Numeerinen ohjaus

**Numeerinen ohjaus** (**NC**, *numerical control* tai computer numerical control eli CNC) tarkoittaa työstö- tai muun koneen ohjaamista yksiselitteisillä symboleilla, jotka koneen ohjauselektroniikka toteuttaa muuntamalla ne tarvittaviksi servo-ohjattujen moottorien liikkeiksi. Numeerista ohjausta käytetään esimerkiksi metalliteollisuudessa ohjaamaan työstökoneita kuten sorveja, jyrsimiä, poria ja polttoleikkauskoneita.

## Historia
Alussa NC:llä (*numerical control*) tarkoitettiin työstökonetta, jota ohjatiin reikänauhalla tai reikäkortilla: työstökoneessa oli vain lukija reikänauhalle tai -kortille. Noin vuoden 1974 jälkeen alettiin valmistaa CNC-työstökoneita (*computerized numerical control - tietokoneistettu numeerinen ohjaus*), joiden ohjaukseen kuului minitietokone ja ohjelmamuisti. CNC-termin on nykyisin korvannut NC. . CNC-työstökoneissa saattoi olla esimerkiksi PDP-8-minitietokone. 

Tarve CNC:lle syntyi 1940-luvulla, kun helikopterin roottorin lapojen koneistaminen riittävän tarkasti laskelmien mukaan ei enää onnistunut silloin käytettävissä olleilla laitteilla. Vaikka tarvittava numeerinen ohjauskoodi oli laskettu tietokoneella, se jouduttiin antamaan koneistajalle, joka käänsi syöttöruuvien kampia ohjeen mukaan, mikä oli epätarkkaa ja hidasta. Silloiset automaattiset NC-sarjatuotantokoneet oli suunniteltu ja rakennettu valmistamaan vain yhtä osaa, eivätkä ne soveltuneet kyseiseen tarkoitukseen. 

1940-luvun lopulla John T. Parsonsin Parsons Corporationin kanssa tehdyn sopimuksen johdosta MIT:n Servomechanisms Laboratory aloitti kehityksen numeeriselle ohjaukselle. Laboratoriossa kehitettiin kokeellinen numeerisesti ohjattu jyrsintäkone, joka sai käskyjä reikänauhalta. Ensimmäistä toimivaa mallia esiteltiin vuonna 1952, jonka jälkeen jatkotutkimusta tehtiin Yhdysvaltain ilmavoimien tuella. Myös Automatically Programmed Tool (APT) täsmäkieli kehitettiin laboratoriossa ja siitä tuli standardi tietokoneohjaukseen.
CNC-yläjyrsimen patenttihakemus jätettiin 1952, ja patentti myönnettiin 1958.

Suomen ensimmäinen numeerisesti ohjattu kone, avarruskone, otettiin käyttöön Valmetin lentokonetehtaalla 1962.

NC-koneita ohjataan yleisesti G-koodilla. Komentokielen kehitti Gerber Scientific Instruments valmistamiaan kynäpiirtureita varten 1960-luvulla. Moni kielen komento alkaa G-kirjaimella, mistä seurasi kielen nimi. Kielen käyttö yleistyi ja sitä laajennettiin paremmin jyrsimiin soveltuvaksi lisäämällä hallittavien akselien määrää alkuperäisestä kahdesta (X, Y). Electronic Industries Alliance standardoi G-koodin RS274D:ksi helmikuussa 1980. Harva laitevalmistaja enää noudattaa tarkalleen tätä standardia.

## G-koodi
G-koodi on matalan tason komentokieli. Monimutkaisen liikeradan ohjelmointi suoraan G-koodilla on työlästä, ja jos työkalun mallia muutetaan, pitää kirjoittaa G-koodi uudelleen. Kuitenkin pienet työkalun pituusmuutokset voidaan hoitaa mitta- ja teräkorjaimilla. 
G-koodin kirjoittamisen voi antaa CAM-ohjelman tehtäväksi valmistettavan kappaleen CAD-mallin ja käytettävissä olevan työkalun mittojen perusteella.

### Esimerkkiohjelmia CNC-sorville

Täydellinen ohjelma G70- ja G71-työkierroilla ja rouhintatyökalulla ja viimeistely-silitystyökalulla. Teräksisen aihion halkaisija on 40 mm, johon olisi tarkoitus tehdä 20 mm pitkä olake halkaisijaan 20 mm.

## Tänään
Tällä hetkellä CNC-ohjausjärjestelmä valmistustuotannon alalla on tullut hyvin laaja, ei vain perinteinen jyrsintä ja sorvaus, muut koneet ja laitteet on myös asennettu vastaavalla CNC: llä, joka tukee valmistusteollisuutta, parantaa huomattavasti laatua ja tehokkuutta. CNC:n uusin suuntaus on tietysti perinteisen subtraktiivisen valmistuksen yhdistäminen additiiviseen valmistukseen (3D-tulostukseen) uuden valmistusmenetelmän luomiseksi - hybridi additiivinen subtraktiivinen valmistus (HASM). Toinen suuntaus on yhdistää tekoäly ja suuri määrä antureita valmistuksen joustavuuden saavuttamiseksi.

## Työkalu/kone kaatuu
CNC:ssä "törmäys" tapahtuu, kun kone liikkuu tavalla, joka on haitallista koneelle, työkaluille tai työstettäville osille, mikä joskus johtaa leikkaustyökalujen, tarvikkeiden puristimien, ruuvipenkkien ja kiinnikkeiden taipumiseen tai rikkoutumiseen tai aiheuttaa itse koneen vaurioituminen johtuen ohjauskiskojen taipumisesta, käyttöruuvien rikkoutumisesta tai rakenteellisten osien halkeilusta tai muodonmuutoksesta rasituksen vaikutuksesta. Lievä törmäys ei välttämättä vahingoita konetta tai työkaluja, mutta voi vahingoittaa koneistettavaa osaa, joten se on romutettava. Monilla CNC-työkaluilla ei ole luontaista käsitystä pöydän tai työkalujen absoluuttisesta sijainnista, kun ne on kytketty päälle. Niiden on oltava manuaalisesti "kotitettu" tai "nollaus", jotta niillä on viittaus työskentelyyn, ja nämä rajat on tarkoitettu vain sen osan sijainnin selvittämiseen, eivätkä ne ole mekanismin kovan liikkeen rajoituksia. Usein on mahdollista ajaa konetta sen käyttömekanismin fyysisten rajojen ulkopuolella, mikä johtaa törmäykseen itsensä kanssa tai käyttömekanismin vaurioitumiseen. Monet koneet toteuttavat fyysisten rajakytkimien lisäksi ohjausparametreja, jotka rajoittavat akselin liikettä tietyn rajan yli. Käyttäjä voi kuitenkin usein muuttaa näitä parametreja.

Kaupalliset CNC-metallintyöstökoneet käyttävät suljetun silmukan takaisinkytkentäsäätimiä akselin liikkeelle. Suljetussa järjestelmässä säädin tarkkailee kunkin akselin todellista sijaintia absoluutti- tai inkrementtianturilla. Oikea ohjausohjelmointi vähentää törmäyksen mahdollisuutta, mutta on silti käyttäjän ja ohjelmoijan tehtävä varmistaa, että konetta käytetään turvallisesti. Kuitenkin 2000- ja 2010-luvuilla koneistuksen simulointiohjelmistot ovat kypsyneet nopeasti, eikä ole enää harvinaista, että koko työstökoneen kuori (mukaan lukien kaikki akselit, karat, istukat, torneja, työkalunpitimet, takatuet, kiinnikkeet, kiinnikkeet, ja stock) mallinnettava tarkasti 3D solid -malleilla, jolloin simulointiohjelmisto voi ennustaa melko tarkasti, liittyykö sykliin törmäys. Vaikka tällainen simulointi ei ole uusi, sen tarkkuus ja markkinaosuus muuttuvat huomattavasti tietojenkäsittelyn kehityksen vuoksi.

## Paikannuksen ohjausjärjestelmä
Numeerisissa ohjausjärjestelmissä työkalun asento määritetään osaohjelmaksi kutsutun ohjejoukon avulla. 
### Kartesiankoordinaatit
Kaikki G&M-koodien sijainnit perustuvat kolmiulotteiseen kartesiolaiseen koordinaattijärjestelmään. Tämä järjestelmä on tyypillinen taso, johon törmätään usein matematiikassa kuvaajien kuvaajien kuvaamisessa. 

## Katso myös
* FMS
* Lastuava työstö
* Tietokoneavusteinen valmistus (CAM)
* Teollisuusrobotti
* Valmistustekniikka
* Ohjelmoitava logiikka

## Lähteet

## Aiheesta muualla

*NC-tekniikka –oppimateriaalin etusivu