Přemýšleli jste někdy, co se stane po stisknutí tlačítka „Cycle Start“? Když stisknete zelené tlačítko „CYCLE START“ na ovládacím panelu, obráběcí stroj se začne pohybovat podle programu. Celý proces se zdá „magický“ – ale za tím je velmi důsledný spolupracující systém: jedna součást čte program, další převádí instrukce na elektrické signály, další pohání motor do rotace, další nepřetržitě detekuje zpětnou vazbu polohy a další řídí výměnu chladicí kapaliny a nástroje…
Tyto „určité komponenty“ tvoří pět základních systémů CNC obráběcích strojů. Pochopení těchto pěti systémů není jen pro uspokojení zvědavosti – když se obráběcí stroj porouchá, můžete zhruba posoudit, ve kterém článku je problém; když se naučíte hlubší znalosti, budete mít jasný rámec pro pochopení nového obsahu.
Systém 1: CNC zařízení (CNC Controller) — „Mozek“ obráběcího stroje
(Zdroj obrázku: Siemens) CNC zařízení je jádrem celého obráběcího stroje, kterému často říkáme „CNC systém“ nebo CNC kontrolér. Jeho pracovní proces je následující:
Načtení programu: Načtěte NC program z paměti, CF karty nebo síťového rozhraní
Dekódování: „Přeložte“ instrukce, jako je G-kód a M-kód, do dat, která může systém zpracovat interně
Interpolační výpočet: Podle pokynů pro pohyb spočítejte, jak moc se musí každá osa posunout za každou časovou jednotku (toto je nejzákladnější výpočet — rozklad „z bodu A do bodu B“ do bezpočtu malých kroků)
Vydávání řídicích pokynů: Odešlete velikost pohybu každé osy do servosystému ve formě elektrických signálů
Koordinační pomocné funkce: Řízení funkcí M-kódu, jako jsou otáčky vřetena, výměna nástroje a chladicí kapalina
CNC zařízení nejen pasivně provádí program, ale také přijímá zpětnou vazbu o poloze v reálném čase z každé osy a kdykoli koriguje odchylky pohybu. Ovládací panel a obrazovka, které obvykle vidíte na obráběcím stroji, jsou rozhraním pro interakci člověka s počítačem CNC zařízení – přes toto rozhraní zadáváte programy, upravujete parametry a kontrolujete souřadnice, abyste komunikovali s CNC zařízením.
Systém 2: Servosystém — „Svaly“ obráběcího stroje
CNC zařízení vydává pokyn „pohyb osy X 0,001 mm“, ale tento pokyn musí být servosystémem převeden na skutečný mechanický pohyb. (Zdroj obrázku: FANUC)
Servosystém se skládá ze dvou částí:
Servopohon: Přijímá řídicí signál vysílaný CNC zařízením, zesiluje jej a převádí jej na elektrickou energii pro pohon motoru. Je ekvivalentem přesného „výkonového zesilovače“.
Servomotor: Převádí elektrickou energii na mechanický rotační pohyb. Rozdíl mezi servomotorem a běžným motorem je v tom, že servomotor má vestavěný enkodér polohy, který dokáže přesně řídit úhel natočení, a rychlost jeho odezvy je extrémně rychlá — může se spustit, zastavit nebo změnit rychlost v milisekundách.
CNC obráběcí stroje mají obvykle několik sad servosystémů:
Jedno servo posuvu pro každou osu X, osu Y a osu Z: Řídí pohyb nástroje a pracovního stolu
Servo vřetena: Ovládá rychlost otáčení vřetena (nástroje)
Zaměření serva vřetena a serva posuvu je mírně odlišné: servo posuvu sleduje přesnost polohy (velikost pohybu musí být přesná) a servo vřetena se snaží o stabilitu rychlosti (rychlost musí být během řezání konstantní a nemůže kolísat kvůli změnám řezné síly). U pětiosých obráběcích strojů existují dvě další sady servosystémů pro řízení os otáčení (osy A/B/C) a může zde pracovat 5 až 6 sad serv současně.
Systém 3: Mechanické tělo obráběcího stroje – Kostra a spoje
Servomotor generuje rotační pohyb, ale obráběcí stroj provádí lineární pohyb a rotační polohování nástroje. Rotaci motoru je nutné převést na přesný pohyb různých částí obráběcího stroje, který se opírá o mechanické tělo. Základní součásti mechanického těla:
Lože / Rám: Základní konstrukce obráběcího stroje, obvykle vyrobena z litiny nebo svařovaného ocelového plechu. Dobré lože má vysokou tuhost a dobrou odolnost proti vibracím, což je předpokladem pro zajištění přesnosti zpracování. (Dvouřádkový a jeden pevný tříosý optický stroj)
Lineární vedení/cesta: „dráha“, která vede pracovní stůl a hlavu vřetena, aby se pohybovaly určitým směrem. Moderní obráběcí centra obecně používají lineární valivá vedení, která mají malé tření, vysokou přesnost a rychlou odezvu. Vysoce přesné obráběcí stroje budou používat hydrostatická vedení s téměř nulovým třením.
Kulový šroub: Základní část, která převádí rotační pohyb servomotoru na lineární pohyb pracovního stolu. Kuličkové šrouby přenáší sílu válcováním vnitřních ocelových kuliček s extrémně malým třením a může dosáhnout přesnosti polohování na úrovni mikronů.
Vřeteno: Základní součást, která upíná nástroj a otáčí se vysokou rychlostí. Přesnost (házení) vřetena přímo ovlivňuje přesnost zpracování a maximální rychlost vřetena určuje rychlost, kterou můžete zpracovávat. Vysokorychlostní vřetena mohou dosáhnout 40 000 otáček za minutu nebo dokonce vyšší. (Zdroj obrázku: Luoyi)
Systém 4: Systém detekce a zpětné vazby — Oči řízení v uzavřené smyčce
Jedná se o velmi kritický systém, o kterém mnoho začátečníků mnoho neví. CNC systém říká servomotoru „otočit o 10 otáček“, ale jak ví, že se motor ve skutečnosti otočil přesně o 10 otáček? Skutečně se nástroj posunul o požadovanou vzdálenost? Spoléhá se na systém detekce a zpětné vazby, jehož funkcí je měřit skutečnou polohu v reálném čase a zpětně ji podávat do CNC zařízení, což umožňuje systému automaticky korigovat odchylku podle chyby.
Tento cyklus „vydávání instrukcí → provádění → zjišťování skutečných hodnot → porovnávání odchylek → opravování pokynů“ se nazývá řízení s uzavřenou smyčkou, což je základní mechanismus pro zajištění přesnosti CNC.
Existují dva typy běžně používaných součástí detekce:
Rotační kodér: Instaluje se na hřídel servomotoru pro detekci úhlu natočení motoru. Protože detekuje spíše konec motoru než konec pracovního stolu, stále dochází k chybám, jako je pružná deformace šroubu, která patří k řízení s polouzavřenou smyčkou. Většina obráběcích center používá toto schéma a přesnost polohování je obvykle ±0,005~0,01 mm.
Lineární měřítko: Instaluje se přímo vedle vodicí lišty obráběcího stroje pro měření skutečného lineárního posunutí pracovního stolu. Protože přímo měří polohu pracovního stolu, eliminuje s vyšší přesností (až ±0,001 mm) chyby v převodových článcích, jako je kuličkový šroub, patřící k řízení s plně uzavřenou smyčkou. Vysoce přesné obráběcí stroje a přesné pětiosé obráběcí stroje jsou obecně vybaveny lineárními stupnicemi. (lineární stupnice RENISHAW)
Systém 5: Systém pomocných funkcí — Umožňuje obráběcímu stroji „pracovat“
První čtyři systémy společně zajišťují, že se nástroj může přesně pohybovat. Ale ke skutečnému dokončení zpracování je zapotřebí řada pomocných funkcí:
Automatic Tool Changer (ATC): Jedna z nejdůležitějších funkcí obráběcích center. V zásobníku nástrojů je uloženo více nástrojů a manipulátor automaticky dokončí celý proces během výměny nástroje, obvykle trvá jen několik sekund. Kapacita zásobníku nástrojů se pohybuje od 8 do více než 100 nástrojů.
Chladicí systém: Během zpracování vzniká mezi nástrojem a obrobkem velké množství tepla. Chladicí kapalina je zodpovědná za chlazení, mazání a odstraňování třísek. Mezi běžné metody patří vnější chlazení nástřikem, vnitřní chlazení (nástřik přímo do oblasti řezu přes vřeteno a středový otvor nástroje) atd.
Pneumatický/hydraulický systém: Používá se pro činnosti, které vyžadují velkou sílu, jako je upínání obrobků, výměna nástroje a uvolnění nástroje vřetena.
PLC (Programmable Logic Controller): CNC zařízení řídí pouze řízení pohybu, zatímco velké množství ovládacích prvků spínacích množství na obráběcím stroji (výměna nástroje, spínač chladicí kapaliny, blokování ochranných dveří atd.) je řešeno vestavěným PLC. PLC a CNC zařízení spolupracují na vytvoření kompletního řídicího systému obráběcího stroje.
Tok signálu pěti základních systémů (pochopit na první pohled)
Pracovní proces celého systému lze porozumět signálnímu řetězci: to je vše, co se děje po „stisknutí startu cyklu“, přesný proces řízení s uzavřenou smyčkou, který se opakuje tisíckrát za sekundu.
Úvod do běžných značek CNC systémů
Po pochopení role CNC zařízení se pojďme seznámit s hlavními značkami na trhu:
FANUC: Japonská značka s největším podílem na světovém trhu a extrémně vysokou obsazeností domácích továren. Systém je stabilní a spolehlivý s kompletním technickým ekosystémem, díky čemuž je první volbou pro základní vzdělávání (následné provozní příklady v této sérii se zaměří především na FANUC).
Siemens SINUMERIK: Německá značka, tradiční konfigurace obráběcích strojů evropského typu. SINUMERIK ONE je špičkový instalační systém obráběcích strojů s výkonnými funkcemi a perfektní pětiosou podporou, ale křivka učení je strmá. Je široce používán v domácím automobilovém a leteckém průmyslu.
Heidenhain TNC: Německá značka zaměřující se na frézovací obráběcí centra s nejpropracovanější podporou pětiosých funkcí a vysokou reputací v oblasti letectví a kosmonautiky a přesných forem.
Domácí značky se v posledních letech rychle rozvíjely a hlavní představitelé jsou následující:
| Značka | Přidružená společnost | Hlavní výhody | Pozice na trhu | Pětiosá podpora |
| Huazhong typ 9 | Huazhong CNC | Domácí CPU, nezávislý a ovladatelný | Střední až nižší kategorie, domácí náhrada | Generál |
| GSK | Guangzhou CNC | Cenová výhoda, kompletní zázemí | Ekonomické obráběcí stroje | Generál |
| Kede GNC62 | Kede CNC | Pětiosé spojení a rotační zpracování kompozitu | Trh střední až vyšší kategorie | Dobře |
| Syntec | Technologie Syntec | Silná kompatibilita CAM, uživatelsky přívětivé rozhraní | Střední, nejrychleji rostoucí v pětiosém poli | Dobře |
Zvláštní zaměření: Systém Syntec — Hlavní síla domácí pětiosé
Mezi mnoha tuzemskými CNC systémy si Syntec v posledních letech vedl zvláště prominentně v oblasti pětiosého obrábění a stal se jedním ze systémů s nejvyšší mírou instalací domácích pětiosých obráběcích strojů.
Hlavní výhody Syntec jsou: extrémně silná kompatibilita softwaru CAM, podporující výstup po zpracování téměř veškerého běžného softwaru CAM; G-code je v zásadě kompatibilní s CNC systémy FANUC, provozní rozhraní je uživatelsky přívětivé pro začátečníky a náklady na učení jsou nižší než u tradičních evropských a amerických systémů; zároveň stabilně funguje v klíčových funkcích, jako je pětiosé RTCP a řízení osy nástroje, což je důležitý důvod, proč velký počet výrobců pětiosých obráběcích strojů volí Syntec jako standardní konfigurační systém.
Pokud vy nebo vaše společnost plánujete nákup domácího pětiosého obráběcího stroje nebo chcete porozumět stavu vývoje domácích systémů, můžete věnovat pozornost systému Syntec, který má také bohaté výukové zdroje online. V následných praktických ukázkách provozu této řady zvážíme i přidání příkladů provozu systému Syntec.
Shrnutí tohoto článku
· CNC zařízení: Mozek, který čte programy, provádí interpolační výpočty a vydává pokyny k pohybu
· Servo systém: Svaly, které řídí přesný pohyb motoru každé osy
· Mechanické tělo: Kostra včetně lůžka, vodicí lišty, kuličkového šroubu a vřetena
#CNCMachineTools #CNCCoreSystems #FANUCSiemens #FiveAxisMachining #SyntecSystem #CNCTechnology #CNCMachining
