Zamysleli ste sa niekedy nad tým, čo sa stane po stlačení tlačidla „Cycle Start“? Keď stlačíte zelené tlačidlo „CYCLE START“ na ovládacom paneli, obrábací stroj sa začne pohybovať podľa programu. Celý proces sa zdá byť „magický“ – ale za tým je veľmi dôsledný spolupracujúci systém: jeden komponent číta program, ďalší prevádza inštrukcie na elektrické signály, ďalší poháňa motor do rotácie, ďalší nepretržite zisťuje spätnú väzbu o polohe a ďalší riadi výmenu chladiacej kvapaliny a nástroja…
Tieto „určité komponenty“ tvoria päť základných systémov CNC obrábacích strojov. Pochopenie týchto piatich systémov nie je len na uspokojenie zvedavosti – keď sa obrábací stroj pokazí, môžete zhruba posúdiť, v ktorej súvislosti je problém; keď sa naučíte hlbšie znalosti, budete mať jasný rámec na pochopenie nového obsahu.
Systém 1: CNC zariadenie (CNC Controller) — „mozog“ obrábacieho stroja
(Zdroj obrázka: Siemens) CNC zariadenie je jadrom celého obrábacieho stroja, ktorý často nazývame „CNC systém“ alebo CNC riadiaca jednotka. Jeho pracovný proces je nasledovný:
Čítanie programu: Načítajte NC program z pamäte, CF karty alebo sieťového rozhrania
Dekódovanie: „Preložte“ inštrukcie ako G-kód a M-kód do údajov, ktoré systém dokáže interne spracovať
Výpočet interpolácie: Podľa pokynov na pohyb vypočítajte, o koľko sa každá os musí pohnúť za každú časovú jednotku (toto je najzákladnejší výpočet — rozklad „z bodu A do bodu B“ na nespočetné množstvo malých krokov)
Vydanie riadiacich pokynov: Pošlite množstvo pohybu každej osi do servosystému vo forme elektrických signálov
Koordinačné pomocné funkcie: Ovládanie funkcií M-kódu, ako sú otáčky vretena, výmena nástroja a chladiaca kvapalina
CNC zariadenie nielen pasívne vykonáva program, ale tiež prijíma spätnú väzbu o polohe v reálnom čase z každej osi a kedykoľvek koriguje odchýlky pohybu. Ovládací panel a obrazovka, ktoré zvyčajne vidíte na obrábacom stroji, sú interakčným rozhraním medzi človekom a počítačom CNC zariadenia – cez toto rozhranie zadávate programy, upravujete parametre a kontrolujete súradnice, aby ste komunikovali so zariadením CNC.
Systém 2: Servo systém — „Svaly“ obrábacieho stroja
CNC zariadenie vydá inštrukciu „pohyb osi X o 0,001 mm“, ale túto inštrukciu musí servosystém previesť na skutočný mechanický pohyb. (Zdroj obrázka: FANUC)
Servosystém sa skladá z dvoch častí:
Servopohon: Prijíma riadiaci signál vysielaný CNC zariadením, zosilňuje ho a premieňa na elektrickú energiu na pohon motora. Je to ekvivalent presného „výkonového zosilňovača“.
Servomotor: Premieňa elektrickú energiu na mechanický rotačný pohyb. Rozdiel medzi servomotorom a obyčajným motorom je v tom, že servomotor má vstavaný snímač polohy, ktorý dokáže presne riadiť uhol natočenia a jeho rýchlosť odozvy je extrémne rýchla — dokáže sa spustiť, zastaviť alebo zmeniť rýchlosť v priebehu milisekúnd.
CNC obrábacie stroje majú zvyčajne viacero sád servosystémov:
Jedno podávacie servo pre každú os X, os Y a os Z: Ovláda pohyb nástroja a pracovného stola
Servo vretena: Ovláda rýchlosť otáčania vretena (nástroja)
Zameranie serva vretena a serva posuvu je mierne odlišné: servoposuv sleduje presnosť polohy (veľkosť pohybu musí byť presná) a servo vretena sa snaží o stabilitu otáčok (rýchlosť musí byť počas rezania konštantná a nemôže kolísať v dôsledku zmien reznej sily). Pre päťosové obrábacie stroje existujú dve ďalšie súpravy servosystémov na ovládanie osí otáčania (osi A/B/C) a súčasne môže pracovať 5 až 6 súprav serv.
Systém 3: Mechanické telo obrábacieho stroja – kostra a kĺby
Servomotor generuje rotačný pohyb, ale obrábací stroj vykonáva lineárny pohyb a rotačné polohovanie nástroja. Rotáciu motora je potrebné previesť na presný pohyb rôznych častí obrábacieho stroja, ktorý sa spolieha na mechanické telo. Hlavné komponenty mechanického tela:
Posteľ / rám: Základná konštrukcia obrábacieho stroja, zvyčajne vyrobená z liatiny alebo zváraného oceľového plechu. Dobré lôžko má vysokú tuhosť a dobrú odolnosť proti vibráciám, čo je predpokladom na zabezpečenie presnosti spracovania. (Dvojriadkový a jeden pevný trojosový optický stroj)
Lineárne vedenie/cesta: „Dráha“, ktorá vedie pracovný stôl a hlavu vretena pri pohybe v určitom smere. Moderné obrábacie centrá vo všeobecnosti používajú lineárne valivé vodidlá, ktoré majú malé trenie, vysokú presnosť a rýchlu odozvu. Vysoko presné obrábacie stroje budú využívať hydrostatické vedenia s takmer nulovým trením.
Guľôčková skrutka: Hlavná časť, ktorá prevádza rotačný pohyb servomotora na lineárny pohyb pracovného stola. Guličková skrutka prenáša silu cez valcovanie vnútorných oceľových guľôčok s extrémne malým trením a môže dosiahnuť presnosť polohovania na úrovni mikrónov.
Vreteno: Hlavná súčasť, ktorá upína nástroj a otáča sa vysokou rýchlosťou. Presnosť (hádzanie) vretena priamo ovplyvňuje presnosť spracovania a maximálna rýchlosť vretena určuje rýchlosť, akou môžete obrábať. Vysokorýchlostné vretená môžu dosiahnuť 40 000 otáčok za minútu alebo dokonca vyššie. (Zdroj obrázka: Luoyi)
Systém 4: Systém detekcie a spätnej väzby – Oči ovládania v uzavretej slučke
Toto je veľmi kritický systém, o ktorom veľa začiatočníkov veľa nevie. CNC systém prikáže servomotoru „otočiť 10 otáčok“, ale ako vie, že motor sa skutočne otočil presne o 10 otáčok? Skutočne sa nástroj posunul o požadovanú vzdialenosť? Spolieha sa na systém detekcie a spätnej väzby, ktorého funkciou je merať skutočnú polohu v reálnom čase a posielať ju späť do CNC zariadenia, čo umožňuje systému automaticky korigovať odchýlku podľa chyby.
Tento cyklus „vydávanie pokynov → vykonávanie → zisťovanie skutočných hodnôt → porovnávanie odchýlok → oprava pokynov“ sa nazýva riadenie s uzavretou slučkou, ktoré je základným mechanizmom na zabezpečenie presnosti CNC.
Existujú dva typy bežne používaných detekčných komponentov:
Rotačný kódovač: Inštaluje sa na hriadeľ servomotora na detekciu uhla natočenia motora. Keďže detekuje skôr koniec motora ako koniec pracovného stola, stále sa vyskytujú chyby, ako je elastická deformácia skrutky, ktorá patrí k riadeniu s polouzavretou slučkou. Väčšina obrábacích centier používa túto schému a presnosť polohovania je zvyčajne ± 0,005 ~ 0,01 mm.
Lineárna stupnica: Inštaluje sa priamo vedľa vodiacej koľajnice obrábacieho stroja na meranie skutočného lineárneho posunu pracovného stola. Pretože priamo meria polohu pracovného stola, eliminuje chyby v prenosových článkoch, ako je guľôčková skrutka, patriaca k riadeniu s plne uzavretou slučkou s vyššou presnosťou (až ± 0,001 mm). Vysoko presné obrábacie stroje a presné päťosové obrábacie stroje sú vo všeobecnosti vybavené lineárnymi stupnicami. (lineárna stupnica RENISHAW)
Systém 5: Systém pomocných funkcií – Umožnenie „práce“ obrábacieho stroja
Prvé štyri systémy spolu zabezpečujú presný pohyb nástroja. Ale na skutočné dokončenie spracovania je potrebná séria pomocných funkcií:
Automatický výmenník nástrojov (ATC): Jedna z najdôležitejších funkcií obrábacích centier. V zásobníku nástrojov je uložených viacero nástrojov a manipulátor automaticky dokončí celý proces počas výmeny nástroja, zvyčajne trvá len niekoľko sekúnd. Kapacita zásobníka nástrojov sa pohybuje od 8 do viac ako 100 nástrojov.
Chladiaci systém: Počas spracovania vzniká medzi nástrojom a obrobkom veľké množstvo tepla. Chladiaca kvapalina je zodpovedná za chladenie, mazanie a odstraňovanie triesok. Bežné metódy zahŕňajú vonkajšie chladenie rozprašovaním, vnútorné chladenie (striekanie priamo do oblasti rezu cez vreteno a stredový otvor nástroja) atď.
Pneumatický/hydraulický systém: Používa sa na činnosti vyžadujúce veľkú silu, ako je upínanie obrobkov, výmena nástroja a uvoľnenie nástroja vretena.
PLC (Programmable Logic Controller): CNC zariadenie riadi iba riadenie pohybu, zatiaľ čo veľké množstvo ovládacích prvkov množstva spínačov na obrábacom stroji (výmena nástroja, spínač chladiacej kvapaliny, blokovanie ochranných dverí atď.) má na starosti vstavané PLC. PLC a CNC zariadenie spolupracujú na vytvorení kompletného riadiaceho systému obrábacieho stroja.
Tok signálu piatich základných systémov (pochopte na prvý pohľad)
Pracovný proces celého systému možno pochopiť pomocou signálneho reťazca: toto je všetko, čo sa deje po „stlačení štartu cyklu“, precíznom uzavretom regulačnom procese, ktorý sa opakuje tisíckrát za sekundu.
Úvod do bežných značiek CNC systémov
Po pochopení úlohy CNC zariadenia sa pozrime na hlavné značky na trhu:
FANUC: Japonská značka s najväčším globálnym podielom na trhu a extrémne vysokou mierou obsadenosti v domácich továrňach. Systém je stabilný a spoľahlivý s kompletným technickým ekosystémom, vďaka čomu je prvou voľbou pre vzdelávanie na základnej úrovni (následné príklady prevádzky v tejto sérii sa zamerajú hlavne na FANUC).
Siemens SINUMERIK: Nemecká značka, hlavná konfigurácia obrábacích strojov európskeho štýlu. SINUMERIK ONE je špičkový inštalačný systém obrábacích strojov s výkonnými funkciami a dokonalou podporou piatich osí, ale krivka učenia je strmá. Je široko používaný v domácom automobilovom a leteckom priemysle.
Heidenhain TNC: Nemecká značka zameraná na frézovacie obrábacie centrá s najdokonalejšou podporou päťosových funkcií a vysokou reputáciou v oblasti letectva a výroby presných foriem.
Domáce značky sa v posledných rokoch rýchlo rozvíjali a hlavnými predstaviteľmi sú:
| Značka | Pridružená spoločnosť | Hlavné výhody | Pozícia na trhu | Päťosová podpora |
| Huazhong typ 9 | Huazhong CNC | Domáce CPU, nezávislé a ovládateľné | Stredná až nízka domáca náhrada | generál |
| GSK | Guangzhou CNC | Cenová výhoda, kompletné podporné vybavenie | Ekonomické obrábacie stroje | generál |
| Kedysi GNC62 | Kede CNC | Päťosové spojenie a spracovanie kompozitov na rotačnom mlyne | Trh strednej až vyššej kategórie | Dobre |
| Syntec | Technológia Syntec | Silná CAM kompatibilita, užívateľsky prívetivé rozhranie | Stredný, najrýchlejšie rastúci v oblasti piatich osí | Dobre |
Špeciálne zameranie: Systém Syntec – hlavná sila domácej päťosí
Spomedzi mnohých domácich CNC systémov si Syntec v posledných rokoch viedol obzvlášť popredné miesto v oblasti päťosového spracovania a stal sa jedným zo systémov s najvyššou mierou inštalácie domácich päťosových obrábacích strojov.
Hlavné výhody Syntec sú: extrémne silná kompatibilita softvéru CAM, podporujúca výstup po spracovaní takmer všetkých bežných softvérov CAM; G-kód je v zásade kompatibilný s CNC systémami FANUC, prevádzkové rozhranie je užívateľsky prívetivé pre začiatočníkov a náklady na učenie sú nižšie ako náklady na tradičné európske a americké systémy; zároveň stabilne funguje v kľúčových funkciách, ako je päťosové RTCP a riadenie osí nástroja, čo je dôležitý dôvod, prečo si veľký počet výrobcov päťosových obrábacích strojov vyberá Syntec ako štandardný konfiguračný systém.
Ak vy alebo vaša spoločnosť plánujete kúpu domáceho päťosového obrábacieho stroja alebo chcete pochopiť stav vývoja domácich systémov, môžete venovať pozornosť systému Syntec, ktorý má tiež množstvo učebných zdrojov online. V následných praktických ukážkach prevádzky tohto radu zvážime aj pridanie príkladov prevádzky systému Syntec.
Zhrnutie tohto článku
· CNC zariadenie: Mozog, ktorý číta programy, vykonáva interpolačné výpočty a vydáva pokyny na pohyb
· Servo systém: Svaly, ktoré riadia presný pohyb motora každej osi
· Mechanické telo: Kostra vrátane lôžka, vodiacej koľajnice, guľôčkovej skrutky a vretena
#CNCMachineTools #CNCCoreSystems #FANUCSiemens #FiveAxisMachining #SyntecSystem #CNCTechnology #CNCMachining
