Έχετε αναρωτηθεί ποτέ τι συμβαίνει μετά το πάτημα του κουμπιού «Cycle Start»; Όταν πατήσετε το πράσινο κουμπί «CYCLE START» στον πίνακα χειρισμού, η εργαλειομηχανή αρχίζει να κινείται σύμφωνα με το πρόγραμμα. Η όλη διαδικασία φαίνεται «μαγική» — αλλά πίσω της υπάρχει ένα πολύ αυστηρό σύστημα που συνεργάζεται: ένα εξάρτημα διαβάζει το πρόγραμμα, ένα άλλο μετατρέπει τις οδηγίες σε ηλεκτρικά σήματα, ένα άλλο περιστρέφει τον κινητήρα, ένα άλλο ανιχνεύει συνεχώς την ανάδραση θέσης και ένα άλλο ελέγχει την αλλαγή του ψυκτικού και του εργαλείου…
Αυτά τα «ορισμένα εξαρτήματα» είναι τα πέντε βασικά συστήματα των εργαλειομηχανών CNC. Η κατανόηση αυτών των πέντε συστημάτων δεν είναι μόνο για να ικανοποιήσει την περιέργεια — όταν η εργαλειομηχανή χαλάσει, μπορείτε να κρίνετε χονδρικά σε ποιο σύνδεσμο βρίσκεται το πρόβλημα. Όταν μάθετε βαθύτερες γνώσεις, θα έχετε ένα σαφές πλαίσιο για να κατανοήσετε το νέο περιεχόμενο.
Σύστημα 1: Συσκευή CNC (CNC Controller) — Ο «εγκέφαλος» της εργαλειομηχανής
(Πηγή εικόνας: Siemens) Η συσκευή CNC είναι ο πυρήνας ολόκληρης της εργαλειομηχανής, που είναι αυτό που ονομάζουμε συχνά «σύστημα CNC» ή ελεγκτής CNC. Η διαδικασία λειτουργίας του έχει ως εξής:
Ανάγνωση του προγράμματος: Διαβάστε το πρόγραμμα NC από μνήμη, κάρτα CF ή διεπαφή δικτύου
Αποκωδικοποίηση: «Μετάφραση» εντολών όπως ο G-code και ο M-code σε δεδομένα που το σύστημα μπορεί να επεξεργαστεί εσωτερικά
Υπολογισμός παρεμβολής: Σύμφωνα με τις οδηγίες κίνησης, υπολογίστε πόσο πρέπει να κινηθεί κάθε άξονας σε κάθε μονάδα χρόνου (αυτός είναι ο πιο βασικός υπολογισμός — αποσυνθέτοντας «από το σημείο Α στο σημείο Β» σε αμέτρητα μικροσκοπικά βήματα)
Έκδοση οδηγιών ελέγχου: Στείλτε την ποσότητα κίνησης κάθε άξονα στο σύστημα σερβομηχανισμού με τη μορφή ηλεκτρικών σημάτων
Συντονισμός βοηθητικών λειτουργιών: Έλεγχος λειτουργιών του κωδικού M, όπως η ταχύτητα του άξονα, η αλλαγή εργαλείου και το ψυκτικό
Η συσκευή CNC όχι μόνο εκτελεί παθητικά το πρόγραμμα, αλλά λαμβάνει επίσης ανάδραση θέσης σε πραγματικό χρόνο από κάθε άξονα και διορθώνει τις αποκλίσεις κίνησης ανά πάσα στιγμή. Ο πίνακας λειτουργίας και η οθόνη που βλέπετε συνήθως στην εργαλειομηχανή είναι η διεπαφή αλληλεπίδρασης ανθρώπου-υπολογιστή της συσκευής CNC — εισάγετε προγράμματα, τροποποιείτε παραμέτρους και ελέγχετε τις συντεταγμένες σε όλη αυτή τη διεπαφή για να επικοινωνείτε με τη συσκευή CNC.
Σύστημα 2: Servo System — Οι «Μύες» της Εργαλειομηχανής
Η συσκευή CNC εκδίδει μια οδηγία "με κίνηση του άξονα X 0,001mm", αλλά αυτή η οδηγία πρέπει να μετατραπεί σε πραγματική μηχανική κίνηση από το σερβοσύστημα. (Πηγή εικόνας: FANUC)
Το σερβο σύστημα αποτελείται από δύο μέρη:
Servo Drive: Λαμβάνει το σήμα ελέγχου που αποστέλλεται από τη συσκευή CNC, το ενισχύει και το μετατρέπει σε ηλεκτρική ενέργεια για την κίνηση του κινητήρα. Είναι ισοδύναμο με έναν «ενισχυτή ισχύος» ακριβείας.
Servo Motor: Μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική περιστροφική κίνηση. Η διαφορά μεταξύ ενός σερβοκινητήρα και ενός συνηθισμένου κινητήρα είναι ότι ο σερβοκινητήρας έχει έναν ενσωματωμένο κωδικοποιητή θέσης, ο οποίος μπορεί να ελέγξει με ακρίβεια τη γωνία περιστροφής και η ταχύτητα απόκρισής του είναι εξαιρετικά γρήγορη — μπορεί να ξεκινήσει, να σταματήσει ή να αλλάξει ταχύτητα σε χιλιοστά του δευτερολέπτου.
Οι εργαλειομηχανές CNC έχουν συνήθως πολλαπλά σερβο συστήματα:
Ένας σερβομηχανισμός τροφοδοσίας για κάθε άξονα Χ, άξονα Υ και άξονα Ζ: Ελέγχει την κίνηση του εργαλείου και της επιφάνειας εργασίας
Servo ατράκτου: Ελέγχει την ταχύτητα περιστροφής του άξονα (εργαλείο)
Η εστίαση του σερβομηχανισμού άξονα και του σερβομηχανισμού τροφοδοσίας είναι ελαφρώς διαφορετική: ο σερβομηχανισμός τροφοδοσίας επιδιώκει την ακρίβεια θέσης (η ποσότητα κίνησης πρέπει να είναι ακριβής) και ο σερβομηχανισμός άξονα επιδιώκει τη σταθερότητα της ταχύτητας (η ταχύτητα πρέπει να είναι σταθερή κατά την κοπή και δεν μπορεί να κυμαίνεται λόγω αλλαγών στη δύναμη κοπής). Για εργαλειομηχανές πέντε αξόνων, υπάρχουν δύο επιπλέον σετ σερβο-συστημάτων για τον έλεγχο των αξόνων περιστροφής (άξονες A/B/C) και μπορεί να λειτουργούν 5 έως 6 σετ σερβομηχανημάτων ταυτόχρονα.
Σύστημα 3: Μηχανικό σώμα εργαλειομηχανών — Σκελετός και αρθρώσεις
Ο σερβοκινητήρας παράγει περιστροφική κίνηση, αλλά η εργαλειομηχανή εκτελεί γραμμική κίνηση και περιστροφική τοποθέτηση του εργαλείου. Είναι απαραίτητο να μετατραπεί η περιστροφή του κινητήρα σε ακριβή κίνηση διαφόρων τμημάτων της εργαλειομηχανής, η οποία βασίζεται στο μηχανικό σώμα. Τα βασικά στοιχεία του μηχανικού σώματος:
Κρεβάτι / Πλαίσιο: Η βασική δομή της εργαλειομηχανής, συνήθως από χυτοσίδηρο ή συγκολλημένη πλάκα χάλυβα. Ένα καλό κρεβάτι έχει υψηλή ακαμψία και καλή αντοχή στους κραδασμούς, που είναι η προϋπόθεση για τη διασφάλιση της ακρίβειας επεξεργασίας. (Οπτικό μηχάνημα δύο γραμμών και ενός σκληρού τριών αξόνων)
Γραμμικός οδηγός / Τρόπος: Η «τροχιά» που οδηγεί την επιφάνεια εργασίας και την κεφαλή του άξονα να κινηθούν προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση. Τα σύγχρονα κέντρα κατεργασίας υιοθετούν γενικά γραμμικούς οδηγούς κύλισης, οι οποίοι έχουν μικρή τριβή, υψηλή ακρίβεια και γρήγορη απόκριση. Οι εργαλειομηχανές υψηλής ακρίβειας θα χρησιμοποιούν υδροστατικούς οδηγούς με σχεδόν μηδενική τριβή.
Ball Screw: Το τμήμα πυρήνα που μετατρέπει την περιστροφική κίνηση του σερβοκινητήρα στη γραμμική κίνηση του πάγκου εργασίας. Η σφαιρική βίδα μεταδίδει δύναμη μέσω της κύλισης εσωτερικών χαλύβδινων σφαιρών, με εξαιρετικά μικρή τριβή, και μπορεί να επιτύχει ακρίβεια τοποθέτησης σε επίπεδο micron.
Άτρακτος: Το εξάρτημα πυρήνα που σφίγγει το εργαλείο και περιστρέφεται με υψηλή ταχύτητα. Η ακρίβεια (runout) του άξονα επηρεάζει άμεσα την ακρίβεια επεξεργασίας και η μέγιστη ταχύτητα του άξονα καθορίζει την ταχύτητα με την οποία μπορείτε να επεξεργαστείτε. Οι άξονες υψηλής ταχύτητας μπορούν να φτάσουν τις 40.000 rpm ή και υψηλότερες. (Πηγή εικόνας: Luoyi)
Σύστημα 4: Σύστημα ανίχνευσης και ανάδρασης — Τα μάτια του ελέγχου κλειστού βρόχου
Αυτό είναι ένα πολύ κρίσιμο σύστημα για το οποίο πολλοί αρχάριοι δεν γνωρίζουν πολλά. Το σύστημα CNC λέει στον σερβοκινητήρα να "περιστρέφεται 10 στροφές", αλλά πώς ξέρει ότι ο κινητήρας έχει πραγματικά περιστραφεί ακριβώς 10 στροφές; Έχει πράγματι μετακινηθεί το εργαλείο την απόσταση που ζητήσατε; Βασίζεται στο σύστημα ανίχνευσης και ανάδρασης, του οποίου η λειτουργία είναι να μετρήσει την πραγματική θέση σε πραγματικό χρόνο και να την τροφοδοτήσει στη συσκευή CNC, επιτρέποντας στο σύστημα να διορθώσει αυτόματα την απόκλιση σύμφωνα με το σφάλμα.
Αυτός ο κύκλος «έκδοση εντολών → εκτέλεση → ανίχνευση πραγματικών τιμών → σύγκριση αποκλίσεων → διόρθωση οδηγιών» ονομάζεται έλεγχος κλειστού βρόχου, ο οποίος είναι ο βασικός μηχανισμός για τη διασφάλιση της ακρίβειας CNC.
Υπάρχουν δύο τύποι εξαρτημάτων ανίχνευσης που χρησιμοποιούνται συνήθως:
Περιστροφικός κωδικοποιητής: Εγκαθίσταται στον άξονα του σερβοκινητήρα για να ανιχνεύει τη γωνία περιστροφής του κινητήρα. Δεδομένου ότι ανιχνεύει το άκρο του κινητήρα και όχι το άκρο του τραπεζιού εργασίας, εξακολουθούν να υπάρχουν σφάλματα όπως η ελαστική παραμόρφωση της βίδας, η οποία ανήκει στον έλεγχο ημικλειστού βρόχου. Τα περισσότερα κέντρα κατεργασίας υιοθετούν αυτό το σχήμα και η ακρίβεια τοποθέτησης είναι συνήθως ±0,005~0,01mm.
Γραμμική κλίμακα: Τοποθετείται απευθείας δίπλα στη ράγα οδήγησης εργαλειομηχανών για τη μέτρηση της πραγματικής γραμμικής μετατόπισης του πάγκου εργασίας. Επειδή μετρά άμεσα τη θέση του πάγκου εργασίας, εξαλείφει σφάλματα σε συνδέσμους μετάδοσης, όπως η σφαιρική βίδα, που ανήκουν στον έλεγχο πλήρους κλειστού βρόχου με μεγαλύτερη ακρίβεια (έως ±0,001 mm). Οι εργαλειομηχανές υψηλής ακρίβειας και οι εργαλειομηχανές πέντε αξόνων ακριβείας είναι γενικά εξοπλισμένες με γραμμικές κλίμακες. (γραμμική κλίμακα RENISHAW)
Σύστημα 5: Σύστημα βοηθητικής λειτουργίας — Ενεργοποίηση της εργαλειομηχανής να "λειτουργεί"
Τα πρώτα τέσσερα συστήματα μαζί διασφαλίζουν ότι το εργαλείο μπορεί να κινηθεί με ακρίβεια. Αλλά για να ολοκληρωθεί πραγματικά η επεξεργασία, χρειάζονται μια σειρά από βοηθητικές λειτουργίες:
Automatic Tool Changer (ATC): Ένα από τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά των κέντρων κατεργασίας. Το περιοδικό εργαλείων αποθηκεύει πολλά εργαλεία και ο χειριστής ολοκληρώνει αυτόματα ολόκληρη τη διαδικασία κατά την αλλαγή του εργαλείου, συνήθως μόνο σε λίγα δευτερόλεπτα. Η χωρητικότητα του γεμιστήρα εργαλείων κυμαίνεται από 8 έως περισσότερα από 100 εργαλεία.
Σύστημα ψύξης: Παράγεται πολλή θερμότητα μεταξύ του εργαλείου και του τεμαχίου εργασίας κατά την επεξεργασία. Το ψυκτικό υγρό είναι υπεύθυνο για την ψύξη, τη λίπανση και την αφαίρεση τσιπς. Οι συνήθεις μέθοδοι περιλαμβάνουν εξωτερική ψύξη με ψεκασμό, εσωτερική ψύξη (ψεκασμός απευθείας στην περιοχή κοπής μέσω της οπής του άξονα και του κέντρου του εργαλείου) κ.λπ.
Πνευματικό/Υδραυλικό σύστημα: Χρησιμοποιείται για ενέργειες που απαιτούν μεγάλη δύναμη, όπως σύσφιξη τεμαχίων εργασίας, ενέργειες αλλαγής εργαλείου και απελευθέρωση εργαλείου άξονα.
PLC (Programmable Logic Controller): Η συσκευή CNC διαχειρίζεται μόνο τον έλεγχο κίνησης, ενώ μεγάλος αριθμός ελέγχων ποσότητας διακόπτη στην εργαλειομηχανή (αλλαγή εργαλείου, διακόπτης ψυκτικού, προστατευτική κλειδαριά πόρτας κ.λπ.) διαχειρίζεται το ενσωματωμένο PLC. Το PLC και η συσκευή CNC συνεργάζονται για να σχηματίσουν ένα πλήρες σύστημα ελέγχου εργαλειομηχανών.
Ροή σήματος των πέντε πυρήνων συστημάτων (Κατανοήστε με μια ματιά)
Η διαδικασία λειτουργίας ολόκληρου του συστήματος μπορεί να γίνει κατανοητή με μια αλυσίδα σημάτων: αυτό είναι ό,τι συμβαίνει μετά το «πάτημα της έναρξης του κύκλου», μια ακριβής διαδικασία ελέγχου κλειστού βρόχου που επαναλαμβάνεται χιλιάδες φορές το δευτερόλεπτο.
Εισαγωγή στις κύριες επωνυμίες συστημάτων CNC
Αφού κατανοήσουμε τον ρόλο της συσκευής CNC, ας γνωρίσουμε τις κύριες μάρκες στην αγορά:
FANUC: Ιαπωνική μάρκα με το μεγαλύτερο παγκόσμιο μερίδιο αγοράς και εξαιρετικά υψηλό ποσοστό πληρότητας σε εγχώρια εργοστάσια. Το σύστημα είναι σταθερό και αξιόπιστο, με ένα πλήρες τεχνικό οικοσύστημα, καθιστώντας το την πρώτη επιλογή για εκμάθηση αρχικού επιπέδου (τα επόμενα παραδείγματα λειτουργίας αυτής της σειράς θα επικεντρωθούν κυρίως στο FANUC).
Siemens SINUMERIK: Μια γερμανική μάρκα, η κύρια διαμόρφωση εργαλειομηχανών ευρωπαϊκού τύπου. Το SINUMERIK ONE είναι ένα σύστημα εγκατάστασης εργαλειομηχανών προηγμένης τεχνολογίας με ισχυρές λειτουργίες και τέλεια υποστήριξη πέντε αξόνων, αλλά η καμπύλη εκμάθησης είναι απότομη. Χρησιμοποιείται ευρέως σε οικιακούς τομείς της αυτοκινητοβιομηχανίας και της αεροδιαστημικής.
Heidenhain TNC: Μια γερμανική μάρκα που εστιάζει στα κέντρα μηχανικής κατεργασίας φρεζαρίσματος, με την πιο εκλεπτυσμένη υποστήριξη λειτουργιών πέντε αξόνων και μεγάλη φήμη στους τομείς της αεροδιαστημικής και των καλουπιών ακριβείας.
Οι εγχώριες μάρκες έχουν αναπτυχθεί γρήγορα τα τελευταία χρόνια και οι κύριοι εκπρόσωποι είναι οι εξής:
| Μάρκα | Συνδεδεμένη Εταιρεία | Κύρια Πλεονεκτήματα | Τοποθέτηση στην αγορά | Υποστήριξη πέντε αξόνων |
| Huazhong Τύπος 9 | Huazhong CNC | Οικιακή CPU, ανεξάρτητη και ελεγχόμενη | Μεσαία προς χαμηλή, εγχώρια αντικατάσταση | Στρατηγός |
| GSK | Guangzhou CNC | Πλεονέκτημα τιμής, πλήρεις υποστηρικτικές εγκαταστάσεις | Οικονομικές εργαλειομηχανές | Στρατηγός |
| Kede GNC62 | Kede CNC | Επεξεργασία σύνθετης σύνδεσης πέντε αξόνων και μύλος περιστροφής | Αγορά μεσαίου-υψηλού επιπέδου | Καλό |
| Syntec | Τεχνολογία Syntec | Ισχυρή συμβατότητα CAM, φιλική προς το χρήστη διεπαφή | Μεσαίο, ταχύτερα αναπτυσσόμενο στο πεδίο πέντε αξόνων | Καλό |
Ειδική εστίαση: Σύστημα Syntec — Η κύρια δύναμη των εγχώριων πέντε αξόνων
Μεταξύ πολλών οικιακών συστημάτων CNC, η Syntec έχει ιδιαίτερα σημαντική απόδοση στον τομέα επεξεργασίας πέντε αξόνων τα τελευταία χρόνια και έχει γίνει ένα από τα συστήματα με το υψηλότερο ποσοστό εγκατάστασης οικιακών εργαλειομηχανών πέντε αξόνων.
Τα βασικά πλεονεκτήματα του Syntec είναι: εξαιρετικά ισχυρή συμβατότητα λογισμικού CAM, που υποστηρίζει την έξοδο μετά την επεξεργασία σχεδόν όλου του mainstream λογισμικού CAM. Το G-code είναι βασικά συμβατό με συστήματα CNC FANUC, η διεπαφή λειτουργίας είναι φιλική προς τον χρήστη για αρχάριους και το κόστος εκμάθησης είναι χαμηλότερο από αυτό των παραδοσιακών ευρωπαϊκών και αμερικανικών συστημάτων. Ταυτόχρονα, αποδίδει σταθερά σε βασικές λειτουργίες όπως το RTCP πέντε αξόνων και ο έλεγχος άξονα εργαλείων, γεγονός που είναι ένας σημαντικός λόγος για τον οποίο ένας μεγάλος αριθμός κατασκευαστών εργαλειομηχανών πέντε αξόνων επιλέγει το Syntec ως το τυπικό σύστημα διαμόρφωσης.
Εάν εσείς ή η εταιρεία σας σχεδιάζετε να αγοράσετε μια εγχώρια εργαλειομηχανή πέντε αξόνων ή θέλετε να κατανοήσετε την κατάσταση ανάπτυξης των οικιακών συστημάτων, μπορείτε να δώσετε προσοχή στο σύστημα Syntec, το οποίο διαθέτει επίσης άφθονους πόρους εκμάθησης στο διαδίκτυο. Στις επόμενες πρακτικές επιδείξεις λειτουργίας αυτής της σειράς, θα εξετάσουμε επίσης την προσθήκη παραδειγμάτων λειτουργίας του συστήματος Syntec.
Περίληψη αυτού του άρθρου
· Συσκευή CNC: Ο εγκέφαλος, που διαβάζει προγράμματα, εκτελεί υπολογισμούς παρεμβολής και εκδίδει οδηγίες κίνησης
· Σύστημα Servo: Οι μύες, που οδηγούν την ακριβή κίνηση κάθε κινητήρα άξονα
· Μηχανικό σώμα: Ο σκελετός, συμπεριλαμβανομένου του κρεβατιού, της ράγας οδήγησης, της σφαιρικής βίδας και του άξονα
#CNCMachineTools #CNCCoreSystems #FANUCSiemens #FiveAxisMachining #SyntecSystem #CNCTechnology #CNCMachining
