Numerické řízení (zkr. CNC ; angl. computer numerical control , zkr. CNC - počítačové numerické řízení ) - obor technologie spojený s využitím digitálních výpočetních zařízení pro řízení výrobních procesů [1] .
CNC zařízení může být reprezentováno:
Vyměnitelné programy tištěné na děrných štítcích pomocí binárního kódu se používaly již v žakárovém stavu vytvořeném v roce 1804. Na děrných štítcích byly zakódovány dvě možné polohy aktuátoru - sklopením nebo zvednutím člunku bylo možné naprogramovat jednoduché monochromatické vzory.
V 19. století byly vyvinuty mechanické ovladače založené na vačkovém mechanismu , podobné těm, které se používají u mechanického klavíru . Přestože umožňovaly plynule měnit parametry pohybu obráběcích nástrojů, proces vytváření obráběcího algoritmu vyžadoval vytvoření modelů součásti v plné velikosti.
Vynálezcem prvního obráběcího stroje s elektronickým číslicovým řízením ( Eng. Numerical Control , NC ) je John Parsons ( John T. Parsons ), který pracoval jako inženýr ve firmě svého otce Parsons Inc. , která na konci 2. světové války vyráběla vrtule pro vrtulníky. Jako první navrhl použít stroj na zpracování vrtulí, pracující podle programu zadaného z děrných štítků. Poprvé byly jako pohon použity krokové vyhledávače .
V roce 1949 americké letectvo financovalo Parsons Inc. vývoj obráběcího stroje pro obrysové frézování tvarově složitých leteckých dílů. Společnost však nebyla schopna dokončit práci vlastními silami a obrátila se o pomoc na Laboratoř servomechaniky Massachusetts Institute of Technology (MIT). Spolupráce Parsons Inc s MIT pokračoval až do roku 1950. Ten rok MIT získala společnost vyrábějící frézky Hydro-Tel a ukončila partnerství s Parsons Inc. , která uzavřela nezávislou smlouvu s letectvem na vytvoření CNC frézky.
V září 1952 byl stroj poprvé předveden veřejnosti - vyšel o něm článek v časopise Scientific American . Stroj byl ovládán děrnou páskou .
První CNC stroj byl obzvláště složitý a nemohl být použit ve výrobním prostředí. První sériově vyráběné CNC zařízení vytvořila společnost Bendix Corp. v roce 1954 a od dalšího roku se začal instalovat na obráběcí stroje. Rozšířené přijetí CNC strojů bylo pomalé. Podnikatelé se k nové technologii chovali s nedůvěrou. Americké ministerstvo obrany bylo nuceno vyrobit 120 CNC strojů na vlastní náklady , aby je pronajalo soukromým společnostem.
Prvními sovětskými CNC stroji pro průmyslové použití jsou šroubořezný soustruh 1K62PU a soustruh 1541P. Tyto stroje vznikly v první polovině 60. let. Stroje pracovaly ve spojení s řídicími systémy jako PRS-3K a dalšími. Poté byly vyvinuty CNC vertikální frézky 6H13 s řídicím systémem "Kontur-ZP". V následujících letech se pro soustruhy nejvíce používaly CNC systémy sovětské/ruské výroby 2P22 a „ Electronics NTs-31 “ . . Základní CNC systémy v SSSR byly NTs-31 a 2P22 (soustružnická skupina) a 2S42 a 2P32 (frézovací skupina).
Sériová výroba vlastních vzorků průmyslových CNC zařízení byla zvládnuta v Bulharsku [2] .
Numerické řízení je také charakteristické pro řídicí systémy moderních průmyslových robotů .
Zkratka "CNC" odpovídá dvěma anglickým jazykům - NC a CNC , - což odráží vývoj vývoje řídicích systémů zařízení.
Je možné implementovat model s centralizovanou pracovní stanicí (například ABB Robot Studio , Microsoft Robotics Developer Studio ) s následným stažením programu přenosem po průmyslové síti.
Největšími výrobci obráběcích strojů s numerickým řízením od roku 2013 jsou Německo (14 miliard USD), Japonsko (13 miliard USD), Čína (8 miliard USD). Největšími spotřebiteli obráběcích strojů jsou: Čína (11 miliard USD), USA (8 miliard USD), Německo (7 miliard USD) [3] .
Strukturálně CNC zahrnuje:
Průmyslový regulátor funguje jako regulátor , například: mikroprocesor , na kterém je postaven vestavěný systém ; programovatelný logický automat nebo složitější řídicí zařízení - průmyslový počítač .
Důležitou vlastností CNC kontroléru je počet os (kanálů), které může synchronizovat (řídit) - to vyžaduje vysoký výkon a vhodný software.
Jako akční členy se používají servopohony a krokové motory .
Pro přenos dat mezi akčním členem a řídicím systémem stroje se běžně používá průmyslová síť (např. CAN , Profibus , průmyslový Ethernet ) .
Největší výrobci CNC systémů (stav 2009) [4] :
Po sestavení řídicího programu jej operátor pomocí programátoru zadá do řídicí jednotky. Příkazy ovládacího programu jsou umístěny v paměti RAM. V procesu vytváření nebo po vstupu do řídicího programu jej může operátor (v tomto aspektu vykonávající funkci programátora) upravovat tak, že zapne systémový program editoru a zobrazí všechny nebo potřebné části řídicího programu a provede vyžadovaly jejich změny. Při práci v režimu výroby součásti se řídicí program provádí snímek po snímku . V souladu s příkazy řídicího programu řídicí jednotka volá příslušné systémové podprogramy z ROM, které nutí zařízení připojené k CNC pracovat v požadovaném režimu - jsou odesílány výsledky činnosti řídicí jednotky ve formě elektrických signálů k pohonům - posuvům, nebo k řídicím zařízením automatizace stroje.
Řídicí systém čte instrukce specializovaného programovacího jazyka (například G-kód ) programu, který je následně ze vstupního jazyka překládán interpretem CNC systému do příkazů pro ovládání hlavního pohonu, pohonů posuvu, řízení regulátory strojních jednotek (například zapnutí / vypnutí přívodu chladicí emulze).
Vývoj řídicích programů je v současné době realizován pomocí speciálních modulů pro počítačem podporované konstrukční systémy (CAD) nebo samostatných počítačově podporovaných programovacích systémů ( CAM ), které z elektronického modelu generují program zpracování.
Pro určení požadované trajektorie pohybu pracovního tělesa jako celku (nástroje / obrobku) v souladu s řídicím programem se používá interpolátor , který vypočítá polohu mezilehlých bodů trajektorie podle koncových bodů uvedených v program.
V řídicím systému jsou kromě samotného programu i data jiných formátů a účelů. Minimálně se jedná o strojní data a uživatelská data specificky vázaná na konkrétní řídicí systém nebo na určitou řadu (řadu) stejného typu modelů řídicího systému.
Program pro CNC stroj (zařízení) lze načíst z externích médií, např. magnetické pásky, perforované papírové pásky (děrné pásky) , disket nebo flash disků do vlastní paměti, a to buď dočasně, do vypnutí napájení, do paměti RAM nebo trvale do paměti ROM , paměťové karty nebo jiného úložného zařízení: pevného disku nebo disku SSD . Kromě toho je moderní zařízení připojeno k centralizovaným řídicím systémům prostřednictvím továrních (dílenských) komunikačních sítí .
Nejběžnější programovací jazyk CNC pro zařízení na řezání kovů je popsán v dokumentu ISO 6983 Mezinárodního výboru pro normalizaci a nazývá se „ G-code “. V některých případech - například řídicí systémy pro gravírovací stroje - se řídicí jazyk zásadně liší od normy. Pro jednoduché úkoly, jako je řezání plochých polotovarů, může CNC systém použít jako vstup textový soubor ve formátu pro výměnu dat, jako je DXF nebo HPGL .