NC
(Numerische Steuerung, digitale Steuerung, auch numerische Steuerung genannt) bezieht sich auf die Verwendung diskreter digitaler Informationen zur Steuerung des Betriebs von Maschinen und anderen Geräten, die nur vom Bediener selbst programmiert werden können.
CNC
Anwendung der CNC-Technologie
Die Entwicklung der CNC-Technologie schreitet recht schnell voran, was die Produktivität der Formenbearbeitung erheblich verbessert, und die CPU mit schnellerer Betriebsgeschwindigkeit ist der Kern der Entwicklung der CNC-Technologie. Die Verbesserung der CPU bedeutet nicht nur eine Verbesserung der Rechengeschwindigkeit, sondern die Geschwindigkeit selbst beinhaltet auch die Verbesserung der CNC-Technologie in anderen Aspekten. Gerade aufgrund der großen Veränderungen in der CNC-Technik in den letzten Jahren lohnt es sich für uns, einen Blick auf den aktuellen Einsatz der CNC-Technik im Formenbau zu werfen.
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Programmblock-Verarbeitungszeit und andere Aufgrund der Erhöhung der CPU-Verarbeitungsgeschwindigkeit und des Einsatzes von Hochgeschwindigkeits-CPUs in hochintegrierten CNC-Systemen durch CNC-Hersteller wurde die Leistung von CNC erheblich verbessert. Schnellere und reaktionsfähigere Systeme ermöglichen mehr als nur höhere Programmverarbeitungsgeschwindigkeiten. Tatsächlich kann sich ein System, das ein Teileprogramm mit relativ hoher Geschwindigkeit verarbeiten kann, wie ein Verarbeitungssystem mit niedriger Geschwindigkeit verhalten, da selbst ein voll funktionsfähiges CNC-System einige potenzielle Probleme aufweist, die zu einem Engpass werden können, der die Verarbeitungsgeschwindigkeit begrenzt.
Derzeit sind sich die meisten Formenbauer darüber im Klaren, dass die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung mehr erfordert als nur eine kurze Verarbeitungszeit der Bearbeitungsprogramme. In vielerlei Hinsicht ähnelt die Situation dem Fahren eines Rennwagens. Gewinnt immer das schnellste Auto das Rennen? Selbst ein gelegentlicher Zuschauer weiß, dass es neben der Geschwindigkeit noch viele weitere Faktoren gibt, die den Ausgang eines Rennens beeinflussen.
Zunächst einmal ist die Kenntnis der Strecke für den Fahrer sehr wichtig: Er muss wissen, wo es scharfe Kurven gibt, damit er angemessen bremsen kann, um die Kurve sicher und effizient zu passieren. Bei der Bearbeitung von Formen mit hohen Vorschubgeschwindigkeiten kann die in der CNC zu verarbeitende Spurüberwachungstechnologie im Voraus Informationen über scharfe Kurven erhalten, und diese Funktion spielt die gleiche Rolle.
Ebenso ist die Sensibilität des Fahrers gegenüber den Aktionen und Unsicherheiten anderer Fahrer 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 Konstanz des Fahrverhaltens, ob geschicktes Bremsen und Beschleunigen usw. einen sehr wichtigen Einfluss auf die Leistung des Fahrers auf der Stelle. Ebenso nutzen die glockenförmigen Beschleunigungs-/Verzögerungs- und Track-to-Process-Überwachungsfunktionen des CNC-Systems eine langsame Beschleunigung/Verzögerung anstelle plötzlicher Geschwindigkeitsänderungen, um eine gleichmäßige Beschleunigung der Werkzeugmaschine zu gewährleisten.
Darüber hinaus gibt es noch weitere Gemeinsamkeiten zwischen Rennwagen und CNC-Systemen. Die Leistung des Rennwagenmotors ähnelt der Antriebsvorrichtung und des Motors der CNC, das Gewicht des Rennwagens kann mit dem Gewicht der beweglichen Komponenten in der Werkzeugmaschine verglichen werden, und die Steifigkeit und Festigkeit des Rennwagens sind vergleichbar ähnlich der Festigkeit und Steifigkeit der Werkzeugmaschine. Die Fähigkeit einer CNC, bestimmte Wegfehler zu korrigieren, ist der Fähigkeit eines Fahrers, ein Auto auf der Spur zu halten, sehr ähnlich.
Eine andere Situation, die der aktuellen CNC ähnelt, besteht darin, dass Autos, die nicht die schnellsten sind, oft vielseitige Fahrer erfordern. In der Vergangenheit konnten nur High-End-CNC-Maschinen eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit bei gleichzeitig hoher Schnittgeschwindigkeit garantieren. Heutzutage sind Mittelklasse- und Low-End-CNCs in der Lage, diese Aufgabe zufriedenstellend zu erledigen. Während die High-End-CNC die derzeit beste verfügbare Leistung bietet, besteht auch die Möglichkeit, dass die von Ihnen verwendete Low-End-CNC die gleichen Verarbeitungseigenschaften wie eine High-End-CNC ihrer Klasse aufweist. Früher war die CNC der Faktor, der die maximale Vorschubgeschwindigkeit der Formenbearbeitung begrenzte, heute ist es der mechanische Aufbau der Werkzeugmaschine. Wo eine Werkzeugmaschine bereits an ihrer Leistungsgrenze ist, wird eine bessere CNC sie nicht noch besser machen.
Wesentliche Eigenschaften des CNC-Systems
Im Folgenden sind einige grundlegende CNC-Merkmale im aktuellen Formenbearbeitungsprozess aufgeführt:
1. Ungleichmäßige rationale B-Spline-Interpolation (NURBS) von Kurven und Flächen
Die Technik nutzt die Interpolation entlang einer Kurve anstelle einer Reihe kurzer gerader Linien, um die Kurve anzupassen. Die Anwendung dieser Technologie ist weit verbreitet. Viele der derzeit in der Werkzeugindustrie verwendeten CAM-Software bieten eine Option zur Generierung von Teileprogrammen im NURBS-Interpolationsformat. Gleichzeitig bietet die leistungsstarke CNC auch eine Fünf-Achsen-Interpolationsfunktion und zugehörige Funktionen. Diese Eigenschaften verbessern die Qualität der Oberflächenbearbeitung, verbessern die Laufruhe des Motors, erhöhen die Schnittgeschwindigkeit und ermöglichen kleinere Teileprogramme.
2. Kleinere Unterrichtseinheit
Die meisten CNC-Systeme übertragen Bewegungs- und Positionierungsbefehle in Einheiten von nicht weniger als 1 Mikrometer an die Werkzeugmaschinenspindel. Nachdem die Vorteile der CPU-Rechenleistungsverbesserung voll ausgenutzt wurden, kann die minimale Befehlseinheit einiger CNC-Systeme sogar 1 Nanometer (0,000001 mm) erreichen. Nachdem die Befehlseinheit um das 1000-fache reduziert wurde, kann eine höhere Bearbeitungsgenauigkeit erreicht werden, wodurch der Motor ruhiger läuft. Der ruhige Lauf des Motors ermöglicht es einigen Werkzeugmaschinen, mit höheren Beschleunigungen zu laufen, ohne dass die Bettvibration zunimmt.
3. Beschleunigung/Verzögerung der Glockenkurve
Auch bekannt als S-Kurven-Beschleunigung/Verzögerung oder Kriechkontrolle. Im Vergleich zur linearen Beschleunigungsmethode kann diese Methode dazu führen, dass die Werkzeugmaschine einen besseren Beschleunigungseffekt erhält. Im Vergleich zu anderen Beschleunigungsmethoden, einschließlich linearer und exponentieller Methoden, kann die Glockenkurvenmethode kleinere Positionierungsfehler erzielen.
4. Verfolgen Sie die zu verarbeitende Überwachung
Diese Technik ist weit verbreitet und weist zahlreiche Leistungsunterschiede auf, die die Funktionsweise in Low-Level-Steuerungssystemen von der Funktionsweise in High-Level-Steuerungssystemen unterscheiden. Im Allgemeinen realisiert die CNC die Vorverarbeitung des Programms durch Überwachung der Verarbeitungsbahn, um eine bessere Beschleunigungs-/Verzögerungssteuerung zu gewährleisten. Abhängig von der Leistung verschiedener CNCs variiert die Anzahl der zur Überwachung der zu verarbeitenden Bahn erforderlichen Programmblöcke zwischen zwei und Hunderten, was hauptsächlich von der kürzesten Verarbeitungszeit des Teileprogramms und der Zeitkonstante der Beschleunigung/Verzögerung abhängt. Im Allgemeinen sind zur Erfüllung der Verarbeitungsanforderungen mindestens fünfzehn zu verarbeitende Gleisüberwachungsprogrammblöcke erforderlich.
5. Digitale Servosteuerung
Die Entwicklung digitaler Servosysteme schreitet so schnell voran, dass die meisten Werkzeugmaschinenhersteller dieses System als Servosteuerungssystem für Werkzeugmaschinen wählen. Nach der Verwendung dieses Systems kann die CNC das Servosystem schneller steuern und die CNC-Steuerung der Werkzeugmaschine ist präziser geworden.
Die Rolle des digitalen Servosystems ist wie folgt:
1) Die Abtastgeschwindigkeit der Stromschleife wird erhöht, was zusammen mit der Verbesserung der Stromschleifensteuerung den Temperaturanstieg des Motors verringert. 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 können schnellere Abtastgeschwindigkeiten auch die Verstärkung der Geschwindigkeitsschleife erhöhen, was dazu beitragen kann, 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 über Motor und Antrieb erhalten. Dies verbessert die Wartbarkeit der Werkzeugmaschine.
3) Die kontinuierliche Positionsrückmeldung ermöglicht eine hochpräzise Bearbeitung bei hohen Vorschüben. Durch die Beschleunigung der CNC-Betriebsgeschwindigkeit wird die Geschwindigkeit der Positionsrückmeldung zum Engpass, der die Laufgeschwindigkeit von Werkzeugmaschinen einschränkt. Bei der herkömmlichen Rückkopplungsmethode wird die Rückkopplungsgeschwindigkeit durch den Signaltyp eingeschränkt, wenn sich die Abtastgeschwindigkeit des externen Encoders der CNC und der elektronischen Ausrüstung ändert. Mithilfe einer seriellen Rückmeldung lässt sich dieses Problem gut lösen. Selbst wenn die Werkzeugmaschine mit hohen Geschwindigkeiten läuft, wird eine hochentwickelte Feedback-Genauigkeit erreicht.
6. Linearmotor
In den letzten Jahren haben sich die Arbeitsleistung und die Beliebtheit von Linearmotoren erheblich verbessert, sodass viele Bearbeitungszentren dieses Gerät übernommen haben. Bisher hat Fanuc mindestens 1,000 Linearmotoren installiert. Einige fortschrittliche Technologien von GE Fanuc ermöglichen dem Linearmotor der Werkzeugmaschine eine maximale Ausgangskraft von 15.500 N und eine maximale Beschleunigung von 30 g. Der Einsatz anderer fortschrittlicher Technologien hat die Größe der Werkzeugmaschine verringert, ihr Gewicht reduziert und ihre Kühleffizienz erheblich verbessert. All diese technologischen Fortschritte bieten Linearmotoren mehr Vorteile als Rotationsmotoren: höhere Beschleunigungs-/Verzögerungsraten; genauere Positionierungskontrolle, höhere Steifigkeit; höhere Zuverlässigkeit; interne dynamische Bremsung.
Externe Zusatzfunktionen: offenes CNC-System
Werkzeugmaschinen mit offenen CNC-Systemen entwickeln sich rasant weiter. Derzeit ist die Kommunikationsgeschwindigkeit alternativer Kommunikationssysteme relativ hoch, sodass es viele Arten offener CNC-Strukturen gibt. Die meisten offenen Systeme kombinieren die Offenheit eines Standard-PCs mit der Funktionalität einer herkömmlichen CNC. Der größte Vorteil hiervon besteht darin, dass die offene CNC selbst dann, wenn die Hardware der Werkzeugmaschine veraltet ist, eine Anpassung ihrer Leistung an bestehende Technologie- und Verarbeitungsanforderungen zulässt. Mit Hilfe anderer Software können auch zusätzliche Funktionen zu Open CNC hinzugefügt werden. Diese Eigenschaften können eng mit der Formverarbeitung zusammenhängen oder wenig mit der Formverarbeitung zu tun haben. Typischerweise verfügt ein offenes CNC-System, das in einem Formenbau verwendet wird, über die folgenden allgemeinen Funktionsoptionen:
Kostengünstige Netzwerkkommunikation;
Ethernet;
Adaptive Steuerfunktion;
Verfügbare Schnittstellen für Barcode-Lesegeräte, Werkzeug-Seriennummern-Lesegeräte und/oder Paletten-Seriennummernsysteme;
Die Möglichkeit, eine große Anzahl von Teileprogrammen zu speichern und zu bearbeiten;
Gespeichertes Programm steuert die Sammlung von Informationen;
Dateiverarbeitungsfunktionen;
Integration von CAD/CAM-Technologie und Werkstattplanung;
Gemeinsame Bedienoberfläche.
Dieser letzte Punkt ist äußerst wichtig. Denn in der Formenbearbeitung steigt der Bedarf an einfach zu bedienender CNC. Das Wichtigste bei diesem Konzept ist, dass verschiedene CNCs über die gleiche Bedienoberfläche verfügen. Generell gilt, dass Bediener unterschiedlicher Werkzeugmaschinen separat geschult werden müssen, da unterschiedliche Werkzeugmaschinentypen sowie Maschinen unterschiedlicher Hersteller unterschiedliche CNC-Schnittstellen nutzen. Offene CNC-Systeme bieten die Möglichkeit, die gleiche CNC-Steuerungsschnittstelle für die gesamte Werkstatt zu nutzen.
Jetzt können Werkzeugmaschinenbesitzer ihre eigene Schnittstelle für den CNC-Betrieb entwerfen, auch wenn sie die C-Sprache nicht beherrschen. Darüber hinaus ermöglicht die offene Systemsteuerung die Einstellung verschiedener Maschinenbetriebsmodi entsprechend den individuellen Anforderungen. Auf diese Weise können Bediener, Programmierer und Wartungspersonal nach ihren eigenen Anforderungen einrichten. Bei der Verwendung erscheinen nur die spezifischen Informationen, die sie benötigen, auf dem Bildschirm. Die Verwendung dieser Methode kann unnötige Seitenanzeigen reduzieren und zur Vereinfachung des CNC-Betriebs beitragen.
Fünf-Achsen-Bearbeitung
Bei der Herstellung komplexer Formen findet die Anwendung der Fünf-Achsen-Bearbeitung immer mehr Verbreitung. Durch die Verwendung der Fünf-Achsen-Bearbeitung kann die Anzahl der für die Bearbeitung eines Teils erforderlichen Werkzeuge bzw. Werkzeugmaschinen reduziert werden, die Anzahl der für den Bearbeitungsprozess erforderlichen Geräte wird auf ein Minimum reduziert und auch die Gesamtbearbeitungszeit wird verkürzt. CNCs werden immer leistungsfähiger, sodass CNC-Hersteller mehr Fünf-Achsen-Funktionen anbieten können.
Die Funktionen, über die früher nur High-End-CNCs verfügten, kommen heute auch in Mittelklasse-Produkten zum Einsatz. Für diejenigen Hersteller, die noch nie die 5-Achsenbearbeitungstechnologie verwendet haben, erleichtert die Anwendung dieser Funktionen die 5-Achsenbearbeitung. Der Einsatz der aktuellen CNC-Technologie für die 5-Achsen-Bearbeitung ermöglicht die 5-Achsen-Bearbeitung mit folgenden Vorteilen:
Reduzieren Sie den Bedarf an Spezialwerkzeugen;
Es ist erlaubt, den Versatz des Werkzeugs nach Abschluss des Teileprogramms einzustellen;
Unterstützen Sie den Entwurf allgemeiner Programme, damit die nachbearbeiteten Programme austauschbar zwischen verschiedenen Werkzeugmaschinen verwendet werden können.
Verbessern Sie die Qualität der Endbearbeitung;
Es kann auf Werkzeugmaschinen unterschiedlicher Bauart eingesetzt werden, so dass es nicht notwendig ist, im Programm festzulegen, ob sich die Spindel oder das Werkstück um den Mittelpunkt dreht. Weil es durch CNC-Parameter gelöst wird.
Am Beispiel der Kompensation eines Kugelfräsers können wir veranschaulichen, warum sich die Fünf-Achs-Technik besonders für die Formenbearbeitung eignet. Wenn sich die Teile und Werkzeuge um die Schwenkachse drehen, muss die CNC in der Lage sein, den Kompensationsbetrag des Werkzeugs in den drei Richtungen X, Y und Z dynamisch anzupassen, um den Versatz des Kugelfräsers genau zu kompensieren. Die Sicherstellung der Kontinuität der Schneidspitze des Werkzeugs trägt zur Verbesserung der Qualität der Endbearbeitung bei.
Darüber hinaus sind Fünf-Achsen-CNCs nützlich für Funktionen, die mit der Drehung eines Werkzeugs um eine Spindel verbunden sind, für Funktionen, die mit der Drehung eines Teils um eine Spindel verbunden sind, und für Funktionen, die es dem Bediener ermöglichen, den Werkzeugvektor manuell zu ändern.
Wenn die Mittelachse des Werkzeugs als Drehachse verwendet wird, wird der ursprüngliche Werkzeuglängenversatz in Richtung der Z-Achse in drei Komponenten in X-, Y- und Z-Richtung aufgeteilt. Darüber hinaus wird der ursprüngliche Werkzeugdurchmesserversatz in X- und Y-Achsenrichtung auch in drei Komponenten in X-, Y- und Z-Achsenrichtung unterteilt. Da in der Zerspanungstechnik das Werkzeug entlang der Rotationsachse vorgeschoben werden kann, müssen alle diese Versätze dynamisch aktualisiert werden, um der sich ständig ändernden Werkzeugausrichtung Rechnung zu tragen.
Eine weitere CNC-Funktion namens „Werkzeugmittelpunktprogrammierung“ ermöglicht es Programmierern, den Weg und die Mittelpunktgeschwindigkeit des Werkzeugs zu definieren. Die CNC stellt sicher, dass sich das Werkzeug gemäß dem Programm durch Befehle in Richtung der Drehachse und der Linearachse bewegt. Durch diese Funktion ändert sich der Mittelpunkt des Werkzeugs nicht mehr mit dem Wechsel des Werkzeugs, was auch bedeutet, dass bei der Fünf-Achsen-Bearbeitung der Versatz des Werkzeugs direkt eingegeben werden kann, wie bei der Drei-Achsen-Bearbeitung, und die Änderung von Die Werkzeuglänge lässt sich auch durch erneutes Nachprogrammieren erklären. Diese Kinematik der Rundachse durch Drehung 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. Die neu entwickelte CNC ist in der Lage, sich an die Bewegung des Teils anzupassen, indem sie feste Versätze dynamisch anpasst und Koordinatenachsen dreht. Auch wenn der Bediener den langsamen Vorschub der Werkzeugmaschine manuell umsetzt, spielt das CNC-System eine wichtige Rolle. Das neu entwickelte CNC-System ermöglicht außerdem ein langsames Verfahren der Achsen entlang der Richtung des Werkzeugvektors sowie eine Änderung der Richtung des Werkzeugschneidenvektors, ohne die Position des Werkzeugschneidens zu ändern (siehe Abbildung oben).
Diese Funktionen ermöglichen es Bedienern, die in der Formenindustrie weit verbreitete 3-plus-2-Programmiermethode bei der Verwendung von Fünf-Achsen-Bearbeitungswerkzeugen einfach anzuwenden. Da jedoch nach und nach neue Fünf-Achsen-Bearbeitungsfunktionen entwickelt und akzeptiert werden, werden echte Fünf-Achsen-Formenbaumaschinen möglicherweise immer häufiger eingesetzt.
