbetrag in X-, Y- und Z-Richtung dynamisch anzupassen, um den Versatz des Kugelfräsers genau zu kompensieren. Die Sicherstellung der Kontinuität des Werkzeugkontaktpunkts trägt zur Verbesserung der Qualität der Endbearbeitung bei. Darüber hinaus zeigen sich die Einsatzmöglichkeiten der Fünf-Achsen-CNC auch in folgenden Merkmalen: Merkmale im Zusammenhang mit der Drehung des Werkzeugs um die Spindel, Merkmale im Zusammenhang mit der Drehung des Teils um die Spindel und Merkmale, die es dem Bediener ermöglichen, den Werkzeugvektor manuell zu ändern. Wenn die Mittelachse des Werkzeugs als Rotationsachse verwendet wird, wird der ursprüngliche Werkzeuglängenversatz in Richtung der Z--Achse in Komponenten in den drei Richtungen X, Y und Z aufgeteilt. Darüber hinaus wird der ursprüngliche Werkzeugdurchmesserversatz in den Richtungen der X- und Y--Achse ebenfalls in Komponenten in den drei Richtungen X, Y und Z unterteilt. Da das Werkzeug beim Schneidprozess entlang der Rotationsachse vorrücken kann, müssen alle diese Versätze dynamisch aktualisiert werden, um die sich ständig ändernde Werkzeugposition zu berücksichtigen. Eine weitere CNC-Funktion namens „Werkzeugmittelpunktprogrammierung“ ermöglicht es Programmierern, den Weg und die Mittelpunktgeschwindigkeit des Werkzeugs zu definieren. Die CNC sorgt dafür, dass sich das Werkzeug gemäß dem Programm durch Befehle in Rotationsachsen- und Linearachsenrichtung bewegt. Diese Funktion sorgt dafür, dass sich der Mittelpunkt des Werkzeugs nicht mehr mit dem Wechsel des Werkzeugs ändert, was auch bedeutet: Bei der Fünf-Achsen-Bearbeitung kann der Werkzeugversatz wie bei der Drei-Achsen-Bearbeitung direkt eingegeben werden, und die Änderung der Werkzeuglänge kann erneut durch Nachprogrammierung berücksichtigt werden. Diese Bewegungscharakteristik der Achse durch Drehen der Spindel vereinfacht die Nachbearbeitung der Werkzeugprogrammierung. Mit der gleichen Funktion kann die Werkzeugmaschine auch eine Drehbewegung erzeugen, indem sie das Werkstück um die Mittelachse dreht. Neue CNCs können feste Versätze und Drehachsen dynamisch anpassen, um sie an die Bewegung des Teils anzupassen. CNC-Systeme spielen auch eine wichtige Rolle, wenn Bediener die Maschine manuell langsam beschicken. Neue CNC-Systeme ermöglichen es den Achsen auch, sich langsam in Richtung des Werkzeugvektors zu bewegen und die Richtung des Werkzeugspitzenvektors zu ändern, ohne die Position der Werkzeugspitze zu ändern (siehe Abbildung oben). Diese Funktionen machen es den Bedienern leicht, die 3+2-Programmiermethode zu verwenden, die derzeit in der Formen- und Formenbauindustrie weit verbreitet ist, wenn sie Fünf-Achsen-Maschinen verwenden. Da jedoch nach und nach neue 5-Achsen-Bearbeitungsfunktionen entwickelt und akzeptiert werden, werden echte 5-Achsen-Form- und Gesenkmaschinen möglicherweise immer häufiger eingesetzt.
