Obrabiarki sterowane numerycznie - automatyzacja obrabiarek i obróbki

Autor mechanika-obrobka.pl


Napisane 2017-09-28 23:08:44


Obrabiarki sterowane numerycznie - automatyzacja obrabiarek i obróbki

Obrabiarki sterowane numerycznie – automatyzacja obrabiarek i obróbki

Zanim powiemy sobie kilka słów o obrabiarkach NC i CNC, warto zapoznać się z definicjami, które są dosyć istotne do zrozumienia pojęcia automatyzacji.

Mechanizacja – to zastąpienie pracy ludzkich mięśni, pracą maszyn i urządzeń, które wykorzystują energię mechaniczną.

Automatyzacja – zastępowanie ręcznych czynności prowadzenia (kierowania, sterowania) procesów technologicznych czynnościami samoczynnymi – brak udziału człowieka. Można wyróżnić automatyzację pełną i niepełną.

Czyli po co automatyzujemy? Po to, żeby było taniej, szybciej i lepiej. Żeby produkcja danego towaru była dla nas jeszcze bardziej opłacalna – bo wykorzystując automatyzację – wyprodukujemy więcej i szybciej. Z automatyzacją bardzo mocno powiązane jest pojęcie elastyczności. Elastyczność to możliwość szybkiego przystosowania się do zmieniających się zadań – w przypadku obróbki – zadań produkcyjnych.

Czemu elastyczność w odniesieniu do automatyzacji jest ważna? Kiedyś wydawało się, że automatyzacja jest opłacalna tylko w przypadku produkcji masowych i wieloseryjnych. Po co inwestować w np. automat tokarski – produkując małe serie. Dlatego żeby zakup obrabiarki sterowanej numerycznie był opłacalny – musiała ona być wystarczająco elastyczna – w stosunkowo prosty i łatwy sposób pozwalać np. na zmianę programu, wymianę narzędzi, przedmiotu obrabianego itd.

Dwa wskaźniki określające zaawansowanie automatyzacji to:

  • Zakres automatyzacji -  wskaźnik automatyzacji – stosunek liczby czynności zautomatyzowanych do wszystkich czynności. Nie jest zbyt miarodajnym określeniem automatyzacji – któraś czynność może w dziedzinie czasu być zdecydowanie dłuższa od pozostałych, a nie zostać zautomatyzowana.
  • Poziom automatyzacji – stosunek sumy czasów zautomatyzowanych czynności do czasu ogólnego – w lepszy sposób określa stopień automatyzacji od poprzedniej definicji

obrabiarka numeryczna 

Kilka definicji które warto znać:

Automat obrabiarkowy -  obrabiarka, której wszystkie czynności związane z wykonaniem jednej sztuki przedmiotu są zautomatyzowane – razem z dostarczeniem i odbiorem przedmiotu.

Półautomat obrabiarkowy – jak w automacie – czynności obróbcze są w pełni zautomatyzowane ale czynności załadowczo-rozładowcze wykonuje operator. Może też wykonywać podstawowe czynności takie jak wyłączenie – włączenie maszyny.

Linia obrabiarkowa -  zestaw stanowisk obróbkowych, którymi mogą być obrabiarki uniwersalne, automaty, półautomaty itd. W linach występują również urządzenia podające, usuwające wióry, przenośniki i inne.

Sterowanie w funkcji czasu -  ruchy są wykonywane w określonych odstępach czasu, przebieg cyklu roboczego można przedstawić w postaci cyklogramu. Cechą jest, że początek, koniec i realizacja całego procesu jest zależna od upływającego czasu – całość tworzy takt. Takie sterowanie może być ciągłe i impulsowe. Przykładem sterowania w funkcji czasu jest sterowanie krzywkowe. Gdzie wykorzystuje się wały sterujące z krzywkami, krańcówkami i innymi urządzeniami do sterowania pracą danej maszyny lub urządzenia.

Sterowanie w funkcji drogi – droga jest zmienną niezależną. Kolejny ruch jest wykonywany dopiero jak poprzedni ruch się zakończy. Plusem jest to że czas nie musi być bardzo dokładnie przestrzegany – a zmieniając np. zderzaki – łatwo jest zmieniać kolejność pracy. Jest to sterowanie bardziej elastyczne niż sterowanie w funkcji czasu.

Program obrabiarkowy – plan zamierzonej pracy obrabiarki prowadzący do wykonywania przedmiotu o określonych kształtach, wymiarach i chropowatości powierzchni. Każdy program zawiera informacje dotyczące cech geometrycznych i informację technologiczne (prędkość skrawania, posuw itp.)

Sterowanie obrabiarką/maszyną – kierowanie jej pracą przez wpływanie na parametry i przebieg jej pracy, w celu zrealizowania zamierzonego działania.

Różnice między obrabiarką konwencjonalną a sterowną numerycznie (NC/CNC)

Zanim wymienimy różnice pomiędzy NC (sterowanie numerycznie I generacji) a CNC (II generacji). Warto powiedzieć sobie o tym co odróżnia obrabiarki numeryczne od konwencjonalnych.

  • obrabiarki NC posiadają osobny napęd na każdą sterowaną oś, w tym serwonapędy, posiadają również układy pomiarowe, czujniki i inne oprzyrządowanie potrzebne w pracach diagnostycznych i nadzorujących.
  • obrabiarki sterowane numerycznie mają dużo większą sztywność i lepszą dynamikę – ze względu na stosowanie lepszych korpusów, przekładni śrubowo-tocznych, odprowadzania wióra i innych ulepszeń.
  • NC eliminują wadę stosowania jednego silnika w całej maszynie, co z kolei powoduje eliminację skrzyń posuwów i prędkości czy potrzeby zakleszczania prowadnic.
  • eliminują z użycia silniki asynchroniczne oraz całe łańcuchy kinematyczne (przekładnie zębate, pasowe itd.), które nie posiadają 100% sprawności i których awarie mogą być problematyczne.
  • obrabiarki numeryczne posiadają magazyny narzędzi i dają możliwość automatycznej zmiany narzędzia.
  • umożliwiają automatyczną zmianę przedmiotu obrabianego.
  • umożliwiają automatyczny nadzór (temperatury skrawania, stan narzędzi)
  • umożliwiają stosowanie narzędzi napędzanych obrotowo.

Można wyróżnić również różnice w:

 

Konwencjonalne

NC, CNC

Dane wejściowe

Pracownik na podstawie rysunków ręcznie ustawia całą maszynę, zakłada i zdejmuje narzędzia i przedmiot,

Program może zostać wgrany np. z płyty CD lub pendrive, programy mogą być gromadzone w pamięci wewnętrznej i w łatwy sposób modyfikowane,

Sterowanie

Operator ręcznie zmienia parametry obróbki – prędkość obrotową, posuw, głębokość skrawania,

Wszystkie funkcje i parametry obróbki są zapisane w programie, wszystkie funkcje sterownicze przejmuje komputer

Kontrola

Po wykonanych operacjach operator ręcznie sprawdza uzyskane wymiary, chropowatość powierzchni czy odchyłki

Sprzężenia zwrotne niosą informację zwrotną z zespołów pomiarowych, obrabiarka zapewnia dokładność uzyskania założonych dokładności

Obrabiarki NC i CNC

Obrabiarka NC – posiada zautomatyzowany numeryczny układ sterowania. W sposób programowy steruje się wszystkimi ruchami obróbczymi. Obrabiarka NC jest podstawą rozwoju CNC. Bardzo ważna częścią obrabiarki NC jest interpolator.

Interpolator  -  umożliwia sterowanie dwoma lub więcej niezależnymi mechanizmami posuwu tak, żeby ruch wypadkowy odbywał się pomiędzy dwoma punktami po torze, którego kształt zależy od interpolatora. Informacja z interpolatora idzie do serwomechanizmu.

Serwomechanizm -  układ automatycznej regulacji położenia, które zapewniają zrealizowanie z określoną dokładnością wartości zadanej przemieszczenia – bardzo dokładnie uzyskują określony punkt. Mogą być ze sprzężeniem zwrotnym i bez – sterowanie w układzie otwartym i zamkniętym. W układzie zamkniętym – wykorzystuje enkoder do określenia położenia, w układzie otwartym stosuje się silniki impulsowe (sekwencyjne), w których położenie jest zależne od ilości wysłanych impulsów (nie potrzeba enkodera).

Sterowanie punktowe – obejmuje ruchy przesuwowe – dotyczy ruchów nastawczych, ma zapewnić odpowiednie ustawienie narzędzia w danym punkcie, nie jest istotny tor ruchu. Sterowanie wykorzystywane np. na wiertarkach.

sterowanie punktowe 

Sterowanie odcinkowe – obejmuje ruchy posuwowe i przesuwowe. Tor narzędzia jest zadany w postaci szeregu punktów. Ruch pomiędzy nimi jest realizowany po odcinkach wyznaczonymi prowadnicami obrabiarki. W sterowanych odcinkowo maszynach nie ma możliwości równoczesnego ruchu w dwóch kierunkach – nie można uzyskać ruchu złożonego. Przykład – na tokarce sterowanej odcinkowo stożka nie da się wytoczyć.

sterowanie odcinkowe 

Sterowanie kształtowe -  obejmuje wszystkie przypadki, w których tor jest dowolną ale określoną linią. Cechą jest powiązanie ruchów w kilku osiach za pomocą układu sterującego. Obejmuje ruchy posuwowe i przesuwowe. Ruch narzędzia względem przedmiotu jest ruchem złożonym z kilku niezależnie realizowanych ruchów posuwowych. Zadaniem tego sterowania jest zapewnienie ruchu po liniach prostych i o określonym promieniu krzywizny. Jest to sterowanie pełne, na którym można wykonać wszystko.

sterowanie kształtowe 

Różnice pomiędzy NC i CNC

Główną różnicą pomiędzy NC a CNC jest to, że NC nie ma żadnego komputera (mikroprocesora) i żadnego programu sterującego pracą całego sterowania, lecz system sztywno połączonych bloków funkcjonalnych (jedno wejście prowadzi do jednego wyjścia). CNC posiada mikroprocesor i komunikacje szynową. CNC łączy sterowanie NC i możliwości komputera do przetwarzania danych. Zamiast rozbudowanego sprzętu (NC), mamy rozbudowane oprogramowanie (CNC). Największą wadą NC było przechowywanie programów, ich powielanie i naprawy. CNC pozwala na bardzo duże możliwości sterowania i zarządzania obrabiarką i jej pracą. W NC wydawało się tylko rozkazy dla obrabiarki i otrzymywało sprzężenie zwrotne z tym jak dany rozkaz został wykonany.

frezowanie kształtowe na frezarce
Frezowanie dowolnych wzorów na frezarce sterowanej numerycznie