A Machining Transformation (MX) a hálózatba kapcsolt, digitalizált és fenntartható CNC-gyártás felé való átmenetet jelenti. E forradalom középpontjában a folyamatintegráció, az automatizálás, a Digital Transformation (DX) és a Green Transformation (GX) négy alapvető területe áll. Ebben a holisztikus kontextusban a CNC vezérlés a digitális gyártási intelligencia forrásaként működik, és egzisztenciális jelentőséggel bír a gyártástechnológia további fejlődése szempontjából az ipari digitalizáció korában.
A Machining Transformationnel (MX) összefüggésben a CNC-vezérlés a digitális gyártási intelligencia forrásaként működik.
A CNC-vezérlés története a szerszámgépgyártásban
A modernitás kora a globális szerszámgépipar számára az MIT-ben (Massachusetts Institute of Technology), a híres cambridge-i egyetemen kezdődött. Az első NC-gépet ott fejlesztették ki az 1940-es évek végén és az 1950-es évek elején. Ennek kiváltó oka az volt, hogy hatékony megoldást kerestek a repülőgépipar számára a bonyolult munkadarabok gyártására. Az „NC” rövidítés a gépek numerikus vezérlését jelenti. Ezt a fejlesztést a szerszámgépek történetében jelentős fordulópontnak tekintik. Az NC vezérlés CNC-vé való fejlődése előtt és az ehhez szükséges számítógépfejlesztés előtt azonban még hosszú út állt.
A számjegyvezérlés (NC) kifejlesztése jelentős fordulópontot jelentett a szerszámgépgyártás történetében.
Az NC-ről való áttérés a CNC-vezérlésre
A világpremierjüket követő években az NC-rendszereknek számos kihívást és korlátozást kellett leküzdeniük. Az egyik legnagyobb akadály az volt, hogy csak egyedi feladatokra és statikus műveletekre korlátozódtak. Mivel egy adott művelet elvégzésére voltak programozva, nehéz és időigényes volt a módosítások elvégzése vagy az alkatrészgyártásban történő változtatások végrehajtása. A másik kihívás a programozás összetettsége volt. Az első programozási nyelvek még gyerekcipőben jártak, és az NC-programok létrehozása különleges szakértelmet igényelt. Ezenkívül az NC-rendszerek feldolgozási sebessége korlátozta hatékonyságukat és eredményességüket.
Gyorsan világossá vált, hogy egy dinamikusabb és alkalmazkodóképesebb rendszer felé történő evolúciós fejlődésre van szükség. Ebben a háttérben döntő szerepet játszott a tranzisztorok feltalálása és az ezt követő mikroprocesszorok kifejlesztése az 1960-as és 1970-es években. A számítógép integrálása a CNC-vezérlés (computer numerical control) vezérlőegységébe teljesen új lehetőségeket nyitott meg a szerszámgépek gyártásában. A gépek rugalmasabbá váltak, és képesek voltak összetett parancssorozatok feldolgozására. A programokat el lehetett menteni és szükség szerint újra felhasználni.
A számítógép integrálása a szerszámgép vezérlőegységébe teljesen új lehetőségeket nyitott meg a gépgyártás számára.
A számítástechnika dinamikus fejlődésével a CNC-technológia is egyre inkább megváltoztatta a gyártási környezetet. Mindenekelőtt jelentősen növelte a gyártási sebességet, a rugalmasságot és az automatizálás mértékét. A CNC-vezérlésű gépek ma már részben felügyelet nélkül is működtethetők. A pontosság és a megismételhetőség is javult. Ha egy CNC-programot egyszer már beprogramoztak és teszteltek, azt a pontosság és a minőség romlása nélkül újra lehetett használni. A CNC-vezérlés bonyolult, felhasználó által meghatározott geometriák gyártását is lehetővé tette.
Milyen feladatai vannak a CNC vezérlésnek?
A CNC-vezérlés feladata a gép mozgásának feldolgozása, programozása és koordinálása. Eközben a meghajtástechnika léptetőmotorok, szervo- vagy direkt meghajtások formájában lehetővé teszi a gép lineáris és forgó tengelyeinek fizikai mozgását. A CNC-gép motor- és hajtástípusának kiválasztása számos tényezőtől függ, többek között az alkalmazás speciális követelményeitől, a költségektől és a vezérlőrendszer összetettségétől.
A CNC-vezérlés elsődleges funkciói közé tartozik a szinte bármilyen összetettségű alkatrészek automatizált megmunkálása. A CNC lehetővé teszi a motorok, főorsók és hajtásrendszerek lineáris és forgó tengelyek mentén történő mozgásának pontos vezérlését. A CNC esztergagép vagy CNC marógép vezérlése így számos olyan feladatot vesz át, amelyet a hagyományos szerszámgépeken elsősorban a gépkezelő végez. Ezek közé tartozik a műveletelemek vezérlése, a gyártási folyamatok felügyelete, a gép- és szerszámadatok mentése, a gyártási programok mentése és végrehajtása, valamint a gyártási folyamatok grafikus szimulációja. A modern CNC-rendszereket átfogó programozási támogató funkciók is jellemzik.
A programozási nyelv
Egy programozási nyelv felépítése főként úgynevezett G-kódokból, M-kódokból és technológiai ciklusokból áll. A G-kódot a CNC-gép mozgásának és műveleteinek vezérlésére használják. A „G” rövidítés tehát a munkadarab későbbi geometriájából származik. A G-kód határozza meg, hogy egy szerszámot milyen irányban, milyen sebességgel és milyen úton kell mozgatni. Néhány alapvető G-kód például: G00 a gyors pozicionáláshoz, G01 a lineáris mozgásokhoz, G02 és G03 a körmozgásokhoz. Mindegyik kódnak vannak olyan speciális paraméterei is, amelyek a szerszám mozgását határozzák meg.
Ehhez képest az M-kódok olyan parancsok, amelyek a gép speciális funkcióit és műveleteit vezérlik, azaz nem kapcsolódnak közvetlenül a szerszám mozgásához. Ide tartozik például a hűtőfolyadék-ellátás be- és kikapcsolása, a befogószerkezet, vagy készülékek nyitása és zárása vagy a főorsómotor indítása és leállítása.
Technológiai ciklusok támogatása; CNC-programozás
A technológiai ciklusok leegyszerűsítik a CNC-gépek programozását azáltal, hogy a bonyolult NC programsorozatokat egyszerű, felhasználóbarát beviteli formába alakítják át. Minden technológiai ciklus egy adott feladatra van szabva. Vannak többek között fúrási, menetvágási, marási, esztergálási, mérési vagy fogaskerékgyártási ciklusok.
A technológiai ciklusok csökkentik a programozáshoz szükséges időt, és növelik az alkatrészek minőségét és a feldolgozás hatékonyságát.
Ezekben az esetekben a kezelőnek egyszerűen ki kell választania a kívánt technológiai ciklust a gép vezérlőmenüjéből, és a beviteli képernyőn meg kell adnia a szükséges paramétereket. A CNC-vezérlés ezután a megadott információk alapján generálja a teljes NC-parancskészletet. A gép a parancsoknak megfelelően végzi el a megfelelő műveleteket, ami csökkenti a CNC-programozáshoz szükséges időt, ugyanakkor javítja a munkadarabok minőségét és pontosságát. A technológiai ciklusok segítenek az emberi hibák minimalizálásában, ami magasabb működési hatékonyságot és termékminőséget eredményez.
Egy tipikus CNC-programban a G-kódokat és az M-kódokat ezután technológiai ciklusokkal kombinálják a kívánt megmunkálási művelet elvégzéséhez. A program általában egy sor M-kóddal kezdődik a gép beállításához, amelyet G-kódok és technológiai ciklusok követnek, amelyek a tényleges megmunkálást vezérlik.
Milyen típusú CNC-vezérlések léteznek?
A CNC-vezérlések működési módjuk szerint pontvezérlésekre, szakaszvezérlésekre és pályavezérlésekre oszthatók. A pontvezérlés előre meghatározott pontokra pozícionálja a szerszámot, és főként fúrási műveletekhez használják. A pályavezérléssel a szerszámot egy előre meghatározott pályán vezetik végig, a pontok közötti pálya folyamatos ellenőrzése nélkül. A pályavezérléssel a szerszámot a tengelyek interpolálásával egy folyamatos pálya mentén mozgatják, ahol ezt a típusú vezérlést 2D, 2½D és 3D pályavezérlésként különböztetik meg.
Modern gyártás
A mai CNC-rendszerek nagy hatékonyságú mikroprocesszorokkal és memóriarendszerekkel vannak felszerelve. Ez lehetővé teszi a rendkívül összetett és ezért számításigényes parancssorozatok feldolgozását több interpoláló lineáris és forgó tengely számára. Még az összetett megmunkálási feladatok is a legnagyobb pontossággal végezhetők el, és reprodukálhatók maradnak. A CNC-vezérlés minden modern szerszámgép szíve, és az is marad. Az ipari digitalizációval összefüggésben azonban tovább fog fejlődni a hagyományos folyamatirányításon túl. Ezzel összefüggésben a következők a releváns témák:
- A mesterséges intelligencia és a gépi tanulás integrálása: A modern CNC-rendszerek egyre inkább képesek a megmunkálási folyamatból származó adatok gyűjtésére és elemzésére. A mesterséges intelligencia és a gépi tanulás integrálásával ezek a rendszerek képesek önállóan tanulni és optimalizálni a megmunkálási folyamatokat. Ez nagyobb hatékonyságot, pontosságot és alacsonyabb hibaarányt eredményez.
- Hibakompenzáció és minőségellenőrzés: Az intelligens CNC-rendszerek képesek felismerni és automatikusan korrigálni a megmunkálási folyamat eltéréseit. Ez jelentősen hozzájárul a késztermékek minőségének és konzisztenciájának javításához.
- Energiahatékonyság és fenntarthatóság: Az intelligens CNC-vezérlések optimalizálhatják az energiafogyasztást azáltal, hogy a gép működését az aktuális követelményekhez igazítják. Ez nemcsak az üzemeltetési költségeket csökkenti, hanem elősegíti a fenntartható termelést is.
- Hálózatba szervezés és kommunikáció: Az ipar 4.0-ban a hálózatépítés alapvető fontosságú. A CNC-rendszerek összekapcsolódnak más gépekkel, rendszerekkel és magasabb szintű irányítási eszközökkel a zökkenőmentes és hatékony termelési folyamat biztosítása érdekében. Ez lehetővé teszi a gyártási folyamatok átfogó, valós idejű vezérlését és felügyeletét.
- Alkalmazkodóképesség és rugalmasság: A modern gyártásban elengedhetetlen a gyors reagálás képessége az alkatrészgyártásban bekövetkező változásokra. A CNC-vezérlések programozhatóságuk és rugalmasságuk révén lehetővé teszik, hogy a termékek kis tételekben vagy akár egyedileg, a vevő specifikációi szerint készüljenek, anélkül, hogy a hatékonyság csökkenne.
Hogyan fog fejlődni a CNC-vezérlés szerepe az alkatrészgyártásban?
A CNC-vezérlés ma már sokkal több, mint a gépek vezérlésére szolgáló eszköz. Az intelligens gyártási struktúrák szerves és interaktív részévé váltak, amely messze túlmutat az egyszerű gépműhelyen. A CNC a digitális tervezés és a fizikai kivitelezés közötti interfészként működik. A mesterséges intelligencia és a fejlett analitika integrálásával a CNC-vezérlések egyre inkább aktív döntéshozóvá válnak a CNC alkatrészgyártási folyamatban. Zökkenőmentesen illeszkednek az intelligens termékalkotás ökoszisztémájába, és minősített hozzáadott értéket teremtenek. A CNC-vezérlések ezért a jövőben nemcsak a CNC-gyártás hatékonyságát és minőségét növelik, hanem hozzájárulnak egy rugalmasabb, alkalmazkodóképesebb és ökológiailag fenntarthatóbb iparághoz is.
Kontúrvezérlés minden dimenzióban
Az NC-vezérlések az egyszerű pontvezérléstől a rendkívül összetett pályavezérlésekig fejlődtek, amelyek a legigényesebb megmunkálási feladatok elvégzésére is képesek. Az ilyen típusú CNC-vezérlések három alkategóriára oszthatók:
- A 2D kontúrvezérlés: A 2D kontúrvezérlés a kontúrvezérlés legalapvetőbb formája. Olyan alkalmazásokban használják, ahol a megmunkálás két tengely – jellemzően X és Y – mentén történik. Ez a típusú vezérlés ideális az olyan feladatokhoz, mint a gravírozás vagy egyszerű marási műveletek, ahol a függőleges tengely (Z-tengely) nem végez folyamatos mozgást.
- 2½D pályavezérlés: A 2½D pályavezérlés a 2D-s vezérlés kiterjesztése. Bár elsősorban az X és Y tengelyen működik, lehetővé teszi a szerszám emelését vagy süllyesztését a Z tengely mentén is, de az X és Y tengelyen történő egyidejű mozgás nélkül. Ez a tisztán 2D-s vezérlésnél összetettebb megmunkálási műveleteket tesz lehetővé.
- 3D pályavezérlés: A 3D pályavezérlés a CNC-vezérlési technológiák legmagasabb fejlettségi szintjét képviseli. Lehetővé teszi az összes lineáris tengely (X, Y és Z) és forgó tengely (A, B és C tengely) egyidejű (interpoláló) mozgását és koordinálását, hogy komplex háromdimenziós kontúrokat lehessen megmunkálni.
ForrásDMG MORI
További információ: