Algunha vez preguntácheste que pasa despois de premer o botón "Iniciar ciclo"? Cando preme o botón verde "INICIO DE CICLO" no panel de operacións, a máquina ferramenta comeza a moverse segundo o programa. Todo o proceso parece "máxico", pero detrás hai un sistema moi rigoroso que colabora: un compoñente le o programa, outro converte as instrucións en sinais eléctricos, outro fai xirar o motor, outro detecta continuamente a retroalimentación de posición e outro controla o refrixerante e o cambio de ferramenta...
Estes "determinados compoñentes" son os cinco sistemas fundamentais das máquinas ferramenta CNC. Comprender estes cinco sistemas non é só satisfacer a curiosidade: cando a máquina-ferramenta se avaria, podes xulgar aproximadamente en que ligazón está o problema; cando aprendas coñecementos máis profundos, terás un marco claro para comprender novos contidos.
Sistema 1: Dispositivo CNC (Controlador CNC): O "cerebro" da máquina ferramenta
(Fonte da imaxe: Siemens) O dispositivo CNC é o núcleo de toda a máquina-ferramenta, que é o que a miúdo chamamos "sistema CNC" ou controlador CNC. O seu proceso de traballo é o seguinte:
Lectura do programa: Le o programa NC desde a memoria, tarxeta CF ou interface de rede
Decodificación: "Traducir" instrucións como código G e código M en datos que o sistema pode procesar internamente
Cálculo de interpolación: segundo as instrucións de movemento, calcula canto debe moverse cada eixe en cada unidade de tempo (este é o cálculo máis básico: descompoñendo "do punto A ao punto B" en incontables pequenos pasos)
Emisión de instrucións de control: enviar a cantidade de movemento de cada eixe ao servosistema en forma de sinais eléctricos
Coordinación de funcións auxiliares: controla funcións do código M como a velocidade do eixo, o cambio de ferramenta e o refrixerante
O dispositivo CNC non só executa pasivamente o programa, senón que tamén recibe comentarios de posición en tempo real de cada eixe e corrixe as desviacións de movemento en calquera momento. O panel de operacións e a pantalla de visualización que adoita ver na máquina-ferramenta son a interface de interacción humano-ordenador do dispositivo CNC: introduce programas, modifica parámetros e verifica as coordenadas a través desta interface para comunicarse co dispositivo CNC.
Sistema 2: Sistema Servo - Os "Músculos" da Máquina Ferramenta
O dispositivo CNC emite unha instrución de "Movemento do eixe X 0,001 mm", pero esta instrución debe ser convertida en movemento mecánico real polo servosistema. (Fonte da imaxe: FANUC)
O servosistema consta de dúas partes:
Servo Drive: recibe o sinal de control enviado polo dispositivo CNC, amplifica e convérteo en enerxía eléctrica para impulsar o motor. É equivalente a un "amplificador de potencia" de precisión.
Servomotor: converte a enerxía eléctrica en movemento de rotación mecánico. A diferenza entre un servomotor e un motor común é que o servomotor ten un codificador de posición incorporado, que pode controlar con precisión o ángulo de rotación e a súa velocidade de resposta é extremadamente rápida: pode iniciar, deter ou cambiar a velocidade en milisegundos.
As máquinas-ferramentas CNC adoitan ter varios conxuntos de servosistemas:
Un servo de alimentación para cada un dos eixes X, Y e Z: controla o movemento da ferramenta e da mesa de traballo
Servo do fuso: controla a velocidade de rotación do fuso (ferramenta)
O foco do servo do eixo e do servo de alimentación é lixeiramente diferente: o servo de alimentación busca a precisión da posición (a cantidade de movemento debe ser precisa) e o servo do eixo persegue a estabilidade da velocidade (a velocidade debe ser constante durante o corte e non pode fluctuar debido aos cambios na forza de corte). Para máquinas-ferramentas de cinco eixes, hai dous conxuntos adicionais de servosistemas para controlar os eixes de rotación (eixes A/B/C) e pode haber de 5 a 6 xogos de servos traballando ao mesmo tempo.
Sistema 3: Corpo mecánico da máquina ferramenta — Esqueleto e articulacións
O servomotor xera movemento de rotación, pero a máquina ferramenta realiza o movemento lineal e o posicionamento rotacional da ferramenta. É necesario converter a rotación do motor en movemento preciso de varias partes da máquina-ferramenta, que depende do corpo mecánico. Compoñentes fundamentais do corpo mecánico:
Cama / Marco: A estrutura básica da máquina-ferramenta, normalmente feita de fundición ou chapa de aceiro soldada. Unha boa cama ten unha alta rixidez e unha boa resistencia ás vibracións, que é a premisa para garantir a precisión do procesamento. (Máquina óptica de dúas liñas e unha dura de tres eixes)
Guía lineal / Camiño: a "pista" que guía a mesa de traballo e a cabeza do fuso para moverse nunha dirección específica. Os modernos centros de mecanizado xeralmente adoptan guías de rolamento lineais, que teñen unha pequena fricción, alta precisión e resposta rápida. As máquinas ferramenta de alta precisión utilizarán guías hidrostáticas con rozamento case nulo.
Parafuso de bolas: a parte central que converte o movemento de rotación do servomotor no movemento lineal da mesa de traballo. O parafuso de bolas transmite forza a través do rolo de bolas de aceiro internas, cunha fricción moi pequena, e pode acadar unha precisión de posicionamento a nivel de micras.
Eixo: o compoñente central que suxeita a ferramenta e xira a gran velocidade. A precisión (esgotamento) do fuso afecta directamente á precisión do procesamento e a velocidade máxima do fuso determina a velocidade á que pode procesar. Os fusos de alta velocidade poden alcanzar as 40.000 rpm ou incluso máis. (Fonte da imaxe: Luoyi)
Sistema 4: Sistema de detección e retroalimentación — Os ollos do control en bucle pechado
Este é un sistema moi crítico que moitos principiantes non saben moito. O sistema CNC di ao servomotor que "xire 10 voltas", pero como sabe que o motor realmente xirou exactamente 10 voltas? A ferramenta moveu realmente a distancia que solicitaches? Depende do sistema de detección e retroalimentación, cuxa función é medir a posición real en tempo real e devolvela ao dispositivo CNC, permitindo que o sistema corrixa automaticamente a desviación segundo o erro.
Este ciclo de "emitir instrucións → executar → detectar valores reais → comparar desviacións → corrixir instrucións" chámase control de lazo pechado, que é o mecanismo principal para garantir a precisión do CNC.
Hai dous tipos de compoñentes de detección de uso habitual:
Codificador rotativo: instalado no eixe do servomotor para detectar o ángulo de rotación do motor. Dado que detecta o extremo do motor en lugar do extremo da mesa de traballo, aínda hai erros como a deformación elástica do parafuso, que pertence ao control de lazo semipechado. A maioría dos centros de mecanizado adoptan este esquema e a precisión de posicionamento adoita ser de ± 0,005 ~ 0,01 mm.
Escala lineal: instalada directamente xunto ao carril de guía da máquina-ferramenta para medir o desprazamento lineal real da mesa de traballo. Debido a que mide directamente a posición da mesa de traballo, elimina os erros nos enlaces de transmisión como o parafuso de bolas, pertencente ao control de lazo pechado completo con maior precisión (ata ± 0,001 mm). As máquinas-ferramentas de alta precisión e as máquinas-ferramentas de cinco eixes están xeralmente equipadas con escalas lineais. (escala lineal RENISHAW)
Sistema 5: Sistema de funcións auxiliares: habilitar a máquina-ferramenta para "funcionar"
Os catro primeiros sistemas xuntos garanten que a ferramenta poida moverse con precisión. Pero para completar realmente o procesamento, necesítanse unha serie de funcións auxiliares:
Cambiador automático de ferramentas (ATC): Unha das características máis importantes dos centros de mecanizado. O almacén de ferramentas almacena varias ferramentas e o manipulador completa automaticamente todo o proceso durante o cambio de ferramenta, normalmente só leva uns segundos. A capacidade do almacén de ferramentas varía de 8 a máis de 100 ferramentas.
Sistema de refrixeración: xérase moita calor entre a ferramenta e a peza durante o procesamento. O refrixerante é responsable do arrefriamento, lubricación e eliminación de virutas. Os métodos comúns inclúen o arrefriamento externo por pulverización, o arrefriamento interno (pulverización directamente na zona de corte a través do burato do eixe e do centro da ferramenta), etc.
Sistema neumático/hidráulico: úsase para accións que requiren gran forza, como suxeición de pezas de traballo, accións de cambio de ferramenta e liberación da ferramenta do eixo.
PLC (Controlador lóxico programable): o dispositivo CNC só xestiona o control de movemento, mentres que un gran número de controis de cantidade de interruptores na máquina-ferramenta (cambio de ferramenta, interruptor de refrixerante, bloqueo de protección da porta, etc.) son xestionados polo PLC incorporado. O PLC e o dispositivo CNC cooperan para formar un sistema completo de control de máquina-ferramenta.
Fluxo de sinal dos cinco sistemas básicos (entender dunha ollada)
O proceso de traballo de todo o sistema pódese entender cunha cadea de sinal: isto é todo o que ocorre despois de "premer o inicio do ciclo", un proceso de control preciso en lazo pechado que se repite miles de veces por segundo.
Introdución ás principais marcas de sistemas CNC
Despois de entender o papel do dispositivo CNC, imos coñecer as principais marcas do mercado:
FANUC: unha marca xaponesa coa maior cota de mercado mundial e unha taxa de ocupación extremadamente alta nas fábricas domésticas. O sistema é estable e fiable, cun ecosistema técnico completo, polo que é a primeira opción para a aprendizaxe de nivel inicial (os exemplos de operación posteriores desta serie centraranse principalmente en FANUC).
Siemens SINUMERIK: unha marca alemá, a configuración principal das máquinas ferramenta de estilo europeo. SINUMERIK ONE é un sistema de instalación de máquina-ferramenta de gama alta con funcións poderosas e soporte perfecto de cinco eixes, pero a curva de aprendizaxe é pronunciada. É amplamente utilizado nos campos domésticos da automoción e aeroespacial.
Heidenhain TNC: unha marca alemá centrada nos centros de mecanizado de fresado, co soporte de funcións de cinco eixes máis refinado e unha gran reputación nos campos aeroespacial e de moldes de precisión.
As marcas nacionais desenvolvéronse rapidamente nos últimos anos e os principais representantes son os seguintes:
| Marca | Empresa Afiliada | Principais Vantaxes | Posicionamento no mercado | Soporte de cinco eixes |
| Huazhong Tipo 9 | Huazhong CNC | CPU doméstica, independente e controlable | Reemplazo doméstico de gama media a baixa | Xeral |
| GSK | CNC de Guangzhou | Vantaxe de prezo, instalacións de apoio completas | Máquinas ferramenta económicas | Xeral |
| Kede GNC62 | Kede CNC | Enganche de cinco eixes e procesamento de compostos torneados | Mercado de gama media a alta | Ben |
| Syntec | Tecnoloxía Syntec | Forte compatibilidade CAM, interface amigable | Gama media, de máis rápido crecemento no campo de cinco eixes | Ben |
Enfoque especial: sistema Syntec: a principal forza dos cinco eixes domésticos
Entre moitos sistemas CNC domésticos, Syntec ten un desempeño especialmente destacado no campo do procesamento de cinco eixes nos últimos anos e converteuse nun dos sistemas con maior taxa de instalación de máquinas-ferramenta domésticas de cinco eixes.
As principais vantaxes de Syntec son: compatibilidade extremadamente forte do software CAM, que admite a saída de post-procesamento de case todo o software CAM convencional; O código G é basicamente compatible cos sistemas CNC FANUC, a interface de operación é fácil de usar para principiantes e o custo de aprendizaxe é inferior ao dos sistemas tradicionais europeos e americanos; ao mesmo tempo, realiza de forma estable en funcións clave como RTCP de cinco eixes e control de eixes da ferramenta, o que é un motivo importante polo que un gran número de fabricantes de máquinas-ferramenta de cinco eixes elixen Syntec como sistema de configuración estándar.
Se vostede ou a súa empresa está a planear comprar unha máquina-ferramenta doméstica de cinco eixes ou quere comprender o estado de desenvolvemento dos sistemas domésticos, pode prestar atención ao sistema Syntec, que tamén ten abundantes recursos de aprendizaxe en liña. Nas seguintes demostracións prácticas de funcionamento desta serie, tamén consideraremos engadir exemplos de funcionamento do sistema Syntec.
Resumo deste artigo
· Dispositivo CNC: o cerebro, que le programas, realiza cálculos de interpolación e emite instrucións de movemento.
· Sistema servo: Os músculos, que impulsan o movemento preciso de cada motor do eixe
· Corpo mecánico: o esqueleto, incluíndo cama, carril guía, parafuso de bólas e fuso
#CNCMachineTools #CNCCoreSystems #FANUCSiemens #FiveAxisMachining #SyntecSystem #CNCTechnology #CNCMachining
