Datoriserad numerisk styrning - Vad är CNC egentligen?

Numeriska styrningar, även kända som NC-styrning, är enheter för riktad kontroll av maskiner. De omvandlar de kodade data som tillhandahålls till NC-styrningen på en databärare till motsvarande kontrollkommandon och de resulterande arbets- och rörelsesekvenserna. Införandet av datorn öppnade nya möjligheter för att förbättra NC-styrning och främja dem genom att integrera datorn i CNC-styrning. Båda dessa system granskas mer i detalj i denna artikel. Dessutom omfattar den PLC-styrning, som också är ett tillvägagångssätt för att styra maskiner och industriell utrustning och används ofta i kombination med (C)NC-styrning.

Hur fungerar en NC-styrning?

De första NC-styrningarna realiserades på 1970-talet genom att installera fasta komponenter. Det fanns en anpassad lösning för varje applikation. NC-styrningen läser av kontrollkommandona, som tidigare angetts som kod via en databärare, och kontrollsystemet omvandlar sedan dessa kontrollkommandon till arbets- eller rörelsesekvenser. Anpassning till olika produkter är relativt enkelt möjligt inom ramen för maskinens kapacitet och tillgängliga parametrar, varför NC-reglage används främst i verktygsmaskiner.

Nackdelen med NC-styrningar är att de är begränsade när det gäller minneskapacitet och användbara styrkommandon. Därför används nästan inga rena NC-styrningar längre. Snarare används de tillsammans med datorer i CNC-styrningar.

Programstruktur

DIN 66025 definierar följande programstruktur för en NC-styrning:

  • Den första raden börjar med ett %tecken följt av programnamnet.
  • De ytterligare raderna startas med N och ett på varandra följande nummer, helst i steg om tio.
  • Den andra parametern är ett kommando som initieras av bokstaven G.
  • Sökvägsinformation tillhandahålls sedan genom att ange värden för X, Y, Z, U, V, och W. Om en cirkulär rörelse ska ske läggs värden för I, J och K till.
  • Andra alternativ är: T-funktioner för verktygsvalet, S-funktioner för spindelhastigheten och F- eller M-funktioner för matningen.
  • Det finns alltid en M-funktion i slutet av programmet. Detta återställer programmet.

Exempel:

%MSM

N10 G00 T32

N20 G01 X-10 Y0 Z-10

N30 M20

Det är viktigt att notera att kommandona förblir aktiva tills de ersätts av nya kommandon:

Om du till exempel anger koordinater för X-, Y- och Z-axeln i rad 2 och om denna inriktning också förblir densamma i framtiden behöver den inte upprepas i de efterföljande raderna. Den nya koordinaten anges endast när den sparade orienteringen ska ändras.

Framsteg till CNC-styrning

Med integrationen av datorer är det möjligt att använda dem för att styra maskiner direkt. CNC-styrning möjliggör en betydligt större flexibilitet än enbart NC-styrning. CAD- eller CAM-programvara kan enkelt anpassa bearbetningsparametrar utan att behöva ändra hårdvaran på själva styrenheten.

Principer för CNC-styrning

Ett program körs via en dator eller mikrokontroller för CNC-styrningen. De önskade signalerna skickas sedan via en elektrisk krets till maskinens styrsystem och implementeras där. Vanligtvis består en CNC-styrning av följande komponenter:

  • Drivsystem: Består av motorer och styrelektronik. Drivsystemet tjänar CNC-axlarnas rörelse. Stegmotorer, servomotorer osv. Drivenheter används.
  • Minne: Minnet innehåller G-koden (styrprogram) och annan information för drift av CNC-maskinen.
  • CPU: Den centrala processorenheten bearbetar kommandon och styr rörelser och funktioner.
  • Ingångs- och utgångsgränssnitt: Gränssnitten möjliggör kommunikation mellan CNC-styrning och sensorer och andra enheter eller system.
  • Kontrollpanel: Kontrollpanelen är gränssnittet mellan människa och maskin. Detta gör det möjligt för användaren att ställa in parametrar, övervaka processen eller köra program.

Under den fysiska implementeringen av kommandona till maskinerna används olika komponenter såsom kulskruvsdrivningar, ställdon etc. linjära styrningar, motorer, kodare och verktygshållare. Du kan också hitta dessa i en mängd olika versioner på MISUMI.

Typer av CNC-styrning

Styrningskoncept kan delas in i punktstyrda, spårstyrda och vägstyrda.

Punktstyrd avser styrning av en specifik punkt eller en individuell maskinpositionering, t.ex. för borrning eller stansning. Verktyget flyttas exakt till en arbetsstyckesposition, där verktyget sedan börjar med bearbetning. Positioneringen görs från punkt till punkt. Ett flexibelt inflytande på t.ex. färdhastigheten till den nya positionen är inte möjligt.

I motsats till punktstyrning tillåter spårkontroller styrning av en axel i taget när det gäller hastighet och position. Detta innebär att axiella eller paraxiala avstånd också kan förflyttas. Rörelserna är begränsade till vänster, höger, framsidan eller baksidan.

Banstyrd innebär att maskinen flyttar flera axlar samtidigt för att följa en bana med verktyget. Matningsstyrning används i allmänhet för banstyrning. Beroende på systemet kan banorna vara alla raka linjer som körs var som helst i rymden eller kurvor och cirklar.

Ett annat differentieringsalternativ är antalet kontrollerade axlar. Möjliga varianter här är 3-, 4- eller 5-axlig kontroll. Ju mer komplext arbetsstycket som ska bearbetas, desto fler axlar används. I grund och botten styrs alltid X-axeln, Y-axeln och Z-axeln. Roterande axlar kan fortfarande läggas till som den fjärde och femte axeln. Fem axlar möjliggör bearbetning av komplexa rumsliga former.

Fördelar och nackdelar med CNC-styrning

CNC-styrningar är mycket exakta och möjliggör förverkligandet av komplexa tillverkningsprocesser. Detta möjliggör massproduktion och minskar mänskligt arbete. Samtidigt behövs mer kvalificerad personal. De höga förvärvskostnaderna medför också höga initiala kostnader. Dessa bör dock snabbt kompenseras av långsiktig processoptimering och ökande produktionssiffror.

PLC - Den programmerbara logiska styrenheten

PLC är en annan metod för styrning av maskiner och industriella system. PLC:er används dock inte bara för att styra rörelse, utan används främst för att övervaka och styra industriella processer. De utför komplexa logiska operationer och styr digitala och analoga ingångar och utgångar.

Den minimala utformningen av en PLC-styrning består alltid av en inmatningsenhet, en processorenhet och en utmatningsenhet, den så kallade EVA-principen. Dessutom finns det statusindikatorer, ett lagringsmedium och en strömförsörjning. Därför liknar komponenterna en CNC-styrning. Ingångarna som sensorer och skannrar kommunicerar med utgångarna som motorer och lampor via en CPU. Funktionerna kan realiseras via olika moduler. För detta ändamål används så kallade logiska moduler.

Driftsätt och logikfunktioner hos en PLC

PLC utför i grunden följande funktioner: datainsamling, databehandling, beslutsfattande och ställdonskontroll. Till exempel erhålls data från sensorer som övervakar systemets status under datainsamlingen.

Parametrar kan vara: temperatur, positionsinformation, tryck osv. Dessa data utgör grunden för nästa steg: Är omgivningstemperaturen för hög? Har trycket minskat?

Databehandling jämför sedan värden eller utför logiska åtgärder för att i slutändan bestämma vilka åtgärder som behöver utföras. Det beslut som fattas, t.ex. ändring av maskinparametrar, implementeras nu genom aktivering av manöverorganen. PLC:n skickar styrsignaler till manöverdonen (t.ex. motorer, ventiler osv.) som sedan implementerar önskad åtgärd.

Logiska funktioner som används och länkar ihop ingångarna kan vara:

  • AND drift: Om båda ingångsvärdena är sanna signaleras ”sant” och funktionen utförs. Exempel: en dörr ska säkras automatiskt med ett aktivt säkerhetslarm efter att den stängts. Larmfunktionen kan endast aktiveras om dörren är låst och säkerhetslarmet är aktiverat.
  • OR drift: Den signalerar ”sant”, om minst ett ingångsvärde är sant. Exempel: Jag har en dörr som kan öppnas med ett nyckelkort eller en PIN-kod. Båda alternativen öppnar dörren.
  • XOR-drift: står för ”Exklusiv OR” (endast OR). Den signalerar ”sant” när exakt ett ingångsvärde är sant. Den är lämplig för att jämföra flera ingångar. Exempel: Byte före körning/retur av en kabelvinsch med två knappar. Om ingen knapp trycks in hörs ingen signal (motorn avstängd). Om förkörnings- eller returknappen trycks in vidarebefordras signalen för förkörning eller retur. Om båda knapparna trycks in hörs ingen signal (motorn avstängd).
  • ICKE-drift: Det reverserar ingångsvärdet. Exempel: Dörrens larmsystem ska endast vara aktivt om dörren är stängd.

Den logiska kopplingen mellan in- och utdatavariablerna visas i en så kallad funktionsplan: Här visualiseras alla in- och utgångar, funktionsblock samt anslutningar och riktningar i en typ av kretsschema. Funktionsplanen stödjer design, implementering och analys av PLC-styrsystem.

Fördelar och möjliga tillämpningar av PLC-styrning

Många industriella applikationer kan dra nytta av användningen av PLC-styrning. Inom automation används de för att styra maskiner, automatisera produktionslinjer och öka effektiviteten. De är också idealiska för processtyrning på grund av de logiska funktioner som kan länkas enligt önskemål.

Fördelarna med PLC-styrning inkluderar:

  • ändringar och korrigeringar är enkla att göra utan ändringar
  • fel kan snabbt korrigeras, eftersom kretsen kan testas direkt på programmeringsenheten
  • signalkurvor kan observeras

interaktion mellan olika styrlägen

För mer komplexa applikationsexempel kan PLC- och (C)NC-kontroller användas tillsammans, t.ex. för att utföra följande uppgifter:

  • utbyte av data och kommunikation
  • Överordnad kontroll
  • Säkerhet och övervakning

PLC-styrningar är till exempel mycket flexibla och kan enkelt anpassas. CNC-styrningar i sin tur säkerställer en hög grad av precision och är optimerade för specifika bearbetningsuppgifter. Tillsammans skapas ett exakt och samtidigt flexibelt system för olika industriella tillämpningar. Kombinationen av processtyrning (PLC) och maskinstyrning (CNC) skapar en sömlös samordning för effektiv tillverkning.

Exempel på tillämpning

NC-styrningar och PLC-styrningar kan till exempel användas för att reglera temperaturen. Till exempel kan en bimetallremsa anslutas till en PLC och en panna. När rätt temperatur har uppnåtts stängs kretsen och PLC:n får signalen att pannan nu kan stängas av. Om temperaturen sjunker slås pannan på igen på samma sätt.