Вы когда-нибудь задумывались, что происходит после нажатия кнопки «Старт цикла»? При нажатии зеленой кнопки «СТАРТ ЦИКЛА» на панели управления станок начинает двигаться по программе. Весь процесс кажется «волшебным» — но за ним стоит очень строгая система взаимодействия: один компонент читает программу, другой преобразует инструкции в электрические сигналы, третий приводит двигатель во вращение, третий постоянно определяет обратную связь по положению, а третий контролирует подачу СОЖ и смену инструмента…
Эти «определенные компоненты» представляют собой пять основных систем станков с ЧПУ. Разбираться в этих пяти системах нужно не просто для удовлетворения любопытства — при поломке станка можно примерно судить, в каком звене проблема; когда вы получите более глубокие знания, у вас появится четкая основа для понимания нового контента.
Система 1: Устройство ЧПУ (контроллер ЧПУ) — «мозг» станка.
(Источник изображения: Siemens) Устройство ЧПУ является ядром всего станка, который мы часто называем «системой ЧПУ» или контроллером ЧПУ. Процесс его работы следующий:
Чтение программы: Считайте программу ЧПУ из памяти, CF-карты или сетевого интерфейса.
Декодирование: «перевести» инструкции, такие как G-код и M-код, в данные, которые система может обрабатывать внутри.
Интерполяционный расчет: Согласно инструкциям движения, вычислите, насколько каждая ось должна переместиться в каждую единицу времени (это самый основной расчет — разложение «от точки А до точки Б» на бесчисленное количество крошечных шагов)
Выдача инструкций управления: отправка величины перемещения каждой оси в сервосистему в виде электрических сигналов.
Координация вспомогательных функций: управление функциями M-кода, такими как скорость шпинделя, смена инструмента и подача СОЖ.
Устройство ЧПУ не только пассивно выполняет программу, но также получает обратную связь о положении в реальном времени от каждой оси и корректирует отклонения движения в любое время. Панель управления и экран дисплея, которые вы обычно видите на станке, представляют собой интерфейс взаимодействия человека с компьютером устройства с ЧПУ: вы вводите программы, изменяете параметры и проверяете координаты через этот интерфейс для связи с устройством с ЧПУ.
Система 2: Сервосистема — «мышцы» станка
Устройство ЧПУ выдает команду «Ось X перемещается на 0,001 мм», но эту команду необходимо преобразовать в реальное механическое движение с помощью сервосистемы. (Источник изображения: FANUC)
Сервосистема состоит из двух частей:
Сервопривод: принимает управляющий сигнал, отправленный устройством ЧПУ, усиливает его и преобразует в электрическую энергию для привода двигателя. Он эквивалентен прецизионному «усилителю мощности».
Серводвигатель: преобразует электрическую энергию в механическое вращательное движение. Разница между серводвигателем и обычным двигателем заключается в том, что серводвигатель имеет встроенный энкодер положения, который может точно контролировать угол вращения, а скорость его реакции чрезвычайно высока — он может запускаться, останавливаться или изменять скорость за миллисекунды.
Станки с ЧПУ обычно имеют несколько наборов сервосистем:
Один сервопривод подачи для каждой оси X, Y и Z: управляет движением инструмента и рабочего стола.
Сервопривод шпинделя: управляет скоростью вращения шпинделя (инструмента).
Цель сервопривода шпинделя и сервопривода подачи немного различается: сервопривод подачи обеспечивает точность положения (величина перемещения должна быть точной), а сервопривод шпинделя обеспечивает стабильность скорости (скорость должна быть постоянной во время резки и не может колебаться из-за изменений в силе резания). Для пятиосных станков предусмотрены два дополнительных комплекта сервосистем для управления осями вращения (оси A/B/C), и одновременно может работать от 5 до 6 комплектов сервоприводов.
Система 3: Механический корпус станка — скелет и соединения
Серводвигатель создает вращательное движение, а станок выполняет линейное движение и вращательное позиционирование инструмента. Необходимо преобразовать вращение двигателя в точное движение различных частей станка, опирающегося на механический корпус. Основные компоненты механического тела:
Станина/рама: основная конструкция станка, обычно изготовленная из чугуна или сварной стальной пластины. Хорошая станина обладает высокой жесткостью и хорошей виброустойчивостью, что является предпосылкой обеспечения точности обработки. (Двухлинейная и одножесткая трехосная оптическая машина)
Линейная направляющая/путь: «дорожка», которая направляет рабочий стол и шпиндельную головку в определенном направлении. В современных обрабатывающих центрах обычно используются линейные роликовые направляющие, которые имеют небольшое трение, высокую точность и быстрый отклик. В высокоточных станках будут использоваться гидростатические направляющие с практически нулевым трением.
Шариковый винт: основная часть, которая преобразует вращательное движение серводвигателя в линейное движение рабочего стола. Шарико-винтовая передача передает усилие посредством вращения внутренних стальных шариков с чрезвычайно малым трением и обеспечивает точность позиционирования на микронном уровне.
Шпиндель: основной компонент, который зажимает инструмент и вращается с высокой скоростью. Точность (биение) шпинделя напрямую влияет на точность обработки, а максимальная скорость шпинделя определяет скорость, с которой можно обрабатывать. Высокоскоростные шпиндели могут достигать 40 000 об/мин и даже выше. (Источник изображения: Лои)
Система 4: Система обнаружения и обратной связи — глаза замкнутого цикла управления
Это очень важная система, о которой многие новички мало что знают. Система ЧПУ сообщает серводвигателю «повернуться на 10 оборотов», но как она узнает, что двигатель на самом деле сделал ровно 10 оборотов? Действительно ли инструмент переместился на запрошенное вами расстояние? Он опирается на систему обнаружения и обратной связи, функция которой заключается в измерении фактического положения в реальном времени и передаче его обратно на устройство ЧПУ, что позволяет системе автоматически корректировать отклонение в соответствии с ошибкой.
Этот цикл «выдача инструкций → выполнение → обнаружение фактических значений → сравнение отклонений → инструкции по исправлению» называется управлением с обратной связью и является основным механизмом обеспечения точности ЧПУ.
Существует два типа часто используемых компонентов обнаружения:
Поворотный энкодер: установлен на валу серводвигателя для определения угла вращения двигателя. Поскольку он обнаруживает конец двигателя, а не конец рабочего стола, все еще остаются ошибки, такие как упругая деформация винта, которая относится к полузамкнутому управлению. Большинство обрабатывающих центров используют эту схему, а точность позиционирования обычно составляет ± 0,005 ~ 0,01 мм.
Линейная шкала: устанавливается непосредственно рядом с направляющей станка для измерения фактического линейного смещения рабочего стола. Поскольку он напрямую измеряет положение рабочего стола, он устраняет ошибки в звеньях передачи, таких как шариковый винт, что соответствует полностью замкнутому контуру управления с более высокой точностью (до ± 0,001 мм). Высокоточные станки и прецизионные пятикоординатные станки обычно оснащаются линейными шкалами. (линейная шкала RENISHAW)
Система 5: Система вспомогательных функций — включение станка в «работу»
Первые четыре системы вместе обеспечивают точность перемещения инструмента. Но для действительного завершения обработки необходим ряд вспомогательных функций:
Устройство автоматической смены инструмента (ATC): одна из наиболее важных функций обрабатывающих центров. В инструментальном магазине хранится несколько инструментов, и манипулятор автоматически завершает весь процесс во время смены инструмента, обычно занимая всего несколько секунд. Вместимость инструментального магазина варьируется от 8 до более 100 инструментов.
Система охлаждения: во время обработки между инструментом и заготовкой выделяется много тепла. СОЖ отвечает за охлаждение, смазку и удаление стружки. Распространенные методы включают внешнее охлаждение распылением, внутреннее охлаждение (распыление непосредственно на зону резания через шпиндель и центральное отверстие инструмента) и т. д.
Пневматическая/гидравлическая система: используется для действий, требующих больших усилий, таких как зажим заготовок, смена инструмента и освобождение инструмента шпинделя.
ПЛК (программируемый логический контроллер): устройство с ЧПУ управляет только управлением движением, в то время как большое количество операций управления количеством переключателей на станке (смена инструмента, переключатель подачи СОЖ, блокировка защитной дверцы и т. д.) выполняются встроенным ПЛК. ПЛК и устройство ЧПУ взаимодействуют, образуя полную систему управления станком.
Поток сигналов пяти основных систем (краткое понимание)
Рабочий процесс всей системы можно понять с помощью сигнальной цепочки: это все, что происходит после «нажатия на запуск цикла», точного процесса управления с обратной связью, который повторяется тысячи раз в секунду.
Знакомство с основными брендами систем ЧПУ
Поняв роль устройства с ЧПУ, давайте познакомимся с основными брендами, представленными на рынке:
FANUC: Японский бренд с крупнейшей долей мирового рынка и чрезвычайно высокой загрузкой отечественных заводов. Система стабильна и надежна, имеет полную техническую экосистему, что делает ее лучшим выбором для обучения начального уровня (последующие примеры работы в этой серии будут в основном сосредоточены на FANUC).
Siemens SINUMERIK: немецкий бренд, основная конфигурация станков европейского типа. SINUMERIK ONE — это высококлассная система монтажа станков с мощными функциями и идеальной поддержкой пяти осей, но кривая обучения требует крутого подхода. Он широко используется в отечественной автомобильной и аэрокосмической областях.
Heidenhain TNC: немецкий бренд, специализирующийся на фрезерных обрабатывающих центрах, с самой совершенной поддержкой пятиосных функций и высокой репутацией в области аэрокосмической промышленности и прецизионных пресс-форм.
Отечественные бренды в последние годы активно развиваются, и основными представителями являются:
| Бренд | Дочерняя компания | Основные преимущества | Рыночное позиционирование | Поддержка пяти осей |
| Хуачжун Тип 9 | Хуачжун ЧПУ | Внутренний процессор, независимый и управляемый | Средний и низкий уровень, замена на внутреннем рынке | Общий |
| ГСК | Гуанчжоу с ЧПУ | Преимущество в цене, полное вспомогательное оборудование | Экономичные станки | Общий |
| Кеде GNC62 | Кеде ЧПУ | Пятиосное соединение и токарно-фрезерная обработка композитов | Рынок среднего и высокого класса | Хорошо |
| Синтек | Синтек Технология | Сильная совместимость с CAM, удобный интерфейс. | Средний уровень, самый быстрорастущий в области пятиосных систем | Хорошо |
Особый фокус: система Syntec — главная сила отечественной пятиосной системы
Среди многих отечественных систем ЧПУ Syntec в последние годы особенно зарекомендовала себя в области пятиосной обработки и стала одной из систем с самым высоким уровнем установки отечественных пятиосных станков.
Основными преимуществами Syntec являются: чрезвычайно высокая совместимость с программным обеспечением CAM, поддерживающая результаты постобработки практически всех основных программ CAM; G-код в основном совместим с системами ЧПУ FANUC, операционный интерфейс удобен для начинающих, а стоимость обучения ниже, чем в традиционных европейских и американских системах; в то же время он стабильно выполняет ключевые функции, такие как пятиосевой RTCP и управление осью инструмента, что является важной причиной, по которой большое количество производителей пятиосных станков выбирают Syntec в качестве стандартной системы конфигурации.
Если вы или ваша компания планирует приобрести отечественный пятикоординатный станок или хотите понять состояние развития отечественных систем, вы можете обратить внимание на систему Syntec, которая также имеет множество обучающих ресурсов в Интернете. В последующих практических демонстрациях этой серии мы также рассмотрим добавление примеров работы системы Syntec.
Краткое содержание этой статьи
· Устройство с ЧПУ: мозг, который читает программы, выполняет интерполяционные вычисления и выдает инструкции по перемещению.
· Сервосистема: мышцы, которые обеспечивают точное движение двигателя каждой оси.
· Механический корпус: скелет, включая станину, направляющую, шариковый винт и шпиндель.
#CNCMachineTools #CNCCoreSystems #FANUCSiemens #FiveAxisMachining #SyntecSystem #CNCTechnology #CNCMachining
