Controllo numerico computerizzato - Che cos’è effettivamente il CNC?

I controlli numerici, noti anche come controlli NC, sono dispositivi per il controllo mirato delle macchine. convertono i dati codificati forniti al controllo NC su un porta dati in comandi di controllo corrispondenti e nelle sequenze di lavoro e di movimento risultanti. L’introduzione del computer ha aperto nuove possibilità per migliorare i controlli NC e farli avanzare integrando il computer nei controlli CNC. Entrambi questi sistemi sono esaminati in maggior dettaglio in questo articolo. Questo articolo tratta anche il controllo PLC, che è anche un approccio al controllo di macchine e apparecchiature industriali ed è spesso utilizzato in combinazione con i controlli (C)NC.

Come funziona un controllo NC?

I primi controlli NC sono stati realizzati negli anni ’70 installando componenti cablati. C’era una soluzione personalizzata per ogni applicazione. Il controllo NC legge i comandi di controllo, che sono stati precedentemente inseriti come codice tramite un supporto dati, e il controllo converte quindi questi comandi di controllo in sequenze di lavoro o di movimento. L’adattamento a vari prodotti è relativamente facile nell’ambito delle capacità della macchina e dei parametri disponibili, motivo per cui i controlli NC vengono utilizzati principalmente nelle macchine utensili.

Lo svantaggio dei controlli NC è che sono limitati in termini di capacità di memoria e comandi di controllo utilizzabili. Pertanto, i controlli NC puri non vengono più utilizzati. Piuttosto, vengono utilizzati insieme ai computer nei controlli CNC.

Struttura del programma

DIN 66025 definisce la seguente struttura di programma per un controllo NC:

• La prima riga inizia con un carattere % seguito dal nome del programma.
• Le righe aggiuntive iniziano con N e un numero consecutivo, idealmente in passi di dieci.
• Il secondo parametro è un comando avviato dalla lettera G.
• Le informazioni sul percorso vengono quindi fornite specificando i valori per X, Y, Z, U, V e W. Se deve verificarsi un movimento circolare, vengono aggiunti i valori per I, J e K.
• Altre opzioni sono: Funzioni T per la selezione dell’utensile, funzioni S per la velocità del mandrino e funzioni F o M per l’avanzamento.
• C’è sempre una funzione M alla fine del programma. In questo modo il programma viene ripristinato.

Esempio:

%MSM

N10 G00 T32

N20 G01 X-10 Y0 Z-10

N30 M20

È importante notare che i comandi rimangono attivi fino a quando non vengono sostituiti da nuovi comandi:

Ad esempio, se si immettono coordinate per gli assi X, Y e Z nella linea 2 e se questo allineamento rimane invariato anche in futuro, non deve essere ripetuto nelle linee successive. La nuova coordinata viene immessa solo quando l’orientamento salvato deve essere modificato.

Avanzamento al controllo CNC

Con l’integrazione dei computer, è possibile utilizzarli direttamente per controllare le macchine. I controlli CNC consentono una flessibilità significativamente maggiore rispetto ai soli controlli NC. Il software CAD o CAM può essere facilmente adattato ai parametri di elaborazione senza dover cambiare l’hardware dell’unità di controllo stessa.

Principi del controllo CNC

Un programma viene eseguito tramite un computer o un microcontrollore per il controllo CNC. I segnali desiderati vengono successivamente inviati tramite un circuito elettrico al sistema di controllo della macchina e implementati lì. In genere, un controllo CNC è costituito dai seguenti componenti:

• Sistema di azionamento: consiste in motori ed elettronica di controllo. Il sistema di azionamento serve per il movimento degli assi CNC. Motori passo-passo, servomotori, ecc. Vengono utilizzati convertitori di frequenza.
• Memoria: la memoria contiene il codice G (programma di controllo) e altre informazioni per il funzionamento della macchina CNC.
• CPU: l’unità centrale di elaborazione (Central Processing Unit, CPU) elabora comandi e controlla movimenti e funzioni.
• Interfaccia di ingresso e uscita: le interfacce consentono la comunicazione tra il controllo CNC e i sensori e altri dispositivi o sistemi.
• Pannello di controllo: il pannello di controllo è l’interfaccia uomo-macchina. Ciò consente all’utente di impostare i parametri, monitorare il processo o eseguire programmi.

Durante l’implementazione fisica dei comandi alle macchine, vengono utilizzati vari componenti come azionamenti a ricircolo di sfere, attuatori, ecc. guide lineari, motori, encoder e portautensili. Puoi trovarli anche in una varietà di versioni presso MISUMI.

Tipi di controlli CNC

I concetti di controllo possono essere suddivisi in controllato dal punto, controllato dal tracciato e controllato dal percorso.

Controllato dal punto si riferisce al controllo di un punto specifico o di un posizionamento di una singola macchina, ad esempio per la foratura o la punzonatura. Lo strumento viene spostato esattamente in una posizione del pezzo in lavorazione, dove lo strumento inizia con la lavorazione. Il posizionamento viene eseguito da un punto all’altro. Non è possibile avere un’influenza flessibile, ad esempio sulla velocità di spostamento verso la nuova posizione stessa.

A differenza del controllo del punto, i controlli del tracciato consentono il controllo di un asse alla volta in termini di velocità e posizione. Ciò significa che è possibile percorrere anche distanze assiali o parassiali. I movimenti sono limitati a sinistra, destra, anteriore o posteriore.

Controllato dal percorso significa che la macchina sposta diversi assi contemporaneamente per seguire un percorso con lo strumento. Il controllo dell’avanzamento viene generalmente utilizzato per il controllo del percorso. A seconda del sistema, i percorsi possono essere linee dritte che si estendono ovunque nello spazio o curve e cerchi.

Un’altra opzione di differenziazione è il numero di assi controllati. Le possibili varianti sono il controllo a 3, 4 o 5 assi. Più complesso è il pezzo in lavorazione, più assi vengono utilizzati. Fondamentalmente, l’asse X, l’asse Y e l’asse Z sono sempre controllati. Gli assi rotanti possono sempre essere aggiunti come quarto e quinto asse. Cinque assi consentono l’elaborazione di forme spaziali complesse.

Vantaggi e svantaggi del controllo CNC

I controlli CNC sono molto precisi e consentono la realizzazione di processi di produzione complessi. Ciò consente la produzione di massa e riduce il lavoro umano. Allo stesso tempo, tuttavia, è necessario personale più qualificato. Gli elevati costi di acquisizione comportano anche spese iniziali elevate. Tuttavia, questi dovrebbero essere rapidamente compensati dall’ottimizzazione dei processi a lungo termine e dall’aumento dei dati di produzione.

PLC - Controllore logico programmabile

Il PLC è un altro approccio per il controllo di macchine e sistemi industriali. Tuttavia, i PLC non vengono utilizzati solo per controllare il movimento, ma vengono utilizzati principalmente per monitorare e controllare i processi industriali. Eseguono operazioni logiche complesse e controllano ingressi e uscite digitali e analogici.

Il design minimo di un controllo PLC è sempre costituito da un’unità di ingresso, un’unità di elaborazione e un’unità di uscita, il cosiddetto principio EVA. Inoltre, sono presenti indicatori di stato, un supporto di memorizzazione e un alimentatore. Pertanto, i componenti sono simili a quelli di un controllo CNC. Gli ingressi come sensori e scanner comunicano con le uscite come motori e luci tramite una CPU. Le funzioni possono essere realizzate tramite vari moduli. A questo scopo, vengono utilizzati i cosiddetti moduli logici.

Modalità di funzionamento e funzioni logiche di un PLC

Il PLC svolge fondamentalmente le seguenti funzioni: raccolta dei dati, elaborazione dei dati, processo decisionale e controllo degli attuatori. Ad esempio, i dati vengono ottenuti da sensori che monitorano lo stato del sistema durante l’acquisizione dei dati.

I parametri possono essere: temperatura, informazioni sulla posizione, pressione, ecc. Questi dati costituiscono la base per le fasi successive: La temperatura ambiente è troppo alta? Si è verificato un calo di pressione?

L’elaborazione dei dati confronta quindi i valori o esegue operazioni logiche per decidere in ultima analisi quali azioni devono essere eseguite. La decisione presa, per esempio modificando i parametri della macchina, viene ora implementata azionando gli attuatori. Il PLC invia segnali di controllo agli attuatori (ad es. motori, valvole, ecc.), che quindi implementano l’azione desiderata.

Le funzioni logiche utilizzate e che collegano gli ingressi possono essere:

• Operazione AND: se entrambi i valori di ingresso sono veri, viene segnalato “true” e la funzione viene eseguita. Esempio: una porta deve essere automaticamente fissata con un allarme di sicurezza attivo dopo la chiusura. La funzione di allarme può essere attivata solo se la porta è bloccata e l’allarme di sicurezza è attivato.
• Operazione OR: se almeno un valore di ingresso è vero, segnala “true”. Esempio: Ho una porta che può essere aperta con una tessera o un codice PIN. Entrambe le opzioni aprono la porta.
• Operazione XOR: sta per “OR esclusivo” (solo OR). Segnala “true” quando esattamente un valore di ingresso è vero. È adatto per confrontare più ingressi. Esempio: Commutazione pre-esecuzione/ritorno di un cavo con due pulsanti. Se non viene premuto alcun pulsante, non è presente alcun segnale (motore spento). Se si preme il pulsante di pre-esecuzione o ritorno, il segnale di pre-esecuzione o ritorno viene inoltrato. Se vengono premuti entrambi i pulsanti, non vi è alcun segnale (motore spento).
• Operazione NON: inverte il valore di ingresso. Esempio: Il sistema di allarme di una porta deve essere attivo solo se la porta è chiusa.

Il collegamento logico delle variabili di ingresso e di uscita è mostrato in un cosiddetto piano funzionale: In questo caso, tutti gli ingressi e le uscite, i blocchi funzione, nonché le connessioni e le direzioni vengono visualizzati in una sorta di schema elettrico. Il piano funzionale supporta la progettazione, l’implementazione e l’analisi dei sistemi di controllo PLC.

Vantaggi e possibili applicazioni del controllo PLC

Molte applicazioni industriali possono trarre vantaggio dall’uso del controllo PLC. Nell’automazione, vengono utilizzati per controllare le macchine, automatizzare le linee di produzione e aumentare l’efficienza. Sono inoltre ideali per il controllo di processo grazie alle funzioni logiche che possono essere collegate come desiderato.

I vantaggi del controllo PLC includono:

• modifiche e correzioni sono facili da apportare senza modifiche
• gli errori possono essere corretti rapidamente, poiché il circuito può essere testato direttamente sul dispositivo di programmazione
• le curve del segnale possono essere osservate

interazione di diverse modalità di controllo

Per esempi di applicazioni più complesse è possibile utilizzare insieme controlli PLC e (C)NC, ad es. per eseguire le seguenti attività:

• scambio di dati e comunicazione
• Controllo principale
• Sicurezza e monitoraggio

I controlli PLC sono, ad esempio, molto flessibili e possono essere facilmente adattati. I controlli CNC a loro volta garantiscono un elevato grado di precisione e sono ottimizzati per specifiche attività di lavorazione. Se utilizzati in combinazione, viene creato un sistema preciso e contemporaneamente flessibile per varie applicazioni industriali. La combinazione del controllo di processo (PLC) e di macchina (CNC) crea un coordinamento continuo per una produzione efficiente.

Esempio di applicazione

I controlli NC e PLC possono essere utilizzati, ad esempio, per regolare la temperatura. Per esempio, una striscia bimetallica può essere collegata a un PLC e a una caldaia. Una volta raggiunta la temperatura corretta, il circuito si chiude e il PLC riceve il segnale che la caldaia può ora essere spenta. Se la temperatura scende, la caldaia verrà riaccesa nello stesso modo.