CNC upravljanje, računalno numeričko upravljanje ili računalom podržano numeričko upravljanje (eng. Computer Numerical Control) je upravljanje alatnim strojevima pomoću posebnih kodiranih naredbi (instrukcija) programskog jezika G naredbe koje se učitavaju u upravljačkom računalu. U CNC sustavu mikroprocesor omogućuje izmjenu računalnog programa na samom stroju, a također je moguće provesti izmjene i tijekom strojne obrade predmeta. To svojstvo omogućuje veliku prilagodljivost u radu (fleksibilnost), uštedu u vremenu te je uvelike pridonijelo raširenosti upotrebe CNC strojeva.
Numeričko upravljanje ili NC upravljanje (eng. Numerical Control) je upravljanje alatnim strojevima pomoću posebnih kodiranih naredbi koje se učitavaju u upravljačku jedinicu stroja. U NC sustavu program se učitava u upravljačku jedinicu pomoću bušene trake, kartice ili diskete, a zatim se provodi obrada predmeta pri čemu operator na stroju nema mogućnost mijenjanja programa. Sve potrebne izmjene moraju se obaviti izvan stroja pa ponovno učitati program u upravljačku jedinicu stroja. Kratica NC koristi se za izvorno numeričko upravljanje.
Iako je razvoj numeričkog upravljanja alatnih strojeva vezan za mnoga inženjerska otkrića počevši od konstruiranja tokarilice s navojnim vretenom, primjene bušene trake za automatizaciju rada tkalačkih strojeva, razvoj servomotora, razvoj strojeva s mogućnošću ponavljanja obrade postupkom kopiranja, razvoj koordinatnih bušilica i drugog, u literaturi se navodi da je osnove numeričkog upravljanja postavio 1947. John T. Parsons (1913. – 2007.). Upotrebom bušene trake upravljao je pozicijom alata pri izradi lopatica helikopterskog propelera. Godine 1949. američka vojska sklopila je ugovor sa sveučilištem MIT za razvoj programirane glodalice. Troosna glodalica Cincinati Hydrotel predstavljena je 1952., a imala je elektromehaničko upravljanje (upravljačka jedinica) i koristila je bušenu traku. Iste godine počinje se koristiti naziv numeričko upravljanje (NC). Tadašnja upravljačka jedinica je bila veća od samog stroja.
U civilnoj industriji numeričko upravljanje započinje 1960-tih godina, a široka primjena u obliku računalnog numeričkog upravljanja (CNC) počinje 1972., odnosno desetak godina kasnije razvojem mikroprocesora. 1968. izrađen je prvi obradni centar (Kearney & Tracker). To je značilo veliki razvojni iskorak u numeričkom upravljanju alatnih strojeva jer mikroprocesor ugrađen u upravljačku jedinicu preuzima čitav niz posebnih zadataka kao što su viša razina interpolacije, ispravak (korekcija) geometrijskih odstupanja i tako dalje. Razvoj numerički upravljanih alatnih strojeva posebno je snažan u zadnjih dvadesetak godina zahvaljujući brzom razvoju mikroelektronike. U odnosu na klasične (konvencionalne) alatne strojeve značajna je promjena bila uvođenje zasebnih istosmjernih motora (servomotora) za pogon glavnog vretena i posmaka (suporta).
Automatizacija alatnih strojeva započela je ustvari vrlo rano, i to uglavnom u upravljanju brzinom rezanja, posmakom i izmjenjivanjem različitih vrsta alata. U početku su rješenja bila mehanička, ali nakon 1950., osobito od 1960., razvijali su se takozvani NC alatni strojevi (engl. Numerical Control), to jest numerički upravljani strojevi, dakle upravljani bušenim vrpcama, karticama ili magnetskim vrpcama, koje prema utvrđenom kodu aktiviraju sustav releja i servomehanizama, tako da su pojedini dijelovi procesa automatizirani. Međutim, ti su strojevi bili slabije prilagodljivosti (fleksibilnosti). Od 1970. u upravljanju alatnim strojevima upotrebljavaju se miniračunala ili mikroračunala. To su takozvani CNC alatni strojevi (engl. Computer Numerical Control). Ti se strojevi mogu vrlo lako prilagoditi za različite radnje jednostavnijom promjenom programa. Upravljački je dio jednostavniji, jeftiniji, održavanje je lakše pa je izradak točniji i gospodarski isplativiji. Sustav DNC (engl. Direct Numerical Control) obuhvaća nekoliko spregnutih CNC alatnih strojeva, vođenih većim središnjim računalom. Suvremeni CNC alatni strojevi imaju adaptivno upravljanje (povratnu vezu), kojim se štite stroj i alat od mogućeg oštećenja i postiže veća proizvodnost. Tako se, na primjer, zakretni moment glavne osovine (vratila) posebnim servouređajem održava unutar zadanih veličina (parametara).
U Hrvatskoj tvornica Prvomajska iz Zagreba je prva nabavila numerički upravljanu konzolnu glodalicu 1969. (Sharmann FB100 s upravljačkom jedinicom Dekamat), a sama je počela serijski proizvoditi numerički upravljane strojeve od 1978. (kao na primjer glodalica G 301 NC).
Razlike između klasičnih i CNC alatnih strojeva su sljedeće:
CNC stroj se programira programskim jezikom G naredbe ili G-kod (en) prema standardu DIN 66025. Kod CNC programiranja uvijek se kombinira riječ koja ima slovo (adresu) i brojčani izraz (primjer CNC riječi: G90). Više riječi tvori programsku rečenicu ili blok. Primjer CNC bloka:
Kodna slova (adrese) nam kazuju način kodiranja i dijele se u:
Nakon izabrane glavne naredbe slijede, po potrebi, riječi dopunskih parametara upravljanja, jedna iza druge, uvijek odvojene najmanje jednim praznim mjestom. Dozvoljeno je pisanje komentara koji se odvajaju znakom ; (točka-zarez).
Osim navedenih dozvoljeno je pisanje sljedećih znakova:
Struktura program se sastoji od :
Glavni program može imati broj na primjer %101. Svrha je da se jednaki programi, koji se često koriste, mogu pohraniti kao podrutine (potprogrami). Kao takvi mogu biti pozivani i izvršavani koliko je potrebno. Ovim se pojednostavljuje programiranje.
To su naredbe koje vrijede za cijelo vrijeme izvršavanja programa. Najčešće su to naredbe:
Sistemski je određeno da su postavne vrijednosti naredbi G90 i G71.
Programske cjeline smatraju se naredbe pojedinih dijelova programa koje su potrebne da se s nekim alatom obradi predviđeni dio obratka. Na primjer:
Naredba M30 označava završetak glavnog programa.
Svaki CNC stroj upravlja se pomoću upravljačke jedinice i posebnog računalnog programa (softvera). Najčešće se, a također i u našim srednjim školama, koristi upravljačka jedinica SINUMERIK 840 D, a postoje i mnoge druge upravljačke jedinice kao što su: Allen Bradley, Cincinnati, Fanuc, Heidenhain, Fadal, Fagor, Mazak, Mitsubishi, Okuma, Sharnoa, Yasnac i tako dalje. Uglavnom računalni program WinNC, SINUMERIK 840D i upravljačka jedinica čine jednu jedinstvenu cjelinu kojom se provodi upravljanje CNC strojem.
Tipkovnica CNC stroja podijeljena je u više radnih (funkcionalnih) cjelina, a osnovna podjela je na:
Adresno-numerička tipkovnica i vodoravna funkcijska tipkovnica se mogu mijenjati i ovise o upravljačkoj jedinici CNC stroja (na primjer Emco, Siemens, Fanuc ili Heidenhann).
Adresno-numerička tipkovnica se sastoji od alfa numeričkih znakova. Veći znakovi na tipki se unose direktno, dok se manji unose koristeći tipku SHIFT. Često upotrebljavane tipke su:
Strojno-upravljačka tipkovnica se sastoji od više podgrupa upravljačkih funkcija:
Često upotrebljavane tipke su:
Osim tipkovnica CNC stroja moguće je korištenje standardne tipkovnice za osobno računalo. Za vrijeme rada računalnog programa moguće je i korištenje računalnog miša. Po pozicioniranju miša jednostrukim ili dvostrukim "klikom" lijeve tipke pozove se potrebna naredba.
Jednostruki klik lijevom tipkom znači:
Dvostrukim klik lijevom tipkom znači:
Klik desnom tipkom računalnog miša znači:
Strojne funkcije na brojčanoj tipkovnici aktivne su samo ako nije uključena tipka Num Lock. Resetiranje nakon dojave pogreške izvede se tipkom Shift + Reset.
Pokretanje računalnog programa za CNC stroj moguće je preko odgovarajuće ikone na zaslonu ili uporabom Start izbornika te Programs – CNC program (na primjer EMCO - WinNC32). Time se otvara izbornik koji omogućuje odabir među programima za glodanje (na primjer Sinumerik 840D Mill) ili tokarenje (na primjer Sinumerik 840D Turn). Pokretanjem programa (na primjer Sinumerik 840D Mill) otvara se osnovni izbornik za rad s CNC strojem. Napomena: pri tokarenju nema prikazane koordinatne osi Y.
Osnovni izbornik ima sljedeća područja na zaslonu:
Rad na Sinumerik 810D/840D organiziran je preko pet podizbornika osnovnog izbornika koji se nazivaju radna područja:
Radno područje | Funkcijska tipka | lzvršne funkcije |
---|---|---|
Machine | F1 | Ručno upravljanje strojem; izvršenje programa na izratku |
Parameter | F2 | Uređivanje podataka za programiranje (nultočke) i podataka o alatima |
Program | F3 | Pisanje i uređivanje programa |
Services | F4 | Učitavanje programa i podataka |
Diagnosis | F5 | Prikaz pogreški i poruka |
To područje prikazuje sve funkcije i utjecajne čimbenike koji djeluju na alatni stroj i njegovo stanje. Postoje tri radna područja: JOG, MDA, AUTO.
Upotrebljava se za ručno pomicanje suporta po osima X, Y i Z. Pri tome se preklopnik načina rada postavi u položaj za JOG način rada. Pomicanje se provodi sve dok je pritisnuta neka od tipki za pomicanje po osima (strelica). Brzina pomicanja suporta može se odrediti regulatorom brzine posmaka od 0 do 120%. U JOG modu stroj se dovodi u referentnu točku. Postupak je sljedeći: odabrati REF mod na preklopniku, zatim kratko pritisnuti tipke za pomicanje po osima X, Y i Z na strojno-upravljačkoj tipkovnici (strelice). Pri tome nije bitno jesmo li pritisnuli + ili - smjer pojedine osi (tipkom REF ALL na PC tipkovnici može se automatski doći u referentnu točku). Po dolasku alata u referentnu točku koordinate trenutne pozicije bit će prikazane u osnovnom prozoru.
Za precizno pozicioniranje alata, veličina pomaka se zadaje postavljanjem preklopnika načina rada u položaj od 1 do 10 000. Pomak je izražen u 1/1 000 mm. Na primjer, ako je preklopnik postavljen na broj 10, svaki pritisak na tipku +X pomaknut će suport u smjeru osi +X za 10/1 000 = 1/100 mm = 0,01 mm.
lzbornici su vezani za vodoravne i okomite funkcijske tipke. Okomite funkcijske tipke su:
Vodoravne funkcijske tipke:
Namjena mu je pisanje programa i provjera programa blok po blok. Kontrolna jedinica obrađuje blok nakon pritiska na tipku Pokretanje programa. Za pokretanje programa u MDA načinu rada potrebni su jednaki preduvjeti kao i za automatski način rada.
lzbornici su vezani za vodoravne i okomite funkcijske tipke. Okomite funkcijske tipke su:
Vodoravne funkcijske tipke:
U njemu se programi izvršavaju potpuno automatski. Prije pokretanja izvršavanja programa treba:
lzbornici su vezani za vodoravne i okomite funkcijske tipke. Okomite funkcijske tipke su:
Vodoravne funkcijske tipke:
Vodoravne funkcijske tipke:
Prije izvršenja programa obvezno treba provjeriti upisane podatke u području Parameter. Bilo koja pogrešno upisana vrijednost može dovesti do loma alata ili oštećivanja izratka. Četiri vodoravne funkcijske tipke vezane za podizbornik Parameter jesu:
Određivanje novog alata obavlja se pritiskom na okomitu funkcijsku tipku F8 (eng. New). U izborniku se pojavljuju dvije mogućnosti:
lzborom jedne od mogućnosti otvara se dijaloški okvir koji traži upis:
Odabirom alata za glodanje (eng. Tool type 1xx) otvara se tablica iz koje se odabiru ostale dvije znamenke za tip glodala (eng. Milling tools):
Po odabiru glodala (na primjer Tooltype 120 - utorno glodalo) otvara se dijaloški okvir u kojemu su dani svi parametri alata:
Upisivanjem broja 5xx otvara se izbornik s popisom alata za tokarenje (eng. Turning tools):
Po odabiru alata (na primjer T1 tip 500 - tokarski nož za grubu obradbu) otvara se novi izbornik s prikazanim parametrima alata:
Okomite funkcijske tipke izbornika Podatci o alatu (eng. Tool offset) jesu:
Po upisu novog alata moguće je odmah odrediti korekciju alata na stroju uključivanjem okomite funkcijske tipke Determine compensa (F8). Time se otvara dijaloški okvir u koji se upisuje referentna vrijednost korekcije za os X, Y ili Z.
Alat može imati nekoliko korektivnih brojeva D jer se isti alat može koristiti za različite obradbe (gruba, fina, po vanjskoj ili unutarnjoj konturi i tako dalje). Korekcija se u programu poziva s na primjer T1 D1, T1 D2, T1 D3 i tako dalje. Naredba T. D. poziva korekciju alata iz registra alata (duljina alata, polumjer alata,...).
Korekcija duljine alata je okomita na radnu površinu (G17 površina XY, G18 površina XZ, G19 površina YZ). Glavna primjena korekcije duljine alata kod okomitih glodalica je u ravnini XY odnosno korekcija po osi Z. Čelo alata ja od referentne točke držača alata N udaljeno za duljinu Lenght 1. Korekcija duljine alata "pomiče" nultočku N na vrh alata. Time se koordinate u programskom bloku odnose na vrh alata. Za glodalo se mora upisati duljina alata u polje Length 1 i polumjer alata u polje Radius. U polja Length 2 i Length 3 upisuje se 0.
Za svrdlo u polje Radius se upisuje 0 jer se na svrdlo ne primjenjuje kompenzacija polumjera alata. Također se mora upisati 0 u polja Length 2 i Length 3.
Kod tokarenja korekcija duljine alata je po osi X Length 1 i po osi Z Length 2.
R-parametri su konstante koje se mogu upotrijebiti kao proračunski parametri u programima. U tablicu se upisuju ručno. Na raspolaganju je 100 parametra. Parametri od 0 do 89 predviđeni su za korisnika, a od 90 do 99 određeni su za odgovarajući stroj.
Parametri R90 i R91 namijenjeni su brojenju izradaka:
Treba na primjer izraditi 150 komada nekog izratka. Postavlja se zadani broj izradaka R91 = 150. Brojač odbrojava od 150 do 0 i tada daje poruku: "Zadani broj izradaka je dosegnut" (eng. Nominal workpiece number reached). Ako se zadani broj izradaka postavi 0 i R90 = 0, brojač odbrojava od 0 prema gore i ne daje nikakvu poruku pri postizanju zadane vrijednosti. Način programiranja: pozivanje brojača u programu se provodi prije naredbe M30 (kraj programa) s L700 P1 (L - poziv potprograma, P – ponovi program).
Parametri R98 i R99 služe za proračun vremena izradbe:
Izmjereno vrijeme bit će u parametru R99 u obliku 5248.123, što znači 52 minute 48 sekundi i 123 milisekunde.
U izborniku Postavljanje podataka (eng. Setting data) aktivne su samo okomite funkcijske tipke. Postaviti se mogu granice radnog prostora, posmak u JOG modu, granična brzina okretanja radnog vretena, posmak u praznom hodu i početni kut kod rezanja navoja.
Ograničenje radnog prostora (eng. Working area limitation) ili F1 omogućuje postavljanje granica unutar kojih će se kretati alat. Po upisivanju vrijednosti u predviđena polja aktiviranje se obavlja tipkom izbora (aktiviraj – deaktiviraj). Napomena: u MDA i AUTO načinu rada u CNC programu ograničenje radnog prostora postaje aktivno tek nakon komande WALIMON (Working area limitation ON).
Posmak u JOG modu (eng. JOG data) ili F2 omogućuje postavljanje vrijednost posmaka pri upravljanju u JOG načinu rada (mm/min).
Podaci o brzini vrtnje glavnog vretena (eng. Spindle data) ili F3 omogućuje ograničavanje brzine okretanja glavnog vretena unutar odabranih vrijednosti. Ograničenje brzine okretanja vretena pomoću naredbe G95 omogućuje konstantnu brzinu rezanja.
Posmak u praznom hodu (eng. Feedrate DRY) ili F4 omogućuje podešavanje posmaka u modu za testiranje izratka.
Početni kut kod rezanja navoja (eng. Starting angle) ili F5 omogućuje da se pri rezanju navoja početna pozicija vretena daje kao početni kut.
Postavljanje nultočaka stroja (eng. Work offset ili Zero offset) obavlja se naredbama od G54 do G57 .
Na većini alatnih strojeva ta je veličina osigurana protiv neautoriziranih promjena s ključem.
Upotrebljava se za fine korekcije (na primjer pri korekciji zbog trošenja alata) i nije posebno osigurano protiv promjena. Ulazna veličina finog podešavanja je ograničena s +/- 1 mm. Krajnje podešavanje nultočke je suma gruboga i finog podešavanja:
Okomite funkcijske tipke imaju sljedeće značenje:
Dijaloški okvir za određivanje nultočke daje podatke o korištenom alatu je:
Korištenjem tipke izbora (aktiviraj – deaktiviraj) ili korištenjem miša i tipke "U" odabiru se:
Potvrditi upisane podatke s OK.
Overview ili F4 otvara novi izbornik s novim funkcijama.
Osnovni izbornik daje pregled naredbi G54 - G57:
U radnom području Program pišu se programi, ispravljaju se i njima se upravlja. Aktiviranjem vodoravne funkcijske tipke Program ili F3 otvara se izbornik sa sljedećim mogućnostima:
Tipovi datoteka i mapa jesu:
Mapa izratka (eng. Workpieces) ili F1 otvara izbornik koji omogućuje:
Korištenjem okomitih funkcijskih tipki moguće je:
Po otvaranju novog programa (eng. New) ili F1 - upisuje se njegovo ime.MPF i otvara se novi izbornik. Pisanje naredbi novog programa moguće je u označenom retku. Okomitim funkcijskim tipkama moguće je:
dok vodoravne funkcijske tipke omogućuju:
Pozicioniranje pomoću računalnog miša nije moguće. Kretanje unutar programa obavlja se pomoću strelica ili prikazane datoteke.
Glavni program (eng. Part programs) ili F2 je izbornik za pisanje pojedinih programa. Sve naredbe koje vrijede u modu Mapa izratka (eng. Workpieces) vrijede i u ovom modu.
Potprogram (eng. Subprograms) ili F3 je izbornik za korištenje postojećih potprograma te za pisanje novih potprograma. Sve naredbe koje vrijede u modu Mapa izratka (eng. Workpieces) vrijede i u ovom modu.
Standardni ciklusi (eng. Standard cycles) ili F4 je izbornik za korištenje i pisanje standardnih ciklusa. Sve naredbe koje vrijede u modu Mapa izratka (eng. Workpieces) vrijede i u ovom modu.
Korisnički ciklusi (eng. User cycles) ili F5 je izbornik za korištenje i pisanje specijalnih osobnih ciklusa često potrebnih u radu. Sve naredbe koje vrijede u modu Mapa izratka (eng. Workpieces) vrijede i u ovom modu.
Međuspremnik (eng. Clipboard) ili F6 je izbornik za privremeno spremanje pojedinih programa. Sve naredbe koje vrijede u modu Mapa izratka (eng. Workpieces) vrijede i u ovom modu.
To se radno područje upotrebljava za učitavanje podataka (programa) i slanje podataka preko sučelja (eng. Interface) COM1 - COM4 kao i za ispis podataka (tipka PRINT) i prijenos podataka na disk (s diska) preko tipke DRIVE. Za prenošenje podataka postavke (eng. Settings) pošiljatelja (eng. Sender) i primatelja (eng. Reciever) moraju biti jednake, inače prijenos neće raditi (na primjer programom EMCO WinNC mogu se poslati podatci samo preko sučelja RS 232 C Usera.
Učitavanje podataka (eng. Read-in data):
Slanje podataka (eng. Send data):
Kopiranje i lijepljenje podataka iz međuspremnika: u međuspremniku (eng. CLIPBOARD) mogu biti pohranjeni svi tipovi podataka i mogu se sortirati u odgovarajuće mape (MPF, DlR, SPF i druge):
To područje prikazuje alarme i poruke u punom obliku, i to: