¿Alguna vez te has preguntado qué sucede después de presionar el botón "Inicio de ciclo"? Cuando presiona el botón verde "INICIO DE CICLO" en el panel de operación, la máquina herramienta comienza a moverse de acuerdo con el programa. Todo el proceso parece “mágico”, pero detrás hay un sistema de colaboración muy riguroso: un componente lee el programa, otro convierte las instrucciones en señales eléctricas, otro hace girar el motor, otro detecta continuamente la retroalimentación de posición y otro controla el refrigerante y el cambio de herramienta…
Estos "ciertos componentes" son los cinco sistemas centrales de las máquinas herramienta CNC. Comprender estos cinco sistemas no es sólo para satisfacer la curiosidad: cuando la máquina herramienta se avería, se puede juzgar aproximadamente en qué eslabón está el problema; Cuando adquiera conocimientos más profundos, tendrá un marco claro para comprender el contenido nuevo.
Sistema 1: Dispositivo CNC (controlador CNC): el "cerebro" de la máquina herramienta
(Fuente de la imagen: Siemens) El dispositivo CNC es el núcleo de toda la máquina herramienta, que es lo que a menudo llamamos el "sistema CNC" o controlador CNC. Su proceso de trabajo es el siguiente:
Leer el programa: leer el programa NC desde la memoria, la tarjeta CF o la interfaz de red
Decodificación: "Traducir" instrucciones como el código G y el código M en datos que el sistema puede procesar internamente
Cálculo de interpolación: de acuerdo con las instrucciones de movimiento, calcule cuánto debe moverse cada eje en cada unidad de tiempo (este es el cálculo más básico: descomponer "del punto A al punto B" en innumerables pequeños pasos)
Emitir instrucciones de control: envía la cantidad de movimiento de cada eje al servosistema en forma de señales eléctricas.
Funciones auxiliares de coordinación: controle las funciones del código M, como la velocidad del husillo, el cambio de herramienta y el refrigerante.
El dispositivo CNC no sólo ejecuta pasivamente el programa, sino que también recibe información de posición en tiempo real de cada eje y corrige las desviaciones de movimiento en cualquier momento. El panel de operación y la pantalla de visualización que normalmente ve en la máquina herramienta son la interfaz de interacción persona-computadora del dispositivo CNC: usted ingresa programas, modifica parámetros y verifica las coordenadas a través de esta interfaz para comunicarse con el dispositivo CNC.
Sistema 2: Sistema servo: los “músculos” de la máquina herramienta
El dispositivo CNC emite una instrucción de "El eje X se mueve 0,001 mm", pero el servosistema debe convertir esta instrucción en movimiento mecánico real. (Fuente de la imagen: FANUC)
El servosistema consta de dos partes:
Servo Drive: Recibe la señal de control enviada por el dispositivo CNC, la amplifica y la convierte en energía eléctrica para accionar el motor. Es equivalente a un “amplificador de potencia” de precisión.
Servomotor: convierte la energía eléctrica en movimiento de rotación mecánico. La diferencia entre un servomotor y un motor común es que el servomotor tiene un codificador de posición incorporado, que puede controlar con precisión el ángulo de rotación, y su velocidad de respuesta es extremadamente rápida: puede arrancar, detener o cambiar la velocidad en milisegundos.
Las máquinas herramienta CNC suelen tener varios conjuntos de servosistemas:
Un servo de alimentación para cada uno de los ejes X, Y y Z: controla el movimiento de la herramienta y la mesa de trabajo.
Servo husillo: Controla la velocidad de rotación del husillo (herramienta)
El enfoque del servo del husillo y del servo de alimentación es ligeramente diferente: el servo de alimentación busca la precisión de la posición (la cantidad de movimiento debe ser precisa) y el servo del husillo busca la estabilidad de la velocidad (la velocidad debe ser constante durante el corte y no puede fluctuar debido a los cambios en la fuerza de corte). Para las máquinas herramienta de cinco ejes, hay dos conjuntos adicionales de servosistemas para controlar los ejes de rotación (ejes A/B/C), y puede haber de 5 a 6 conjuntos de servos trabajando al mismo tiempo.
Sistema 3: Cuerpo mecánico de máquina herramienta: esqueleto y articulaciones
El servomotor genera un movimiento de rotación, pero la máquina herramienta realiza un movimiento lineal y un posicionamiento rotacional de la herramienta. Es necesario convertir la rotación del motor en un movimiento preciso de varias partes de la máquina herramienta, que depende del cuerpo mecánico. Los componentes principales del cuerpo mecánico:
Bancada/Marco: Estructura básica de la máquina herramienta, generalmente hecha de hierro fundido o placa de acero soldada. Una buena cama tiene alta rigidez y buena resistencia a las vibraciones, que es la premisa para garantizar la precisión del procesamiento. (Máquina óptica de tres ejes de dos líneas y una dura)
Guía/vía lineal: La “pista” que guía la mesa de trabajo y el cabezal del husillo para moverse en una dirección específica. Los centros de mecanizado modernos generalmente adoptan guías rodantes lineales, que tienen poca fricción, alta precisión y respuesta rápida. Las máquinas herramienta de alta precisión utilizarán guías hidrostáticas con fricción casi nula.
Husillo de bolas: la parte central que convierte el movimiento de rotación del servomotor en el movimiento lineal de la mesa de trabajo. El husillo de bolas transmite fuerza a través del rodamiento de bolas de acero internas, con una fricción extremadamente pequeña, y puede lograr una precisión de posicionamiento a nivel de micras.
Husillo: El componente central que sujeta la herramienta y gira a alta velocidad. La precisión (desviación) del husillo afecta directamente la precisión del procesamiento y la velocidad máxima del husillo determina la velocidad a la que se puede procesar. Los husillos de alta velocidad pueden alcanzar las 40.000 rpm o incluso más. (Fuente de la imagen: Luoyi)
Sistema 4: Sistema de detección y retroalimentación: los ojos del control de circuito cerrado
Este es un sistema muy crítico del que muchos principiantes no saben mucho. El sistema CNC le dice al servomotor que “gire 10 vueltas”, pero ¿cómo sabe que el motor realmente ha girado exactamente 10 vueltas? ¿La herramienta realmente se ha movido la distancia que usted solicitó? Se basa en el sistema de detección y retroalimentación, cuya función es medir la posición real en tiempo real y retroalimentarla al dispositivo CNC, permitiendo al sistema corregir automáticamente la desviación según el error.
Este ciclo de “emitir instrucciones → ejecutar → detectar valores reales → comparar desviaciones → corregir instrucciones” se denomina control de bucle cerrado, que es el mecanismo central para garantizar la precisión del CNC.
Hay dos tipos de componentes de detección comúnmente utilizados:
Codificador rotatorio: instalado en el eje del servomotor para detectar el ángulo de rotación del motor. Dado que detecta el extremo del motor en lugar del extremo de la mesa de trabajo, aún existen errores como la deformación elástica del tornillo, que pertenece al control de circuito semicerrado. La mayoría de los centros de mecanizado adoptan este esquema y la precisión de posicionamiento suele ser de ±0,005~0,01 mm.
Escala lineal: instalada directamente junto al riel guía de la máquina herramienta para medir el desplazamiento lineal real de la mesa de trabajo. Debido a que mide directamente la posición de la mesa de trabajo, elimina errores en los enlaces de transmisión como el husillo de bolas, perteneciente al control de circuito cerrado completo con mayor precisión (hasta ±0,001 mm). Las máquinas herramienta de alta precisión y las máquinas herramienta de precisión de cinco ejes generalmente están equipadas con escalas lineales. (Escala lineal RENISHAW)
Sistema 5: Sistema de función auxiliar: permitir que la máquina herramienta “trabaje”
Los primeros cuatro sistemas juntos garantizan que la herramienta pueda moverse con precisión. Pero para completar verdaderamente el procesamiento se necesitan una serie de funciones auxiliares:
Cambiador Automático de Herramientas (ATC): Una de las características más importantes de los centros de mecanizado. El almacén de herramientas almacena múltiples herramientas y el manipulador completa automáticamente todo el proceso durante el cambio de herramienta, lo que generalmente solo toma unos segundos. La capacidad del almacén de herramientas oscila entre 8 y más de 100 herramientas.
Sistema de enfriamiento: se genera mucho calor entre la herramienta y la pieza de trabajo durante el procesamiento. El refrigerante se encarga de enfriar, lubricar y eliminar virutas. Los métodos comunes incluyen enfriamiento por aspersión externo, enfriamiento interno (rociado directamente al área de corte a través del husillo y el orificio central de la herramienta), etc.
Sistema neumático/hidráulico: Se utiliza para acciones que requieren gran fuerza, como sujetar piezas de trabajo, acciones de cambio de herramientas y liberación de herramientas del husillo.
PLC (controlador lógico programable): el dispositivo CNC solo gestiona el control de movimiento, mientras que el PLC integrado gestiona una gran cantidad de controles de cantidad de interruptores en la máquina herramienta (cambio de herramienta, interruptor de refrigerante, enclavamiento de puerta protectora, etc.). El PLC y el dispositivo CNC cooperan para formar un sistema completo de control de máquina herramienta.
Flujo de señales de los cinco sistemas centrales (comprensión de un vistazo)
El proceso de funcionamiento de todo el sistema se puede entender con una cadena de señales: esto es todo lo que sucede después de “presionar el inicio del ciclo”, un proceso de control preciso de bucle cerrado que se repite miles de veces por segundo.
Introducción a las principales marcas de sistemas CNC
Después de entender el papel del dispositivo CNC, conozcamos las principales marcas del mercado:
FANUC: una marca japonesa con la mayor cuota de mercado mundial y una tasa de ocupación extremadamente alta en las fábricas nacionales. El sistema es estable y confiable, con un ecosistema técnico completo, lo que lo convierte en la primera opción para el aprendizaje de nivel inicial (los ejemplos de operación posteriores de esta serie se centrarán principalmente en FANUC).
Siemens SINUMERIK: una marca alemana, la configuración principal de máquinas herramienta de estilo europeo. SINUMERIK ONE es un sistema de instalación de máquinas herramienta de alta gama con potentes funciones y soporte perfecto de cinco ejes, pero la curva de aprendizaje es pronunciada. Es ampliamente utilizado en los campos automotor y aeroespacial nacional.
Heidenhain TNC: una marca alemana centrada en centros de mecanizado de fresado, con el soporte de funciones de cinco ejes más refinado y una gran reputación en los campos aeroespacial y de moldes de precisión.
Las marcas nacionales se han desarrollado rápidamente en los últimos años y los principales representantes son los siguientes:
| Marca | Empresa afiliada | Principales ventajas | Posicionamiento en el mercado | Soporte de cinco ejes |
| Huazhong Tipo 9 | CNC de Huazhong | CPU doméstica, independiente y controlable. | Reemplazo nacional de gama media a baja | generales |
| GSK | CNC de Cantón | Ventaja de precio, instalaciones de soporte completas. | Máquinas herramienta económicas | generales |
| Kede GNC62 | CNC | Varillaje de cinco ejes y procesamiento de compuestos torno-fresado | Mercado de gama media a alta | bueno |
| Sintec | Tecnología Syntec | Fuerte compatibilidad con CAM, interfaz fácil de usar | La gama media, de mayor crecimiento en el campo de los cinco ejes | bueno |
Enfoque especial: sistema Syntec: la fuerza principal de los cinco ejes domésticos
Entre muchos sistemas CNC nacionales, Syntec ha tenido un desempeño particularmente destacado en el campo del procesamiento de cinco ejes en los últimos años y se ha convertido en uno de los sistemas con la mayor tasa de instalación de máquinas herramienta nacionales de cinco ejes.
Las principales ventajas de Syntec son: compatibilidad extremadamente sólida con el software CAM, que admite la salida de posprocesamiento de casi todo el software CAM convencional; El código G es básicamente compatible con los sistemas CNC de FANUC, la interfaz de operación es fácil de usar para principiantes y el costo de aprendizaje es menor que el de los sistemas tradicionales europeos y americanos; al mismo tiempo, se desempeña de manera estable en funciones clave como RTCP de cinco ejes y control de ejes de herramientas, lo cual es una razón importante por la cual una gran cantidad de fabricantes de máquinas herramienta de cinco ejes eligen Syntec como el sistema de configuración estándar.
Si usted o su empresa planean comprar una máquina herramienta doméstica de cinco ejes o desean comprender el estado de desarrollo de los sistemas domésticos, pueden prestar atención al sistema Syntec, que también cuenta con abundantes recursos de aprendizaje en línea. En las demostraciones de operación práctica posteriores de esta serie, también consideraremos agregar ejemplos de operación del sistema Syntec.
Resumen de este artículo
· Dispositivo CNC: El cerebro, que lee programas, realiza cálculos de interpolación y emite instrucciones de movimiento.
· Servosistema: Los músculos que impulsan el movimiento preciso de cada eje motor.
· Cuerpo mecánico: el esqueleto, que incluye la base, el riel guía, el husillo de bolas y el husillo.
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