CNC stroje CNC computerized numerical control počítačové číslicové řízení Všechny funkce stroje jsou řízeny počítačem (řídícím systémem). Řízené funkce Druhy CNC strojů geometrické - dráhy nástrojú technologické - rychlosti posuvú, otáčky vřeten pomocné - chlazení, výměna nástrojů, upínání jednoprofesní - vykonávají pouze jeden druh práce, např. soustružení nebo frézování CNC soustr.centrum, CNC fréz. Centrum. víceprofesní - vykonávají více druhů prací na jedno upnutí, např. soustružení a frézování CNC víceprofesní obráběcí centrum Výhody použití CNC 1. Pružná automatizace rychlá změna výrobku 2. Produktivita, hospodárnost, přesnost i pro malé serie 3. Nižší nároky na kvalifikaci obsluhy, ale vyšší na seřízení, servis a údržbu 4. Programy vznikají mimo stroj v návaznosti na konstrukci s využitím výpočetní techniky
Blokové schéma CNC stroje Obráběcí stroj Akční veličina Pohon posuvu Suport (stůl) Odměř. polohy Přizpůsobovací obv. Porovnávací obvod Regulovaná veličina Řídicí obvod Řídicí systém Řídíci (požadovaná) veličina Porovnávací obvod porovnává požadované hodnoty programem se skutečně naměřenými hodnotami hodnotami a zajišťuje jejich dosažení. Přizpůsobovací obvod převádí numerické signály na silnoproudé, kterými jsou ovládány jednotlivé motory, spojky
Požadavky na konstrukci CNC stroje 1. Velká tuhost a přesnost stroje hlavně lože a vodících ploch 2. Minimální vůle v pohyblivých částech stroje používání předepnutých kuličkových šroubů 3. Minimální tření pohyblivých části používání valivých vedení 4. Tepelná stabilizace stroje zmenšení vlivu tepelné roztažnosti 5. Odvod třísek z pracovního prostoru a stroje 6. Automatická výměna nástrojů 7. Servopohony a odměřování musí zajistit požadovanou rychlost a polohu vřeten, suportů, stolů
Kuličkový šroub s maticí Slouží k pohonu pohyblivých částí CNC, převádí rotační pohyb na přímočarý. Matice jsou předepnuté, čímž se vymezuje vůle a zvyšuje tuhost.
Přímočará vedení Musí mít minimální tření a vysokou tuhost a nosnost, jsou provedena jako: 1. Kluzná stykové plochy obloženy např. teflonem 2. Hydrostatická mezi stykové plochy je čerpán olej 3. Valivá viz. obr. mají nejmenší tření a dostatečnou tuhost
Odměřovací zařízení Odměřuje v podobě impulsů přesnou polohu (suportů a stolů) a předává ji do řídícího systému, je li hodnota shodná s požadovanou, posuv se zastaví říkáme tomu zpětná vazba. Druhy odměřování : 1.Přímé snímač je přímo na pohyblivé části (suportu,stolu ), je přesné ale dražší. 2. Nepřímé snímač je umístněn na kuličkovém šroubu a dráha se odměřuje nepřímo, přepočtem z otáček kul. Šroubu, je méně přesné ale jednodušší a levnější
Pohony K pohonu vřeten a posuvů se používají regulovatelné střídavé, méně častěji stejnosměrné elektromotory servomotory. Systémy automatické výměny nástrojů 1. Systémy s nosnými zásobníky přenášejí řezné síly, jsou to revorverové a nástrojové hlavy s vodorovnou svislou nebo šikmou oso rotace. Používají se u CNC soustruhů. 2. Systémy se skladovacími zásobníky nepřenášejí řezné síly, skládají se ze zásobníku nástrojů a manipulátoru který vkládá nástroje do vřetena. Používají se u CNC frézek a obráběcích center.
Upínání nástrojů V držácích s válcovou úpínací plochou používá se u systémů s nosnými (revorverovými) zásobníky, tedy u CNC soustruhů. V držácích s kuželovou úpínací plochou používá se u skladových zásobníků, tedy u CNC frézovacích a obr. center.
Upínání obrobků Na CNC soustruzích se používá : 1. Sklíčidla ovládaná hydraulicky, elektropneumaticky, elektromagneticky. 2. Kleštiny pro upínání tyčového materiálu. 3. Mezi hroty rotační dlouhé součásti. 4. Lícní desky nepravidelné součásti. Na CNC obráběcích centrech se používá : 1. Svěráky 2. Technologiké palety pro větší obrobky. 3. Upínací věže pro upnutí většího počtu menších obrobků 4. Rámy a stavebnicové přípravky pro tvarově složité součásti. Zatím co se na jedno zařízení upíná, druhé se účastní obrábění. Ovládaní mechanicky,hydraulicky, elektropneumaticky.
Řezné nástroje pro CNC stroje Požadavky na nástroje: 1. Snadná, přesná, rychlá vyměnitelnost 2. Dostatečná tuhost a vysoká řezná rychlost 3. Možnost seřízení mimo stroj Nejčastěji jsou používány nástroje s vyměnitelnými břitovými destičkami Materiál destiček : 1. Slinuté karbidy karbidy wolframu a titanu pojené kobaltem, jejich odolnost se zvyšuje povlakováním ( ve vakuu se a vysoké teplotě se nanáší povlaky kovů, např nitridu titanu TiN). 2. Keramické materiály oxid hlinitý, monokrystalický diamant, kubický nitrid boru Tvrdokovové Cermetové (ceram.+ metal) PCBN (kub. Nitr. Boru) Destičky mají vylisované žlábky utvařeče třísek, které tvarují třísky aby byly krátké a snadno se odváděly ze stroje.
Soustružnické centrum s poháněnýmy nástroji Souřadný systém stroje Charakteristika stroje: Vysoká přesnost a spolehlivost hlavního motoru integrovaného s vřetenem zaručují dokonalé opracování povrchu a vysokou geometrickou přesnost obrobených ploch. Motor a vřeteno tvoří jedinou konstrukční skupinu bez použití převodovky nebo řemenů Díky ose Y umožňuje obrábět ještě složitější tvary obrobků. Vychýlením poháněného nástroje ve směru osy Y tak lze např. vrtat otvory nebo řezat závity mimo osu obrobku nebo frézovat šestihran nebo různá zahloubení. Použití lineárního vedení u soustruhu zajišťuje mimořádnou rychlost a přesnost polohování. Valivý pohyb u lineárního vedení má mimořádně nízký koeficient tření a tím vylučuje trhavý pohyb i při velmi malých posuvech. Při polohování rychloposuvem vzniká jenom nepatrné množství tepla,
Vodorovné obráběcí centrum Souřadný systém stroje Charakteristika stroje Velká tuhost lože Min. vůle v pohyblivých částechpoužití kuličkových šroubů Nízké třeni-použití přímočarých valivých vedení Automatická výměna nástrojů Automatický odvod třísek Přesné a výkoné servopohony
Systémy řízení dráhy nástroje. Systém stavění souřadnic Tento systém se nejčastěji používá u číslicově řízených vrtaček a vyvrtávacích strojů. Pohyb probíhá rychloposuvem v osách x a y podle zadaných souřadnic a není pohybem pracovním. Ten probíhá v ose z a představuje posun nástroje, např.vrtáku, výhrubníku, výstružníku do řezu. Pravoůhlý řídící systém Při tomto systému je prováděno obrábění rovnoběžně se souřadnými osami x, y, z, vždy však pouze v jedné z nich. Teprve po skončení pohybu v jedné ose může nastat v druhé ose. To umožňuje soustružit válcové plochy a frézovat pravoúhlé obrobky. Souvislý řídící systém Systém se používá u soustruhů, frézek a obráběcích center. Ve srovnání s pravoúhlým řízením umožňuje současný pohyb ve třech osách mluvíme o souvislém 3D řízení.
Nejčastěji používáme pravoůhlý (kartézský) souřadnicový systém. Zásady: Souřadnicové systémy CNC Osa Z je vždy rovnoběžná s osou hlavního vřetena a kladný smysl + je ve směru narůstání obrobku. Osa X je kolmá k ose Z a rovnoběžná s povrchem upínací plochy a kladný smysl + je ve směru narůstání obrobku. Rotační pohyby A,B,C mají kladný smysl pravotočivý. Předosové soustružení Zaosové soustružení
Pracovní prostor a vztažné body CNC stroje. V pracovním prostoru CNC obráběcího stroje jsou určeny některé základní vztažné body: Referenční bod stroje R: je přesně stanoven výrobcem a slouží k přesnému nastavení odměřovacího systému po zapnutí stroje. Je realizován mechanickým způsobem pomocí koncových spínačů. Nulový bod stroje M: U soustruhů je nulový bod stroje M umístěn v ose rotace obrobku v místě zakončení pracovního vřetena.je počátkem souřadnicového systému stroje. Nulový bod obrobku W: Programuje se od něj tvar obrobku, v programu má souřadnice X=0, Z=0.Volí jej programátor. Nulový bod nástroje T: je to bod na dosedací ploše držáku nástroje a nástrojové hlavy (soustruh), nebo vřetena (frézka).
Korekce nástrojů Všechny nástroje nemají stejné rozměry (jejich břity se nachází v různých polohách) což znamená, že při programování dráhy nástroje by při výměně nástroje bylo nezbytné přepracovávat celý program. Funkce korekcí umožňuje programovat bez ohledu na změnu nástroje, neboť hodnoty potřebné k bezchybnému průběhu programu a tím celého obrábění si řídící systém CNC obráběcího stroje dopočítává sám na základě zadaných hodnot korekcí. Tímto způsobem se tvorba programu zjednoduší a urychlí. Hodnoty korekcí jsou uloženy v paměti korekcí a jsou přiřazeny ke konkrétním nástrojům. Korekce při soustružení Korekce polohy špičky nástroje v ose X a Z vzhledem k nulovému bodu nástroje: nulový bod nástroje je stanoven výrobcem obráběcího stroje a leží většinou na dorazové ploše revolverové hlavy.
Korekce poloměru špičky nástroje V CNC programu je programována dráha teoretické špičky nástroje, skutečná špička má polměr r a její dráha je odlišná viz. obr. Proto se poloměr špičky zadá do řídicího systému a ten správnou dráhu nástroje vypočítá. Korekce nástroje a poloměr špičky se nejčastěji zjišťuje v měřícím přístroji mimo obráběcí CNC stroj. Nástroj se vkládá do měřícího přístroje společně s držákem nástrojů.
Korekce nástoje u frézky V programu je naprogramován skutečný frézovaný tvar. Řídícímu systému se zadá hodnota RK (poloměr frézy) a ten vypočítá dráhu osy frézy (ekvidistantu) Korekce vrtáků a výstružníků Podle zadané hodnoty LKz vypočítá řídící systém hloubku vrtání či vystružovaní.
Pracovní režimy CNC stroje 1. Ruční provoz ( manual) - používa se kseřízení stroje a nástrojů, z ovládacího panelu můžeme pohybovat suportem, vyměňovat nástroje a ovládat vřetena. 2. Blok po bloku - stroj provádí program po blocích 3. Kontinuelní (auto) - stroj plynule provede celý program 4. Učení (teach in) - ručně z panelu zadáváme operace, stroj si je ukládá do programu a pak je najednou provede 5. Editace - psaní a opravování programu přímo na stroji 6. Diagnostika - dává informace o stavu stroje a příčinách poruch
Stavba CNC programu. Program je soubor informací popisující činnost stroje. Program se skládá z bloků (vět) zapsaných v jednom řádku. Blok obsahuje : 1) geometrickou informaci (tvar součásti) 2) technologickou informaci (otáčky, posuv ) 3) pomocnou informaci (výměna nástroje, chlazení ) Struktura bloku (věty) N 001 G01 X +10.00 Z 20.00 F 100 číslo bloku bezrozměrové slovo rozměrová slova Příklad CNC programu
Bezrozměrová slova nazýváné funkce, tvoří skupiny označené písmeny: G (go) Přípravné funkce připravují na to jak se bude provádět pohyb (po přímce, kružnici, rychloposuvem M (machine) Pomocné funkce technologické vyvolávají určitou činnost stroje (roztočení vřetena, výměna nástroje ) Rozměrová slova obsahují číselnou hodnotu danné veličiny a jsou to: X,Y,Z Souřadnice bodu S (speed) Otáčky vřetena F (Feed) Posuv Základní funkce platné pro všechny říd.systémy. G 00 G 01 G 02 G 03 G 04 G 33 G 90 G 91 M 00 Rychloposuv Lineární interpolace pracovní posuv po přímce Kruhová interpolace ve směru hodinových ručiček Kruhová interpolace proti směru hodinových ručiček Časová prodleva Řezání závitů Absolutní programování Přírůstkové ( inkrementální ) programování Programovatelný stop programu M 03 Otáčky vřetene ve směru hodinových ručiček M 04 Otáčky vřetene proti směru hodinových ručiček M 05 Stop vřetene M 06 Výměna nástroje M 07 Zapnutí mazání M 30 Konec programu
Soustružnické CNC centrum
Horizontální frézovací CNC centrum
Víceprofesní obráběcí CNC centrum