Heb je je ooit afgevraagd wat er gebeurt nadat je op de “Cycle Start”-knop hebt gedrukt? Wanneer u op de groene “CYCLE START”-knop op het bedieningspaneel drukt, begint de machine te bewegen volgens het programma. Het hele proces lijkt “magisch” – maar daarachter werkt een zeer rigoureus systeem samen: een component leest het programma, een andere zet instructies om in elektrische signalen, een ander laat de motor draaien, een ander detecteert continu positiefeedback, en een ander regelt de koelvloeistof en het wisselen van gereedschap…
Deze “bepaalde componenten” vormen de vijf kernsystemen van CNC-bewerkingsmachines. Het begrijpen van deze vijf systemen is niet alleen bedoeld om de nieuwsgierigheid te bevredigen; als de werktuigmachine kapot gaat, kun je grofweg beoordelen in welke schakel het probleem zit; wanneer je diepere kennis leert, zul je een duidelijk raamwerk hebben om nieuwe inhoud te begrijpen.
Systeem 1: CNC-apparaat (CNC-controller) – Het ‘brein’ van de werktuigmachine
(Bron afbeelding: Siemens) Het CNC-apparaat is de kern van de gehele werktuigmachine, wat we vaak het “CNC-systeem” of de CNC-controller noemen. Het werkproces is als volgt:
Programma lezen: Lees het NC-programma uit het geheugen, CF-kaart of netwerkinterface
Decodering: ‘Vertaal’ instructies zoals G-code en M-code naar gegevens die het systeem intern kan verwerken
Interpolatieberekening: bereken volgens de bewegingsinstructies hoeveel elke as moet bewegen in elke tijdseenheid (dit is de meest kernberekening – waarbij “van punt A naar punt B” wordt ontleed in talloze kleine stapjes)
Het geven van besturingsinstructies: Stuur de bewegingshoeveelheid van elke as in de vorm van elektrische signalen naar het servosysteem
Coördineren van hulpfuncties: Besturing van M-code-functies zoals spiltoerental, gereedschapswissel en koelmiddel
Het CNC-apparaat voert het programma niet alleen passief uit, maar ontvangt ook realtime positiefeedback van elke as en corrigeert op elk moment bewegingsafwijkingen. Het bedieningspaneel en het beeldscherm dat u normaal gesproken op de werktuigmachine ziet, vormen de mens-computer-interactie-interface van het CNC-apparaat. Via deze interface voert u programma's in, wijzigt u parameters en controleert u de coördinaten om met het CNC-apparaat te communiceren.
Systeem 2: Servosysteem – De ‘spieren’ van de werktuigmachine
Het CNC-apparaat geeft een instructie van “X-as beweegt 0,001 mm”, maar deze instructie moet door het servosysteem worden omgezet in echte mechanische beweging. (Bron afbeelding: FANUC)
Het servosysteem bestaat uit twee delen:
Servoaandrijving: ontvangt het stuursignaal dat door het CNC-apparaat wordt verzonden, versterkt het en zet het om in elektrisch vermogen om de motor aan te drijven. Het komt overeen met een precisie-‘eindversterker’.
Servomotor: zet elektrische energie om in mechanische rotatiebeweging. Het verschil tussen een servomotor en een gewone motor is dat de servomotor een ingebouwde positie-encoder heeft, die de rotatiehoek nauwkeurig kan regelen, en dat de reactiesnelheid extreem snel is: hij kan in milliseconden starten, stoppen of van snelheid veranderen.
CNC-bewerkingsmachines hebben meestal meerdere sets servosystemen:
Eén invoerservo voor elk van de X-as, Y-as en Z-as: regelt de beweging van het gereedschap en de werktafel
Spilservo: regelt de rotatiesnelheid van de spil (gereedschap)
De focus van de spilservo en de toevoerservo is iets anders: de toevoerservo streeft naar positienauwkeurigheid (de hoeveelheid beweging moet nauwkeurig zijn), en de spilservo streeft naar snelheidsstabiliteit (de snelheid moet constant zijn tijdens het snijden en kan niet fluctueren als gevolg van veranderingen in de snijkracht). Voor werktuigmachines met vijf assen zijn er twee extra sets servosystemen om de rotatie-assen te besturen (A/B/C-assen), en er kunnen vijf tot zes sets servo's tegelijkertijd werken.
Systeem 3: Mechanisch lichaam van werktuigmachines – skelet en gewrichten
De servomotor genereert rotatiebewegingen, maar de werktuigmachine voert lineaire bewegingen en roterende positionering van het gereedschap uit. Het is noodzakelijk om de motorrotatie om te zetten in nauwkeurige beweging van verschillende delen van de werktuigmachine, die afhankelijk is van het mechanische lichaam. De kerncomponenten van het mechanische lichaam:
Bed/frame: de basisstructuur van de werktuigmachine, meestal gemaakt van gietijzer of gelaste staalplaat. Een goed bed heeft een hoge stijfheid en een goede trillingsbestendigheid, wat het uitgangspunt is om de verwerkingsnauwkeurigheid te garanderen. (Tweeregelige en één-harde drie-assige optische machine)
Lineaire geleiding/weg: Het “spoor” dat de werktafel en de spilkop geleidt om in een specifieke richting te bewegen. Moderne bewerkingscentra gebruiken over het algemeen lineaire rolgeleiders, die een kleine wrijving, hoge precisie en snelle respons hebben. Werktuigmachines met hoge precisie maken gebruik van hydrostatische geleidingen met vrijwel geen wrijving.
Kogelomloopspindel: het kernonderdeel dat de roterende beweging van de servomotor omzet in de lineaire beweging van de werktafel. De kogelomloopspindel brengt kracht over door het rollen van interne stalen kogels, met extreem kleine wrijving, en kan positioneringsnauwkeurigheid op micronniveau bereiken.
Spil: Het kernonderdeel dat het gereedschap vastklemt en met hoge snelheid draait. De nauwkeurigheid (slingering) van de spil heeft direct invloed op de verwerkingsnauwkeurigheid, en het maximale toerental van de spil bepaalt de snelheid waarmee u kunt verwerken. Hogesnelheidsspindels kunnen 40.000 tpm of zelfs hoger bereiken. (Afbeeldingsbron: Luoyi)
Systeem 4: Detectie- en feedbacksysteem – De ogen van closed-loop-controle
Dit is een zeer kritisch systeem waar veel beginners niet veel van weten. Het CNC-systeem vertelt de servomotor dat hij “10 omwentelingen moet draaien”, maar hoe weet hij dat de motor daadwerkelijk precies 10 omwentelingen heeft gedraaid? Heeft het gereedschap daadwerkelijk de door u gevraagde afstand afgelegd? Het is afhankelijk van het detectie- en feedbacksysteem, waarvan de functie is om de werkelijke positie in realtime te meten en terug te sturen naar het CNC-apparaat, waardoor het systeem de afwijking automatisch kan corrigeren op basis van de fout.
Deze cyclus van “instructies geven → uitvoeren → feitelijke waarden detecteren → afwijkingen vergelijken → instructies corrigeren” wordt closed-loop control genoemd, wat het kernmechanisme is om CNC-nauwkeurigheid te garanderen.
Er zijn twee soorten veelgebruikte detectiecomponenten:
Roterende encoder: geïnstalleerd op de servomotoras om de rotatiehoek van de motor te detecteren. Omdat het het motoruiteinde detecteert in plaats van het werktafeluiteinde, zijn er nog steeds fouten zoals de elastische vervorming van de schroef, die behoort tot semi-closed-loop-regeling. De meeste bewerkingscentra gebruiken dit schema en de positioneringsnauwkeurigheid is meestal ±0,005 ~ 0,01 mm.
Lineaire schaal: Direct geïnstalleerd naast de geleiderail van de machine om de werkelijke lineaire verplaatsing van de werktafel te meten. Omdat het direct de positie van de werktafel meet, elimineert het fouten in transmissieverbindingen zoals de kogelomloopspindel, die behoort tot een volledig gesloten lusregeling met een hogere nauwkeurigheid (tot ± 0,001 mm). Werktuigmachines met hoge precisie en precisiewerktuigmachines met vijf assen zijn over het algemeen uitgerust met lineaire schalen. (RENISHAW lineaire schaal)
Systeem 5: Hulpfunctiesysteem – Zorgt ervoor dat de werktuigmachine kan ‘werken’
De eerste vier systemen zorgen er samen voor dat het gereedschap nauwkeurig kan bewegen. Maar om de verwerking echt te voltooien, is een reeks hulpfuncties nodig:
Automatische gereedschapswisselaar (ATC): een van de belangrijkste kenmerken van bewerkingscentra. Het gereedschapsmagazijn slaat meerdere gereedschappen op en de manipulator voltooit automatisch het hele proces tijdens het wisselen van gereedschap, wat meestal maar een paar seconden duurt. De capaciteit van het gereedschapsmagazijn varieert van 8 tot meer dan 100 gereedschappen.
Koelsysteem: Tijdens de bewerking ontstaat er veel warmte tussen het gereedschap en het werkstuk. Het koelmiddel is verantwoordelijk voor het koelen, smeren en verwijderen van spanen. Gebruikelijke methoden zijn onder meer externe sproeikoeling, interne koeling (rechtstreeks op het snijgebied spuiten via de spil en het middengat van het gereedschap), enz.
Pneumatisch/hydraulisch systeem: Gebruikt voor handelingen die grote kracht vereisen, zoals het vastklemmen van werkstukken, gereedschapswisselacties en het vrijgeven van spilgereedschap.
PLC (Programmable Logic Controller): Het CNC-apparaat beheert alleen de bewegingsbesturing, terwijl een groot aantal schakelaarhoeveelheidsbedieningen op de werktuigmachine (gereedschapswissel, koelvloeistofschakelaar, beschermende deurvergrendeling, enz.) wordt afgehandeld door de ingebouwde PLC. De PLC en het CNC-apparaat werken samen om een compleet besturingssysteem voor werktuigmachines te vormen.
Signaalstroom van de vijf kernsystemen (begrijp het in één oogopslag)
Het werkproces van het hele systeem kan worden begrepen met een signaalketen: dit is alles wat er gebeurt na het “drukken van de cyclusstart”, een nauwkeurig gesloten regelproces dat zich duizenden keren per seconde herhaalt.
Inleiding tot de reguliere CNC-systeemmerken
Laten we, nadat we de rol van het CNC-apparaat hebben begrepen, de belangrijkste merken op de markt leren kennen:
FANUC: Een Japans merk met het grootste mondiale marktaandeel en een extreem hoge bezettingsgraad in binnenlandse fabrieken. Het systeem is stabiel en betrouwbaar, met een compleet technisch ecosysteem, waardoor het de eerste keuze is voor leren op instapniveau (de volgende bedieningsvoorbeelden in deze serie zullen zich voornamelijk op FANUC richten).
Siemens SINUMERIK: een Duits merk, de mainstreamconfiguratie van werktuigmachines in Europese stijl. SINUMERIK ONE is een hoogwaardig installatiesysteem voor werktuigmachines met krachtige functies en perfecte vijfassige ondersteuning, maar de leercurve is steil. Het wordt veel gebruikt in de binnenlandse automobiel- en ruimtevaartsector.
Heidenhain TNC: een Duits merk dat zich richt op freesbewerkingscentra, met de meest verfijnde vijfassige functieondersteuning en een hoge reputatie op het gebied van lucht- en ruimtevaart en precisiematrijzen.
Binnenlandse merken hebben zich de afgelopen jaren snel ontwikkeld en de belangrijkste vertegenwoordigers zijn als volgt:
| Merk | Aangesloten bedrijf | Belangrijkste voordelen | Marktpositionering | Ondersteuning op vijf assen |
| Huazhongtype 9 | Huazhong-CNC | Binnenlandse CPU, onafhankelijk en controleerbaar | Midden tot laag, binnenlandse vervanging | Algemeen |
| GSK | Guangzhou-CNC | Prijsvoordeel, complete ondersteunende faciliteiten | Economische werktuigmachines | Algemeen |
| Kede GNC62 | Kede CNC | Vijfassige koppeling en draai-freescomposietverwerking | Midden tot hoge markt | Goed |
| Syntec | Syntec-technologie | Sterke CAM-compatibiliteit, gebruiksvriendelijke interface | Middensegment, snelst groeiende op het gebied van vijf assen | Goed |
Speciale aandacht: Syntec-systeem – de belangrijkste kracht van binnenlandse vijfassige
Van veel binnenlandse CNC-systemen heeft Syntec de afgelopen jaren bijzonder prominent gepresteerd op het gebied van vijfassige bewerking en is het een van de systemen geworden met het hoogste installatiepercentage van huishoudelijke vijfassige werktuigmachines.
De belangrijkste voordelen van Syntec zijn: extreem sterke CAM-softwarecompatibiliteit, ondersteuning van de nabewerkingsuitvoer van bijna alle reguliere CAM-software; G-code is in principe compatibel met FANUC CNC-systemen, de bedieningsinterface is gebruiksvriendelijk voor beginners en de leerkosten zijn lager dan die van traditionele Europese en Amerikaanse systemen; Tegelijkertijd presteert het stabiel in belangrijke functies zoals vijfassige RTCP en gereedschapsasbesturing, wat een belangrijke reden is waarom een groot aantal fabrikanten van vijfassige werktuigmachines Syntec als standaardconfiguratiesysteem kiest.
Als u of uw bedrijf van plan bent een binnenlandse vijfassige werktuigmachine aan te schaffen, of de ontwikkelingsstatus van binnenlandse systemen wilt begrijpen, kunt u aandacht besteden aan het Syntec-systeem, dat ook online veel leermiddelen heeft. In de daaropvolgende praktische bedieningsdemonstraties van deze serie zullen we ook overwegen om bedieningsvoorbeelden van het Syntec-systeem toe te voegen.
Samenvatting van dit artikel
· CNC-apparaat: de hersenen die programma's lezen, interpolatieberekeningen uitvoeren en bewegingsinstructies geven
· Servosysteem: de spieren die de precieze beweging van elke asmotor aandrijven
· Mechanisch lichaam: het skelet, inclusief bed, geleiderail, kogelomloopspindel en spindel
#CNCMachineTools #CNCCoreSystems #FANUCSiemens #FiveAxisMachining #SyntecSystem #CNCTechnology #CNCMachining
