คุณเคยสงสัยหรือไม่ว่าจะเกิดอะไรขึ้นหลังจากกดปุ่ม “Cycle Start”? เมื่อคุณกดปุ่ม “CYCLE START” สีเขียวบนแผงการทำงาน เครื่องมือกลจะเริ่มเคลื่อนที่ตามโปรแกรม กระบวนการทั้งหมดดูเหมือน “มหัศจรรย์” แต่เบื้องหลังคือการทำงานร่วมกันของระบบที่เข้มงวดมาก ส่วนประกอบหนึ่งอ่านโปรแกรม อีกส่วนหนึ่งแปลงคำสั่งให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า อีกส่วนหนึ่งขับเคลื่อนมอเตอร์ให้หมุน อีกหนึ่งชิ้นจะตรวจจับการป้อนกลับตำแหน่งอย่างต่อเนื่อง และอีกชิ้นจะควบคุมน้ำหล่อเย็นและการเปลี่ยนเครื่องมือ...
“ส่วนประกอบบางอย่าง” เหล่านี้คือห้าระบบหลักของเครื่องมือกล CNC การทำความเข้าใจระบบทั้งห้านี้ไม่ได้เป็นเพียงเพื่อสนองความอยากรู้อยากเห็นเท่านั้น เมื่อเครื่องมือกลพัง คุณสามารถตัดสินคร่าวๆ ได้ว่าปัญหาอยู่ที่จุดใด เมื่อคุณเรียนรู้ความรู้เชิงลึกมากขึ้น คุณจะมีกรอบการทำงานที่ชัดเจนในการทำความเข้าใจเนื้อหาใหม่
ระบบ 1: อุปกรณ์ CNC (ตัวควบคุม CNC) — “สมอง” ของเครื่องมือกล
(แหล่งรูปภาพ: Siemens) อุปกรณ์ CNC เป็นแกนหลักของเครื่องมือกลทั้งหมด ซึ่งเป็นสิ่งที่เรามักเรียกว่า "ระบบ CNC" หรือตัวควบคุม CNC กระบวนการทำงานมีดังนี้:
การอ่านโปรแกรม: อ่านโปรแกรม NC จากหน่วยความจำ การ์ด CF หรืออินเทอร์เฟซเครือข่าย
การถอดรหัส: คำสั่ง "แปล" เช่น G-code และ M-code เป็นข้อมูลที่ระบบสามารถประมวลผลภายในได้
การคำนวณการประมาณค่า: ตามคำแนะนำในการเคลื่อนที่ ให้คำนวณว่าแต่ละแกนต้องเคลื่อนที่ในแต่ละหน่วยเวลาเท่าใด (ซึ่งเป็นการคำนวณหลักที่สุด โดยแยกย่อย "จากจุด A ไปยังจุด B" ออกเป็นขั้นตอนเล็กๆ นับไม่ถ้วน)
การออกคำสั่งควบคุม: ส่งจำนวนการเคลื่อนที่ของแต่ละแกนไปยังระบบเซอร์โวในรูปแบบของสัญญาณไฟฟ้า
การประสานงานฟังก์ชันเสริม: ควบคุมฟังก์ชัน M-code เช่น ความเร็วสปินเดิล การเปลี่ยนเครื่องมือ และน้ำหล่อเย็น
อุปกรณ์ CNC ไม่เพียงแต่รันโปรแกรมอย่างอดทนเท่านั้น แต่ยังได้รับการตอบรับตำแหน่งแบบเรียลไทม์จากแต่ละแกนและแก้ไขความเบี่ยงเบนของการเคลื่อนไหวได้ตลอดเวลา แผงการทำงานและหน้าจอแสดงผลที่คุณมักจะเห็นบนเครื่องมือกลคืออินเทอร์เฟซการโต้ตอบระหว่างมนุษย์กับคอมพิวเตอร์ของอุปกรณ์ CNC คุณป้อนโปรแกรม แก้ไขพารามิเตอร์ และตรวจสอบพิกัดทั้งหมดผ่านอินเทอร์เฟซนี้เพื่อสื่อสารกับอุปกรณ์ CNC
ระบบ 2: ระบบเซอร์โว — “กล้ามเนื้อ” ของเครื่องมือกล
อุปกรณ์ CNC ออกคำสั่ง "การเคลื่อนที่ของแกน X 0.001 มม." แต่คำสั่งนี้จำเป็นต้องแปลงเป็นการเคลื่อนที่เชิงกลจริงโดยระบบเซอร์โว (แหล่งรูปภาพ: FANUC)
ระบบเซอร์โวประกอบด้วยสองส่วน:
เซอร์โวไดรฟ์: รับสัญญาณควบคุมที่ส่งมาจากอุปกรณ์ CNC ขยายสัญญาณ และแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าเพื่อขับเคลื่อนมอเตอร์ มันเทียบเท่ากับ "เพาเวอร์แอมป์" ที่มีความแม่นยำ
เซอร์โวมอเตอร์: แปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นการเคลื่อนที่แบบหมุนเชิงกล ความแตกต่างระหว่างเซอร์โวมอเตอร์และมอเตอร์ธรรมดาก็คือ เซอร์โวมอเตอร์มีตัวเข้ารหัสตำแหน่งในตัว ซึ่งสามารถควบคุมมุมการหมุนได้อย่างแม่นยำ และความเร็วในการตอบสนองนั้นเร็วมาก สามารถเริ่ม หยุด หรือเปลี่ยนความเร็วได้ในหน่วยมิลลิวินาที
เครื่องมือกล CNC มักจะมีระบบเซอร์โวหลายชุด:
ฟีดเซอร์โวหนึ่งตัวสำหรับแต่ละแกน X แกน Y และแกน Z: ควบคุมการเคลื่อนที่ของเครื่องมือและโต๊ะทำงาน
เซอร์โวสปินเดิล: ควบคุมความเร็วในการหมุนของสปินเดิล (เครื่องมือ)
จุดเน้นของเซอร์โวสปินเดิลและฟีดเซอร์โวจะแตกต่างกันเล็กน้อย: เซอร์โวป้อนจะติดตามตำแหน่งที่แม่นยำ (ปริมาณการเคลื่อนที่จะต้องแม่นยำ) และเซอร์โวของสปินเดิลจะติดตามความเสถียรของความเร็ว (ความเร็วจะต้องคงที่ในระหว่างการตัด และไม่สามารถผันผวนเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของแรงตัด) สำหรับเครื่องมือกลแบบห้าแกน มีระบบเซอร์โวเพิ่มเติมสองชุดเพื่อควบคุมแกนหมุน (แกน A/B/C) และอาจมีเซอร์โว 5 ถึง 6 ชุดที่ทำงานพร้อมกัน
ระบบ 3: ตัวเครื่องกลไกของเครื่องมือกล — โครงกระดูกและข้อต่อ
เซอร์โวมอเตอร์สร้างการเคลื่อนที่แบบหมุน แต่เครื่องมือกลจะทำการเคลื่อนที่เชิงเส้นและกำหนดตำแหน่งการหมุนของเครื่องมือ จำเป็นต้องแปลงการหมุนของมอเตอร์ให้เป็นการเคลื่อนที่ที่แม่นยำของส่วนต่างๆ ของเครื่องมือกลซึ่งต้องอาศัยตัวเครื่องทางกล ส่วนประกอบหลักของตัวเครื่องกล:
เบด / โครง: โครงสร้างพื้นฐานของเครื่องมือกล มักทำจากเหล็กหล่อหรือแผ่นเหล็กเชื่อม เบดที่ดีมีความแข็งแกร่งสูงและทนต่อแรงสั่นสะเทือนได้ดี ซึ่งเป็นหลักประกันในการประมวลผลที่แม่นยำ (เครื่องออปติคัลสามแกนสองบรรทัดและหนึ่งฮาร์ด)
Linear Guide / Way: "ราง" ที่แนะนำโต๊ะทำงานและหัวแกนหมุนให้เคลื่อนที่ไปในทิศทางเฉพาะ โดยทั่วไปแล้วศูนย์เครื่องจักรกลสมัยใหม่จะใช้รางเลื่อนเชิงเส้นซึ่งมีแรงเสียดทานน้อย มีความแม่นยำสูง และตอบสนองรวดเร็ว เครื่องมือกลที่มีความแม่นยำสูงจะใช้ระบบนำไฮโดรสแตติกที่มีแรงเสียดทานเกือบเป็นศูนย์
บอลสกรู: ส่วนแกนกลางที่แปลงการเคลื่อนที่แบบหมุนของเซอร์โวมอเตอร์ให้เป็นการเคลื่อนที่เชิงเส้นของโต๊ะทำงาน บอลสกรูส่งแรงผ่านการกลิ้งของลูกบอลเหล็กภายใน โดยมีแรงเสียดทานน้อยมาก และสามารถให้ความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งระดับไมครอน
สปินเดิล: ส่วนประกอบหลักที่ใช้จับยึดเครื่องมือและหมุนด้วยความเร็วสูง ความแม่นยำ (รันเอาท์) ของสปินเดิลส่งผลโดยตรงต่อความแม่นยำในการประมวลผล และความเร็วสูงสุดของสปินเดิลจะกำหนดความเร็วที่คุณสามารถประมวลผลได้ สปินเดิลความเร็วสูงสามารถเข้าถึง 40,000 รอบต่อนาทีหรือสูงกว่านั้นก็ได้ (แหล่งรูปภาพ: Luoyi)
ระบบ 4: ระบบตรวจจับและป้อนกลับ — ดวงตาของการควบคุมแบบวงปิด
นี่เป็นระบบที่สำคัญมากซึ่งผู้เริ่มต้นหลายคนยังไม่รู้มากนัก ระบบ CNC บอกให้เซอร์โวมอเตอร์ "หมุน 10 รอบ" แต่จะรู้ได้อย่างไรว่าจริงๆ แล้วมอเตอร์หมุนครบ 10 รอบพอดี เครื่องมือได้ย้ายระยะทางที่คุณร้องขอจริงหรือไม่? โดยอาศัยระบบการตรวจจับและป้อนกลับซึ่งมีหน้าที่ในการวัดตำแหน่งจริงแบบเรียลไทม์และป้อนกลับไปยังอุปกรณ์ CNC ทำให้ระบบสามารถแก้ไขส่วนเบี่ยงเบนตามข้อผิดพลาดได้โดยอัตโนมัติ
วงจรของ “การออกคำสั่ง → การดำเนินการ → การตรวจจับค่าจริง → การเปรียบเทียบความเบี่ยงเบน → คำแนะนำการแก้ไข” นี้เรียกว่าการควบคุมวงปิด ซึ่งเป็นกลไกหลักในการรับรองความถูกต้องของ CNC
ส่วนประกอบการตรวจจับที่ใช้กันทั่วไปมีสองประเภท:
Rotary Encoder: ติดตั้งบนเพลาเซอร์โวมอเตอร์เพื่อตรวจจับมุมการหมุนของมอเตอร์ เนื่องจากตรวจพบปลายมอเตอร์มากกว่าปลายโต๊ะทำงาน จึงยังคงมีข้อผิดพลาด เช่น การเสียรูปของความยืดหยุ่นของสกรู ซึ่งเป็นของการควบคุมแบบกึ่งปิด เครื่องแมชชีนนิ่งเซ็นเตอร์ส่วนใหญ่ใช้รูปแบบนี้ และความแม่นยำของตำแหน่งมักจะอยู่ที่ ±0.005~0.01มม.
มาตราส่วนเชิงเส้น: ติดตั้งโดยตรงติดกับรางนำเครื่องมือกลเพื่อวัดการเคลื่อนที่เชิงเส้นจริงของโต๊ะทำงาน เนื่องจากสามารถวัดตำแหน่งของโต๊ะทำงานได้โดยตรง จึงช่วยลดข้อผิดพลาดในการเชื่อมต่อการส่งผ่าน เช่น บอลสกรู ที่เป็นของระบบควบคุมแบบวงปิดเต็มรูปแบบซึ่งมีความแม่นยำสูงกว่า (สูงสุด ±0.001 มม.) เครื่องมือกลที่มีความแม่นยำสูงและเครื่องมือกลแบบห้าแกนที่มีความแม่นยำโดยทั่วไปจะมีการติดตั้งเครื่องชั่งเชิงเส้น (สเกลเชิงเส้น RENISHAW)
ระบบ 5: ระบบฟังก์ชันเสริม — เปิดใช้งานเครื่องมือกลเพื่อ “ทำงาน”
สี่ระบบแรกรวมกันทำให้มั่นใจได้ว่าเครื่องมือสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างแม่นยำ แต่เพื่อให้การประมวลผลเสร็จสมบูรณ์อย่างแท้จริง จำเป็นต้องมีชุดฟังก์ชันเสริม:
Automatic Tool Changer (ATC): หนึ่งในคุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของแมชชีนนิ่งเซ็นเตอร์ นิตยสารเครื่องมือจะจัดเก็บเครื่องมือไว้หลายชิ้น และผู้ควบคุมจะดำเนินการตามกระบวนการทั้งหมดโดยอัตโนมัติในระหว่างการเปลี่ยนเครื่องมือ ซึ่งโดยปกติจะใช้เวลาเพียงไม่กี่วินาที ความจุของแม็กกาซีนเครื่องมือมีตั้งแต่ 8 ถึงมากกว่า 100 ชิ้น
ระบบทำความเย็น: เกิดความร้อนจำนวนมากระหว่างเครื่องมือและชิ้นงานระหว่างการประมวลผล สารหล่อเย็นมีหน้าที่ในการทำความเย็น การหล่อลื่น และการกำจัดเศษ วิธีการทั่วไป ได้แก่ การระบายความร้อนด้วยสเปรย์ภายนอก การระบายความร้อนภายใน (การฉีดพ่นโดยตรงไปยังพื้นที่ตัดผ่านสปินเดิลและรูตรงกลางเครื่องมือ) ฯลฯ
ระบบนิวเมติก/ไฮดรอลิก: ใช้สำหรับการดำเนินการที่ต้องใช้แรงมาก เช่น การหนีบชิ้นงาน การเปลี่ยนเครื่องมือ และการคลายสปินเดิลของเครื่องมือ
PLC (ตัวควบคุมลอจิกแบบตั้งโปรแกรมได้): อุปกรณ์ CNC จัดการเฉพาะการควบคุมการเคลื่อนไหว ในขณะที่การควบคุมปริมาณสวิตช์จำนวนมากบนเครื่องมือกล (การเปลี่ยนเครื่องมือ สวิตช์น้ำหล่อเย็น อินเตอร์ล็อคประตูป้องกัน ฯลฯ) ได้รับการจัดการโดย PLC ในตัว PLC และอุปกรณ์ CNC ร่วมมือกันเพื่อสร้างระบบควบคุมเครื่องมือกลที่สมบูรณ์
การไหลของสัญญาณของระบบหลักทั้งห้า (ทำความเข้าใจโดยย่อ)
กระบวนการทำงานของทั้งระบบสามารถเข้าใจได้ด้วยห่วงโซ่สัญญาณ นี่คือทุกสิ่งที่เกิดขึ้นหลังจาก "กดวงจรเริ่มต้น" ซึ่งเป็นกระบวนการควบคุมวงปิดที่แม่นยำซึ่งทำซ้ำหลายพันครั้งต่อวินาที
รู้เบื้องต้นเกี่ยวกับแบรนด์ระบบ CNC กระแสหลัก
หลังจากเข้าใจบทบาทของอุปกรณ์ CNC แล้ว มาทำความรู้จักกับแบรนด์หลักๆ ในตลาดกันดีกว่า:
FANUC: แบรนด์ญี่ปุ่นที่มีส่วนแบ่งการตลาดทั่วโลกที่ใหญ่ที่สุดและมีอัตราการครอบครองในโรงงานในประเทศสูงมาก ระบบมีความเสถียรและเชื่อถือได้ พร้อมด้วยระบบนิเวศทางเทคนิคที่สมบูรณ์ ทำให้เป็นตัวเลือกแรกสำหรับการเรียนรู้ระดับเริ่มต้น (ตัวอย่างการดำเนินการต่อๆ ไปในชุดนี้จะเน้นที่ FANUC เป็นหลัก)
Siemens SINUMERIK: แบรนด์เยอรมัน การกำหนดค่าหลักของเครื่องมือกลสไตล์ยุโรป SINUMERIK ONE คือระบบการติดตั้งเครื่องมือกลระดับไฮเอนด์ที่มีฟังก์ชันอันทรงพลังและการรองรับแบบห้าแกนที่สมบูรณ์แบบ แต่เส้นโค้งการเรียนรู้ยังสูงชัน มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านยานยนต์และอวกาศในประเทศ
Heidenhain TNC: แบรนด์สัญชาติเยอรมันที่มุ่งเน้นที่เครื่องแมชชีนนิ่งเซ็นเตอร์ที่มีการกัด พร้อมการรองรับฟังก์ชันห้าแกนที่ได้รับการปรับปรุงมากที่สุด และมีชื่อเสียงอย่างสูงในด้านการบินและอวกาศและสาขาแม่พิมพ์ที่มีความแม่นยำ
แบรนด์ในประเทศมีการพัฒนาอย่างรวดเร็วในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา และตัวแทนหลักมีดังนี้:
| ยี่ห้อ | บริษัทในเครือ | ข้อได้เปรียบหลัก | การวางตำแหน่งทางการตลาด | การสนับสนุนห้าแกน |
| หัวจงประเภท 9 | หัวจง ซีเอ็นซี | CPU ภายในประเทศ เป็นอิสระและควบคุมได้ | ปลายกลางถึงล่างทดแทนในประเทศ | ทั่วไป |
| จีเอสเค | กว่างโจวซีเอ็นซี | ข้อได้เปรียบด้านราคา สิ่งอำนวยความสะดวกที่ครบครัน | เครื่องจักรราคาประหยัด | ทั่วไป |
| เคเด้ GNC62 | เคเด้ ซีเอ็นซี | การเชื่อมโยงแบบห้าแกนและการประมวลผลคอมโพสิตแบบเทิร์นมิลล์ | ตลาดระดับกลางถึงสูง | ดี |
| ซินเทค | เทคโนโลยีซินเทค | ความเข้ากันได้ของ CAM ที่แข็งแกร่ง ส่วนต่อประสานที่ใช้งานง่าย | ระดับกลางที่เติบโตเร็วที่สุดในสนามห้าแกน | ดี |
จุดสนใจพิเศษ: ระบบ Syntec — พลังหลักของแกนห้าแกนในประเทศ
ในบรรดาระบบ CNC ในประเทศจำนวนมาก Syntec มีประสิทธิภาพที่โดดเด่นเป็นพิเศษในด้านการประมวลผลแบบห้าแกนในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา และได้กลายเป็นหนึ่งในระบบที่มีอัตราการติดตั้งเครื่องมือกลแบบห้าแกนในประเทศสูงที่สุด
ข้อได้เปรียบหลักของ Syntec คือ: ความเข้ากันได้ของซอฟต์แวร์ CAM ที่แข็งแกร่งมาก รองรับเอาต์พุตหลังการประมวลผลของซอฟต์แวร์ CAM หลักเกือบทั้งหมด; G-code โดยพื้นฐานแล้วเข้ากันได้กับระบบ CNC ของ FANUC ส่วนต่อประสานการทำงานนั้นใช้งานง่ายสำหรับผู้เริ่มต้น และค่าใช้จ่ายในการเรียนรู้ต่ำกว่าระบบยุโรปและอเมริกาแบบดั้งเดิม ในขณะเดียวกัน ก็ทำงานได้อย่างเสถียรในฟังก์ชันหลัก เช่น RTCP ห้าแกนและการควบคุมแกนเครื่องมือ ซึ่งเป็นเหตุผลสำคัญว่าทำไมผู้ผลิตเครื่องมือกลแบบห้าแกนจำนวนมากเลือก Syntec เป็นระบบการกำหนดค่ามาตรฐาน
หากคุณหรือบริษัทของคุณกำลังวางแผนที่จะซื้อเครื่องมือกลห้าแกนในประเทศ หรือต้องการทำความเข้าใจสถานะการพัฒนาของระบบภายในประเทศ คุณสามารถให้ความสนใจกับระบบ Syntec ซึ่งมีแหล่งข้อมูลการเรียนรู้ออนไลน์มากมายเช่นกัน ในการสาธิตการใช้งานจริงครั้งต่อไปของซีรีส์นี้ เราจะพิจารณาเพิ่มตัวอย่างการทำงานของระบบ Syntec ด้วย
สรุปบทความนี้
· อุปกรณ์ CNC: สมองซึ่งอ่านโปรแกรม ทำการคำนวณการประมาณค่า และออกคำสั่งการเคลื่อนไหว
· ระบบเซอร์โว: กล้ามเนื้อซึ่งขับเคลื่อนการเคลื่อนไหวที่แม่นยำของมอเตอร์แต่ละแกน
· ตัวเครื่อง: โครงกระดูก รวมถึงเตียง รางนำ บอลสกรู และสปินเดิล
#CNCMachineTools #CNCCoreSystems #FANUCSiemens #FiveAxisMachining #SyntecSystem #CNCTechnology #CNCMachining
