Har du nogensinde spekuleret på, hvad der sker efter at have trykket på "Cycle Start"-knappen? Når du trykker på den grønne "CYCLE START"-knap på betjeningspanelet, begynder værktøjsmaskinen at bevæge sig i henhold til programmet. Hele processen virker "magisk" - men bagved er et meget stringent system, der samarbejder: en komponent læser programmet, en anden konverterer instruktioner til elektriske signaler, en anden driver motoren til at rotere, en anden registrerer kontinuerligt positionsfeedback, og en anden styrer kølevæske- og værktøjsskifte...
Disse "visse komponenter" er de fem kernesystemer i CNC-værktøjsmaskiner. At forstå disse fem systemer er ikke kun for at tilfredsstille nysgerrigheden - når værktøjsmaskinen går i stykker, kan du groft vurdere, hvilket led problemet er i; når du lærer dybere viden, vil du have klare rammer for at forstå nyt indhold.
System 1: CNC-enhed (CNC-controller) — "Hjernen" i værktøjsmaskinen
(Billedkilde: Siemens) CNC-enheden er kernen i hele værktøjsmaskinen, som vi ofte kalder "CNC-systemet" eller CNC-controlleren. Dens arbejdsproces er som følger:
Læsning af programmet: Læs NC-programmet fra hukommelsen, CF-kort eller netværksinterface
Afkodning: "Oversæt" instruktioner som G-kode og M-kode til data, som systemet kan behandle internt
Interpolationsberegning: I henhold til bevægelsesinstruktionerne skal du beregne, hvor meget hver akse skal bevæge sig i hver tidsenhed (dette er den mest centrale beregning - dekomponerer "fra punkt A til punkt B" i utallige små trin)
Udstedelse af kontrolinstruktioner: Send bevægelsesmængden af hver akse til servosystemet i form af elektriske signaler
Koordinering af hjælpefunktioner: Styr M-kodefunktioner såsom spindelhastighed, værktøjsskift og kølevæske
CNC-enheden udfører ikke kun programmet passivt, men modtager også positionsfeedback i realtid fra hver akse og korrigerer bevægelsesafvigelser til enhver tid. Betjeningspanelet og skærmen, du normalt ser på værktøjsmaskinen, er CNC-enhedens menneske-computer-interaktionsgrænseflade - du indtaster programmer, ændrer parametre og kontrollerer koordinater gennem hele denne grænseflade for at kommunikere med CNC-enheden.
System 2: Servosystem — "Musklerne" i værktøjsmaskinen
CNC-enheden udsender en instruktion om "X-aksen bevæger sig 0,001 mm", men denne instruktion skal konverteres til ægte mekanisk bevægelse af servosystemet. (Billedkilde: FANUC)
Servosystemet består af to dele:
Servodrev: Modtager styresignalet sendt af CNC-enheden, forstærker det og konverterer det til elektrisk strøm for at drive motoren. Det svarer til en præcis "effektforstærker".
Servomotor: Konverterer elektrisk energi til mekanisk rotationsbevægelse. Forskellen på en servomotor og en almindelig motor er, at servomotoren har en indbygget positionskoder, som præcist kan styre rotationsvinklen, og dens responshastighed er ekstrem hurtig — den kan starte, stoppe eller ændre hastighed på millisekunder.
CNC-værktøjsmaskiner har normalt flere sæt servosystemer:
Én fremføringsservo for hver af X-aksen, Y-aksen og Z-aksen: Styrer bevægelsen af værktøjet og arbejdsbordet
Spindelservo: Styrer spindlens (værktøj) rotationshastighed
Fokus for spindelservoen og foderservoen er lidt anderledes: foderservoen forfølger positionsnøjagtighed (bevægelsesmængden skal være præcis), og spindelservoen forfølger hastighedsstabilitet (hastigheden skal være konstant under skæring og kan ikke svinge på grund af ændringer i skærekraften). For fem-aksede værktøjsmaskiner er der to ekstra sæt servosystemer til at styre rotationsakserne (A/B/C-akser), og der kan være 5 til 6 sæt servoer, der arbejder på samme tid.
System 3: Maskinværktøjs mekaniske krop — Skelet og led
Servomotoren genererer rotationsbevægelse, men værktøjsmaskinen udfører lineær bevægelse og rotationspositionering af værktøjet. Det er nødvendigt at konvertere motorrotationen til præcis bevægelse af forskellige dele af værktøjsmaskinen, som er afhængig af den mekaniske krop. Kernekomponenterne i det mekaniske legeme:
Seng / ramme: Værktøjsmaskinens grundlæggende struktur, normalt lavet af støbejern eller svejset stålplade. En god seng har høj stivhed og god vibrationsmodstand, hvilket er forudsætningen for at sikre behandlingsnøjagtighed. (To-line og en-hård tre-akset optisk maskine)
Lineær guide / vej: "Bornen", der leder arbejdsbordet og spindelhovedet til at bevæge sig i en bestemt retning. Moderne bearbejdningscentre anvender generelt lineære rullestyr, som har lille friktion, høj præcision og hurtig respons. Værktøjsmaskiner med høj præcision vil bruge hydrostatiske føringer med næsten ingen friktion.
Kugleskrue: Kernedelen, der konverterer servomotorens rotationsbevægelse til den lineære bevægelse af arbejdsbordet. Kugleskruen overfører kraft gennem rulning af interne stålkugler med ekstremt lille friktion og kan opnå positioneringsnøjagtighed på mikronniveau.
Spindel: Kernekomponenten, der klemmer værktøjet og roterer med høj hastighed. Spindlens nøjagtighed (runout) påvirker direkte behandlingsnøjagtigheden, og spindlens maksimale hastighed bestemmer den hastighed, du kan behandle med. High-speed spindler kan nå 40.000 rpm eller endnu højere. (Billedkilde: Luoyi)
System 4: Detektions- og feedbacksystem — Eyes of Closed-Loop Control
Dette er et meget kritisk system, som mange begyndere ikke ved meget om. CNC-systemet fortæller servomotoren at "rotere 10 omgange", men hvordan ved det, at motoren faktisk har roteret præcis 10 omgange? Har værktøjet faktisk flyttet den afstand, du har anmodet om? Det er afhængigt af detektions- og feedbacksystemet, hvis funktion er at måle den faktiske position i realtid og sende den tilbage til CNC-enheden, hvilket gør det muligt for systemet automatisk at korrigere afvigelsen i henhold til fejlen.
Denne cyklus med "udstedelse af instruktioner → udførelse → registrering af faktiske værdier → sammenligning af afvigelser → korrigering af instruktioner" kaldes lukket sløjfekontrol, som er kernemekanismen til at sikre CNC-nøjagtighed.
Der er to typer almindeligt anvendte detektionskomponenter:
Roterende encoder: Installeret på servomotorakslen for at registrere motorens rotationsvinkel. Da den registrerer motorenden i stedet for arbejdsbordets ende, er der stadig fejl, såsom skruelastisk deformation, som hører til semi-closed-loop kontrol. De fleste bearbejdningscentre anvender dette skema, og positioneringsnøjagtigheden er normalt ±0,005 ~ 0,01 mm.
Lineær skala: Direkte installeret ved siden af værktøjsmaskinens styreskinne for at måle den faktiske lineære forskydning af arbejdsbordet. Fordi den direkte måler arbejdsbordets position, eliminerer den fejl i transmissionsforbindelser såsom kugleskruen, der tilhører fuld-lukket sløjfe kontrol med højere nøjagtighed (op til ±0,001 mm). Højpræcisionsværktøjsmaskiner og præcise femaksede værktøjsmaskiner er generelt udstyret med lineære skalaer. (RENISHAW lineær skala)
System 5: Hjælpefunktionssystem — gør det muligt for værktøjsmaskinen at "fungere"
De første fire systemer sikrer tilsammen, at værktøjet kan bevæge sig præcist. Men for virkelig at fuldføre behandlingen er der brug for en række hjælpefunktioner:
Automatisk værktøjsskifter (ATC): En af de vigtigste funktioner ved bearbejdningscentre. Værktøjsmagasinet gemmer flere værktøjer, og manipulatoren fuldfører automatisk hele processen under værktøjsskift, som normalt kun tager et par sekunder. Værktøjsmagasinets kapacitet spænder fra 8 til mere end 100 værktøjer.
Kølesystem: Der genereres meget varme mellem værktøjet og emnet under bearbejdningen. Kølevæsken er ansvarlig for køling, smøring og fjernelse af spåner. Almindelige metoder omfatter ekstern spraykøling, intern afkøling (sprøjtning direkte til skæreområdet gennem spindlen og værktøjets centerhul) osv.
Pneumatisk/hydraulisk system: Bruges til handlinger, der kræver stor kraft, såsom fastspænding af emner, værktøjsskiftehandlinger og spindelværktøjsudløsning.
PLC (Programmable Logic Controller): CNC-enheden styrer kun bevægelsesstyring, mens et stort antal af afbrydermængdekontroller på værktøjsmaskinen (værktøjsskift, kølevæskekontakt, beskyttelsesdørspærre osv.) håndteres af den indbyggede PLC. PLC'en og CNC-enheden samarbejder om at danne et komplet værktøjsmaskinekontrolsystem.
Signalflow for de fem kernesystemer (forstå et blik)
Hele systemets arbejdsproces kan forstås med en signalkæde: dette er alt, hvad der sker efter at have "trykket på cyklusstarten", en præcis lukket sløjfe-kontrolproces, der gentages tusindvis af gange i sekundet.
Introduktion til almindelige CNC-systemmærker
Efter at have forstået CNC-enhedens rolle, lad os lære de vigtigste mærker på markedet at kende:
FANUC: Et japansk mærke med den største globale markedsandel og ekstrem høj belægningsprocent på indenlandske fabrikker. Systemet er stabilt og pålideligt med et komplet teknisk økosystem, hvilket gør det til det første valg til indlæring på begynderniveau (de efterfølgende operationseksempler i denne serie vil hovedsageligt fokusere på FANUC).
Siemens SINUMERIK: Et tysk mærke, mainstream-konfigurationen af værktøjsmaskiner i europæisk stil. SINUMERIK ONE er et avanceret værktøjsmaskininstallationssystem med kraftfulde funktioner og perfekt fem-akset støtte, men indlæringskurven er stejl. Det er meget udbredt i indenlandske bil- og rumfartsområder.
Heidenhain TNC: Et tysk mærke, der fokuserer på fræsebearbejdningscentre, med den mest raffinerede fem-akse funktionsstøtte og et højt omdømme inden for rumfart og præcisionsstøbeforme.
Indenlandske mærker har udviklet sig hurtigt i de seneste år, og de vigtigste repræsentanter er som følger:
| Mærke | Tilknyttet selskab | Vigtigste fordele | Markedspositionering | Fem-akset støtte |
| Huazhong Type 9 | Huazhong CNC | Indenlandsk CPU, uafhængig og kontrollerbar | Mellem til lav ende, indenlandsk udskiftning | Generelt |
| GSK | Guangzhou CNC | Prisfordel, komplette understøttende faciliteter | Økonomiske værktøjsmaskiner | Generelt |
| Kede GNC62 | Kede CNC | Fem-akset kobling og dreje-mølle kompositbearbejdning | Mellem til høj ende marked | Godt |
| Syntec | Syntec teknologi | Stærk CAM-kompatibilitet, brugervenlig grænseflade | Mid-end, hurtigst voksende i det fem-akse felt | Godt |
Særligt fokus: Syntec System — Hovedkraften i indenlandske femakser
Blandt mange indenlandske CNC-systemer har Syntec i de seneste år præsteret særligt fremtrædende inden for femaksebehandlingsområdet og er blevet et af systemerne med den højeste installationsrate af indenlandske femaksede værktøjsmaskiner.
Kernefordelene ved Syntec er: ekstrem stærk CAM-softwarekompatibilitet, der understøtter efterbehandlingsoutput af næsten al almindelig CAM-software; G-kode er grundlæggende kompatibel med FANUC CNC-systemer, betjeningsgrænsefladen er brugervenlig for begyndere, og læringsomkostningerne er lavere end traditionelle europæiske og amerikanske systemer; samtidig præsterer den stabilt i nøglefunktioner som femakset RTCP og værktøjsaksestyring, hvilket er en vigtig grund til, at en lang række femaksede værktøjsmaskiner vælger Syntec som standard konfigurationssystem.
Hvis du eller din virksomhed planlægger at købe en indenlandsk fem-akset værktøjsmaskine, eller ønsker at forstå udviklingsstatus for indenlandske systemer, kan du være opmærksom på Syntec-systemet, som også har rigelige læringsressourcer online. I de efterfølgende praktiske betjeningsdemonstrationer af denne serie vil vi også overveje at tilføje betjeningseksempler af Syntec-systemet.
Resumé af denne artikel
· CNC-enhed: Hjernen, som læser programmer, udfører interpolationsberegninger og udsender bevægelsesinstruktioner
· Servosystem: Musklerne, som driver den præcise bevægelse af hver aksemotor
· Mekanisk krop: Skelettet, inklusive seng, styreskinne, kugleskrue og spindel
#CNCMachineTools #CNCCoreSystems #FANUCSiemens #FiveAxisMachining #SyntecSystem #CNCTechnology #CNCMachining
