האם תהיתם פעם מה קורה לאחר לחיצה על כפתור "התחל מחזור"? כאשר אתה לוחץ על הלחצן הירוק "התחלת מחזור" בלוח ההפעלה, כלי המכונה מתחיל לנוע בהתאם לתוכנית. התהליך כולו נראה "קסום" - אבל מאחוריו מערכת קפדנית מאוד המשתפת פעולה: רכיב אחד קורא את התוכנית, אחר ממיר הוראות לאותות חשמליים, אחר מניע את המנוע להסתובב, אחר מזהה ללא הרף משוב על מיקום, ואחר שולט בשינוי נוזל הקירור והכלי...
"רכיבים מסוימים" אלה הם חמש מערכות הליבה של כלי מכונת CNC. הבנת חמש המערכות הללו אינה רק כדי לספק סקרנות - כאשר כלי המכונה מתקלקל, אתה יכול לשפוט בערך באיזה קישור נמצאת הבעיה; כאשר תלמד ידע מעמיק יותר, תהיה לך מסגרת ברורה להבנת תוכן חדש.
מערכת 1: התקן CNC (בקר CNC) - ה"מוח" של כלי המכונה
(מקור תמונה: סימנס) התקן CNC הוא הליבה של כלי המכונה כולו, וזה מה שאנו מכנים לעתים קרובות "מערכת CNC" או בקר CNC. תהליך העבודה שלו הוא כדלקמן:
קריאת התוכנית: קרא את תוכנית ה-NC מהזיכרון, מכרטיס CF או ממשק רשת
פענוח: "תרגם" הוראות כמו G-code ו-M-code לנתונים שהמערכת יכולה לעבד באופן פנימי
חישוב אינטרפולציה: לפי הוראות התנועה, חשב כמה כל ציר צריך לנוע בכל יחידת זמן (זהו החישוב המרכזי ביותר - פירוק "מנקודה A לנקודה B" לאינספור שלבים זעירים)
הוצאת הוראות בקרה: שלח את כמות התנועה של כל ציר למערכת הסרוו בצורה של אותות חשמליים
תיאום פונקציות עזר: שליטה בפונקציות קוד M כגון מהירות ציר, החלפת כלי ונוזל קירור
התקן ה-CNC לא רק מבצע את התוכנית באופן פסיבי, אלא גם מקבל משוב מיקום בזמן אמת מכל ציר ומתקן סטיות תנועה בכל עת. לוח ההפעלה ומסך התצוגה שאתה רואה בדרך כלל בכלי המכונה הם ממשק האינטראקציה בין אדם למחשב של התקן CNC - אתה מזין תוכניות, משנה פרמטרים ובודק קואורדינטות בכל דרך הממשק הזה כדי לתקשר עם התקן CNC.
מערכת 2: מערכת סרוו - ה"שרירים" של כלי המכונה
התקן CNC מוציא הוראה של "ציר X נע 0.001 מ"מ", אך הוראה זו צריכה להיות מומרת לתנועה מכנית אמיתית על ידי מערכת הסרוו. (מקור תמונה: FANUC)
מערכת הסרוו מורכבת משני חלקים:
כונן סרוו: מקבל את אות הבקרה שנשלח על ידי התקן CNC, מגביר אותו וממיר אותו לכוח חשמלי כדי להניע את המנוע. זה שווה ערך ל"מגבר כוח" מדויק.
מנוע סרוו: ממיר אנרגיה חשמלית לתנועה סיבובית מכנית. ההבדל בין מנוע סרוו למנוע רגיל הוא שלמנוע סרוו יש מקודד מיקום מובנה, שיכול לשלוט במדויק על זווית הסיבוב, ומהירות התגובה שלו מהירה במיוחד - הוא יכול להתחיל, לעצור או לשנות מהירות באלפיות שניות.
לכלי מכונת CNC יש בדרך כלל סטים מרובים של מערכות סרוו:
סרוו הזנה אחד לכל ציר X, ציר Y וציר Z: שולט בתנועת הכלי ושולחן העבודה
סרוו ציר: שולט במהירות הסיבוב של הציר (כלי)
המיקוד של סרוו הציר וסרוו ההזנה שונה במקצת: סרוו ההזנה רודף דיוק מיקום (כמות התנועה חייבת להיות מדויקת), וסרוו הציר רודף יציבות מהירות (המהירות חייבת להיות קבועה במהלך החיתוך, ואינה יכולה להשתנות עקב שינויים בכוח החיתוך). עבור מכונות חמש צירים, ישנן שתי סטים נוספים של מערכות סרוו לשליטה בצירי הסיבוב (צירי A/B/C), וייתכנו 5 עד 6 סטים של סרוו הפועלים בו זמנית.
מערכת 3: גוף מכאני של כלי עבודה - שלד ומפרקים
מנוע הסרוו יוצר תנועה סיבובית, אך כלי המכונה מבצע תנועה ליניארית ומיקום סיבובי של הכלי. יש צורך להמיר את סיבוב המנוע לתנועה מדויקת של חלקים שונים של כלי המכונה, המסתמך על הגוף המכני. מרכיבי הליבה של הגוף המכני:
מיטה / מסגרת: המבנה הבסיסי של כלי המכונה, עשוי בדרך כלל מברזל יצוק או לוח פלדה מרותך. למיטה טובה יש קשיחות גבוהה ועמידות טובה לרעידות, שהיא הנחת היסוד להבטיח דיוק עיבוד. (מכונה אופטית בעלת שני קווים ואחד קשיח בעל שלושה צירים)
מדריך ליניארי / דרך: ה"מסילה" שמנחה את שולחן העבודה וראש הציר לנוע בכיוון מסוים. מרכזי עיבוד מודרניים מאמצים בדרך כלל מובילי גלגול ליניאריים, בעלי חיכוך קטן, דיוק גבוה ותגובה מהירה. כלי מכונה בעלי דיוק גבוה ישתמשו במנחים הידרוסטטיים עם כמעט אפס חיכוך.
בורג כדורי: חלק הליבה הממיר את תנועת הסיבוב של מנוע הסרוו לתנועה ליניארית של שולחן העבודה. בורג הכדור מעביר כוח דרך גלגול כדורי פלדה פנימיים, עם חיכוך קטן במיוחד, ויכול להשיג דיוק מיקום ברמת המיקרון.
ציר: רכיב הליבה מהדק את הכלי ומסתובב במהירות גבוהה. הדיוק (הפרעה) של הציר משפיע ישירות על דיוק העיבוד, והמהירות המקסימלית של הציר קובעת את המהירות שבה אתה יכול לעבד. צירים במהירות גבוהה יכולים להגיע ל-40,000 סל"ד או אפילו יותר. (מקור תמונה: לווי)
מערכת 4: מערכת זיהוי ומשוב - העיניים של בקרת לולאה סגורה
זוהי מערכת מאוד קריטית שהרבה מתחילים לא יודעים עליה הרבה. מערכת ה-CNC אומרת למנוע הסרוו "להסתובב 10 סיבובים", אבל איך היא יודעת שהמנוע באמת הסתובב בדיוק 10 סיבובים? האם הכלי אכן עבר את המרחק שביקשת? היא מסתמכת על מערכת הזיהוי והמשוב, שתפקידה למדוד את המיקום בפועל בזמן אמת ולהזינו בחזרה למכשיר ה-CNC, מה שמאפשר למערכת לתקן אוטומטית את הסטייה בהתאם לשגיאה.
מחזור זה של "הוצאת הוראות → ביצוע → זיהוי ערכים בפועל → השוואת סטיות → תיקון הוראות" נקרא בקרת לולאה סגורה, שהיא מנגנון הליבה להבטחת דיוק CNC.
ישנם שני סוגים של רכיבי זיהוי נפוצים:
מקודד סיבובי: מותקן על ציר מנוע הסרוו כדי לזהות את זווית סיבוב המנוע. מכיוון שהוא מזהה את קצה המנוע ולא את קצה שולחן העבודה, עדיין קיימות שגיאות כגון עיוות אלסטי של בורג, השייך לבקרת לולאה סגורה למחצה. רוב מרכזי העיבוד מאמצים תכנית זו, ודיוק המיקום הוא בדרך כלל ±0.005~0.01 מ"מ.
קנה מידה ליניארי: מותקן ישירות ליד מסילת מוביל כלי המכונה כדי למדוד את התזוזה הליניארית בפועל של שולחן העבודה. מכיוון שהוא מודד ישירות את מיקום שולחן העבודה, הוא מבטל שגיאות בקישורי תמסורת כגון בורג הכדור, השייך לבקרת לולאה סגורה מלאה עם דיוק גבוה יותר (עד ±0.001 מ"מ). כלי מכונות דיוק גבוה וכלי מכונות חמישה צירים מדויקים מצוידים בדרך כלל בסולמות ליניאריים. (סולם ליניארי של RENISHAW)
מערכת 5: מערכת פונקציות עזר - מאפשרת לכלי המכונה "לעבוד"
ארבע המערכות הראשונות יחד מבטיחות שהכלי יכול לנוע בצורה מדויקת. אבל כדי להשלים את העיבוד באמת, יש צורך בסדרה של פונקציות עזר:
מחליף כלים אוטומטי (ATC): אחת התכונות החשובות ביותר של מרכזי עיבוד. מגזין הכלים מאחסן כלים מרובים, והמניפולטור משלים אוטומטית את כל התהליך במהלך החלפת הכלים, בדרך כלל לוקח רק כמה שניות. הקיבולת של מגזין הכלים נעה בין 8 ליותר מ-100 כלים.
מערכת קירור: חום רב נוצר בין הכלי לחומר העבודה במהלך העיבוד. נוזל הקירור אחראי על קירור, סיכה והסרת שבבים. השיטות הנפוצות כוללות קירור ריסוס חיצוני, קירור פנימי (ריסוס ישירות לאזור החיתוך דרך הציר וחור מרכז הכלי) וכו'.
מערכת פניאומטית/הידראולית: משמשת לפעולות הדורשות כוח גדול כגון הידוק חלקי עבודה, פעולות החלפת כלים ושחרור כלי ציר.
PLC (בקר לוגיקה ניתן לתכנות): התקן ה-CNC מנהל רק בקרת תנועה, בעוד שמספר רב של בקרות כמות מתגים בכלי המכונה (החלפת כלי עבודה, מתג נוזל קירור, נעילת דלת מגן וכו') מטופלים על ידי ה-PLC המובנה. ה-PLC והתקן ה-CNC משתפים פעולה כדי ליצור מערכת בקרת כלי מכונה שלמה.
זרימת אותות של חמש מערכות הליבה (הבן במבט חטוף)
ניתן להבין את תהליך העבודה של המערכת כולה באמצעות שרשרת איתות: זה כל מה שקורה לאחר "לחיצה על התחלת המחזור", תהליך בקרה מדויק בלולאה סגורה שחוזר על עצמו אלפי פעמים בשנייה.
היכרות עם מותגי מערכות CNC מיינסטרים
לאחר הבנת תפקידו של מכשיר ה-CNC, בואו להכיר את המותגים העיקריים בשוק:
FANUC: מותג יפני עם נתח השוק העולמי הגדול ביותר ושיעור תפוסה גבוה במיוחד במפעלים מקומיים. המערכת יציבה ואמינה, עם מערכת אקולוגית טכנית שלמה, מה שהופך אותה לבחירה הראשונה ללמידה ברמת התחלה (דוגמאות התפעול הבאות בסדרה זו יתמקדו בעיקר ב-FANUC).
סימנס SINUMERIK: מותג גרמני, התצורה המרכזית של כלי מכונות בסגנון אירופאי. SINUMERIK ONE היא מערכת התקנת כלי מכונות מתקדמת עם פונקציות חזקות ותמיכה מושלמת בחמישה צירים, אך עקומת הלמידה תלולה. הוא נמצא בשימוש נרחב בתחומי הרכב והחלל המקומיים.
Heidenhain TNC: מותג גרמני המתמקד במרכזי עיבוד שבבי כרסום, עם התמיכה המעודנת ביותר בתפקוד חמישה צירים, ומוניטין גבוה בתחומי התעופה והחלל והדפוס המדויק.
מותגים מקומיים התפתחו במהירות בשנים האחרונות, והנציגים העיקריים הם כדלקמן:
| מותג | חברה קשורה | יתרונות עיקריים | מיקום שוק | תמיכה בחמישה צירים |
| Huazhong Type 9 | Huazhong CNC | מעבד מקומי, עצמאי וניתן לשליטה | מקצה בינוני עד נמוך, החלפה ביתית | כללי |
| GSK | גואנגזו CNC | יתרון מחיר, מתקנים תומכים מלאים | מכונות חסכוניות | כללי |
| Kede GNC62 | Kede CNC | חיבור חמישה צירים ועיבוד מרוכבים של סיבוב טחנת | שוק בינוני עד גבוה | טוב |
| סינטק | טכנולוגיית Syntec | תאימות CAM חזקה, ממשק ידידותי למשתמש | אמצע הקצה, הגדל הכי מהר בתחום חמשת הצירים | טוב |
מיקוד מיוחד: מערכת סינטק - הכוח העיקרי של חמשת הצירים המקומיים
מבין מערכות CNC ביתיות רבות, Syntec הופיעה בשנים האחרונות בצורה בולטת במיוחד בתחום עיבוד חמשת הצירים והפכה לאחת המערכות עם קצב ההתקנה הגבוה ביותר של מכונות חמישה צירים ביתיות.
יתרונות הליבה של Syntec הם: תאימות תוכנת CAM חזקה במיוחד, התומכת בפלט שלאחר העיבוד של כמעט כל תוכנות ה-CAM המיינסטרים; קוד G תואם בעצם למערכות FANUC CNC, ממשק התפעול ידידותי למשתמש למתחילים, ועלות הלמידה נמוכה מזו של מערכות אירופיות ואמריקאיות מסורתיות; במקביל, הוא מבצע ביציבות פונקציות מפתח כגון RTCP חמישה צירים ובקרת ציר הכלים, וזו סיבה חשובה לכך שמספר רב של יצרני מכונות חמישה צירים בוחרים ב- Syntec כמערכת התצורה הסטנדרטית.
אם אתה או החברה שלך מתכננים לרכוש כלי מכונה ביתי עם חמישה צירים, או רוצים להבין את מצב הפיתוח של מערכות ביתיות, אתה יכול לשים לב למערכת Syntec, שיש לה גם משאבי למידה בשפע באינטרנט. בהדגמות התפעול המעשיות הבאות של סדרה זו, נשקול גם הוספת דוגמאות תפעול של מערכת Syntec.
סיכום מאמר זה
· התקן CNC: המוח, שקורא תוכניות, מבצע חישובי אינטרפולציה ומוציא הוראות תנועה
· מערכת סרוו: השרירים, המניעים את התנועה המדויקת של כל מנוע ציר
· גוף מכני: השלד, כולל מיטה, מסילה מובילה, בורג כדורי וציר
#CNCMachineTools #CNCCoreSystems #FANUCSiemens #FiveAxisMachining #SyntecSystem #CNCTechnology #CNCMachining
