NC
(בקרה נומרית, בקרה דיגיטלית, המכונה בקרה מספרית), מתייחסת לשימוש במידע דיגיטלי דיסקרטי לשליטה בפעולת מכונות והתקנים אחרים, שניתן לתכנת רק על ידי המפעיל עצמו.
CNC
יישום טכנולוגיית CNC
הפיתוח של טכנולוגיית CNC הוא די מהיר, מה שמשפר מאוד את הפרודוקטיביות של עיבוד עובש, וה-CPU עם מהירות פעולה מהירה יותר הוא הליבה של פיתוח טכנולוגיית CNC. שיפור המעבד אינו רק שיפור מהירות המחשוב, אלא המהירות עצמה כרוכה גם בשיפור טכנולוגיית ה-CNC בהיבטים נוספים. בדיוק בגלל שינויים כה גדולים בטכנולוגיית CNC בשנים האחרונות, כדאי לנו לערוך סקירה של היישום הנוכחי של טכנולוגיית CNC בתעשיית ייצור התבניות.
תְמוּנָה
זמן עיבוד בלוק תוכניות ואחרים עקב העלייה במהירות עיבוד המעבד והיישום של מעבדים מהירים למערכות CNC משולבות מאוד על ידי יצרני CNC, הביצועים של CNC שופרו משמעותית. מערכות מהירות ומגוונות יותר מאפשרות יותר מסתם מהירויות עיבוד גבוהות יותר של תוכניות. למעשה, מערכת שיכולה לעבד תוכנית חלק במהירות גבוהה למדי עשויה להתנהג כמו מערכת עיבוד במהירות נמוכה מכיוון שאפילו למערכת CNC מתפקדת במלואה יש כמה בעיות פוטנציאליות שעלולות להפוך לצוואר בקבוק המגביל את מהירות העיבוד.
כיום, רוב מפעלי התבניות מבינים כי עיבוד מהיר דורש יותר מזמן עיבוד קצר של תוכניות עיבוד. במובנים רבים, המצב דומה לנהיגה במכונית מירוץ. האם המכונית המהירה ביותר תמיד מנצחת במירוץ? אפילו צופה מזדמן יודע שיש הרבה גורמים מלבד מהירות שמשפיעים על תוצאות המירוץ.
קודם כל, הכרת המסלול של הנהג חשובה מאוד: עליו לדעת היכן יש פניות חדות, כדי שיוכל להאט בצורה מתאימה כדי לעבור את הפינה בצורה בטוחה ויעילה. בתהליך של עיבוד תבניות בקצבי הזנה גבוהים, טכנולוגיית ניטור המסלול לעיבוד ב-CNC יכולה לקבל מראש את המידע של עקומות חדות, ופונקציה זו ממלאת את אותו תפקיד.
כמו כן, הרגישות של הנהג לפעולות ולאי הוודאות של נהגים אחרים דומה למספר הפידבקים של הסרוו ב-CNC. משוב סרוו ב-CNC כולל בעיקר משוב מיקום, משוב מהירות ומשוב נוכחי.
כאשר הנהג נוסע סביב המסלול, לעקביות הפעולה, האם הבלמים וההאצה יכולים להיות מיומנים וכו' יש השפעה חשובה מאוד על ביצועי הנהג במקום. באופן דומה, פונקציות האצה/האטה בצורת פעמון וניטור מסלול לתהליך של מערכת ה-CNC משתמשות בהאצה/האטה איטית במקום בשינויי מהירות פתאומיים כדי להבטיח האצה חלקה של כלי המכונה.
מעבר לכך, יש קווי דמיון נוספים בין מכוניות מירוץ ומערכות CNC. הכוח של מנוע מכונית המירוצים דומה למכשיר הנהיגה והמנוע של ה-CNC, ניתן להשוות את משקלה של מכונית המרוצים למשקל הרכיבים הנעים בכלי המכונה, והקשיחות והחוזק של מכונית המרוצים. בדומה לחוזק ולקשיחות של כלי המכונה. היכולת של CNC לתקן שגיאות נתיב מסוימות דומה מאוד ליכולת של נהג לשמור על מכונית בנתיב.
מצב נוסף הדומה ל-CNC הנוכחי הוא שאותן מכוניות שאינן המהירות ביותר דורשות לעתים קרובות נהגים מעוגלים היטב. בעבר, רק CNC מתקדם יכול היה להבטיח דיוק עיבוד גבוה תוך חיתוך במהירות גבוהה. כיום, ל-CNCs בטווח הביניים והנמוך יש את היכולת לבצע את העבודה בצורה משביעת רצון. בעוד של-CNC היוקרתי יש את הביצועים הטובים ביותר הקיימים כיום, קיימת גם אפשרות של-CNC ה-high-end שבו אתם משתמשים יש את אותם מאפייני עיבוד כמו ל-high-end במעמד שלו. בעבר, הגורם שהגביל את קצב ההזנה המקסימלי של עיבוד עובש היה CNC, אך כיום זהו המבנה המכני של כלי המכונה. במקום שבו כלי מכונה כבר נמצא במגבלת הביצועים שלו, CNC טוב יותר לא ישפר אותו.
מאפיינים מהותיים של מערכת CNC
להלן כמה מאפייני CNC בסיסיים בתהליך עיבוד העובש הנוכחי:
1. אינטרפולציה לא אחידה רציונלית B-spline (NURBS) של עקומות ומשטחים
הטכניקה משתמשת באינטרפולציה לאורך עקומה ולא בסדרה של קווים ישרים קצרים כדי להתאים לעקומה. היישום של טכנולוגיה זו הוא די נפוץ. רבות מתוכנות ה-CAM שנמצאות כיום בשימוש בתעשיית הכלים מציעות אפשרות ליצור תוכניות חלק בפורמט אינטרפולציה NURBS. במקביל, ה-CNC החזק מספק גם פונקציית אינטרפולציה של חמישה צירים ותכונות קשורות. מאפיינים אלה משפרים את איכות גימור פני השטח, משפרים את החלקות של פעולת המנוע, מגבירים את מהירויות החיתוך ומאפשרים תוכניות חלקים קטנים יותר.
2. יחידת הדרכה קטנה יותר
רוב מערכות ה-CNC משדרות פקודות תנועה ומיקום לציר כלי המכונה ביחידות של לא פחות מ-1 מיקרון. לאחר ניצול מלא של היתרונות של שיפור כוח העיבוד של המעבד, יחידת ההוראות המינימלית של מערכות CNC מסוימות יכולה להגיע אפילו ל-1 ננומטר (0.000001 מ"מ). לאחר צמצום יחידת הפיקוד פי 1000, ניתן לקבל דיוק עיבוד גבוה יותר, מה שיכול לגרום למנוע לפעול בצורה חלקה יותר. הפעלה חלקה של המנוע מאפשרת לכמה כלי מכונות לפעול בתאוצות גבוהות יותר מבלי להגביר את רטט המיטה.
3. האצה/האטה של עקומת פעמון
ידוע גם בשם האצה/האטה של עקומת S, או בקרת זחילה. בהשוואה לשימוש בשיטת האצה ליניארית, שיטה זו יכולה לגרום לכלי המכונה לקבל אפקט האצה טוב יותר. בהשוואה לשיטות האצה אחרות, כולל שיטות ליניאריות ואקספוננציאליות, שיטת עקומת הפעמון יכולה להשיג שגיאות מיקום קטנות יותר.
4. מעקב אחר ניטור לעיבוד
טכניקה זו נמצאת בשימוש נרחב ויש לה הבדלי ביצועים רבים המבדילים את אופן פעולתה במערכות בקרה ברמה נמוכה מהאופן שבו היא פועלת במערכות בקרה ברמה גבוהה. באופן כללי, CNC מממש את העיבוד המקדים של התוכנית על ידי ניטור מסלול העיבוד, על מנת להבטיח בקרת האצה/האטה טובה יותר. בהתאם לביצועים של CNCs שונים, מספר בלוקי התוכנית הנדרשים לניטור המסלול לעיבוד משתנה בין מאתיים למאות, אשר תלוי בעיקר בזמן העיבוד הקצר ביותר של תוכנית החלק ובקבוע הזמן של האצה/האטה. באופן כללי, על מנת לעמוד בדרישות העיבוד, יש צורך ב-15 בלוקים של תוכניות ניטור של רצועות לפחות לעיבוד.
5. בקרת סרוו דיגיטלית
הפיתוח של מערכת סרוו דיגיטלית הוא כל כך מהיר שרוב יצרני כלי המכונות בוחרים במערכת זו כמערכת בקרת הסרוו של כלי מכונות. לאחר השימוש במערכת זו, ה-CNC יכול לשלוט על מערכת הסרוו בזמן יותר, והשליטה של ה-CNC בכלי המכונה הפכה מדויקת יותר.
תפקידה של מערכת הסרוו הדיגיטלית הוא כדלקמן:
1) תוגבר מהירות הדגימה של לולאת הזרם, אשר יחד עם שיפור בקרת לולאת הזרם, תפחית את עליית הטמפרטורה של המנוע. בדרך זו, לא רק ניתן להאריך את חיי המנוע, אלא גם להפחית את החום המועבר לבורג הכדורי, ובכך לשפר את דיוק הבורג. בנוסף, מהירויות דגימה מהירות יותר יכולות גם להגדיל את הרווח של לולאת המהירות, מה שיכול לעזור לשפר את הביצועים הכוללים של כלי המכונה.
2) מאחר ו-CNCs חדשים רבים משתמשים ברצפים במהירות גבוהה כדי להתחבר ללולאת הסרוו, דרך קישור התקשורת, ה-CNC יכול לקבל מידע נוסף על המנוע והכונן. זה משפר את יכולת התחזוקה של כלי המכונה.
3) משוב רציף על מיקום מאפשר עיבוד דיוק גבוה בקצב הזנה גבוה. האצה של מהירות פעולת CNC גורמת למהירות משוב המיקום להפוך לצוואר הבקבוק המגביל את מהירות הריצה של כלי מכונות. בשיטת המשוב המסורתית, ככל שמהירות הדגימה של המקודד החיצוני של ה-CNC והציוד האלקטרוני משתנה, מהירות המשוב מוגבלת על ידי סוג האות. באמצעות משוב סדרתי, בעיה זו תיפתר היטב. דיוק משוב מתוחכם מושג גם כאשר כלי המכונה פועל במהירויות גבוהות.
6. מנוע לינארי
בשנים האחרונות, ביצועי העבודה והפופולריות של מנועים ליניאריים שופרו משמעותית, ולכן מרכזי עיבוד רבים אימצו את המכשיר הזה. עד כה, Fanuc התקינה לפחות 1,000 מנועים לינאריים. כמה טכנולוגיות מתקדמות של GE Fanuc מאפשרות למנוע הליניארי בכלי המכונה לקבל כוח פלט מרבי של 15,500N ותאוצה מקסימלית של 30 גרם. היישום של טכנולוגיות מתקדמות אחרות הפחית את גודל הכלי המכונה, הפחית את משקלו ושיפר מאוד את יעילות הקירור שלו. כל ההתקדמות הללו בטכנולוגיה מעניקה למנועים ליניאריים יותר יתרונות מאשר למנועים סיבוביים: קצב האצה/האטה גבוה יותר; בקרת מיקום מדויקת יותר, קשיחות גבוהה יותר; אמינות גבוהה יותר; בלימה דינמית פנימית.
תכונות נוספות חיצוניות: מערכת CNC פתוחה
כלי מכונות המשתמשים במערכות CNC פתוחות מתפתחות במהירות רבה. נכון להיום, מהירות התקשורת של מערכת התקשורת החלופית גבוהה יחסית, ולכן ישנם סוגים רבים של מבני CNC פתוחים. רוב המערכות הפתוחות משלבות את הפתיחות של מחשב סטנדרטי עם פונקציונליות של CNC מסורתי. היתרון הגדול ביותר בכך הוא שגם אם החומרה של כלי המכונה מיושנת, ה-CNC הפתוח עדיין מאפשר לביצועים שלו להשתנות עם הטכנולוגיה והדרישות הקיימות הקיימות. ניתן להוסיף פונקציונליות נוספת ל-Open CNC בעזרת תוכנות אחרות. מאפיינים אלה יכולים להיות קשורים קשר הדוק לעיבוד עובש, או שיש להם מעט לעשות עם עיבוד עובש. בדרך כלל, למערכת CNC פתוחה המשמשת בחנות תבניות יש את האפשרויות הפונקציונליות הנפוצות הבאות:
תקשורת רשת זולה;
Ethernet;
פונקציית בקרה אדפטיבית;
ממשקים זמינים עבור קוראי ברקוד, קוראי מספרים סידוריים של כלים ו/או מערכות מספרים סידוריים של משטחים;
היכולת לשמור ולערוך מספר רב של תוכניות חלק;
תוכנית מאוחסנת שולטת באיסוף מידע;
פונקציות עיבוד קבצים;
שילוב של טכנולוגיית CAD/CAM ותכנון סדנאות;
ממשק תפעול נפוץ.
נקודה אחרונה זו חשובה ביותר. מכיוון שהביקוש ל-CNC קל לתפעול גובר בעיבוד עובש. בתפיסה זו, הדבר החשוב ביותר הוא של-CNCs שונים יש אותו ממשק מפעיל. ככלל, יש להכשיר מפעילי מכונות שונות בנפרד מכיוון שסוגים שונים של כלי מכונות, כמו גם מכונות מיצרנים שונים, משתמשים בממשקי CNC שונים. מערכות CNC פתוחות יוצרות את ההזדמנות להשתמש באותו ממשק בקרת CNC עבור כל רצפת החנות.
כעת, בעלי כלי מכונות יכולים לעצב ממשק משלהם לתפעול CNC גם אם הם לא יודעים את שפת C. בנוסף, בקר המערכת הפתוחה מאפשר הגדרת מצבי פעולה שונים של המכונה בהתאם לצרכים האישיים. בדרך זו, מפעילים, מתכנתים ואנשי תחזוקה יכולים להגדיר בהתאם לדרישות שלהם. בעת השימוש, רק המידע הספציפי שהם צריכים מופיע על המסך. שימוש בשיטה זו יכול להפחית תצוגת דפים מיותרת ולעזור לפשט את פעולת ה-CNC.
עיבוד חמישה צירים
בתהליך הכנת תבניות מורכבות, היישום של עיבוד חמישה צירים הולך ונפוצה יותר ויותר. באמצעות עיבוד של חמישה צירים, ניתן לצמצם את מספר כלי העבודה או/וכלי המכונות הנדרשים לעיבוד חלק, מספר הציוד הנדרש לתהליך העיבוד יקטן למינימום, וכן יצטמצם זמן העיבוד הכולל. CNCs הופכים חזקים יותר, ומאפשרים ליצרני CNC להציע יותר תכונות של חמישה צירים.
הפונקציות שהיו רק ל-CNCs מתקדמים בעבר משמשות כיום גם במוצרים בינוניים. עבור אותם יצרנים שמעולם לא השתמשו בטכנולוגיית 5-עיבוד צירים, היישום של תכונות אלה מקל על 5-עיבוד צירים. שימוש בטכנולוגיית ה-CNC הנוכחית עבור עיבוד חמישה צירים מאפשר לעיבוד חמישה צירים לקבל את היתרונות הבאים:
צמצם את הצורך בכלים מיוחדים;
מותר להגדיר את ההיסט של הכלי לאחר השלמת תוכנית החלקים;
תמכו בתכנון של תוכניות כלליות, כך שניתן יהיה להשתמש בתוכנות שעובדו לאחר עיבוד להחלפה בין כלי מכונות שונים;
שפר את איכות הגימור;
ניתן להשתמש בו במכונות של מבנים שונים, כך שאין צורך לציין בתוכנית אם הציר או חומר העבודה מסתובבים סביב נקודת המרכז. כי זה ייפתר על ידי פרמטרי CNC.
אנו יכולים להשתמש בדוגמה של פיצוי של חותך כרסום כדורי כדי להמחיש מדוע חמישה צירים מתאים במיוחד לעיבוד עובש. כאשר החלקים והכלים מסתובבים סביב ציר הציר, על מנת לפצות במדויק את ההיסט של חותך הכרסום הכדורי, ה-CNC חייב להיות מסוגל להתאים באופן דינמי את כמות הפיצוי של הכלי בשלושת הכיוונים X, Y ו-Z. הבטחת המשכיות של נקודת החיתוך של הכלי תורמת לשיפור איכות הגימור.
בנוסף, CNCs עם חמישה צירים שימושיים עבור תכונות הקשורות לסיבוב כלי סביב ציר, תכונות הקשורות לסיבוב חלק סביב ציר, ותכונות המאפשרות למפעיל לשנות באופן ידני את וקטור הכלי.
כאשר הציר המרכזי של הכלי משמש כציר הסיבוב, היסט אורך הכלי המקורי בכיוון ציר Z יחולק לשלושה מרכיבים בכיווני X, Y ו-Z. בנוסף, היסט קוטר הכלי המקורי בכיווני ציר X ו-Y מחולק גם הוא לשלושה מרכיבים בכיווני ציר X, Y ו-Z. מאחר שבהנדסת חיתוך ניתן להזין את הכלי לאורך ציר הסיבוב, יש לעדכן את כל ההיסטים הללו באופן דינמי כדי לקחת בחשבון את כיוון הכלי המשתנה ללא הרף.
תכונה נוספת של CNC הנקראת "תכנות נקודת מרכז כלי" מאפשרת למתכנתים להגדיר את הנתיב ומהירות נקודת המרכז של הכלי. CNC מבטיח שהכלי נע בהתאם לתוכנית באמצעות פקודות בכיוון הציר הסיבובי והציר הליניארי. תכונה זו גורמת לנקודת המרכז של הכלי לא להשתנות יותר עם שינוי הכלי, מה שאומר גם שבעיבוד חמישה צירים, ניתן להזין ישירות את ההיסט של הכלי כמו עיבוד שלושת הצירים, ושינוי של ניתן להסביר את אורך הכלי גם על ידי תכנות מחדש. קינמטיקה זו של הציר הסיבובי על ידי סיבוב הציר מפשטת את העיבוד לאחר העיבוד של תכנות הכלים.
באמצעות אותה פונקציה, כלי המכונה יכול גם להשיג תנועה סיבובית על ידי סיבוב חומר העבודה סביב הציר המרכזי. ה-CNC החדש שפותח מסוגל להתאים את התנועה של החלק על ידי התאמה דינמית של קיזוזים קבועים וסיבוב צירי קואורדינטות. מערכת ה-CNC ממלאת תפקיד חשוב גם כאשר המפעיל מיישם באופן ידני את ההזנה האיטית של כלי המכונה. מערכת ה-CNC החדשה שפותחה מאפשרת גם לעבור את הצירים באיטיות לאורך כיוון וקטור הכלי, וגם לשנות את כיוון וקטור חרטום הכלי מבלי לשנות את מיקום חרטום הכלי (ראה איור למעלה).
תכונות אלו מאפשרות למפעילים להשתמש בקלות בשיטת התכנות 3 פלוס 2 הנפוצה בתעשיית התבניות בעת שימוש בכלי עיבוד חמישה צירים. עם זאת, ככל שיכולות עיבוד חמש צירים חדשות מפותחות ומתקבלות בהדרגה, מכונות אמיתיות לייצור תבניות חמש צירים עשויות להפוך לנפוצות יותר.
