Czym dokładnie jest CNC?

Przemysł wytwórczy od kilkudziesięciu lat przeżywa ogromną rewolucję. Pracę maszyn nadzorują inne maszyny, komunikujące się z operatorem za pomocą interfejsu użytkownika. Ogromną popularnością cieszą się maszyny CNC, pozwalające na szybkie, precyzyjne i powtarzalne wykonywanie nawet bardzo złożonych kształtów. Na czym polega obróbka CNC i jak powstały maszyny, które zastąpiły wiele innych maszyn w przemyśle wytwórczym?

 

Czym jest CNC?

CNC to skrót terminu Computerized Numerical Control, czyli komputerowe sterowanie urządzeń numerycznych. Jest to układ sterowania numerycznego, wyposażony w mikrokomputer, który może zostać dowolnie interaktywnie zaprogramowany. Najczęściej sterowanymi maszynami są frezarki, tokarki oraz elektrodrążarki, które wykonują złożone kształty w szybki i niezwykle precyzyjny sposób. Dzięki CNC obróbka jest bardzo wygodna, niezależnie od przedmiotów podlegających obrobieniu.

Najczęściej maszyny CNC wykorzystywane są do obróbki metali, drewna, tworzyw sztucznych, ale mogą również precyzyjnie obrabiać także szkło i inne materiały. Pozwala to na wykonywanie różnych, nawet bardzo skomplikowanych kształtów w niezwykle dokładny sposób oraz w krótkim czasie. Jest to szczególnie ważne w produkcji przemysłowej, podczas której istotne znaczenie ma zachowanie powtarzalności kształtu nawet w przypadku dużych wolumenów produkcji.

 

Jak powstało CNC?

Urządzeniami, które zapoczątkowały prace nad urządzeniami CNC, były obrabiarki mogące wykonywać wyłącznie stałą, z góry przewidzianą sekwencję ruchów i nieposiadające możliwości programowania. Pierwsze maszyny sterowane numerycznie (NC) powstały na początku lat 50. XX wieku. Sterowanie nimi było możliwe dzięki dziurkowanym taśmom oraz kartom. Przełomem był rok 1952, kiedy do zarządzania sprzętem NC użyto komputera. W ten sposób w Massachusetts Institute of Technology (MIT) uruchomiono pierwszą obrabiarkę – NC Hydrotel firmy Cincinnati, która posiadała pionowe wrzeciono, liniową interpolację 3D oraz kodowaną binarnie taśmę dziurkowaną.

W tym samym roku na rynek trafiła również pierwsza komercyjna maszyna tego typu. Wraz z pojawieniem się mikrokomputerów w latach 80. nastąpił dalszy dynamiczny rozwój technologii CNC, która spowodowała ogromną rewolucję w przemyśle wytwórczym. Współcześnie w przypadku niektórych maszyn, które posiadają zbyt mało wbudowanej pamięci służącej do obsługi procesów, stosuje się również technologię DNC (Direct Numerical Control). Pozwala ona na sterowanie aparaturą za pomocą zewnętrznych komputerów.

Rodzaje układów sterowania obrabiarek CNC

Rozróżnia się trzy rodzaje układów sterowania obrabiarek CNC:

1. Punktowe

Podstawową funkcją tego układu jest pozycjonowanie narzędzia w ściśle określonym punkcie względem przedmiotu. Nie ma przy tym znaczenia fakt, po jakim torze oraz z jaką szybkością porusza się narzędzie, jednak ze względu na czas operacji oraz jej przewidywaną bezkolizyjność wskazany jest ruch po linii prostej z maksymalną prędkością. Ten układ sterowania jest najprostszy spośród dostępnych i najczęściej znajduje zastosowanie w maszynach takich, jak wiertarki, wytaczarki, przebijarki, czyli maszynach, gdzie istotne jest dokładne pozycjonowanie narzędzia nad osią otworu.

2. Odcinkowe

Sterowanie odcinkowe polega na przemieszczaniu narzędzia po określonym torze i z określoną prędkością. Odcinki toru narzędzia muszą być równoległe do ustalonej osi współrzędnych w określonej płaszczyźnie. Z tego względu kontury obrabianego przedmiotu mogą być równoległe do osi sterowanych. Sterowane odcinkowe jest zazwyczaj stosowane w przypadku planowania i tłoczenia wzdłużnego w obróbce wałków wielostopniowych oraz we frezowaniu zarysów prostokątnych, frezowaniu płasko-równoległym głowicami frezowymi oraz frezowaniu odsadzeń przelotowych frezami walcowo-czołowymi.

3. Kształtowe

Sterowanie kształtowe pozwala na realizację dowolnego ruchu (proste, skosy, łuki, krzywe). Dowolny zarys uzyskiwany jest dzięki współdziałaniu dwóch lub więcej silników napędów ruchów posuwowych. W zależności od liczby sterowanych osi wyróżnia się:

• sterowanie kształtowe 2D – narzędzie może wykonywać ruchy po łuku okręgu lub elipsy;
• sterowanie kształtowe 2½ D – narzędzie może wykonywać ruchy na różnych płaszczyznach współrzędnych X/Y, X/Z i Y/Z. Sterowane są wszystkie trzy osie, ale w danej płaszczyźnie najwyżej dwie naraz;
• sterowanie kształtowe 3D – narzędzie może wykonywać ruchy przestrzenne.

Możliwe jest stosowanie układów sterowania mieszanego, np. kształtowo-odcinkowego czy punktowo-odcinkowego.

 

Sterowanie numeryczne

Praca maszyn CNC możliwa jest dzięki wyposażeniu ich w odpowiednie urządzenia sterujące, regulujące oraz zarządzające. Sterowanie ma na celu zapewnienie zachowania się układu w określony sposób. Regulacja polega z kolei na celowym oddziaływaniu na układ w taki sposób, aby analizowane na bieżąco wielkości podlegające regulacji osiągały wartości podobne do wielkości zadanej. Zarządzanie, czyli kierowanie i nadzór, to wszystkie działania, które powodują, że sterowany proces przebiega zgodnie z założeniami i oczekiwaniami. Wśród zadań zarządzania znajduje się zarówno nadzór, jak również zabezpieczenie przed nieprawidłowościami oraz obróbka danych procesowych.

Proces wytwarzania przedmiotu

Proces skomputeryzowanego wytwarzania przedmiotu składa się z etapu projektowania wspomaganego komputerowo (CAD), przetwarzania projektu na plan sterowania maszyn (CAM) oraz wykonania (CNC). Sterowniki i programy nadzorują pracę maszyny, komunikując się z użytkownikiem za pośrednictwem odpowiedniego interfejsu.

Najczęściej stosuje się interfejs graficzny, który pozwala na wczytywanie, edycję i wykonywanie programów obróbki, wprowadzanie informacji korekcyjnych dla narzędzi, jak również przesuwanie układu współrzędnych oraz zmianę parametrów obróbki i śledzenie postępów programu.

Współczesne układy sterowania CNC

Obecnie tworzone układy sterowania numerycznego charakteryzują się niewielkimi wymiarami, bardzo szybkim działaniem oraz łatwą obsługą. Oprogramowanie posiada wiele funkcji i zadań, pozwala na kilkukrotne zwiększenie wydajności oraz żywotności narzędzi, a także w istotny sposób wpływa na zminimalizowanie zasobów ludzkich potrzebnych do utrzymania produkcji.

Odpowiednio wykwalifikowany i przeszkolony operator jest w stanie samodzielnie obsłużyć nawet do kilku maszyn jednocześnie. Do zadań operatora należy sprawowanie stałej kontroli nad całym procesem oraz ewentualne korygowanie powstałych błędów.

 

Serwonapędy

Serwonapędy to układy wykonawcze wielu układów użytkowanych w automatyce przemysłowej. Składają się z silnika, enkodera oraz sterownika. Silnik stanowi element wykonawczy, pieczę nad nim sprawuje enkoder, natomiast oba elementy łączy sterownik, którego rolą jest odpowiednie przetwarzanie sygnałów płynących z kontrolera ruchu.

 

Serwonapęd Sim Drive źródło: https://www.cs-lab.eu/sklep-kat/serwonapedy-serwosilniki/

 

Enkoder jest swego rodzaju licznikiem lub czujnikiem, zapisującym wartości na poziomie silnika. Umożliwia on pełną kontrolę nad obrotami silnika oraz regulację prędkości, z jakimi pracuje - przekazuje te informacje do sterownika. Serwonapędy sprawdzają się wszędzie tam, gdzie specyfika branży wymaga wysokiej precyzji pracy i gdzie konieczne jest odpowiednie ustawienie optymalnych parametrów działania dla danego urządzenia.

Akcesoria CNC

Wśród akcesoriów do maszyn CNC znajdują się rozdzielacze zasilania, wieże sygnalizacyjne, listwy przyłączeniowe, konwertery, manipulatory oraz zasilacze impulsowe. Wpływają one zarówno na bezpieczeństwo czy estetykę systemów, jak również na efektywność pracy maszyn. Wieże sygnalizacyjne stanowią niezbędny dodatek do kontroli procesów produkcyjnych. Konwertery mogą być stosowane jako układy dostosowania napięcia. Manipulatory pozwalają na szybkie konfigurowanie baz materiałowych.

Firmy zajmujące się CNC

Firmy zajmujące się CNC oferują niezwykle szerokie spektrum produktów i rozwiązań automatyki przemysłowej. Dostępne są między innymi sterowniki, moduły rozszerzeń, serwonapędy, serwosilniki, systemy odczytu położenia oraz wiele innych akcesoriów i produktów do zastosowań CNC. Niewiele jest jednak firm, które oferują swoim klientom obsługę kompleksową – od pomysłu i projektu, poprzez oprogramowanie, opracowanie technologii produkcji aż po dostarczenie wyprodukowanych i sprawdzonych urządzeń.

 

Jednym z takich producentów rozwiązań dla automatyki przemysłowej jest polska firma CS-Lab, której produkty cieszą się popularnością zarówno w krajach UE, jak i na całym świecie, ponieważ opierają się na nowoczesnych oraz profesjonalnych rozwiązaniach. Dzięki świetnie wykwalifikowanym specjalistom z wieloletnim doświadczeniem oraz opracowywaniu swoich produktów przy wykorzystaniu najnowszych technologii i podzespołów CS-Lab Electronic Laboratory podejmuje się wszelkich wyzwań z zakresu automatyki przemysłowej i CNC, oferując jednocześnie niezwykle konkurencyjne ceny.