Ha Te épp egy hobbi, faipari vagy bármi CNC gép beszerzésén gondolkodsz, esetleg szeretnéd megérteni a szakmát, amiről a barátaid beszélnek, ebben az írásban képet kapsz a CNC, az előtolás, a vágósebesség, a fogásvétel, a CAD és CAM kifejezések jelentéséről. Bár sokan az ebben dolgozók közül ismerik a fogalmakat, mégis, a google-ben indított keresések jelentős számban célozzák még mindig a CNC és a hozzá szorosan kapcsolódó fogalmak felderítését. Most a GépészPresszó is hozza a saját válaszait.

A CNC, mint vezérlés nagyon sok ipari területen jelen van. Szinte bármilyen gép lehet vagy lehetne számítógépes számjegy vezérlésű. Ezt jelenti ugyanis a CNC (computer numerical control). Része egy programozható mikroszámítógép, ami a bevitt CNC program ismételt futásával azonos feladatot hajt végre. Így a végeredmény nem, vagy kisebb mértékben függ az emberi szubjektivitástól. Természetesen sok esetben egy PLC is elegendő, ami a programozható logikai vezérlést jelenti. A különbség messziről nézve minimális a két vezérlés között, közelről azonban hatalmas.
A CNC gépeknek van saját PLC vezérlésük, míg a PLC-knek nincs CNC-jük. Természetesen ez a cikk nem foglalkozik a két vezérlés fajta átfogó ismertetésével. Ismerkedésként elegendő lehet azt tudni, hogy a PLC lényege, hogy a bemenetek állapotainak függvényében képes a kimeneteket változtatni. Ez pedig több helyen kapcsolódik a CNC-hez. Például, egy szerszámcsere folyamat elindításához bizonyos feltételek teljesülése szükséges (tengely pozíció végállás, ajtók zárt állása, álló főorsó, kikapcsolt hűtővíz stb.)
Amikor a CNC szerszámcsere parancsot kap, a PLC segít felügyelni a folyamatot.

Futószalagok esetén, egyszerű példánál maradva, ehhez hasonló állapot lehet például a fénykerítések állapota. Ha a rendszer nem észlel veszélyt, a szalag mozog. Ha valaki belép a szalag futása lassul, vagy megáll. 

A CNC vezérlések nem kizárólag ugyan, elsősorban megmunkáló gépeken, fémipari megmunkálókon terjedtek el. Össze is forrt a nevük, így gyakorta hallani a CNC eszterga, CNC maró, CNC láng, CNC élhajlító és hasonló kifejezéseket. Azoknak pedig, akik a hobbi CNC világában kezdenek búvárkodni, a CNC rúter (vagy router) is ismerős lehet.

Mi az a CAD, és hol kapcsolódik a CNC-hez?

Szó szerinti fordításban számítógéppel támogatott tervezést jelent.
A lényeg pedig, a CNC-vel elkészítendő alkatrészről valamilyen műszaki dokumentumra van szükség. Manapság ez elsősorban 3D modell, amiről aztán 2D rajz készül. Korábban csak a 2D rajz volt, ami egyes esetekben elégséges.
A folyamat tehát itt indul. Kell egy terv az elképzelésről azon a “műszaki” nyelven, amit a műszaki szakember ért. Ezt elkészíteni hivatott a CAD.

(így elkerülhető a kicsi, pici, nagy, erős, körülbelül akkora és efféle félrevezető tulajdonságok alapján gyártott selejtek készítése.)

CAD szoftverből nagyon sokféle létezik. Ezeket csoportosítani lehet például aszerint, hogy ingyenes vagy sem. Hogy 2D-s vagy 3D-s. Hogy integrált-e CAM modullal, vagy nem, és számos más szempont szerint.
A Fusion 360 az egyik legnépszerűbb, úttörő megoldás ezen a piacon, mert elérhetővé tesz egy kimondottan nagy tudású CAD és CAM rendszert a kis költségvetésből gazdálkodó szervezetek számára. Az ún. magasabb kategóriájú megoldások viszont nagyon komoly összegekbe kerülnek. Ennek az az oka, hogy ezek a szoftverek nem a színes kockák rajzolgatásának lehetőségét, hanem egy átgondolt, hibamentes termék tervezését és gyártásának optimalizálását teszik lehetővé. Hatalmas tudás és lehetőség rejlik ezekben, amik akkor aknázhatók ki, ha a felhasználó valóban magas szinten ért hozzá.

Mi az a NC program, milyen módon születhet meg?

A CNC program az a kódsor, amit a vezérlés beolvas és végrehajt. Vezérlésenként eltérő lehet a program nyelve. Gyakran hallani azonban az ISO G kód kifejezést. Ez tulajdonképpen a japán Fanuc által is fejlesztett és használt, sok más gyártó által átvett programnyelv.
ISO program esetén egy sor egy mondatot jelent, ahol a benne szereplő minden elemnek megvan a jelentése.

Kódok a programban

A  sor, azaz a mondat tartalma viszonylag kötött, de a sorrend legtöbb esetben nem az. A vezérlés a fejlesztők által programozott prioritás szerint hajtja végre a parancsokat.

Parancs lehet G vagy M kód.

M kód tulajdonképpen segédfunkció. Ilyen a hűtés, a forgás iránya stb.

A G kód legtöbb esetben elmozdulás parancs, ciklus, nullpont vagy korrekció hívás vagy transzformáció. 

Ezen felül a mondatokban szerepelnek technológiai utasítások, mondatszámok stb.
Vannak nem ISO kódokkal működő vezérlések. Ezek általában angol rövidítésekkel működnek.

Hogy készül a CNC kód?

CNC kód megszülethet például “kézzel” írva. Ez azt jelenti, hogy nincs szoftver, ami segít elkészíteni azt. 2D-s és 2,5D-s formáknál ez működő módszer. Manapság jogosan felrótt hátránya, hogy sok esetben jelentős időre leköti a munkaerőt és a szerszámgépet is, ha azon történik a programozás. 

Másik lehetőség, hogy a vezérlő vagy egy szimulátor jellegű szoftver párbeszédes, vagy ha úgy tetszik dialóg segítséget nyújt. Ehhez legtöbbször tartozik 3D-s szimuláció is. Ez esetben nem szükségszerű mély programozási ismeret, valamivel biztonságosabb is lehet a program írása. Ugyanakkor az elkészült programban szereplő mozgások kötöttek. 

A CAM mozaikszó a számítógéppel támogatott gyártást jelenti. Sokan tévesen kizárólag a 3D-s felületek elkészítésénél érzik a létjogosultságát. Ugyanakkor CAM szoftverrel dolgozni azt is jelenti, hogy a szerszámgép és az azon dolgozó ember folyamatosan produktív tevékenységet képes végezni, míg a gyártást kiszolgáló mérnökség előkészíti a szükséges – programot – technológiát – szerszámozást – készülékezést – gyártási dokumentumokat. Teszi mindezt úgy, hogy közben a különböző lehetőségeket összevetve a vállalat számára legkedvezőbbet választja ki. Azaz optimalizál.
A CAM szoftver is, azon túl, hogy szerszámpályát generál, nagyon átfogó módon támogatja a hatékonyságot. 

Hogy kerül a program a gépre?

A legegyszerűbb, ha magán a gépen készül. Ebben az esetben a szerszámgép vezérlőjének merevlemezén tárolódik. A futtatás egy külön buffer memóriából történik. 

Ha nem a gépen készül, átkerülhet pendrive-on, memóriakártyán vagy hálózaton.

Korábbi gépek esetén, amikkel a hazai ipar tele van még, létezik az RS232-es port, vagy a floppy lemez is. Ezekkel dolgozni nem csak azért körülményes, mert lassúak és maga a vezérlő sem ergonomikus a fájlok másolását illetően, hanem azért is, mert ilyen eszközöket, adattárolókat nehéz beszerezni, kevés adat fér rájuk és sérülékenyek. 

Műszaki fogalmak – előtolás, vágósebesség és fogás

Azzal, hogy egy műszaki dokumentum alapján elkészül egy program, még nem valósul meg működő gyártás, forgácsolás.
Ahhoz ugyanis szükséges az is, hogy a programban is szereplő technológiák helyesek legyenek.
Helyes alatt azt értem, hogy a szerszám és a munkadarab nem tervezett károsítása nélkül zajlik a termelés. 

Vágósebesség, vagy forgácsolási sebesség az, ami megmutatja, hogy mennyi forgács leválasztás történik adott idő alatt. Mikor a vágósebesség növelése, vagy csökkentése hangzik el egy üzemben, a főmozgás (forgó mozgás) gyorsításáról, vagy lassításáról van szó. Jellemző, hogy túl magas vágósebesség alkalmazása esetén “megég” a szerszám. A távozó forgács ugyanis nem visz el elég hőt, ahogy a hűtés sem. Sőt, egyes nagyoló eljárásoknál a hűtővíz elpárolog a forgácsolási zónában, így a szerszám csak hősokkot és nem hűtést kap, ami tovább csökkenti az éltartamát.
A túl alacsony vágósebesség egyik jele a mély, kellemetlen búgó hang. Másik a szerszám törése.

Előtolás a szerszám mozgásának a sebességét jelenti. Amennyiben a programban fordulatonkénti előtolás van alkalamzva, akkor a vágósebességgel az előtolás is változik. 

Az előtolás kalkulációnál számba kell venni a szerszám éleinek számát. Nem mindegy tehát, hogy fogankénti, vagy fordulatonkénti előtolásról beszélünk.
Amennyiben az előtolás túl nagy, a leválasztott forgács vastag lesz. Szélsőséges esetben a szerszám eltörik.
Amennyiben az előtolás kicsi, a forgács vékony lesz, és az eljárás gazdaságtalan. Általános igazság, hogy simítás során a kisebb előtolás alkalmazása megfelelő módszer, mert szebb felületet eredményez.

Fogásvétel alatt pedig azt értjük, hogy a szerszám mekkora mértékben merül el a forgácsolt anyagban. Két alapvető irányt megkülönböztetünk marás esetén. Az egyik a “Z” irány, ami a szerszám forgás tengelyével párhuzamos, a másik az oldal irány, ami pedig erre merőleges.
Ap-vel és ae-vel is szokás jelölni.
Kézzel írt programok esetén jellemző, hogy egy kontúr marásnál az ap, azaz a Z irányú fogás kicsi, az ae, azaz az oldalirányú fogás pedig a ráhagyás mértékével azonos.
A módszer működik, de nem ideális szerszámkopást eredményez. Illetve a szerszámot ért terhelések változnak. 

A CAM szoftverek ezzel szemben képesek olyan pályát generálni, amik a szerszám teljes élszalagját terhelik, a marót folyamatosan fogásban tartják, és X-Y irányból közelítenek a végleges kontúr felé. 

A vágósebesség, előtolás és fogásvétel eredménye az ébredő erő, teljesítmény és nyomaték igény is. Érdemes tehát számolni ezeket, és a rendelkezésre álló erőforrások szerint optimalizálni. A gép túlterhelése a gép idő előtti elhasználását eredményezi. 

Esztergálás esetén a fogásvétel irányát nem feltételen különböztetjük meg ilyen módon. Azt viszont fontos tudni, hogy homlokesztergálás esetén a ciklusban kalkulát fogás fizikailag megvalósul. Átmérő esztergálásnál, mivel ott átmérőben adunk meg adatokat, de sugárban történik a megmunkálás, a fizikailag megvalósult fogás a programozott fele lesz.

Jellemző megmunkálási műveletek esztergálás és marás esetén

Vannak szavak, amiket kimondva egy szakmán belül a legtöbben ugyanarra gondolunk. Ilyenek a leggyakoribb eljárások is, mint a következők.

Homlokesztergálás

Az esetek jelentős részében az esztergálás első művelete, ami során az X tengellyel párhuzamossá tesszük a munkadarab homlokát.

Átmérő kontúrozás

Hogy kontúrozás-e vagy csak átmérőzés attól függ, hogy mennyire összetett alakot kell készíteni. Az biztos, hogy Z tengelyen történik az elmozdulás, és X tengely mentén a fogásvétel. Az Y tengely pozíciója (amennyiben eszterga központról van szó), 99%-ban nulla, ami a munkadarab forgásközéppontját jelenti. Átmérőzni lehet kívül és furatban is. Ezekre nincs külön ciklus, a vezérlő a kezdőpont és a kontúr első pontjának viszonyából tudja, hogy melyikről van szó. Fontos a helyes lapka rádiusz és lapka pozíció megadása.

Beszúrás

A beszúrás vagy horony lehet lapka szélességű, de készülhet több fogásvétellel is. Amennyiben több fogásra van szükség, az oldallépés nem érheti el a lapka vastagságát, amit jellemzően W-vel jelölünk, de nem minden esetben vagy vezérlőn. Amennyiben tűrt horonyról van szó a legjobb, ha a nagyolás után kontúr jellegű eljárással kerül besimításra a beszúrás. 

Menet

Menetet lehet fúrni formázni vagy esztergálni. Ezek mindegyike kivitelezhető esztergán is, amennyiben a gép képes rá. Menetesztergálás esetén fontos, hogy a lapka szöge megfeleljen a készítendő menet profiljának. Ez metrikus menet esetén 60 fok, whitworth meneteknél pedig 55 fok.

Fúrás

A fúrás abból a szempontból érdekes, hogy a főmozgást végezheti a munkadarab, klasszikus esztergálás mintára, vagy a szerszám is. Azonban ha a munkadarab forog, a furat csak a darab közepén lehet. Forgó szerszám esetén homlokon vagy paláston is elhelyezhető a furat. Ezeket radiális vagy axiális hajtott szerszámokkal készíthetjük el. 

Síkmarás

Ahogy esztergálásnál a homlokesztergálás, marásnál a síkmarás a jellemző első művelet. Az eljárás lényege, hogy a munkadarab felső síkja párhuzamos lesz az “ültetett” alsóval, és a főorsó homlokkal. Illetve a darab vastagságának a kialakítása.

Kontúrmarás

Kontúrmarás esetén a szerszámgép számol a szerszám sugarával. A programozott pályát mindig a vezérlő offset tárába írt sugárral tolja el. És ha ez a sugár változtatva van, a lejárt pálya is változik. Ez ad lehetőséget a korrekciózásra.

Zsebmarás

Zsebmarás az az eljárás, amivel a szerszám méreténél nagyobb belső alakok készíthetők. Fúrással szemben előnye, hogy nem csak kör készíthető, nincs a zseb alján a szerszám csúcsszöge, illetve a maró méretétől függetlenül tetszőleges méretű zseb készíthető.

Horonymarás

Horonymarásnak jellemzően azt nevezzük, ha a megmunkálni kívánt geometria szélessége, és a geometria végi rádiusz kétszerese azonos. De nem kell szigorúan értelmezni, vagy elveszni a definíciókan, lehet ugyanis nyitott végű is a horony.
A horony elkészítése történhet úgy is, hogy a szerszám mérete határozza meg a szélességet, illetve úgy is, hogy egy kisebb méretű szerszámmal több lépésben történik a készre munkálás.
Fontos tudni, hogy a legtöbb vezérlőnek kell 1D elmozdulás a helyes szerszámsugár korrekció felvételéhez. 

Ha CNC, miért nem működik mégsem magától?

Mivel a megírt program futtatásához csupán egy gombnyomásra van szükség sokan azt gondolják, némileg tévesen, hogy emberi tudásra, hozzáadott értékre nincs szükség.
Amiért ez nem igaz (vagy nagyon komoly mérnöki előkészítés kell hozzá), az a fizika jelenléte. Az előgyártmány méretének eltérései, a szerszám kopása, a keletkező forgács mind olyan dolgok, ami miatt szükség van az emberre. Általában. Új munkák esetén pedig a robot nem tudja elvégezni a beállást.

Mit jelent beállni egy munkára?

A program megírása bár látványos, izgalmas és kihívást jelentő feladat, nem az oroszlánrésze a munkának.
A munkadarab előkészítése, bázisolása, rögzítése és anullpont felvétele nélkülözhetetlen része a megmunkálásnak.
Szintén szükség van a szerszámok befogására, bemérésére és betárazására. A mérés gépen belül és azon kívül is történhet.
Ezután a program betöltésével elindul az első darab gyártása, ahol műveletenként ellenőrizni szükséges a készült méretet, felületet, a gép tengelyeit ért terhelést. (a legtöbb vezérlő jelzi a terheléseket, amit a motorok áramfelvételéből számol.)
Amikor az első darab méret és alakhelyes, és a célul tűzött ciklusidő is megfelelő, megtörtént a beállás. Innentől lehet “pakolni” a gépet. De a gyártás során bekövetkező változások további feladatokat jelentenek az operátor vagy beállító számára. 

Mik az automatizálás kihívásai?

A forgácsolás automatizálásának első és legfontosabb feltétele egy stabil, konzekvens minőséggel szolgáló gyártási folyamat. Amíg ez nincs az egyben azt is jelenti, hogy magasan képzett szakember szükséges a gyártásban bekövetkezett változások kezelésére.
Változás pedig sok minden lehet. Például a szerszám kopásának hektikussága, a munkadarab szórása, a megfogás instabilitása, vagy a keletkezett forgács elakadása, beszorulása. 

Amennyiben a fenti teljesül, szükség van egy olyan automatizálási folyamatra, ami az előre meghatározható helyzetekben megbízhatóan működik, és ami az előre nem meghatározó helyzeteket biztonságosan kezeli. Azaz a rendszer nem jelenthet veszélyt sem emberre, sem a munkakörnyezetben lévő egyéb tárgyi értékekre.

A gyártás volumenétől függően elvárás lehet az automatizálással kapcsolatban , hogy az átállásokat gyorsan és rugalmasan kezelje. Ehhez rendelkezésre állnak olyan rendszerek, amik előre megírt paraméteres robot programokkal vannak tervezve. 

Szerző: Sipos Ádám