Arvprogrammjuhtimise meetodid

Arvprogrammjuhtimine aitab automatiseerida töötlusviise, kus lõikeriistade ja detaili liikumine on defineeritud koodi abil. Koodi abil sätestatakse ka lõikekiirus, pöörlemiskiirus, jahutusvedeliku kasutus jm.

Kõige enam seostatakse arvjuhtimispgorammidega CNC masintöötluse viise treimine ja freesimine, mis loovad detaili materjali eemaldades. Seega on tegemist vastupidise protsessiga näiteks 3D printimisele, kus detail “ehitatakse” materjali järk-järgulise lisamise teel.

Taust

CNC on akronüüm, mis tuletatud sõnadest computer numerical control ehk eesti keeles arvprogrammjuhtimine. Liikumine arvutipõhisele juhtimisele sai siiski alguse arvjuhtimisest (NC – numerical control).

Esimesed arvjuhtimist kasutavad masinad ehitati juba 40- ja 50ndatel. Algselt modifitseeriti olemasolevaid masinaid, et automatiseerida osa tööst. Mootorite tööd koordineeriti perfolintide abil, mille sisse oli trükitud kood.

50ndatel tehti esimesed sammud juba arvprogrammjuhtimise suunas, mil MIT arvutid suutsid sisendi abil luua vastava perfolindi. See tõstis märgatavalt töö kiirust ja efektiivsust. Näiteks suudeti muidu 8-tunnise freesimistöö koguaeg viia 15 minuti peale.

Selline ajavõit tõestas, et arendustegevusse on mõttekas suunata veelgi rohkem ressursse. Varsti loodigi juba esimesed programmeerimiskeeled CNC masinatele. Aja jooksul võttis arvprogrammjuhtimine arvjuhtimiselt ohjad üle, suuresti tänu langusele arvutite hinnas.

Kuidas arvprogrammjuhtimisega masinad töötavad?

Tänapäevased CNC masinad on täisautomaatsed. Nad vajavaid vaid digitaalseid faile, mis sisaldavad infot lõiketrajektooride ning -riistade kohta.

Ühe detaili töötlemise käigus kasutatakse tavaliselt mitmeid tööriistu. Masinaoperaatorid saavad luua andmebaasi kõikide olemasolevate tööriistade infoga. Masinad kasutavad seda infot, et vahetada automaatselt vajaduse järgi töövahendeid.

CNC töötluse protsess algab CAD-programmist, kus modelleeritakse detail. Tänapäevane CAD-tarkvara sisaldab tihtipeale CAM (computer aided manufacturing) võimekust. Vastasel juhul imporditakse failid spetsiaalsesse CAM-programmi, mis valmistab mudeli tootmiseks ette.

Esimeses järgus kontrollitakse, kas detail on üldse antud viisil töödeldav. Seejärel luuakse vastav arvjuhtimistprogramm. Programm kujutab endast koordinaatide kogumikku, milles on ära defineeritud ka kõik vahepealsed liikumistrajektoorid.

Järgmise sammuna genereeritakse sobivad parameetrid, sealhulgas lõikekiirus, pöörlemiskiirus jne. Konfiguratsioon põhineb detaili geomeetrial kui ka masina ning tööriistade kohta käival infol.

Viimaks otsustatakse, kuidas positsioneerida detail materjali suhtes. See tagab maksimaalse materjalikasutuse.

Kogu sisend tõlgitakse koodiks, mida masinapark lugeda suudab – G- ja M-koodiks.

G-kood vs M-kood

CNC Coding Explained

Tihtipeale arvatakse, et arvjuhtimisprogrammid töötavad vaid G-koodi põhjal. Tegelikkuses jaguneb kood kaheks eelnimetatud haruks.

G-kood viitab programmeerimiskeelele, mis ütleb masinale, kuidas liikuda. Ehk tegemist on geomeetrilise koodiga, millest ka nimi.

M-kood annab masinale kõik ülejäänud vajaliku info. See vastab masinkoodile, mis kätkeb endas informatsiooni jahutusvedeliku kasutamise, tööriistade vahetamise, programmi lõppemise jm kohta.

Seega on mõlemad võrdselt olulised, kuid sisuliselt mitte samad.

Mis on CNC masintöötlus?

Nüüd teame, kuidas CNC masinad töötavad. Kuid kõik CNC masinad ei paku CNC masintöötlust.

Nimelt töötavad sarnase koodi alusel ka laser- ja plasmalõikuspingid, painutuspingid jpm. Masintöötluse all mõeldakse aga just eelnimetatud töötlusprotsesse ehk treimist ja freesimist.

Freesimine

Freesimine on töötusviis, kus pöörlevaks osaks on tööriist. Kokkupuutel materjaliga eemaldab tööriist laaste.

Freesimise operatsioonide hulka kuuluvad:

• Otsafreesimine
• Faasimine
• Külgfreesimine
• Puurimine
• Sisefreesimine
• Keermestamine jne

See on väga universaalne töötlemismeetod, mis suudab tagada kitsaid tolerantse ning kõrget täpsust. Freesimise abil on võimalik toota detaile väga erinevatest materjalidest ning kiiresti.

Miinuspoolele kuulub suur materjalikadu, vajadus laia valiku tööriistade järele ning masinate kõrge hind.

Treimine

Kuigi treimist ja freesimist kutsutaksegi tihtipeale ühe nimega masintöötluseks, siis on need 2 viisi selgelt erinevad, isegi teineteise vastandid. See tähendab, et kui freesimisel pöörlbe lõikepea, siis treimisel detail.

Treimist kasutatakse tihtipeale näiteks võllide tegemisel. Tööriista ja kiirelt pöörleva detaili vahel luuakse kontakt, mille tagajärjel eemaldatakse laaste. Kõrge töötlemistäpsus võimaldab tagada tolerantse, mis võllide puhul sageli väga olulised.

Eristatakse ka sise- ja välistreimist, millest esimene tähendab õõnsuste või avade treimist ning teine välispinna treimist.

Arvjuhtimisprogramm ja teised töötlusviisid

Nagu ennist öeldud, siis CNC põhimõttel töötavad masinad ei piirdu vaid CNC töötlusega.

Arvjuhtimisprogramme kasutatakse laialdaselt ka teiste töötlusviiside puhul, näiteks:

• Laserlõikus
• Plasmalõikus
• Vesilõikus
• Gaasilõikus
• Metalli painutamine

Kõik need töötlusmeetodid on tänu automatiseerimisele oluliselt usaldusväärsemad. Eemaldatakse inimfaktor, mis võib kajastuda lõppkvaliteedis, ning tõstetakse täpsust ja korratavust (ehk detailide omavahelisust sarnasust).

Loetelus olevad meetodid kasutavad samu tööpõhimõtteid. Näiteks laserlõikuse puhul luuakse samamoodi lõiketrajektoori kood automaatselt, kasutades 3D-mudelistes olevat infot.

Siiski pole kõik päris samamoodi, sest laserlõikuse juures on lehepaksus ühe detaili lõikamise jooksul alati sama. Seega ei ole vaja korrigeerida laseri fookust (lõikepea vahetust ei toimu niikuinii).

Mida saab CNC töötlusega valmistada?

Pealtnäha pole CNC töötlusel piiranguid. See sobib laiale valikule materjalidele, alates metallidest kuni plastide, komposiitmaterjalide ja puiduni.

3-teljeline freespink suudab luua juba üsna keeruka geomeetriaga detaile. Kui sellest ei piisa, siis on võimalik pöörduda rohkemateljelise freesi poole, mille paindlikkus tagab veelgi suurema võimekuse.

Näiteks 5-tejleline CNC freesimiskeskus võib abiks olla. Kui tavalisemal 3-teljelisel pingil on 3 lineaarset liikumissuunda, siis 5-teljeline pink suudab panna pöörlema ka lõikealuse ja -pea.

Paindlikkuse kasvul on ka oma hind, sest need pingid maksavad rohkem ning see kajastub omakorda tootehinnas. Kuigi arvjuhtimisprogrammi abil töötavad pingid on kiiremad, pole kuskile kadunud ka manuaalsed töötlusviisid. Eriti väikesemahulise prototüüpimise puhul.

Siiski on CNC töötlus esikohal, kuna suudab pakkuda eriti kõrget täpsust. Seepärast on see eriti levinud sektorites nagu:

• Lennundus
• Elektritööstus
• Kaevandus
• Toidutööstus
• Autotööstus
• Robootika jpm

Kokkuvõtteks võib öelda, et CNC töötlus on leidnud oma koha usaldusväärse viisina, kuidas valmistada detaile erinevatest materjalidest. Samal ajal peab meeles pidama, et võrreldes teiste meetoditega on ka hind vastavalt kõrgem.