Czy zastanawiałeś się kiedyś, co dzieje się po naciśnięciu przycisku „Cycle Start”? Po naciśnięciu zielonego przycisku „CYCLE START” na panelu operacyjnym obrabiarka zaczyna poruszać się zgodnie z programem. Cały proces wydaje się „magiczny” — ale kryje się za nim bardzo rygorystyczny system współpracy: jeden komponent odczytuje program, inny przetwarza instrukcje na sygnały elektryczne, inny napędza silnik, inny w sposób ciągły wykrywa sprzężenie zwrotne położenia, a jeszcze inny steruje chłodziwem i wymianą narzędzia…
Te „pewne komponenty” to pięć podstawowych systemów obrabiarek CNC. Zrozumienie tych pięciu systemów nie służy jedynie zaspokojeniu ciekawości — gdy obrabiarka ulegnie awarii, można z grubsza ocenić, w którym ogniwie leży problem; kiedy zdobędziesz głębszą wiedzę, będziesz mieć jasne ramy do zrozumienia nowych treści.
System 1: Urządzenie CNC (sterownik CNC) — „Mózg” obrabiarki
(Źródło zdjęcia: Siemens) Urządzenie CNC to rdzeń całej obrabiarki, czyli to, co często nazywamy „systemem CNC” lub sterownikiem CNC. Jego proces pracy jest następujący:
Odczyt programu: Odczytaj program NC z pamięci, karty CF lub interfejsu sieciowego
Dekodowanie: „Tłumacz” instrukcje, takie jak kod G i kod M, na dane, które system może przetworzyć wewnętrznie
Obliczenia interpolacyjne: zgodnie z instrukcjami ruchu oblicz, o ile każda oś musi się przesunąć w każdej jednostce czasu (jest to najbardziej podstawowe obliczenie — rozkładanie „od punktu A do punktu B” na niezliczoną liczbę małych kroków).
Wydawanie instrukcji sterujących: Wysyłanie wielkości ruchu każdej osi do serwomechanizmu w postaci sygnałów elektrycznych
Koordynacja funkcji pomocniczych: Sterowanie funkcjami kodu M, takimi jak prędkość wrzeciona, wymiana narzędzia i chłodziwo
Urządzenie CNC nie tylko pasywnie wykonuje program, ale także otrzymuje w czasie rzeczywistym informację zwrotną o położeniu z każdej osi i w każdej chwili koryguje odchyłki ruchu. Panel operacyjny i ekran wyświetlacza, które zwykle widzisz na obrabiarce, to interfejs interakcji człowiek-komputer urządzenia CNC — za pomocą tego interfejsu wprowadzasz programy, modyfikujesz parametry i sprawdzasz współrzędne, aby komunikować się z urządzeniem CNC.
System 2: Układ serwo – „Mięśnie” obrabiarki
Urządzenie CNC wydaje instrukcję „ruchów osi X o 0,001 mm”, ale instrukcja ta musi zostać przekształcona w rzeczywisty ruch mechaniczny przez układ serwo. (Źródło obrazu: FANUC)
Układ serwo składa się z dwóch części:
Serwonapęd: odbiera sygnał sterujący wysyłany przez urządzenie CNC, wzmacnia go i przekształca w energię elektryczną do napędzania silnika. Jest to odpowiednik precyzyjnego „wzmacniacza mocy”.
Serwomotor: Przekształca energię elektryczną w mechaniczny ruch obrotowy. Różnica między serwomotorem a zwykłym silnikiem polega na tym, że serwomotor ma wbudowany enkoder położenia, który może precyzyjnie kontrolować kąt obrotu, a jego szybkość reakcji jest niezwykle szybka — może uruchomić, zatrzymać lub zmienić prędkość w ciągu milisekund.
Obrabiarki CNC zwykle mają wiele zestawów systemów serwo:
Jedno serwo podawania dla każdej osi X, Y i Z: steruje ruchem narzędzia i stołu roboczego
Serwo wrzeciona: steruje prędkością obrotową wrzeciona (narzędzia)
Siła serwa wrzeciona i serwa posuwu są nieco inne: serwo posuwu dąży do dokładności pozycji (wielkość ruchu musi być precyzyjna), a serwo wrzeciona zapewnia stabilność prędkości (prędkość musi być stała podczas cięcia i nie może się wahać ze względu na zmiany siły skrawania). W przypadku obrabiarek pięcioosiowych istnieją dwa dodatkowe zestawy serwomechanizmów do sterowania osiami obrotu (osie A/B/C), przy czym jednocześnie może pracować od 5 do 6 zestawów serwomechanizmów.
System 3: Korpus mechaniczny obrabiarki — szkielet i stawy
Serwosilnik generuje ruch obrotowy, natomiast obrabiarka wykonuje ruch liniowy i obrotowe pozycjonowanie narzędzia. Konieczne jest przekształcenie obrotu silnika w precyzyjny ruch różnych części obrabiarki, który opiera się na korpusie mechanicznym. Podstawowe elementy korpusu mechanicznego:
Łóżko / Rama: Podstawowa konstrukcja obrabiarki, zwykle wykonana z żeliwa lub spawanej blachy stalowej. Dobre łoże charakteryzuje się dużą sztywnością i dobrą odpornością na wibracje, co jest warunkiem zapewnienia dokładności obróbki. (Dwuliniowa i jedna twarda trójosiowa maszyna optyczna)
Prowadnica liniowa/sposób: „Tor”, który prowadzi stół roboczy i głowicę wrzeciona w celu poruszania się w określonym kierunku. Nowoczesne centra obróbcze zazwyczaj przyjmują liniowe prowadnice toczne, które mają małe tarcie, wysoką precyzję i szybką reakcję. W obrabiarkach o wysokiej precyzji zastosowano prowadnice hydrostatyczne o niemal zerowym tarciu.
Śruba kulowa: Część rdzenia, która przekształca ruch obrotowy serwomotoru w ruch liniowy stołu roboczego. Śruba kulowa przenosi siłę poprzez toczenie wewnętrznych kulek stalowych przy wyjątkowo małym tarciu i może osiągnąć dokładność pozycjonowania na poziomie mikronów.
Wrzeciono: Podstawowy element mocujący narzędzie i obracający się z dużą prędkością. Dokładność (bicie) wrzeciona wpływa bezpośrednio na dokładność obróbki, a maksymalna prędkość wrzeciona określa prędkość, z jaką można obrabiać. Wrzeciona o dużej prędkości obrotowej mogą osiągać 40 000 obr./min lub nawet więcej. (Źródło obrazu: Luoyi)
System 4: System wykrywania i sprzężenia zwrotnego — oczy sterowania w pętli zamkniętej
Jest to bardzo krytyczny system, o którym wielu początkujących nie wie zbyt wiele. System CNC nakazuje serwomotorowi „obrócić 10 obrotów”, ale skąd wie, że silnik faktycznie obrócił się dokładnie o 10 obrotów? Czy narzędzie rzeczywiście przesunęło żądaną odległość? Opiera się na systemie detekcji i sprzężenia zwrotnego, którego funkcją jest pomiar rzeczywistej pozycji w czasie rzeczywistym i przekazanie jej z powrotem do urządzenia CNC, umożliwiając systemowi automatyczną korektę odchylenia w zależności od błędu.
Ten cykl „wydawania instrukcji → wykonywania → wykrywania wartości rzeczywistych → porównywania odchyleń → korygowania instrukcji” nazywany jest sterowaniem w pętli zamkniętej i stanowi podstawowy mechanizm zapewniający dokładność CNC.
Istnieją dwa typy powszechnie używanych komponentów detekcyjnych:
Enkoder obrotowy: Zainstalowany na wale serwomotoru w celu wykrywania kąta obrotu silnika. Ponieważ wykrywa koniec silnika, a nie koniec stołu roboczego, nadal występują błędy, takie jak elastyczne odkształcenie śruby, które należy do sterowania w pętli półzamkniętej. Większość centrów obróbczych przyjmuje ten schemat, a dokładność pozycjonowania wynosi zwykle ± 0,005 ~ 0,01 mm.
Skala liniowa: instalowana bezpośrednio obok szyny prowadzącej obrabiarki w celu pomiaru rzeczywistego przemieszczenia liniowego stołu roboczego. Ponieważ bezpośrednio mierzy położenie stołu roboczego, eliminuje błędy w ogniwach przekładni, takich jak śruba kulowa, należące do sterowania w pętli zamkniętej z większą dokładnością (do ±0,001 mm). Obrabiarki o wysokiej precyzji i precyzyjne obrabiarki pięcioosiowe są zazwyczaj wyposażone w wagi liniowe. (skala liniowa RENISHAW)
System 5: System funkcji pomocniczych — umożliwienie „pracy” obrabiarki
Pierwsze cztery systemy razem zapewniają, że narzędzie może poruszać się precyzyjnie. Ale aby naprawdę zakończyć przetwarzanie, potrzebny jest szereg funkcji pomocniczych:
Automatyczny zmieniacz narzędzi (ATC): Jedna z najważniejszych cech centrów obróbczych. Magazyn narzędzi przechowuje wiele narzędzi, a manipulator automatycznie kończy cały proces podczas zmiany narzędzia, co zwykle zajmuje tylko kilka sekund. Pojemność magazynu narzędzi waha się od 8 do ponad 100 narzędzi.
Układ chłodzenia: Podczas obróbki pomiędzy narzędziem a przedmiotem obrabianym wytwarza się dużo ciepła. Chłodziwo odpowiada za chłodzenie, smarowanie i usuwanie wiórów. Typowe metody obejmują zewnętrzne chłodzenie natryskowe, chłodzenie wewnętrzne (natryskiwanie bezpośrednio na obszar skrawania przez wrzeciono i środkowy otwór narzędzia) itp.
Układ pneumatyczny/hydrauliczny: używany do czynności wymagających dużej siły, takich jak mocowanie przedmiotów obrabianych, czynności związane ze zmianą narzędzia i zwalnianie narzędzia wrzeciona.
PLC (programowalny sterownik logiczny): Urządzenie CNC zarządza jedynie sterowaniem ruchem, podczas gdy duża liczba elementów sterujących liczbą przełączników w obrabiarce (wymiana narzędzia, przełącznik chłodziwa, blokada drzwi ochronnych itp.) jest obsługiwana przez wbudowany sterownik PLC. Sterownik PLC i urządzenie CNC współpracują ze sobą, tworząc kompletny system sterowania obrabiarką.
Przepływ sygnału w pięciu podstawowych systemach (zrozumienie na pierwszy rzut oka)
Proces pracy całego systemu można zrozumieć za pomocą łańcucha sygnałowego: to wszystko, co dzieje się po „naciśnięciu przycisku rozpoczęcia cyklu”, precyzyjnym procesie sterowania w zamkniętej pętli, który powtarza się tysiące razy na sekundę.
Wprowadzenie do głównych marek systemów CNC
Po zrozumieniu roli urządzenia CNC poznajmy główne marki na rynku:
FANUC: Japońska marka posiadająca największy udział w rynku światowym i wyjątkowo wysokie obłożenie w krajowych fabrykach. System jest stabilny i niezawodny, z kompletnym ekosystemem technicznym, co czyni go pierwszym wyborem do nauki na poziomie podstawowym (kolejne przykłady obsługi w tej serii będą dotyczyć głównie FANUC).
Siemens SINUMERIK: Niemiecka marka, główny nurt konfiguracji obrabiarek w europejskim stylu. SINUMERIK ONE to wysokiej klasy system instalacji obrabiarek z potężnymi funkcjami i doskonałą obsługą pięciu osi, ale krzywa uczenia się jest stroma. Jest szeroko stosowany w krajowych dziedzinach motoryzacyjnych i lotniczych.
Heidenhain TNC: niemiecka marka skupiająca się na frezarskich centrach obróbczych, z najbardziej wyrafinowanym wsparciem funkcji w pięciu osiach i wysoką reputacją w branży lotniczej i kosmicznej oraz w dziedzinie form precyzyjnych.
Krajowe marki w ostatnich latach szybko się rozwinęły, a ich głównymi przedstawicielami są:
| Marka | Firma stowarzyszona | Główne zalety | Pozycjonowanie na rynku | Wsparcie pięciu osi |
| Huazhong Typ 9 | CNC Huazhong | Krajowy procesor, niezależny i sterowalny | Średnia i niska klasa, zamiennik krajowy | Generał |
| GSK | CNC w Kantonie | Przewaga cenowa, kompletne zaplecze pomocnicze | Ekonomiczne obrabiarki | Generał |
| Kede GNC62 | Kede CNC | Pięcioosiowe połączenie i obróbka kompozytów tokarsko-frezarskich | Rynek średniej i wyższej półki | Dobrze |
| Syntec | Technologia Syntec | Silna kompatybilność z CAM, przyjazny dla użytkownika interfejs | Średniej klasy, najszybciej rozwijająca się w dziedzinie pięciu osi | Dobrze |
Szczególny nacisk: System Syntec — główna siła krajowej pięcioosiowości
Spośród wielu krajowych systemów CNC, Syntec w ostatnich latach szczególnie wyróżnił się w dziedzinie obróbki pięcioosiowej i stał się jednym z systemów o najwyższym wskaźniku instalacji krajowych obrabiarek pięcioosiowych.
Podstawowymi zaletami Syntec są: niezwykle silna kompatybilność z oprogramowaniem CAM, obsługująca wyniki przetwarzania końcowego prawie wszystkich popularnych programów CAM; G-code jest w zasadzie kompatybilny z systemami CNC FANUC, interfejs operacyjny jest przyjazny dla początkujących, a koszt nauki jest niższy niż w przypadku tradycyjnych systemów europejskich i amerykańskich; jednocześnie stabilnie radzi sobie z kluczowymi funkcjami takimi jak pięcioosiowy RTCP i sterowanie osią narzędzia, co jest ważnym powodem, dla którego duża część producentów obrabiarek pięcioosiowych wybiera Syntec jako standardowy system konfiguracji.
Jeśli Ty lub Twoja firma planujecie zakup krajowej obrabiarki pięcioosiowej lub chcecie poznać stan rozwoju krajowych systemów, możecie zwrócić uwagę na system Syntec, który również posiada bogate zasoby edukacyjne online. W kolejnych praktycznych demonstracjach działania z tej serii rozważymy także dodanie przykładów działania systemu Syntec.
Podsumowanie tego artykułu
· Urządzenie CNC: Mózg, który czyta programy, wykonuje obliczenia interpolacyjne i wydaje instrukcje ruchu
· System serwo: Mięśnie, które napędzają precyzyjny ruch każdego silnika osi
· Korpus mechaniczny: Szkielet obejmujący łoże, szynę prowadzącą, śrubę kulową i wrzeciono
#CNCMachineTools #CNCCoreSystems #FANUCSiemens #FiveAxisMachining #SyntecSystem #CNCTechnology #CNCMachining
