Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> CNC řízení pro rychlostní a multifunkční obrábění
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.

CNC řízení pro rychlostní a multifunkční obrábění

Výsledek obráběcího procesu v parametrech přesnost/rychlost/povrch je dán mnoha faktory na straně stroje, nástrojů, způsobu programování a upínání, přičemž může existovat i více cest k jednomu stanovenému cíli. V tomto článku bychom se chtěli zaměřit na CNC řídicí systém, který je dnes bezpochyby podstatnou a nenahraditelnou složkou tohoto procesu. Řídicím systémem přitom většinou rozumíme jak vlastní řídicí počítač, tak i pohony os a vřeten a systémy odměřování polohy.

Do řídicího systému vstupuje program, v tomto případě téměř výhradně vytvořený metodou CAD/CAM, jehož výstupem je vzájemný pohyb obrobku a nástroje tak, aby výsledný kus co nejlépe vyhověl ve třech výše uvedených parametrech. Kromě obecných požadavků na spolehlivost, přijatelnou cenu, snadnou obsluhu a pěkný vzhled je dnes vývoj řídicích systémů tažen novými vlastnostmi řezných nástrojů a materiálů, novými kinematikami obráběcích strojů a také kombinací technologií. Multifunkčností se obvykle myslí kombinace různých obráběcích technik jako soustružení, frézování a broušení, ale může to dnes už být i kombinace technologií jako obrábění, tváření a aditivní výroba. Pak se výše uvedená definice řídicího systému rozšiřuje o další komponenty, jako zdroj energie (třeba v podobě laserového generátoru) nebo skenovací hlavu k vychylování laserového paprsku. A kromě parametrů přesnost/rychlost/povrch přibude i kvalita materiálu, neboť se dostáváme do oboru metalurgie.

Optimalizace obráběcích technologií a nové funkce

Přesto těžiště vývoje CNC systémů a nových funkcí zůstává v oblasti obráběcích technologií, právě pro optimalizaci rychlosti obrábění, rozměrové přesnosti a kvality povrchu. Pro účely tohoto článku tedy zůstaňme v této oblasti. U všech velkých výrobců řídicích systémů vidíme nejen zvyšování výkonu a doplňování nových funkcí, ale i nabídku celých „balíčků“ nadstavbových funkcí nabízených pod různými komerčními názvy výrobcům a uživatelům strojů v náročnějších aplikacích.

Masivní zvyšování kapacity a přidávání nových funkcí je umožněno hlavně obrovským pokrokem v dostupném výpočetním výkonu použité elektroniky. Řídicí systém může dnes zpracovat několik tisíc programových bloků za vteřinu a stovky až tisíce bloků načítat dopředu. Přitom paměťová média (disky) pro uložení programů mají prakticky neomezenou kapacitu, takže programátor může popsat libovolný tvar 3D obrobku s mikrometrickou přesností, aniž by se neúnosně zvyšoval cyklový čas.
V běžném CNC systému mohou navíc v reálném čase běžet algoritmy, které byly ještě nedávno myslitelné jenom „off-line“. A to nejen algoritmy vyhlazování bodově programované dráhy nástroje před odesláním do pohonů, ale i kompenzační funkce pro konkrétní stroj. Výrobci strojů mohou tedy optimalizovat, tj. zlevnit mechanickou konstrukci a přenechat část starostí o přesnost a výkon elektronickému řešení.

Druhou stranou téže mince je ovšem jev, kdy složité elektronické systémy dnes někdy používají SW vybavení určené původně pro kancelářskou nebo domácí elektroniku a přestávají být deterministické, jinými slovy je stále obtížnější udržet spolehlivost a snadnou opravitelnost průmyslových systémů při aplikaci všech inteligentních funkcí. Každý výrobce systémů a strojů musí hledat rozumný kompromis, ale to je jiná otázka.

 
 Smart Machine Control – kompenzace dynamických a teplotních chyb strojů

Smart Machine Control

Jednu skupinu nadstavbových funkcí představují algoritmy, jejichž cílem je omezení „nectností“ vlastních strojů, resp. eliminace jejich vlivu na výsledek obrábění. Kromě dávno běžných statických kompenzací pozorujeme nástup kompenzací i dynamických a teplotních chyb strojů, které FANUC nabízí pod komerčním označením Smart Machine Control. Většinou se jedná o adaptivní algoritmy, jejichž cílem je přizpůsobit řízení pohybu měnícím se podmínkám na stroji. Společným jmenovatelem těchto funkcí je nutnost detekovat nebo měřit aktuální stav. Pak už není tak obtížné aplikovat algoritmus nastavený výrobcem stroje, máme-li dostatek výpočetního výkonu. Řídicí systém může například drobným pohybem zjistit hmotu nebo moment setrvačnosti obrobku a optimalizovat parametry regulačních smyček pohonů. Na strojích s přímým odměřováním polohy lze automaticky korigovat kompenzace polohových odchylek při reverzaci směru (přechody kvadrantů v kruhové interpolaci) nebo aktivně tlumit kmity stroje buzené řezným procesem. Přesným měřením příkonu motorů lze velmi rychle adaptivně měnit řeznou rychlost, zkrátit cyklový čas, a přitom se vyhnout přehřátí pohonu, deformaci stroje a nadměrnému opotřebení nástrojů.

Uplatňují se tu i metody umělé inteligence, hlavně při řešení velmi obtížné úlohy teplotní kompenzace. FANUC intenzivně zdokonaluje metodu využívající predikci deformace podle předem vytvořeného matematického modelu chování daného stroje.

Servo learning

Silnou zbraní v úlohách hromadné výroby a jednoúčelových motion control aplikací je servo learning – tedy optimalizace servo smyčky podle skutečného průběhu polohové odchylky na daném výrobku. Touto metodou lze s dostatečně rychlým procesorem a přímým pohonem dosáhnout až neuvěřitelných přesností v úlohách, jako je nekruhové soustružení, broušení vaček apod.

 Servo learning – optimalizace servosmyčky podle skutečného průběhu polohové odchylky na daném výrobku

Fine Surface Technology

Další skupinou CNC funkcí je Fine Surface Technology. Sem počítáme funkce k optimalizaci (zpřesnění) dráhy nástroje vůči obrobku, a to od vstupních dat ve formě bodů přes generování dráhy interpolátorem až po řízení vlastních akčních členů – motorů. Základem je přiblížit svou podstatou digitálně (bodově) pracující počítač ke spojitému (hladkému) fungování. Systémy FANUC mohou pracovat s vnitřním krokem na úrovni nanometru, tedy jedné tisíciny mikrometru – a to už při odměřování polohy. Dalším pilířem je servoregulátor s rychlým vzorkováním, proudová smyčka s komerčním označením HRV může pracovat v taktu cca 32 mikrosekund.
Algoritmy vyhlazování vstupních programových bodů, filtry a matematické funkce mohou „vylepšit“ vstupní data a zamezit zbytečným pohybům hlavně při souvislém pětiosém frézování obecných ploch. Nejlepších výsledků se podle zkušeností – alespoň u systémů FANUC – většinou dosáhne co největším počtem vstupních bodů (malou toleranci CAM systému), a to díky velmi rychlému vnitřnímu zpracování programových bloků.



 Fine Surface Technology – zpřesnění dráhy nástroje vůči obrobku

Fast Cycle Time Technology

Nadstavbové funkce pro hromadnou výrobu lze shrnout do skupiny Fast Cycle Time Technology. Sem patří hlavně vyloučení ztrátových časů, kdy stroj dělá něco jiného než obrábění. Dost času se dá obvykle ušetřit v PLC funkcích stroje. Pevný cyklus PLC programu 4 ms je na systémech FANUC již standardem, další úspory lze najít ve způsobu dekódování a odhlašování pomocných funkcí stroje a rychlejší komunikací na NC/PLC rozhraní.


Optimalizace rozběhu a zastavování vřeten a překrývání rozběhových ramp při polohování rychloposuvem jsou také rezervy, které se vyplatí využít.



Fast Cycle Time Technology – nadstavbové funkce pro hromadnou výrobu, vyloučení ztrátových časů


FANUC CZ

daniel.havlicek@fanuc.eu

www.fanuc.cz

Další články

CAD/CAM/CAE/CIM
Obráběcí stroje a technologie

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky

Sledujte nás na sociálních sítích: