Jak jest zbudowany i jakie funkcje ma układ CNC?

fot. Obrabiarka CNC

Program obróbki, który w postaci symbolicznej zapisuje się na nośniku, wprowadza się następnie do układu sterowania numerycznego poprzez czytnik. W czytniku tym, przekształca się program – z postaci ciągu alfanumerycznego na impulsy elektryczne. Rozróżniamy następujący podział czytników:

• czytniki blokowe – w nich wczytywanie informacji jest realizowane blokami – w blokach są dostępne wszelkie informacje konieczne do konkretnej czynności lub zabiegu. Dzięki temu od razu po wczytaniu rozpoczyna się realizowanie zaprogramowanej czynności, z poziomu sterowania numerycznego.
• czytniki szeregowe – tutaj proces wczytywania realizowany jest wierszami. Jeden po drugim, wczytanie bloku w całości będzie wymagać przechowywania w pamięci wczytywanych wierszy. W związku z powyższym te wiersze zostają zapamiętane na poziomie pamięci pośredniej. 

W kolejnym kroku – następuje dekodowanie informacji, które znajdują się w programie. Trzeba nadać im formę, która będzie zrozumiała na poziomie sterowania numerycznego. Sygnał z dekodera, pozwala później na sterowanie różnego rodzaju czynnościami. Profesjonalne sterowniki CNC dostępne są pod adresem: https://www.akcesoria.cnc.info.pl/241-sterowanie-maszyn-cnc/sterowniki-maszyn-cnc

Sterowanie numeryczne – schemat blokowy 

 W bloku pamięci pośredniej informacje zostają poddane podziałowi. Dzielimy je na technologiczne, które trafiają do Układu Dopasująco-Sterującego (USD). A także dane geometryczne, które trafiają ostatecznie do sumatora. W sumatorze możliwe są ewentualne poprawki, jeśli chodzi o informacje geometryczne. Poprawki muszą być wprowadzone przez operatora za pomocą pulpitu sterującego. Przełączniki i potencjometry, które wykorzystuje operator, składają się na pamięć trwałą. Jest ona odpowiedzialna za wprowadzenie danych geometrycznych. Informacja, która wychodzi poza sumator, jest ostateczną informacją geometryczną, którą potem realizuje obrabiarka.

Najważniejszy blok jeśli chodzi o funkcjonalność sterowania numerycznego to interpolator. To z jego poziomu mamy umożliwione swobodne sterowanie ruchem dwóch lub więcej niezależnych mechanizmów posuwu. W takim zakresie, żeby ruch wypadkowy odbywał się pomiędzy dwoma kolejnymi punktami po torze, którego zarys z kolei w dużym stopniu zależy od formy konstrukcji interpolatora. Może mieć budowę liniową, kołową, paraboliczną lub mieszaną. Interpolator występuje w systemach sterowania, które mają zagwarantować ruch złożony, czyli w sterowaniach kształtowych.

Informacja, która wychodzi z interpolatora, czyli wartość zadana przemieszczenia w postaci jednego lub kilku sygnałów, następnie zostaje przekazana do układów automatycznej regulacji przemieszczenia zespołów roboczych obrabiarki. Fachowo noszą one nazwę serwomechanizmów posuwu. Serwomechanizm posuwu gwarantuje precyzyjne przemieszczenie zespołu roboczego z określoną dokładnością.

Kluczem w funkcjonowaniu obrabiarek CNC jest w tym przypadku przyjęcie założenia, które mówi o istnieniu współrzędnych w konkretnym układzie, gdzie sterowanie rzeczywiście się odbywa. 

Jest to prosty i jednocześnie najskuteczniejszy sposób służący określeniu względnych położeń narzędzia i przedmiotu obrabianego. To wymóg konieczny do realizacji obróbki i uzyskania odpowiednich efektów końcowych.

„Numeryczny” - to pojęcie, które w takim razie obecnie powinno się kojarzy ze współrzędnymi (o wartościach liczbowych, numerycznych). Pamiętajmy też jednak o tym, że źródłem nazwy „numeryczny” była postać, w której przyjęto program sterujący, opisany z pomocą rożnego typu zestawień kodów numerycznych (np. ASCII, ISO, EIA). Na podstawie tych informacji, łatwo jest wykazać dwie kluczowe cechy układów sterowania CNC: 

• układy o sterowaniu programowym - program przedstawia 2 w 1 - parametry technologiczne obróbki, jak choćby prędkości skrawania czy chłodzenie, jak i geometryczne (położenia zespołów ruchomych obrabiarki w trakcie obróbki),
• układy o elastycznej postaci programu sterującego – sterowanie programowe jest warunkiem absolutnie koniecznym, ale nie wystarczającym. Chodzi o nadanie takiej postaci programu programu sterującego, aby łatwo i szybko można było poddać ją modyfikacji (np. w celu usunięcia błędów bądź zmiany parametrów wymiarów w konkretnym przedmiocie). Warunek ten nie jest możliwy do realizacji w takich systemach sterowania, jak np. sterowanie krzywkowe. Elastyczna postać programu odpowiedzialnego za sterowanie, w naturalny sposób przysposabia zatem obrabiarki CNC do produkcji o charakterze średnio i małoseryjnym. Elastyczność obrabiarek CNC to główna przyczyna, dla której mają one tak szerokie zastosowanie.

Przez program sterujący w układach CNC powinniśmy w związku z tym rozumieć plan zamierzonej pracy obrabiarki. Takiej, która ma na celu realizację przedmiotu o pożądanych przez nas kształtach, wymiarach i stopniu chropowatości powierzchni. Składa się z następujących informacji, które mają alfanumeryczną postać zapisu:

• geometryczne - odnoszące się do wymiarów i kształtów, obejmujące opis toru ruchu narzędzi,
• technologiczne - odnoszące się do warunków obróbki: narzędzia, prędkość pracy skrawania i posuw, pomocnicze.

Informacje o charakterze technologicznym zwyczajowo są konsekwencją planu procesu, ustalającego wykaz zabiegów, narzędzia, które biorą w nich udział, warunki ich pracy itp. W dużym stopniu wynikają one bezpośrednio z tego, jakie doświadczenie ma programista.

Trudniejszym procesem, jest z reguły sprecyzowanie części geometrycznej programu sterującego. Jest to w bardzo dużej mierze zależne od rodzaju samej obróbki jak i informacjami zawartymi w dokumentacji dotyczącej konstrukcji obrabianego przedmiotu. Duży wpływ również będą mieć techniczne możliwości samego układu - dostępne sposoby wyrażania współrzędnych, kompensacja promienia narzędzia dostępne cykle obróbkowe, itp. Serwonapęd mogą Państwo kupić w sklepie Akcesoria CNC pod adresem: https://www.akcesoria.cnc.info.pl/83-automatyka/serwonapedy

Jeśli mówimy o prostej obróbce, (np. toczenie) zapis programu sterującego może w całości odbyć się ręczną metodą lub tylko w małym stopniu wspomaganą komputerowo. Często będziemy mieli do czynienia z ograniczeniami do symulacji programu. Dla obróbki powierzchni swobodnych stosuje wyłącznie generowanie w trybie automatycznym programu sterującego przy pomocy systemów CAM. To bardzo rozbudowane programy, który niezbędny jest ogromny nakład obliczeniowy. Niezależnie od metody programowania kluczowa jest choćby podstawowa znajomość struktury tego systemu.

Programowanie przede wszystkim opiera się więc o zapis ruchów wykonywanych przez obrabiarkę w trakcie trwania samego procesu. Ruchy te przebiegać mogą na dwa sposoby:

• sterowane dyskretnie (typu włącz - wyłącz, obroty w lewo - obroty w prawo itp.) Program realizacji ma tutaj charakter pomocniczy (np. obsługa silnika pompki chłodziwa, zamykanie - otwieranie podtrzymki, wymiana palet i tym podobne.) dlatego obsługuje je precyzyjna, specjalna grupa funkcji, zwanych pomocniczymi. Część funkcji pomocniczych stanowi standard, jeśli chodzi o język układu sterowania. W większości przypadków jednak, implementuje się je przez producenta obrabiarki w zależności od urządzeń fizycznych, które na niej zainstalowano.
• sterowane w sposób ciągły - z ciągłym pomiarem położenia, a także sterowaniem napędem w sposób ciągły. Ogólna nazwa – osie sterowane numerycznie (SN). Chodzi o dwa rodzaje ruchów, konkretniej liniowe (oznaczane symbolami X, Y, Z, ...) jak i obrotowe (oznaczane symbolami A, B, C, ...). To zasadnicza, integralna część programu sterującego a funkcje je obsługujące stanowią standard języka układu sterowania, zgodnie z projektem producenta konkretnego układu sterowania.

Artykuł powstał dzięki firmie Akcesoria CNC w której oferowany jest wysokiej jakości silnik krokowy - https://www.akcesoria.cnc.info.pl/81-automatyka/silniki-krokowe