Számítógépes numerikus vezérlés – Mi is valójában a CNC?

A numerikus vezérlők, más néven NC vezérlők a gépek célzott vezérlésére szolgáló eszközök. Ezek az adathordozón lévő NC vezérlőre küldött kódolt adatokat megfelelő vezérlőparancsokká, valamint az ebből eredő munka- és mozgásszekvenciákká alakítják át. A számítógép bevezetése új lehetőségeket nyitott az NC vezérlők javítására és továbbfejlesztésére a számítógép CNC vezérlőkbe való integrálásával. Mindkét rendszert részletesebben is megvizsgáljuk ebben a cikkben. Ezenkívül a PLC vezérlést is magában foglalja, amely egyben a gépek és ipari berendezések vezérlésének megközelítése is, és gyakran (C)NC vezérléssel kombinálva használják.

Hogyan működik az NC vezérlés?

Az első NC vezérlők az 1970-es években kerültek megvalósításra, vezetékes alkatrészek telepítésével. Minden alkalmazáshoz egyedi megoldás állt rendelkezésre. Az NC vezérlő kiolvassa a vezérlőparancsokat, amelyeket korábban kódként adtak meg egy adathordozón, majd a vezérlő átalakítja ezeket a vezérlőparancsokat munka- vagy mozgássorozatokká. A különböző termékekhez való alkalmazkodás viszonylag könnyű a gép képességei és rendelkezésre álló paraméterei alapján, ezért az NC vezérlőket elsősorban a szerszámgépekben használják.

Az NC vezérlők hátránya, hogy memóriakapacitásuk és használható vezérlési parancsaik tekintetében korlátozottak. Ezért a tiszta NC vezérlőket szinte már nem használják. A CNC vezérlések számítógépekkel együtt használatosak.

Program felépítése

A DIN 66025 a következő programstruktúrát határozza meg az NC vezérléshez:

• Az első sor egy %karakterrel kezdődik, amelyet a program neve követ.
• A további sorok N számmal és egy azt követő számmal kezdődnek, ideális esetben tízes lépésekben.
• A második paraméter a G betűvel indított parancs.
• Ezután az X, Y, Z, U, V és W értékek megadásával megadjuk az útvonaladatokat. Ha körkörös mozgás történik, az I, J és K értékek kerülnek hozzáadásra.
• Egyéb lehetőségek: T funkciók a szerszámválasztáshoz, S funkciók az orsófordulatszámhoz és F vagy M funkciók az előtoláshoz.
• A program végén mindig van M funkció. Ez visszaállítja a programot.

Példa:

%MSM

N10 G00 T32

N20 G01 X-10 Y0 Z-10

N30 M20

Fontos megjegyezni, hogy a parancsok mindaddig aktívak maradnak, amíg új parancsokkal nem helyettesítik őket:

Ha például a 2. sorban az X, Y és Z tengely koordinátáit adja meg, és ez az igazítás a jövőben is ugyanaz marad, akkor azt nem kell megismételni a következő sorokban. Az új koordináta csak akkor kerül megadásra, ha a mentett tájolást módosítani kell.

A CNC vezérlés továbbfejlesztése

A számítógépek integrálásával a gépek közvetlenül vezérelhetők. A CNC-vezérlések sokkal nagyobb rugalmasságot tesznek lehetővé, mint az NC-vezérlések. A CAD vagy CAM szoftver könnyedén adaptálhatja a feldolgozási paramétereket anélkül, hogy maga a vezérlőegység hardverét kellene megváltoztatnia.

A CNC vezérlés alapelvei

A program végrehajtása számítógép vagy mikrovezérlő segítségével történik a CNC vezérléshez. A kívánt jelek ezután egy elektromos áramkörön keresztül a gép vezérlőrendszerébe kerülnek, és ott kerülnek alkalmazásra. A CNC vezérlés általában a következő összetevőkből áll:

• Meghajtórendszer: Motorokból és vezérlőelektronikából áll. A meghajtórendszer a CNC tengelyek mozgását szolgálja. Léptetőmotorok, szervomotorok stb. Meghajtók használatosak.
• Memória: A memória tartalmazza a G-kódot (vezérlőprogram) és a CNC gép üzemeltetésére vonatkozó egyéb információkat.
• CPU: A központi feldolgozó egység parancsokat és vezérlő mozgásokat és funkciókat dolgoz fel.
• Bemeneti és kimeneti interfész: Az interfészek lehetővé teszik a kommunikációt a CNC vezérlés és az érzékelők, valamint más eszközök vagy rendszerek között.
• Kezelőpanel: A kezelőpanel az ember-gép interfész. Ez lehetővé teszi a felhasználó számára a paraméterek beállítását, a folyamat figyelemmel kísérését vagy a programok végrehajtását.

A gépekre vonatkozó parancsok fizikai végrehajtása során különböző komponenseket használnak, például golyóscsavar-hajtásokat, működtetőket stb. lineáris vezetőket, motorokat, kódolókat és szerszámtartókat. Ezeket a MISUMI számos változatában is megtalálja.

A CNC vezérlők típusai

A vezérlési koncepciók pontvezérelt, pályavezérelt és útvonalvezérelt rendszerekre oszthatók.

A pontvezérelt egy adott pont vagy egy egyedi géppozicionálás vezérlésére utal, pl. fúráshoz vagy lyukasztáshoz. A szerszám pontosan a munkadarab helyére kerül, ahol a szerszám a feldolgozással kezdődik. A pozicionálás pontról pontra történik. Nem lehetséges rugalmasan befolyásolni például magát az új pozícióba történő utazás sebességét.

A pontvezérléssel szemben a pályavezérlés lehetővé teszi egyszerre egy tengely vezérlését a sebesség és a pozíció tekintetében. Ez azt jelenti, hogy az axiális vagy párhuzamos tengelyű távolságok is megtehetők. A mozgások a bal, a jobb, az első vagy a hátsó oldalra korlátozódnak.

Az útvonalvezérelt azt jelenti, hogy a gép több tengelyt mozgat egyszerre, hogy a szerszámmal követhesse az útvonalat. Az előtolás-vezérlés általában az útvonalvezérlésre használatos. A rendszertől függően az útvonal lehet bármilyen egyenes vonal, amely a térben bárhol fut, illetve görbék és körök lehetnek.

Egy másik megkülönböztetési lehetőség a szabályozott tengelyek száma. Itt lehetséges változatok a 3, 4 vagy 5 tengelyes vezérlés. Minél összetettebb a feldolgozandó munkadarab, annál több tengelyt használnak. Alapvetően az X-tengely, az Y-tengely és a Z-tengely mindig szabályozott. A forgástengelyek továbbra is hozzáadhatók negyedik és ötödik tengelyként. Öt tengely összetett térbeli formák feldolgozását teszi lehetővé.

A CNC vezérlés előnyei és hátrányai

A CNC-vezérlés nagyon pontos, és lehetővé teszi az összetett gyártási folyamatok megvalósítását. Ez lehetővé teszi a tömegtermelést, és csökkenti az emberi munkát. Ugyanakkor szakképzettebb személyzetre is szükség van. A magas beszerzési költségek szintén magas kezdeti kiadásokat eredményeznek. Ezeket azonban gyorsan ellensúlyozza a hosszú távú folyamatoptimalizálás és a termelési adatok növekedése.

PLC - A programozható logikai vezérlő

A PLC egy másik megközelítés a gépek és ipari rendszerek vezérlésére. A PLC-ket azonban nem csak a mozgás vezérlésére használják, hanem elsősorban az ipari folyamatok felügyeletére és vezérlésére. Komplex logikai műveleteket végeznek, valamint digitális és analóg bemeneteket és kimeneteket vezérelnek.

A PLC vezérlés minimális kialakítása mindig egy bemeneti egységből, egy feldolgozó egységből és egy kimeneti egységből, az úgynevezett EVA elvből áll. Ezenkívül vannak állapotjelzők, tárolóközeg és tápegység. Ezért az alkatrészek hasonlóak a CNC vezérlés elemeihez. A bemenetek, például az érzékelők és a szkennerek CPU-n keresztül kommunikálnak a kimenetekkel, például a motorokkal és a lámpákkal. A funkciók különböző modulokon keresztül valósíthatók meg. Erre a célra úgynevezett logikai modulokat használnak.

A PLC működési módja és logikai funkciói

A PLC alapvetően a következő funkciókat látja el: adatgyűjtés, adatfeldolgozás, döntéshozatal és működtető vezérlés. Például az adatok olyan érzékelőktől származnak, amelyek az adatgyűjtés során figyelemmel kísérik a rendszer állapotát.

A paraméterek a következők lehetnek: hőmérséklet, pozícióadatok, nyomás stb. Ezek az adatok képezik a következő lépések alapját: Túl magas a környezeti hőmérséklet? Volt nyomásesés?

Az adatfeldolgozás ezután összehasonlítja az értékeket, vagy logikai műveleteket hajt végre annak eldöntésére, hogy végül milyen intézkedéseket kell végrehajtani. A meghozott döntés, pl. a gép paramétereinek módosítása most már a működtetők vezérlésével történik. A PLC vezérlőjeleket küld a működtetőegységeknek (pl. motorok, szelepek stb.), amelyek ezután végrehajtják a kívánt műveletet.

A felhasznált logikai funkciók és a bemenetek összekapcsolása a következő lehet:

• ÉS üzemeltetés: Ha mindkét bemeneti érték igaz, akkor a rendszer „igaz” értéket jelez, és végrehajtja a funkciót. Példa: az ajtót automatikusan rögzíteni kell egy aktív biztonsági riasztással, miután bezárta. A riasztási funkció csak akkor kapcsolható be, ha az ajtó zárva van, és a biztonsági riasztás bekapcsol.
• VAGY üzemeltetés: Ha legalább egy bemeneti érték igaz, akkor az „igaz” értéket jelez. Példa: Az ajtó kulcskártyával vagy PIN-kóddal nyitható. Mindkét opció kinyitja az ajtót.
• XOR művelet: a „Kizárólagos OR” (csak OR) feliratot jelenti. „Igaz” jelzést ad, amikor pontosan egy bemeneti érték igaz. Alkalmas több bemenet összehasonlítására. Példa: Két gombbal ellátott kábelcsörlő elő-/visszakapcsolása. Ha nincs gomb megnyomva, nincs jel (a motor kikapcsol). Ha megnyomja az előfuttatás vagy a visszatérés gombot, a rendszer továbbítja az előfuttatás vagy a visszatérés jelét. Ha mindkét gombot megnyomja, nincs jel (a motor ki van kapcsolva).
• NEM működés: Megfordítja a bemeneti értéket. Példa: Az ajtó riasztórendszere csak akkor legyen aktív, ha az ajtó zárva van.

A bemeneti és kimeneti változók logikai összekapcsolását egy úgynevezett működési terv mutatja: Itt az összes bemenet és kimenet, a funkcióblokkok, valamint a csatlakozások és az irányok egy kapcsolási rajzon láthatók. A működési terv támogatja a PLC vezérlőrendszerek tervezését, megvalósítását és elemzését.

A PLC vezérlés előnyei és lehetséges alkalmazásai

Számos ipari alkalmazás számára hasznos lehet a PLC vezérlés használata. Az automatizálásban a gépek vezérlésére, a gyártósorok automatizálására és a hatékonyság növelésére használják őket. Ideálisak a folyamatvezérléshez is, mivel a logikai funkciók igény szerint összekapcsolhatók.

A PLC vezérlés előnyei:

• a módosításokat és javításokat egyszerű elvégezni módosítás nélkül
• a hibák gyorsan kijavíthatók, mivel az áramkör közvetlenül a programozó eszközön tesztelhető
• jelgörbék figyelhetők meg

különböző vezérlési módok interakciója

Összetettebb alkalmazási példák esetén a PLC és (C)NC vezérlők használhatók együtt, pl. a következő feladatok elvégzéséhez:

• adatcsere és kommunikáció
• Szülő kontroll
• Biztonság és monitorozás

A PLC vezérlők például nagyon rugalmasak és könnyen adaptálhatók. A CNC-vezérlés pedig nagyfokú pontosságot biztosít, és specifikus feldolgozási feladatokra van optimalizálva. A különböző ipari alkalmazásokhoz precíz és egyidejűleg rugalmas rendszert hozunk létre. A folyamat (PLC) és a gép (CNC) vezérlésének kombinálása zökkenőmentes koordinációt biztosít a hatékony gyártás érdekében.

Alkalmazási példa

Az NC vezérlők és a PLC vezérlők például a hőmérséklet szabályozására használhatók. Például egy bimetál csík csatlakoztatható egy PLC-hez és egy kazánhoz. A megfelelő hőmérséklet elérésekor az áramkör záródik, és a PLC megkapja a jelet, hogy a kazán most kikapcsolható. Ha a hőmérséklet csökken, a kazán ugyanígy bekapcsol.