Ste se kdaj vprašali, kaj se zgodi po pritisku na gumb “Cycle Start”? Ko pritisnete zeleno tipko “CYCLE START” na upravljalni plošči, se stroj začne premikati v skladu s programom. Celoten proces se zdi »čaroben« — vendar za njim stoji zelo strog sistem, ki sodeluje: ena komponenta bere program, druga pretvarja navodila v električne signale, tretja poganja motor, da se vrti, tretja nenehno zaznava povratne informacije o položaju, tretja pa nadzoruje hladilno tekočino in menjavo orodja ...
Te "določene komponente" so pet osnovnih sistemov CNC obdelovalnih strojev. Razumevanje teh petih sistemov ni le potešitev radovednosti – ko se stroj pokvari, lahko približno ocenite, v katerem členu je težava; ko boste pridobili globlje znanje, boste imeli jasen okvir za razumevanje nove vsebine.
Sistem 1: CNC naprava (CNC krmilnik) — »možgani« strojnega orodja
(Vir slike: Siemens) CNC naprava je jedro celotnega obdelovalnega stroja, ki ga pogosto imenujemo »CNC sistem« ali CNC krmilnik. Njegov delovni proces je naslednji:
Branje programa: Preberite NC program iz pomnilnika, CF kartice ali omrežnega vmesnika
Dekodiranje: »Prevedi« navodila, kot sta G-koda in M-koda, v podatke, ki jih lahko sistem interno obdela
Interpolacijski izračun: v skladu z navodili za gibanje izračunajte, koliko se mora vsaka os premakniti v vsaki časovni enoti (to je najbolj temeljni izračun – razgradnja »od točke A do točke B« na nešteto majhnih korakov)
Izdajanje krmilnih navodil: Pošljite količino gibanja vsake osi v servo sistem v obliki električnih signalov
Usklajevanje pomožnih funkcij: krmilite funkcije kode M, kot so hitrost vretena, menjava orodja in hladilna tekočina
CNC naprava ne le pasivno izvaja program, ampak tudi prejema povratne informacije o položaju v realnem času od vsake osi in kadar koli popravi odstopanja gibanja. Operacijska plošča in zaslon, ki ju običajno vidite na obdelovalnem stroju, sta vmesnik za interakcijo med človekom in računalnikom CNC naprave – prek tega vmesnika za komunikacijo s CNC napravo vnašate programe, spreminjate parametre in preverjate koordinate.
Sistem 2: Servo sistem — »Mišice« obdelovalnega stroja
Naprava CNC izda navodilo »os X se premakne za 0,001 mm«, vendar mora to navodilo servo sistem pretvoriti v resnično mehansko gibanje. (Vir slike: FANUC)
Servo sistem je sestavljen iz dveh delov:
Servo pogon: Sprejme krmilni signal, ki ga pošlje CNC naprava, ga ojača in pretvori v električno energijo za pogon motorja. Je enakovreden natančnemu "ojačevalniku moči".
Servo motor: pretvarja električno energijo v mehansko rotacijsko gibanje. Razlika med servo motorjem in navadnim motorjem je v tem, da ima servo motor vgrajen enkoder položaja, ki lahko natančno nadzoruje kot vrtenja, njegova odzivna hitrost pa je izjemno hitra - lahko zažene, zaustavi ali spremeni hitrost v milisekundah.
CNC strojna orodja imajo običajno več sklopov servo sistemov:
En podajalni servo za vsako od osi X, osi Y in osi Z: nadzoruje gibanje orodja in delovne mize
Servo vretena: nadzoruje hitrost vrtenja vretena (orodja)
Osredotočenost servo vretena in servo pomika je nekoliko drugačna: servo pomik zasleduje natančnost položaja (količina gibanja mora biti natančna), servo vretena pa stabilnost hitrosti (hitrost mora biti konstantna med rezanjem in ne sme nihati zaradi sprememb rezalne sile). Pri petosnih obdelovalnih strojih sta na voljo dva dodatna niza servo sistemov za krmiljenje rotacijskih osi (A/B/C osi), hkrati pa lahko deluje od 5 do 6 kompletov servomotorjev.
Sistem 3: Mehansko telo obdelovalnega stroja — okostje in sklepi
Servo motor ustvarja rotacijsko gibanje, strojno orodje pa izvaja linearno gibanje in rotacijsko pozicioniranje orodja. Vrtenje motorja je treba pretvoriti v natančno gibanje različnih delov obdelovalnega stroja, ki sloni na mehanskem telesu. Glavne komponente mehanskega telesa:
Postelja / ogrodje: Osnovna struktura obdelovalnega stroja, običajno izdelana iz litega železa ali varjene jeklene plošče. Dobra postelja ima visoko togost in dobro odpornost proti tresljajem, kar je predpostavka za zagotavljanje natančnosti obdelave. (Dvovrstični in enotrdi triosni optični stroj)
Linearno vodilo/smer: »tir«, ki vodi delovno mizo in glavo vretena, da se premikata v določeno smer. Sodobni obdelovalni centri na splošno uporabljajo linearna kotalna vodila, ki imajo majhno trenje, visoko natančnost in hiter odziv. Visoko natančna strojna orodja bodo uporabljala hidrostatična vodila s skoraj ničelnim trenjem.
Kroglični vijak: osrednji del, ki pretvarja rotacijsko gibanje servo motorja v linearno gibanje delovne mize. Kroglično vreteno prenaša silo skozi kotaljenje notranjih jeklenih kroglic z izjemno majhnim trenjem in lahko doseže mikronsko natančnost pozicioniranja.
Vreteno: jedrna komponenta, ki vpne orodje in se vrti z veliko hitrostjo. Natančnost (odtekanje) vretena neposredno vpliva na natančnost obdelave, največja hitrost vretena pa določa hitrost, s katero lahko obdelujete. Visokohitrostna vretena lahko dosežejo 40.000 vrt/min ali celo več. (Vir slike: Luoyi)
Sistem 4: Sistem za odkrivanje in povratne informacije — Oči nadzora v zaprti zanki
To je zelo kritičen sistem, o katerem mnogi začetniki ne vedo veliko. CNC sistem pove servo motorju, naj se "obrne za 10 obratov", toda kako ve, da se je motor dejansko zavrtel za točno 10 obratov? Ali je orodje dejansko premaknilo razdaljo, ki ste jo zahtevali? Zanaša se na sistem zaznavanja in povratnih informacij, katerega funkcija je meriti dejanski položaj v realnem času in ga vrniti v CNC napravo, kar omogoča sistemu, da samodejno popravi odstopanje glede na napako.
Ta cikel »izdajanja navodil → izvajanja → zaznavanja dejanskih vrednosti → primerjanja odstopanj → popravljanja navodil« se imenuje krmiljenje z zaprto zanko, ki je osrednji mehanizem za zagotavljanje natančnosti CNC.
Obstajata dve vrsti pogosto uporabljenih komponent za zaznavanje:
Rotacijski kodirnik: nameščen na gredi servo motorja za zaznavanje kota vrtenja motorja. Ker zaznava konec motorja in ne konec delovne mize, še vedno prihaja do napak, kot je elastična deformacija vijaka, ki pripada krmiljenju s polzaprto zanko. Večina obdelovalnih centrov uporablja to shemo, natančnost pozicioniranja pa je običajno ±0,005~0,01 mm.
Linearna lestvica: neposredno nameščena ob vodilni tirnici strojnega orodja za merjenje dejanskega linearnega premika delovne mize. Ker neposredno meri položaj delovne mize, z večjo natančnostjo (do ±0,001 mm) odpravlja napake v prenosnih povezavah, kot je kroglično vreteno, ki pripada krmiljenju s polno zaprto zanko. Visoko precizna strojna orodja in precizna petosna strojna orodja so običajno opremljena z linearnimi lestvicami. (RENISHAW linearna lestvica)
Sistem 5: Sistem pomožnih funkcij — Omogočanje »delovanja« strojnega orodja
Prvi štirje sistemi skupaj zagotavljajo natančno premikanje orodja. Toda za resnično dokončanje obdelave je potrebna vrsta pomožnih funkcij:
Samodejni menjalnik orodij (ATC): ena najpomembnejših lastnosti obdelovalnih centrov. V zalogovniku orodja je shranjenih več orodij, manipulator pa med menjavo orodja samodejno dokonča celoten postopek, ki običajno traja le nekaj sekund. Kapaciteta skladišča orodij je od 8 do več kot 100 orodij.
Hladilni sistem: Med obdelavo se med orodjem in obdelovancem ustvari veliko toplote. Hladilna tekočina je odgovorna za hlajenje, mazanje in odstranjevanje ostružkov. Običajne metode vključujejo zunanje hlajenje s pršenjem, notranje hlajenje (pršenje neposredno na območje rezanja skozi sredinsko luknjo vretena in orodja) itd.
Pnevmatski/hidravlični sistem: Uporablja se za dejanja, ki zahtevajo veliko silo, kot je vpenjanje obdelovancev, dejanja menjave orodja in sprostitev orodja vretena.
PLC (Programmable Logic Controller): CNC naprava upravlja samo krmiljenje gibanja, medtem ko veliko število krmilnikov količine stikal na obdelovalnem stroju (menjava orodja, stikalo za hladilno tekočino, zaščitna blokada vrat itd.) upravlja vgrajeni PLC. PLC in CNC naprava sodelujeta, da tvorita celoten nadzorni sistem strojnega orodja.
Pretok signala petih jedrnih sistemov (Razumite na prvi pogled)
Delovni proces celotnega sistema je mogoče razumeti s signalno verigo: to je vse, kar se zgodi po "pritisku na zagon cikla", natančen zaprtozančni krmilni proces, ki se ponovi tisočkrat na sekundo.
Uvod v glavne blagovne znamke CNC sistemov
Ko smo razumeli vlogo CNC naprave, spoznajmo glavne blagovne znamke na trgu:
FANUC: Japonska blagovna znamka z največjim svetovnim tržnim deležem in izjemno visoko stopnjo zasedenosti domačih tovarn. Sistem je stabilen in zanesljiv s popolnim tehničnim ekosistemom, zaradi česar je prva izbira za učenje na začetni ravni (naslednji primeri delovanja v tej seriji se bodo osredotočali predvsem na FANUC).
Siemens SINUMERIK: nemška blagovna znamka, glavna konfiguracija obdelovalnih strojev v evropskem slogu. SINUMERIK ONE je vrhunski sistem za namestitev obdelovalnih strojev z zmogljivimi funkcijami in popolno petosno podporo, vendar je krivulja učenja strma. Široko se uporablja v domači avtomobilski in vesoljski industriji.
Heidenhain TNC: Nemška blagovna znamka, ki se osredotoča na rezkalne obdelovalne centre, z najbolj izpopolnjeno podporo za petosne funkcije in velikim ugledom na področju letalstva in preciznih kalupov.
Domače blagovne znamke so se v zadnjih letih hitro razvile, glavni predstavniki pa so naslednji:
| Znamka | Povezano podjetje | Glavne prednosti | Tržno pozicioniranje | Petosna podpora |
| Huazhong tip 9 | Huazhong CNC | Domači CPE, neodvisen in nadzorovan | Srednji do nizki razred, domača zamenjava | Splošno |
| GSK | Guangzhou CNC | Cenovna ugodnost, popolna spremljajoča oprema | Ekonomična strojna orodja | Splošno |
| Kede GNC62 | Kede CNC | Petosna povezava in obdelava kompozita s stružnim rezkom | Trg srednjega do višjega razreda | Dobro |
| Syntec | Tehnologija Syntec | Močna združljivost s CAM, uporabniku prijazen vmesnik | Srednjerazredna, najhitreje rastoča na petosnem področju | Dobro |
Poseben poudarek: sistem Syntec — glavna moč domačih petosnih motorjev
Med številnimi domačimi sistemi CNC se je Syntec v zadnjih letih posebej izkazal na področju petosnih obdelav in je postal eden izmed sistemov z najvišjo stopnjo namestitve domačih petosnih obdelovalnih strojev.
Glavne prednosti Syntec-a so: izjemno močna združljivost programske opreme CAM, ki podpira naknadno obdelavo izhoda skoraj vse glavne programske opreme CAM; G-koda je v osnovi združljiva s CNC sistemi FANUC, operacijski vmesnik je uporabniku prijazen za začetnike, stroški učenja pa so nižji kot pri tradicionalnih evropskih in ameriških sistemih; hkrati pa deluje stabilno v ključnih funkcijah, kot sta petosni RTCP in krmiljenje osi orodja, kar je pomemben razlog, zakaj veliko število proizvajalcev petosnih obdelovalnih strojev izbere Syntec kot standardni konfiguracijski sistem.
Če vi ali vaše podjetje načrtujete nakup domačega petosnega obdelovalnega stroja ali želite razumeti razvojni status domačih sistemov, ste lahko pozorni na sistem Syntec, ki ima tudi obilico učnih virov na spletu. V naslednjih praktičnih demonstracijah delovanja te serije bomo razmislili tudi o dodajanju primerov delovanja sistema Syntec.
Povzetek tega članka
· CNC naprava: možgani, ki berejo programe, izvajajo interpolacijske izračune in izdajajo navodila za gibanje
· Servo sistem: Mišice, ki poganjajo natančno gibanje motorja vsake osi
· Mehansko telo: okostje, vključno z ležiščem, vodilom, krogličnim vijakom in vretenom
#CNCMachineTools #CNCCoreSystems #FANUCSiemens #FiveAxisMachining #SyntecSystem #CNCTechnology #CNCMaching
