Har du noen gang lurt på hva som skjer etter å ha trykket på "Cycle Start"-knappen? Når du trykker på den grønne "SYKLUSSTART"-knappen på betjeningspanelet, begynner maskinen å bevege seg i henhold til programmet. Hele prosessen virker "magisk" - men bak den er et veldig strengt system som samarbeider: en komponent leser programmet, en annen konverterer instruksjoner til elektriske signaler, en annen driver motoren til å rotere, en annen oppdager kontinuerlig tilbakemeldinger om posisjon, og en annen kontrollerer kjølevæske og verktøyskifte ...
Disse "visse komponentene" er de fem kjernesystemene til CNC-maskinverktøy. Å forstå disse fem systemene er ikke bare for å tilfredsstille nysgjerrigheten – når maskinverktøyet går i stykker, kan du grovt bedømme hvilken kobling problemet er i; når du lærer dypere kunnskap, vil du ha klare rammer for å forstå nytt innhold.
System 1: CNC-enhet (CNC-kontroller) — "Hjernen" til maskinverktøyet
(Bildekilde: Siemens) CNC-enheten er kjernen i hele verktøymaskinen, som er det vi ofte kaller "CNC-systemet" eller CNC-kontrolleren. Arbeidsprosessen er som følger:
Lese programmet: Les NC-programmet fra minne, CF-kort eller nettverksgrensesnitt
Dekoding: «Oversett» instruksjoner som G-kode og M-kode til data som systemet kan behandle internt
Interpolasjonsberegning: I henhold til bevegelsesinstruksjonene, beregn hvor mye hver akse trenger å bevege seg i hver tidsenhet (dette er den mest kjerneberegningen - dekomponerer "fra punkt A til punkt B" i utallige små trinn)
Utstedelse av kontrollinstruksjoner: Send bevegelsesmengden for hver akse til servosystemet i form av elektriske signaler
Koordinering av hjelpefunksjoner: Kontroller M-kodefunksjoner som spindelhastighet, verktøyskifte og kjølevæske
CNC-enheten utfører ikke bare programmet passivt, men mottar også sanntids posisjonstilbakemelding fra hver akse og korrigerer bevegelsesavvik til enhver tid. Betjeningspanelet og skjermbildet du vanligvis ser på maskinverktøyet er interaksjonsgrensesnittet mellom mennesker og datamaskiner til CNC-enheten - du legger inn programmer, endrer parametere og kontrollerer koordinater gjennom dette grensesnittet for å kommunisere med CNC-enheten.
System 2: Servosystem — "Musklene" til maskinverktøyet
CNC-enheten gir en instruksjon om "X-aksen beveger seg 0,001 mm", men denne instruksjonen må konverteres til ekte mekanisk bevegelse av servosystemet. (Bildekilde: FANUC)
Servosystemet består av to deler:
Servo Drive: Mottar kontrollsignalet sendt av CNC-enheten, forsterker det og konverterer det til elektrisk kraft for å drive motoren. Det tilsvarer en presisjons "effektforsterker".
Servomotor: Konverterer elektrisk energi til mekanisk rotasjonsbevegelse. Forskjellen mellom en servomotor og en vanlig motor er at servomotoren har en innebygd posisjonskoder, som nøyaktig kan kontrollere rotasjonsvinkelen, og responshastigheten er ekstremt rask - den kan starte, stoppe eller endre hastighet i millisekunder.
CNC-maskinverktøy har vanligvis flere sett med servosystemer:
Én mateservo for hver av X-aksen, Y-aksen og Z-aksen: Styrer bevegelsen til verktøyet og arbeidsbordet
Spindelservo: Styrer rotasjonshastigheten til spindelen (verktøyet)
Fokuset til spindelservoen og mateservoen er litt annerledes: Mateservoen forfølger posisjonsnøyaktighet (bevegelsesmengden må være nøyaktig), og spindelservoen forfølger hastighetsstabilitet (hastigheten må være konstant under skjæring, og kan ikke svinge på grunn av endringer i skjærekraften). For femakset maskinverktøy er det to ekstra sett med servosystemer for å kontrollere rotasjonsaksene (A/B/C-akser), og det kan være 5 til 6 sett med servoer som jobber samtidig.
System 3: Maskinverktøyets mekaniske kropp — skjelett og ledd
Servomotoren genererer rotasjonsbevegelse, men maskinverktøyet utfører lineær bevegelse og rotasjonsposisjonering av verktøyet. Det er nødvendig å konvertere motorrotasjonen til presis bevegelse av forskjellige deler av maskinverktøyet, som er avhengig av den mekaniske kroppen. Kjernekomponentene i den mekaniske kroppen:
Seng / ramme: Den grunnleggende strukturen til maskinverktøyet, vanligvis laget av støpejern eller sveiset stålplate. En god seng har høy stivhet og god vibrasjonsmotstand, som er forutsetningen for å sikre prosessnøyaktighet. (To-linje og en hard tre-akset optisk maskin)
Lineær guide / vei: "Binnen" som leder arbeidsbordet og spindelhodet til å bevege seg i en bestemt retning. Moderne maskineringssentre bruker generelt lineære rulleføringer, som har liten friksjon, høy presisjon og rask respons. Maskinverktøy med høy presisjon vil bruke hydrostatiske føringer med nesten null friksjon.
Kuleskrue: Kjernedelen som konverterer rotasjonsbevegelsen til servomotoren til den lineære bevegelsen til arbeidsbordet. Kuleskruen overfører kraft gjennom rulling av interne stålkuler, med ekstremt liten friksjon, og kan oppnå posisjoneringsnøyaktighet på mikronnivå.
Spindel: Kjernekomponenten som klemmer verktøyet og roterer med høy hastighet. Nøyaktigheten (runout) til spindelen påvirker direkte prosesseringsnøyaktigheten, og maksimal hastighet av spindelen bestemmer hastigheten du kan behandle. Høyhastighetsspindler kan nå 40 000 o/min eller enda høyere. (Bildekilde: Luoyi)
System 4: Deteksjons- og tilbakemeldingssystem — Eyes of Closed-Loop Control
Dette er et svært kritisk system som mange nybegynnere ikke vet så mye om. CNC-systemet forteller servomotoren å "rotere 10 omdreininger", men hvordan vet det at motoren faktisk har rotert nøyaktig 10 omdreininger? Har verktøyet faktisk flyttet avstanden du ba om? Det er avhengig av deteksjons- og tilbakemeldingssystemet, hvis funksjon er å måle den faktiske posisjonen i sanntid og mate den tilbake til CNC-enheten, slik at systemet automatisk kan korrigere avviket i henhold til feilen.
Denne syklusen med "utstede instruksjoner → utførelse → oppdage faktiske verdier → sammenligne avvik → korrigere instruksjoner" kalles lukket sløyfekontroll, som er kjernemekanismen for å sikre CNC-nøyaktighet.
Det er to typer ofte brukte deteksjonskomponenter:
Roterende koder: Installert på servomotorakselen for å oppdage motorens rotasjonsvinkel. Siden den oppdager motorenden i stedet for arbeidsbordenden, er det fortsatt feil som skruelastisk deformasjon, som tilhører semi-lukket sløyfekontroll. De fleste maskineringssentre bruker denne ordningen, og posisjoneringsnøyaktigheten er vanligvis ±0,005~0,01mm.
Lineær skala: Direkte installert ved siden av maskinverktøyets styreskinne for å måle den faktiske lineære forskyvningen av arbeidsbordet. Fordi den direkte måler posisjonen til arbeidsbordet, eliminerer den feil i transmisjonskoblinger som kuleskruen, som tilhører full-lukket sløyfe-kontroll med høyere nøyaktighet (opptil ±0,001 mm). Høypresisjonsmaskiner og presisjonsmaskiner med fem akser er vanligvis utstyrt med lineære skalaer. (RENISHAW lineær skala)
System 5: Hjelpefunksjonssystem — lar maskinverktøyet "fungere"
De fire første systemene sikrer sammen at verktøyet kan bevege seg nøyaktig. Men for å virkelig fullføre behandlingen, er det nødvendig med en rekke hjelpefunksjoner:
Automatic Tool Changer (ATC): En av de viktigste egenskapene til maskineringssentre. Verktøymagasinet lagrer flere verktøy, og manipulatoren fullfører automatisk hele prosessen under verktøybytte, vanligvis bare noen få sekunder. Kapasiteten til verktøymagasinet varierer fra 8 til mer enn 100 verktøy.
Kjølesystem: Det genereres mye varme mellom verktøyet og arbeidsstykket under bearbeiding. Kjølevæsken er ansvarlig for kjøling, smøring og sponfjerning. Vanlige metoder inkluderer ekstern spraykjøling, intern kjøling (sprøyting direkte til skjæreområdet gjennom spindelen og verktøysenterhullet), etc.
Pneumatisk/hydraulisk system: Brukes for handlinger som krever stor kraft som å klemme arbeidsstykker, verktøyskiftehandlinger og frigjøring av spindelverktøy.
PLS (Programmable Logic Controller): CNC-enheten styrer kun bevegelseskontroll, mens et stort antall brytermengdekontroller på maskinverktøyet (verktøyskifte, kjølevæskebryter, beskyttende dørforrigling, etc.) håndteres av den innebygde PLS-en. PLS-en og CNC-enheten samarbeider for å danne et komplett maskinverktøyskontrollsystem.
Signalflyt for de fem kjernesystemene (forstå med et blikk)
Arbeidsprosessen til hele systemet kan forstås med en signalkjede: dette er alt som skjer etter å ha "trykket på syklusstart", en presis styringsprosess med lukket sløyfe som gjentas tusenvis av ganger per sekund.
Introduksjon til mainstream CNC-systemmerker
Etter å ha forstått rollen til CNC-enheten, la oss bli kjent med de viktigste merkene på markedet:
FANUC: Et japansk merke med den største globale markedsandelen og ekstremt høy belegg på innenlandske fabrikker. Systemet er stabilt og pålitelig, med et komplett teknisk økosystem, noe som gjør det til førstevalget for læring på inngangsnivå (de påfølgende operasjonseksemplene i denne serien vil hovedsakelig fokusere på FANUC).
Siemens SINUMERIK: Et tysk merke, mainstream-konfigurasjonen av verktøymaskiner i europeisk stil. SINUMERIK ONE er et avansert maskinverktøysinstallasjonssystem med kraftige funksjoner og perfekt femakset støtte, men læringskurven er bratt. Det er mye brukt i innenlandske bil- og romfartsfelt.
Heidenhain TNC: Et tysk merke som fokuserer på fresemaskiner, med den mest raffinerte femakse funksjonsstøtten, og et høyt rykte innen romfart og presisjonsstøpefelt.
Innenlandske merkevarer har utviklet seg raskt de siste årene, og hovedrepresentantene er som følger:
| Merke | Tilknyttet selskap | Hovedfordeler | Markedsposisjonering | Fem-akset støtte |
| Huazhong Type 9 | Huazhong CNC | Innenriks CPU, uavhengig og kontrollerbar | Midt til lav ende, innenlands erstatning | Generelt |
| GSK | Guangzhou CNC | Prisfordel, komplette støtteanlegg | Økonomiske verktøymaskiner | Generelt |
| Kede GNC62 | Kede CNC | Fem-akset kobling og dreiemølle komposittbehandling | Mellom til høy ende-marked | Bra |
| Syntec | Syntec-teknologi | Sterk CAM-kompatibilitet, brukervennlig grensesnitt | Midt-ende, raskest voksende i feltet med fem akser | Bra |
Spesielt fokus: Syntec System — Hovedkraften til innenlandske femakser
Blant mange innenlandske CNC-systemer har Syntec prestert spesielt fremtredende innen femakset prosesseringsfelt de siste årene og har blitt et av systemene med den høyeste installasjonshastigheten for innenlandske femaksede maskinverktøy.
Kjernefordelene med Syntec er: ekstremt sterk CAM-programvarekompatibilitet, som støtter etterbehandlingsutdata fra nesten all vanlig CAM-programvare; G-kode er i utgangspunktet kompatibel med FANUC CNC-systemer, operasjonsgrensesnittet er brukervennlig for nybegynnere, og læringskostnadene er lavere enn for tradisjonelle europeiske og amerikanske systemer; samtidig yter den stabilt i nøkkelfunksjoner som femakset RTCP og verktøyaksekontroll, noe som er en viktig grunn til at et stort antall femaksede maskinverktøyprodusenter velger Syntec som standard konfigurasjonssystem.
Hvis du eller din bedrift planlegger å kjøpe et innenlandsk femakset maskinverktøy, eller ønsker å forstå utviklingsstatusen til innenlandske systemer, kan du ta hensyn til Syntec-systemet, som også har rikelig med læringsressurser på nettet. I de påfølgende praktiske operasjonsdemonstrasjonene av denne serien vil vi også vurdere å legge til operasjonseksempler av Syntec-systemet.
Sammendrag av denne artikkelen
· CNC-enhet: Hjernen, som leser programmer, utfører interpolasjonsberegninger og utsteder bevegelsesinstruksjoner
· Servosystem: Musklene som driver den nøyaktige bevegelsen til hver aksemotor
· Mekanisk kropp: Skjelettet, inkludert seng, styreskinne, kuleskrue og spindel
#CNCMachineTools #CNCCoreSystems #FANUCSiemens #FiveAxisMachining #SyntecSystem #CNCTechnology #CNCMachining
