Чудили ли сте се някога какво се случва след натискане на бутона “Cycle Start”? Когато натиснете зеления бутон “CYCLE START” на операционния панел, машината започва да се движи според програмата. Целият процес изглежда „магически“ — но зад него стои много стриктна система, която си сътрудничи: един компонент чете програмата, друг преобразува инструкциите в електрически сигнали, трети задвижва двигателя да се върти, трети непрекъснато открива обратна връзка за позицията, а трети контролира охлаждащата течност и смяната на инструмента…
Тези „определени компоненти“ са петте основни системи на машинните инструменти с ЦПУ. Разбирането на тези пет системи не е само за задоволяване на любопитството – когато машината се повреди, можете грубо да прецените в коя връзка е проблемът; когато научите по-задълбочени знания, ще имате ясна рамка за разбиране на ново съдържание.
Система 1: CNC устройство (CNC контролер) — „Мозъкът“ на машинния инструмент
(Източник на изображение: Siemens) CNC устройството е сърцевината на цялата машинна машина, което често наричаме „CNC система“ или CNC контролер. Работният му процес е както следва:
Четене на програмата: Прочетете NC програмата от паметта, CF картата или мрежовия интерфейс
Декодиране: „Превеждане“ на инструкции като G-код и M-код в данни, които системата може да обработва вътрешно
Изчисление на интерполация: Съгласно инструкциите за движение, изчислете колко трябва да се движи всяка ос във всяка единица време (това е най-основното изчисление - разлагане „от точка А до точка Б“ на безброй малки стъпки)
Издаване на инструкции за управление: Изпратете количеството на движение на всяка ос към серво системата под формата на електрически сигнали
Координиране на спомагателни функции: Контролирайте функциите на M-код като скорост на шпиндела, смяна на инструмента и охлаждаща течност
CNC устройството не само пасивно изпълнява програмата, но също така получава обратна връзка за позицията в реално време от всяка ос и коригира отклоненията на движението по всяко време. Операционният панел и екранът на дисплея, които обикновено виждате на инструменталната машина, са интерфейсът за взаимодействие човек-компютър на CNC устройството - вие въвеждате програми, променяте параметри и проверявате координатите през целия този интерфейс, за да комуникирате с CNC устройството.
Система 2: Серво система — „Мускулите“ на машинния инструмент
CNC устройството издава инструкция за „преместване на оста X на 0,001 mm“, но тази инструкция трябва да бъде преобразувана в реално механично движение от серво системата. (Източник на изображението: FANUC)
Серво системата се състои от две части:
Серво задвижване: Получава управляващия сигнал, изпратен от CNC устройството, усилва го и го преобразува в електрическа енергия за задвижване на двигателя. Това е еквивалентно на прецизен „усилвател на мощност“.
Серво мотор: Преобразува електрическата енергия в механично въртеливо движение. Разликата между серво мотора и обикновения мотор е, че серво моторът има вграден позиционен енкодер, който може прецизно да контролира ъгъла на въртене, а скоростта му на реакция е изключително бърза - може да стартира, спира или променя скоростта за милисекунди.
CNC машинните инструменти обикновено имат множество комплекти серво системи:
Едно захранващо серво за всяка от X-осите, Y-осите и Z-осите: Контролира движението на инструмента и работната маса
Серво на шпиндела: Контролира скоростта на въртене на шпиндела (инструмента)
Фокусът на сервото на вретеното и сервото на подаване е малко по-различен: серво на подаване преследва точността на позицията (количеството на движение трябва да е прецизно), а серво на вретеното преследва стабилност на скоростта (скоростта трябва да бъде постоянна по време на рязане и не може да варира поради промени в силата на рязане). За металорежещи машини с пет оси има два допълнителни комплекта серво системи за управление на осите на въртене (оси A/B/C) и може да има 5 до 6 комплекта сервосистеми, работещи едновременно.
Система 3: Механично тяло на машинния инструмент — Скелет и стави
Серво моторът генерира въртеливо движение, но машинният инструмент извършва линейно движение и ротационно позициониране на инструмента. Необходимо е въртенето на двигателя да се преобразува в прецизно движение на различни части на машината, която разчита на механичното тяло. Основните компоненти на механичното тяло:
Легло/рамка: Основната структура на машинния инструмент, обикновено изработена от чугун или заварена стоманена плоча. Доброто легло има висока твърдост и добра устойчивост на вибрации, което е предпоставка за осигуряване на точност на обработката. (Двуредова и еднотвърда триосна оптична машина)
Линеен водач/път: „пистата“, която насочва работната маса и главата на шпиндела да се движат в определена посока. Съвременните обработващи центри обикновено приемат линейни търкалящи се водачи, които имат малко триене, висока точност и бърза реакция. Високопрецизните машинни инструменти ще използват хидростатични водачи с почти нулево триене.
Сферичен винт: основната част, която преобразува въртеливото движение на серво мотора в линейно движение на работната маса. Сферичният винт предава сила чрез търкаляне на вътрешни стоманени топки с изключително малко триене и може да постигне точност на позициониране на микронно ниво.
Шпиндел: Основният компонент, който затяга инструмента и се върти с висока скорост. Точността (изтичането) на шпиндела пряко влияе върху точността на обработка, а максималната скорост на шпиндела определя скоростта, с която можете да обработвате. Високоскоростните шпиндели могат да достигнат 40 000 оборота в минута или дори повече. (Източник на изображението: Luoyi)
Система 4: Система за откриване и обратна връзка — очите на управлението със затворен цикъл
Това е много критична система, за която много начинаещи не знаят много. CNC системата казва на серво мотора да „завърти 10 оборота“, но как знае, че моторът всъщност е завъртял точно 10 оборота? Инструментът действително ли е изминал разстоянието, което сте поискали? Той разчита на системата за откриване и обратна връзка, чиято функция е да измерва действителната позиция в реално време и да я подава обратно към CNC устройството, което позволява на системата автоматично да коригира отклонението според грешката.
Този цикъл на „издаване на инструкции → изпълнение → откриване на действителни стойности → сравняване на отклонения → коригиране на инструкции“ се нарича управление със затворен контур, което е основният механизъм за осигуряване на точност на CNC.
Има два вида често използвани компоненти за откриване:
Ротационен енкодер: Инсталиран на вала на серво мотора за откриване на ъгъла на въртене на двигателя. Тъй като открива края на двигателя, а не края на работната маса, все още има грешки като еластична деформация на винта, която принадлежи към управлението на полузатворен контур. Повечето обработващи центри приемат тази схема и точността на позициониране обикновено е ±0,005~0,01 mm.
Линейна скала: Директно инсталирана до водещата релса на машинния инструмент за измерване на действителното линейно изместване на работната маса. Тъй като измерва директно позицията на работната маса, той елиминира грешките в предавателните връзки, като сферичния винт, принадлежащи към управлението на пълен затворен контур с по-висока точност (до ±0,001 mm). Високопрецизните машинни инструменти и прецизните петосни машини обикновено са оборудвани с линейни везни. (линейна скала RENISHAW)
Система 5: Система за спомагателни функции — позволяване на машинния инструмент да „работи“
Първите четири системи заедно гарантират, че инструментът може да се движи прецизно. Но за да завършите наистина обработката, са необходими редица помощни функции:
Автоматична смяна на инструменти (ATC): Една от най-важните характеристики на обработващите центри. Магазинът за инструменти съхранява множество инструменти и манипулаторът автоматично завършва целия процес по време на смяната на инструмента, което обикновено отнема само няколко секунди. Капацитетът на магазина за инструменти варира от 8 до над 100 инструмента.
Охлаждаща система: По време на обработката между инструмента и детайла се генерира много топлина. Охлаждащата течност е отговорна за охлаждането, смазването и отстраняването на стружки. Обичайните методи включват външно охлаждане със спрей, вътрешно охлаждане (пръскане директно към зоната на рязане през шпиндела и централния отвор на инструмента) и т.н.
Пневматична/хидравлична система: Използва се за действия, които изискват голяма сила, като например затягане на детайли, действия за смяна на инструмент и освобождаване на инструмента на шпиндела.
PLC (програмируем логически контролер): CNC устройството управлява само управление на движението, докато голям брой контроли на количеството на превключвателя на машинния инструмент (смяна на инструмента, превключвател на охлаждащата течност, блокировка на защитната врата и т.н.) се управляват от вградения PLC. PLC и CNC устройството си сътрудничат, за да образуват цялостна система за управление на машинни инструменти.
Поток на сигнала на петте основни системи (разберете с един поглед)
Работният процес на цялата система може да бъде разбран със сигнална верига: това е всичко, което се случва след „натискане на бутона за стартиране на цикъла“, прецизен контролен процес със затворен цикъл, който се повтаря хиляди пъти в секунда.
Въведение в основните марки CNC системи
След като разберем ролята на CNC устройството, нека се запознаем с основните марки на пазара:
FANUC: Японска марка с най-голям глобален пазарен дял и изключително висока степен на заетост в местните фабрики. Системата е стабилна и надеждна, с пълна техническа екосистема, което я прави първият избор за начално ниво на обучение (следващите примери за работа в тази серия ще се фокусират главно върху FANUC).
Siemens SINUMERIK: немска марка, основната конфигурация на машинни инструменти в европейски стил. SINUMERIK ONE е система за инсталиране на машинни инструменти от висок клас с мощни функции и перфектна поддръжка на пет оси, но кривата на обучение е стръмна. Той се използва широко в местните автомобилни и аерокосмически области.
Heidenhain TNC: немска марка, фокусирана върху фрезови обработващи центри, с най-прецизната поддръжка на пет оси и висока репутация в областта на аерокосмическата индустрия и прецизните форми.
Вътрешните марки се развиват бързо през последните години, а основните представители са следните:
| Марка | Свързано дружество | Основни предимства | Пазарно позициониране | Опора по пет оси |
| Huazhong тип 9 | Huazhong CNC | Домашен CPU, независим и контролируем | Среден до нисък клас, местен заместител | генерал |
| GSK | Гуанджоу CNC | Ценово предимство, пълна поддръжка | Икономични машини | генерал |
| Kede GNC62 | Kede CNC | Петосно свързване и композитна обработка на стругова фреза | Пазар от среден до висок клас | добре |
| Syntec | Технология Syntec | Силна CAM съвместимост, удобен за потребителя интерфейс | Среден клас, най-бързо развиващ се в полето с пет оси | добре |
Специален фокус: Syntec System — основната сила на домашните петосни
Сред много домашни CNC системи, Syntec се представи особено видно в областта на обработката на пет оси през последните години и се превърна в една от системите с най-висок процент на инсталиране на домашни металорежещи машини с пет оси.
Основните предимства на Syntec са: изключително силна съвместимост на CAM софтуера, поддържащ изхода за последваща обработка на почти целия масов CAM софтуер; G-кодът е основно съвместим с CNC системите на FANUC, операционният интерфейс е удобен за начинаещи и цената на обучение е по-ниска от тази на традиционните европейски и американски системи; в същото време той се представя стабилно в ключови функции като пет-осов RTCP и контрол на оста на инструмента, което е важна причина, поради която голям брой производители на пет-осни металорежещи машини избират Syntec като стандартна система за конфигурация.
Ако вие или вашата компания планирате да закупите домашна петосна металообработваща машина или искате да разберете състоянието на развитие на домашните системи, можете да обърнете внимание на системата Syntec, която също има изобилие от ресурси за обучение онлайн. В следващите демонстрации на практическа работа от тази поредица ще обмислим добавянето на примери за работа на системата Syntec.
Резюме на тази статия
· CNC устройство: Мозъкът, който чете програми, извършва интерполационни изчисления и издава инструкции за движение
· Серво система: Мускулите, които управляват прецизното движение на двигателя на всяка ос
· Механично тяло: Скелетът, включително легло, водеща релса, сферичен винт и шпиндел
#CNCMachineTools #CNCCoreSystems #FANUCSiemens #FiveAxisMachining #SyntecSystem #CNCTechnology #CNCMachining
