Te-ai întrebat vreodată ce se întâmplă după ce ai apăsat butonul „Pornire ciclu”? Când apăsați butonul verde „START CYCLE” de pe panoul de operare, mașina unealtă începe să se miște conform programului. Întregul proces pare „magic” – dar în spatele lui se află un sistem foarte riguros care colaborează: o componentă citește programul, alta convertește instrucțiunile în semnale electrice, alta conduce motorul să se rotească, alta detectează continuu feedback-ul de poziție, iar alta controlează lichidul de răcire și schimbarea sculei...
Aceste „anumite componente” sunt cele cinci sisteme de bază ale mașinilor-unelte CNC. Înțelegerea acestor cinci sisteme nu este doar pentru a satisface curiozitatea - atunci când mașina-uneltă se defectează, puteți judeca aproximativ în ce legătură se află problema; atunci când înveți cunoștințe mai profunde, vei avea un cadru clar pentru a înțelege noul conținut.
Sistemul 1: Dispozitiv CNC (controler CNC) — „Creierul” mașinii-unelte
(Sursa imagine: Siemens) Dispozitivul CNC este nucleul întregii mașini-unelte, ceea ce numim adesea „sistem CNC” sau controler CNC. Procesul său de lucru este următorul:
Citirea programului: Citiți programul NC din memorie, card CF sau interfață de rețea
Decodificare: „Traduceți” instrucțiuni precum codul G și codul M în date pe care sistemul le poate procesa intern
Calcul de interpolare: conform instrucțiunilor de mișcare, calculați cât de mult trebuie să se miște fiecare axă în fiecare unitate de timp (acesta este cel mai important calcul - descompunerea „din punctul A în punctul B” în nenumărați pași mici)
Emiterea instrucțiunilor de control: Trimiteți cantitatea de mișcare a fiecărei axe către servosistemul sub formă de semnale electrice
Coordonarea funcțiilor auxiliare: Controlați funcțiile codului M, cum ar fi viteza axului, schimbarea sculei și lichidul de răcire
Dispozitivul CNC nu numai că execută pasiv programul, dar primește și feedback de poziție în timp real de la fiecare axă și corectează oricând abaterile de mișcare. Panoul de operare și ecranul de afișare pe care le vedeți de obicei pe mașina unealtă sunt interfața de interacțiune om-calculator a dispozitivului CNC - introduceți programe, modificați parametrii și verificați coordonatele prin această interfață pentru a comunica cu dispozitivul CNC.
Sistemul 2: Sistemul Servo — „Mușchii” mașinii-unelte
Dispozitivul CNC emite o instrucțiune „Axa X se mișcă 0,001 mm”, dar această instrucțiune trebuie convertită în mișcare mecanică reală de către sistemul servo. (Sursa imagine: FANUC)
Sistemul servo este format din două părți:
Servo Drive: Primește semnalul de control trimis de dispozitivul CNC, îl amplifică și îl transformă în energie electrică pentru a conduce motorul. Este echivalent cu un „amplificator de putere” de precizie.
Servomotor: Transformă energia electrică în mișcare mecanică de rotație. Diferența dintre un servomotor și un motor obișnuit este că servomotorul are un encoder de poziție încorporat, care poate controla cu precizie unghiul de rotație, iar viteza de răspuns este extrem de rapidă - poate porni, opri sau modifica viteza în milisecunde.
Mașinile-unelte CNC au de obicei mai multe seturi de sisteme servo:
Un servo de avans pentru fiecare dintre axa X, axa Y și axa Z: controlează mișcarea sculei și a mesei de lucru
Servo ax: controlează viteza de rotație a axului (uneltei)
Focalizarea servo-axului și a servo-ului de avans este ușor diferită: servo-ul de avans urmărește precizia poziției (cantitatea de mișcare trebuie să fie precisă), iar servo-axul urmărește stabilitatea vitezei (viteza trebuie să fie constantă în timpul tăierii și nu poate fluctua din cauza modificărilor forței de tăiere). Pentru mașinile-unelte cu cinci axe, există două seturi suplimentare de servosisteme pentru a controla axele de rotație (axele A/B/C) și pot exista 5 până la 6 seturi de servo-uri care funcționează în același timp.
Sistemul 3: Corpul mecanic al mașinii-unelte — Scheletul și articulațiile
Servomotorul generează mișcare de rotație, dar mașina unealtă realizează mișcarea liniară și poziționarea de rotație a sculei. Este necesar să se transforme rotația motorului în mișcare precisă a diferitelor părți ale mașinii-unelte, care se bazează pe corpul mecanic. Componentele de bază ale corpului mecanic:
Pat / Cadru: Structura de bază a mașinii-unelte, de obicei realizată din fontă sau plăci de oțel sudate. Un pat bun are o rigiditate ridicată și o rezistență bună la vibrații, care este premisa pentru a asigura acuratețea procesării. (Mașină optică cu două linii și o singură dură cu trei axe)
Ghid liniar / cale: „Șenile” care ghidează masa de lucru și capul axului pentru a se deplasa într-o direcție specifică. Centrele de prelucrare moderne adoptă în general ghidaje liniare de rulare, care au frecare mică, precizie ridicată și răspuns rapid. Mașinile-unelte de înaltă precizie vor folosi ghidaje hidrostatice cu frecare aproape zero.
Șurub cu bile: Partea centrală care transformă mișcarea de rotație a servomotorului în mișcarea liniară a mesei de lucru. Șurubul cu bile transmite forța prin rularea bilelor interne de oțel, cu frecare extrem de mică, și poate obține o precizie de poziționare la nivel de microni.
Ax: componenta de bază care prinde scula și se rotește la viteză mare. Precizia axului afectează direct acuratețea procesării, iar viteza maximă a axului determină viteza cu care puteți procesa. Axurile de mare viteză pot atinge 40.000 rpm sau chiar mai mult. (Sursa imagine: Luoyi)
Sistemul 4: Sistem de detectare și feedback — Ochii controlului în buclă închisă
Acesta este un sistem foarte critic despre care mulți începători nu știu prea multe. Sistemul CNC îi spune servomotorului să „rotească 10 ture”, dar de unde știe că motorul s-a rotit de fapt exact 10 ture? S-a deplasat instrumentul la distanța pe care ați solicitat-o? Se bazează pe sistemul de detectare și feedback, a cărui funcție este de a măsura poziția reală în timp real și de a o transmite înapoi la dispozitivul CNC, permițând sistemului să corecteze automat abaterea în funcție de eroare.
Acest ciclu de „emitere de instrucțiuni → executare → detectarea valorilor reale → compararea abaterilor → corectarea instrucțiunilor” se numește control în buclă închisă, care este mecanismul de bază pentru a asigura acuratețea CNC.
Există două tipuri de componente de detectare utilizate în mod obișnuit:
Encoder rotativ: Instalat pe arborele servomotorului pentru a detecta unghiul de rotație a motorului. Deoarece detectează capătul motorului mai degrabă decât capătul mesei de lucru, există încă erori, cum ar fi deformarea elastică a șurubului, care aparține controlului în buclă semiînchisă. Majoritatea centrelor de prelucrare adoptă această schemă, iar precizia de poziționare este de obicei de ± 0,005 ~ 0,01 mm.
Scară liniară: instalată direct lângă șina de ghidare a mașinii-unelte pentru a măsura deplasarea liniară reală a mesei de lucru. Deoarece măsoară direct poziția mesei de lucru, elimină erorile în legăturile de transmisie, cum ar fi șurubul cu bile, aparținând controlului complet în buclă închisă cu o precizie mai mare (până la ±0,001 mm). Mașinile-unelte de înaltă precizie și mașinile-unelte de precizie cu cinci axe sunt în general echipate cu cântare liniare. (scara liniară RENISHAW)
Sistemul 5: Sistemul cu funcții auxiliare — Permiterea „funcționării” a mașinii-unelte
Primele patru sisteme împreună asigură că unealta se poate mișca cu precizie. Dar pentru a finaliza cu adevărat procesarea, sunt necesare o serie de funcții auxiliare:
Schimbător automat de scule (ATC): Una dintre cele mai importante caracteristici ale centrelor de prelucrare. Magazinul de scule stochează mai multe unelte, iar manipulatorul finalizează automat întregul proces în timpul schimbării sculei, de obicei durează doar câteva secunde. Capacitatea magaziei de scule variază de la 8 până la mai mult de 100 de scule.
Sistem de răcire: Se generează multă căldură între unealtă și piesa de prelucrat în timpul procesării. Lichidul de răcire este responsabil pentru răcire, lubrifiere și îndepărtarea așchiilor. Metodele obișnuite includ răcirea externă prin pulverizare, răcirea internă (pulverizarea direct în zona de tăiere prin axul și orificiul central al sculei), etc.
Sistem pneumatic/hidraulic: Folosit pentru acțiuni care necesită forță mare, cum ar fi strângerea pieselor de prelucrat, acțiunile de schimbare a sculei și eliberarea sculei ax.
PLC (controller logic programabil): Dispozitivul CNC gestionează doar controlul mișcării, în timp ce un număr mare de comenzi ale cantității de comutatoare pe mașina-uneltă (schimbarea sculei, comutatorul lichidului de răcire, blocarea ușii de protecție etc.) sunt gestionate de PLC-ul încorporat. PLC-ul și dispozitivul CNC cooperează pentru a forma un sistem complet de control al mașinii-unelte.
Fluxul de semnal al celor cinci sisteme de bază (înțelegerea dintr-o privire)
Procesul de lucru al întregului sistem poate fi înțeles cu un lanț de semnal: acesta este tot ceea ce se întâmplă după „apăsarea pornirii ciclului”, un proces precis de control în buclă închisă care se repetă de mii de ori pe secundă.
Introducere în mărcile de sisteme CNC mainstream
După ce am înțeles rolul dispozitivului CNC, să facem cunoștință cu principalele mărci de pe piață:
FANUC: Un brand japonez cu cea mai mare cotă de piață globală și un grad de ocupare extrem de ridicat în fabricile autohtone. Sistemul este stabil și fiabil, cu un ecosistem tehnic complet, făcându-l prima alegere pentru învățarea la nivel de intrare (exemplele de operare ulterioare din această serie se vor concentra în principal pe FANUC).
Siemens SINUMERIK: Un brand german, configurația principală a mașinilor-unelte în stil european. SINUMERIK ONE este un sistem de instalare a mașinilor-unelte de ultimă generație, cu funcții puternice și suport perfect pe cinci axe, dar curba de învățare este abruptă. Este utilizat pe scară largă în domeniul auto și aerospațial autohton.
Heidenhain TNC: Un brand german care se concentrează pe centre de prelucrare de frezare, cu cel mai rafinat suport pentru funcții pe cinci axe și o reputație înaltă în domeniul aerospațial și al matrițelor de precizie.
Brandurile autohtone s-au dezvoltat rapid în ultimii ani, iar principalii reprezentanți sunt următorii:
| Marca | Companie afiliată | Principalele avantaje | Poziționarea pe piață | Suport pe cinci axe |
| Huazhong tip 9 | Huazhong CNC | CPU intern, independent și controlabil | Înlocuire la nivel mediu spre jos, casnic | general |
| GSK | Guangzhou CNC | Pret avantaj, facilitati complete de sustinere | Mașini-unelte economice | general |
| Kede GNC62 | Kede CNC | Legătura cu cinci axe și prelucrarea compozitelor turn-frezare | Piața de gamă medie spre înaltă | Bun |
| Syntec | Tehnologia Syntec | Compatibilitate CAM puternică, interfață ușor de utilizat | Gama mijlocie, cu cea mai rapidă creștere în domeniul cu cinci axe | Bun |
Focus special: Sistemul Syntec — Forța principală a celor cinci axe interne
Printre multe sisteme CNC autohtone, Syntec a avut o performanță deosebit de proeminentă în domeniul prelucrării cu cinci axe în ultimii ani și a devenit unul dintre sistemele cu cea mai mare rată de instalare a mașinilor-unelte autohtone cu cinci axe.
Avantajele de bază ale Syntec sunt: compatibilitate extrem de puternică cu software-ul CAM, care acceptă producția de post-procesare a aproape tuturor software-ului CAM standard; G-code este practic compatibil cu sistemele CNC FANUC, interfața de operare este ușor de utilizat pentru începători, iar costul de învățare este mai mic decât cel al sistemelor tradiționale europene și americane; în același timp, funcționează stabil în funcții cheie, cum ar fi RTCP pe cinci axe și controlul axei sculei, ceea ce este un motiv important pentru care un număr mare de producători de mașini-unelte cu cinci axe aleg Syntec ca sistem de configurare standard.
Dacă dumneavoastră sau compania dumneavoastră intenționați să achiziționați o mașină-uneltă autohtonă cu cinci axe sau doriți să înțelegeți stadiul dezvoltării sistemelor interne, puteți acorda atenție sistemului Syntec, care are și resurse abundente de învățare online. În demonstrațiile practice ulterioare de funcționare ale acestei serii, vom lua în considerare și adăugarea de exemple de operare ale sistemului Syntec.
Rezumatul acestui articol
· Dispozitiv CNC: creierul, care citește programe, efectuează calcule de interpolare și emite instrucțiuni de mișcare
· Servo System: Mușchii, care conduc mișcarea precisă a fiecărui motor de axă
· Corp mecanic: scheletul, inclusiv patul, șina de ghidare, șurubul cu bile și axul
#CNCMachineTools #CNCCoreSystems #FANUCSiemens #FiveAxisMachining #SyntecSystem #CNCTechnology #CNCMachining
