Har du någonsin undrat vad som händer efter att du tryckt på "Cykelstart"-knappen? När du trycker på den gröna "CYKELSTART"-knappen på manöverpanelen börjar verktygsmaskinen röra sig enligt programmet. Hela processen verkar "magisk" - men bakom det ligger ett mycket rigoröst system som samarbetar: en komponent läser programmet, en annan konverterar instruktioner till elektriska signaler, en annan driver motorn att rotera, en annan upptäcker kontinuerligt positionsåterkoppling och en annan styr kylvätskan och verktygsbytet...
Dessa "vissa komponenter" är de fem kärnsystemen i CNC-verktygsmaskiner. Att förstå dessa fem system är inte bara för att tillfredsställa nyfikenhet – när verktygsmaskinen går sönder kan du grovt bedöma vilken länk problemet ligger i; när du lär dig djupare kunskap kommer du att ha en tydlig ram för att förstå nytt innehåll.
System 1: CNC-enhet (CNC-styrenhet) — "Hjärnan" i verktygsmaskinen
(Bildkälla: Siemens) CNC-enheten är kärnan i hela verktygsmaskinen, vilket vi ofta kallar "CNC-systemet" eller CNC-styrenheten. Dess arbetsprocess är som följer:
Läsa programmet: Läs NC-programmet från minnet, CF-kort eller nätverksgränssnitt
Avkodning: ”Översätt” instruktioner som G-kod och M-kod till data som systemet kan bearbeta internt
Interpolationsberäkning: Enligt rörelseinstruktionerna, beräkna hur mycket varje axel behöver röra sig i varje tidsenhet (detta är den mest centrala beräkningen - sönderdelning "från punkt A till punkt B" i otaliga små steg)
Utfärdande av styrinstruktioner: Skicka rörelsemängden för varje axel till servosystemet i form av elektriska signaler
Koordinering av hjälpfunktioner: Styr M-kodfunktioner som spindelhastighet, verktygsbyte och kylvätska
CNC-enheten exekverar inte bara programmet passivt, utan tar även emot positionsåterkoppling i realtid från varje axel och korrigerar rörelseavvikelser när som helst. Manöverpanelen och bildskärmen som du vanligtvis ser på verktygsmaskinen är interaktionsgränssnittet mellan människa och dator i CNC-enheten - du matar in program, ändrar parametrar och kontrollerar koordinater genom hela detta gränssnitt för att kommunicera med CNC-enheten.
System 2: Servosystem — Verktygsmaskinens "muskler".
CNC-enheten ger en instruktion om "X-axeln rör sig 0,001 mm", men denna instruktion måste omvandlas till verklig mekanisk rörelse av servosystemet. (Bildkälla: FANUC)
Servosystemet består av två delar:
Servodrivning: Tar emot styrsignalen som skickas av CNC-enheten, förstärker den och omvandlar den till elektrisk kraft för att driva motorn. Det motsvarar en precisions "effektförstärkare".
Servomotor: Omvandlar elektrisk energi till mekanisk rotationsrörelse. Skillnaden mellan en servomotor och en vanlig motor är att servomotorn har en inbyggd positionsgivare, som exakt kan styra rotationsvinkeln, och dess svarshastighet är extremt snabb — den kan starta, stoppa eller ändra hastighet på millisekunder.
CNC-verktygsmaskiner har vanligtvis flera uppsättningar av servosystem:
En matningsservo för var och en av X-axeln, Y-axeln och Z-axeln: Styr rörelsen av verktyget och arbetsbordet
Spindelservo: Styr spindelns (verktygets) rotationshastighet
Fokus för spindelservot och matarservot är något annorlunda: matningsservot eftersträvar positionsnoggrannhet (rörelsemängden måste vara exakt), och spindelservot eftersträvar hastighetsstabilitet (hastigheten måste vara konstant under skärning och kan inte fluktuera på grund av förändringar i skärkraft). För femaxliga verktygsmaskiner finns det ytterligare två uppsättningar servosystem för att styra rotationsaxlarna (A/B/C-axlar), och det kan finnas 5 till 6 uppsättningar servon som arbetar samtidigt.
System 3: Verktygsmaskin Mekanisk kropp — Skelett och leder
Servomotorn genererar rotationsrörelse, men verktygsmaskinen utför linjär rörelse och rotationspositionering av verktyget. Det är nödvändigt att omvandla motorrotationen till exakt rörelse av olika delar av verktygsmaskinen, som är beroende av den mekaniska kroppen. Kärnkomponenterna i den mekaniska kroppen:
Säng/ram: Verktygsmaskinens grundstruktur, vanligtvis gjord av gjutjärn eller svetsad stålplåt. En bra säng har hög styvhet och bra vibrationsbeständighet, vilket är förutsättningen för att säkerställa bearbetningsnoggrannhet. (Tvårads och enhård treaxlig optisk maskin)
Linjär styrning/väg: "spåret" som styr arbetsbordet och spindelhuvudet att röra sig i en specifik riktning. Moderna bearbetningscentra antar i allmänhet linjära rullstyrningar, som har liten friktion, hög precision och snabb respons. Verktygsmaskiner med hög precision kommer att använda hydrostatiska styrningar med nästan noll friktion.
Kulskruv: Kärndelen som omvandlar servomotorns rotationsrörelse till arbetsbordets linjära rörelse. Kulskruven överför kraft genom rullning av inre stålkulor, med extremt liten friktion, och kan uppnå positioneringsnoggrannhet på mikronnivå.
Spindel: Kärnkomponenten som klämmer fast verktyget och roterar med hög hastighet. Spindelns noggrannhet (runout) påverkar direkt bearbetningsnoggrannheten, och maxhastigheten för spindeln bestämmer hastigheten med vilken du kan bearbeta. Höghastighetsspindlar kan nå 40 000 rpm eller ännu högre. (Bildkälla: Luoyi)
System 4: Detektions- och återkopplingssystem — Eyes of Closed-Loop Control
Detta är ett mycket kritiskt system som många nybörjare inte vet mycket om. CNC-systemet säger åt servomotorn att "rotera 10 varv", men hur vet det att motorn faktiskt har roterat exakt 10 varv? Har verktyget verkligen flyttat det avstånd du begärde? Det förlitar sig på detekterings- och återkopplingssystemet, vars funktion är att mäta den faktiska positionen i realtid och mata tillbaka den till CNC-enheten, vilket gör att systemet automatiskt kan korrigera avvikelsen enligt felet.
Denna cykel av "utfärda instruktioner → exekvera → detektera faktiska värden → jämföra avvikelser → korrigera instruktioner" kallas sluten-loop-kontroll, vilket är kärnmekanismen för att säkerställa CNC-noggrannhet.
Det finns två typer av vanliga detekteringskomponenter:
Roterande kodare: Installerad på servomotoraxeln för att detektera motorns rotationsvinkel. Eftersom den upptäcker motoränden snarare än arbetsbordsänden, finns det fortfarande fel som skruvelastisk deformation, som tillhör semi-closed-loop-styrning. De flesta bearbetningscentra använder detta schema, och positioneringsnoggrannheten är vanligtvis ±0,005 ~ 0,01 mm.
Linjär skala: Direkt installerad bredvid verktygsmaskinens styrskena för att mäta den faktiska linjära förskjutningen av arbetsbordet. Eftersom den direkt mäter arbetsbordets position, eliminerar den fel i transmissionslänkar som kulskruven, tillhörande full-closed-loop-styrning med högre noggrannhet (upp till ±0,001 mm). Högprecisionsmaskiner och femaxliga precisionsmaskiner är vanligtvis utrustade med linjära skalor. (RENISHAW linjär skala)
System 5: Hjälpfunktionssystem — Aktiverar verktygsmaskinen att "fungera"
De fyra första systemen säkerställer tillsammans att verktyget kan röra sig exakt. Men för att verkligen slutföra bearbetningen behövs en rad hjälpfunktioner:
Automatisk verktygsväxlare (ATC): En av de viktigaste egenskaperna hos bearbetningscentra. Verktygsmagasinet lagrar flera verktyg och manipulatorn fullföljer automatiskt hela processen under verktygsbytet, vanligtvis bara några sekunder. Verktygsmagasinets kapacitet sträcker sig från 8 till mer än 100 verktyg.
Kylsystem: Mycket värme genereras mellan verktyget och arbetsstycket under bearbetningen. Kylvätskan ansvarar för kylning, smörjning och borttagning av spån. Vanliga metoder inkluderar extern spraykylning, intern kylning (sprutning direkt till skärområdet genom spindeln och verktygets mitthål) etc.
Pneumatiskt/hydrauliskt system: Används för åtgärder som kräver stor kraft, såsom fastspänning av arbetsstycken, verktygsbyte och frigöring av spindelverktyg.
PLC (Programmable Logic Controller): CNC-enheten hanterar endast rörelsestyrning, medan ett stort antal brytarkvantitetskontroller på verktygsmaskinen (verktygsbyte, kylvätskebrytare, skyddande dörrspärr etc.) hanteras av den inbyggda PLC:n. PLC:n och CNC-enheten samarbetar för att bilda ett komplett verktygsmaskinstyrsystem.
Signalflöde för de fem kärnsystemen (Förstå en överblick)
Hela systemets arbetsprocess kan förstås med en signalkedja: det här är allt som händer efter att ha "tryckt på cykelstarten", en exakt styrprocess med sluten slinga som upprepas tusentals gånger per sekund.
Introduktion till vanliga CNC-systemvarumärken
Efter att ha förstått CNC-enhetens roll, låt oss lära känna de viktigaste varumärkena på marknaden:
FANUC: Ett japanskt varumärke med den största globala marknadsandelen och extremt hög beläggning i inhemska fabriker. Systemet är stabilt och pålitligt, med ett komplett tekniskt ekosystem, vilket gör det till förstahandsvalet för inlärning på nybörjarnivå (de efterföljande operationsexemplen i denna serie kommer huvudsakligen att fokusera på FANUC).
Siemens SINUMERIK: Ett tyskt varumärke, den vanliga konfigurationen av verktygsmaskiner i europeisk stil. SINUMERIK ONE är ett högkvalitativt maskininstallationssystem med kraftfulla funktioner och perfekt femaxligt stöd, men inlärningskurvan är brant. Det används flitigt inom inhemska fordons- och flygfält.
Heidenhain TNC: Ett tyskt varumärke som fokuserar på fräsningsmaskiner, med det mest raffinerade femaxliga funktionsstödet och ett högt rykte inom flyg- och precisionsformningsfälten.
Inhemska varumärken har utvecklats snabbt de senaste åren, och de viktigaste representanterna är följande:
| Varumärke | Anslutet företag | Huvudsakliga fördelar | Marknadspositionering | Femaxligt stöd |
| Huazhong typ 9 | Huazhong CNC | Inhemsk CPU, oberoende och kontrollerbar | Mellan till låg del, inhemsk ersättning | Allmänt |
| GSK | Guangzhou CNC | Prisfördel, kompletta stödanläggningar | Ekonomiska verktygsmaskiner | Allmänt |
| Kede GNC62 | Kede CNC | Femaxligt länkage och kompositbearbetning av svarvkvarn | Mellan till hög marknad | Bra |
| Syntec | Syntec-teknik | Stark CAM-kompatibilitet, användarvänligt gränssnitt | Mid-end, snabbast växande inom det femaxliga området | Bra |
Speciellt fokus: Syntec System — Huvudkraften för inhemska femaxlar
Bland många inhemska CNC-system har Syntec presterat särskilt framträdande inom det femaxliga bearbetningsområdet under de senaste åren och har blivit ett av systemen med den högsta installationshastigheten för inhemska femaxliga verktygsmaskiner.
Kärnfördelarna med Syntec är: extremt stark CAM-programvarukompatibilitet, stöd för efterbearbetning av nästan all vanlig CAM-programvara; G-koden är i grunden kompatibel med FANUC CNC-system, driftgränssnittet är användarvänligt för nybörjare, och inlärningskostnaden är lägre än för traditionella europeiska och amerikanska system; samtidigt presterar den stabilt i nyckelfunktioner som femaxlig RTCP och verktygsaxelstyrning, vilket är en viktig anledning till att ett stort antal tillverkare av femaxliga verktygsmaskiner väljer Syntec som standardkonfigurationssystem.
Om du eller ditt företag planerar att köpa en inhemsk femaxlig verktygsmaskin, eller vill förstå utvecklingsstatusen för inhemska system, kan du uppmärksamma Syntec-systemet, som också har rikliga lärresurser online. I de efterföljande praktiska operationsdemonstrationerna av denna serie kommer vi också att överväga att lägga till operationsexempel av Syntec-systemet.
Sammanfattning av denna artikel
· CNC-enhet: Hjärnan, som läser program, utför interpolationsberäkningar och utfärdar rörelseinstruktioner
· Servosystem: Musklerna som driver den exakta rörelsen av varje axelmotor
· Mekanisk kropp: Skelettet, inklusive säng, styrskena, kulskruv och spindel
#CNCMachineTools #CNCCoreSystems #FANUCSiemens #FiveAxisMachining #SyntecSystem #CNCTechnology #CNCMachining
