Ви коли-небудь замислювалися, що відбувається після натискання кнопки «Почати цикл»? Коли ви натискаєте зелену кнопку «CYCLE START» на панелі керування, верстат починає рухатися відповідно до програми. Весь процес здається «чарівним», але за ним стоїть дуже сувора система, яка взаємодіє: один компонент зчитує програму, інший перетворює інструкції в електричні сигнали, інший змушує двигун обертатися, інший постійно виявляє зворотний зв’язок щодо положення, а інший контролює охолоджуючу рідину та зміну інструменту…
Ці «певні компоненти» є п’ятьма основними системами верстатів з ЧПК. Розуміння цих п’яти систем не лише для того, щоб задовольнити цікавість — коли верстат виходить з ладу, ви можете приблизно визначити, в якій ланці проблема; коли ви отримаєте глибші знання, у вас буде чітка структура для розуміння нового змісту.
Система 1: пристрій ЧПК (контролер ЧПК) — «Мозок» верстата
(Джерело зображення: Siemens) Пристрій ЧПК є ядром усього верстата, який ми часто називаємо «системою ЧПК» або контролером ЧПК. Його робочий процес полягає в наступному:
Читання програми: читання програми NC з пам'яті, CF-карти або мережевого інтерфейсу
Декодування: «Переклад» інструкцій, таких як G-код і M-код, у дані, які система може обробляти внутрішньо
Розрахунок інтерполяції: відповідно до інструкцій щодо руху обчисліть, скільки кожна вісь має рухатися за кожну одиницю часу (це найосновніший обчислення — розкладання «від точки А до точки Б» на незліченну кількість крихітних кроків)
Видача керуючих інструкцій: надсилайте величину руху кожної осі до сервосистеми у вигляді електричних сигналів
Координація допоміжних функцій: керування такими функціями M-коду, як швидкість шпинделя, зміна інструменту та охолоджуюча рідина
Пристрій ЧПК не тільки пасивно виконує програму, але й отримує зворотний зв’язок щодо позиції в реальному часі від кожної осі та коригує відхилення руху в будь-який момент. Панель керування та екран дисплея, які ви зазвичай бачите на верстаті, є інтерфейсом взаємодії між людиною та комп’ютером пристрою ЧПК — ви вводите програми, змінюєте параметри та перевіряєте координати через цей інтерфейс для зв’язку з пристроєм ЧПК.
Система 2: Сервосистема — «М’язи» верстата
Пристрій ЧПК видає інструкцію «вісь X переміщається на 0,001 мм», але цю інструкцію потрібно перетворити на реальний механічний рух сервосистемою. (Джерело зображення: FANUC)
Сервосистема складається з двох частин:
Сервопривід: отримує керуючий сигнал, надісланий пристроєм ЧПК, посилює його та перетворює в електричну енергію для приводу двигуна. Це еквівалент прецизійного «підсилювача потужності».
Серводвигун: перетворює електричну енергію в механічний обертальний рух. Різниця між серводвигуном і звичайним двигуном полягає в тому, що серводвигун має вбудований датчик положення, який може точно контролювати кут повороту, і його швидкість реакції надзвичайно висока — він може запускатися, зупинятися або змінювати швидкість за мілісекунди.
Верстати з ЧПК зазвичай мають кілька наборів сервосистем:
Один сервопривід подачі для кожної осі X, осі Y і осі Z: контролює рух інструмента та робочого столу
Сервопривід шпинделя: контролює швидкість обертання шпинделя (інструмента)
Фокус сервоприводу шпинделя та сервоприводу подачі дещо відрізняється: сервопривід подачі забезпечує точність позиції (кількість руху має бути точним), а сервопривід шпинделя — стабільність швидкості (швидкість має бути постійною під час різання та не може коливатися через зміни сили різання). Для п’ятиосьових верстатів є два додаткових комплекти сервосистем для керування осями обертання (осі A/B/C), а також може одночасно працювати від 5 до 6 комплектів сервоприводів.
Система 3: Механічний корпус верстата — скелет і суглоби
Серводвигун генерує обертальний рух, але верстат виконує лінійний рух і обертальне позиціонування інструменту. Необхідно перетворити обертання двигуна в точний рух різних частин верстата, який спирається на механічний корпус. Основні компоненти механічного тіла:
Станина/рама: основна конструкція верстата, зазвичай виготовлена з чавуну або зварної сталевої пластини. Гарне ліжко має високу жорсткість і хорошу стійкість до вібрації, що є передумовою для забезпечення точності обробки. (Двохлінійна і однотверда триосьова оптична машина)
Лінійна напрямна / шлях: «доріжка», яка спрямовує робочий стіл і шпиндельну головку для руху в певному напрямку. Сучасні обробні центри зазвичай використовують лінійні напрямні кочення, які мають невелике тертя, високу точність і швидку реакцію. Високоточні верстати використовуватимуть гідростатичні напрямні з майже нульовим тертям.
Кульковий гвинт: основна частина, яка перетворює обертовий рух сервомотора в лінійний рух робочого столу. Кульковий гвинт передає силу через кочення внутрішніх сталевих кульок із надзвичайно малим тертям і може досягти мікронної точності позиціонування.
Шпиндель: основний компонент, який затискає інструмент і обертається з високою швидкістю. Точність (биття) шпинделя безпосередньо впливає на точність обробки, а максимальна швидкість обертання шпинделя визначає швидкість, з якою ви можете обробляти. Високошвидкісні шпинделі можуть досягати 40 000 об/хв або навіть вище. (Джерело зображення: Luoyi)
Система 4: Система виявлення та зворотного зв'язку — Очі замкнутого контролю
Це дуже важлива система, про яку багато новачків не знають. Система ЧПК повідомляє серводвигуну «обернутись на 10 обертів», але як вона дізнається, що двигун насправді повернувся саме на 10 обертів? Чи справді інструмент пройшов потрібну відстань? Він покладається на систему виявлення та зворотного зв’язку, функція якої полягає у вимірюванні фактичного положення в режимі реального часу та передачі його назад на пристрій ЧПК, що дозволяє системі автоматично виправляти відхилення відповідно до помилки.
Цей цикл «видача інструкцій → виконання → виявлення фактичних значень → порівняння відхилень → коригування інструкцій» називається керуванням замкнутим циклом, яке є основним механізмом для забезпечення точності ЧПК.
Існує два типи часто використовуваних компонентів виявлення:
Ротаційний кодер: встановлений на валу серводвигуна для визначення кута обертання двигуна. Оскільки він виявляє кінець двигуна, а не кінець робочого столу, все ще виникають такі помилки, як пружна деформація гвинта, яка відноситься до напівзамкненого циклу керування. Більшість обробних центрів використовують цю схему, і точність позиціонування зазвичай становить ±0,005~0,01 мм.
Лінійна шкала: встановлюється безпосередньо поруч із напрямною верстата для вимірювання фактичного лінійного зміщення робочого столу. Оскільки він безпосередньо вимірює положення робочого столу, він усуває помилки в ланках передачі, таких як кульковий гвинт, що належить до повного замкнутого контролю з більш високою точністю (до ±0,001 мм). Високоточні верстати і прецизійні п'ятиосьові верстати, як правило, оснащені лінійними шкалами. (лінійна шкала RENISHAW)
Система 5: Система допоміжних функцій — уможливлення «роботи» верстата
Перші чотири системи разом забезпечують точне переміщення інструменту. Але щоб справді завершити обробку, потрібна низка допоміжних функцій:
Автоматична зміна інструменту (ATC): одна з найважливіших функцій обробних центрів. У журналі інструментів зберігається кілька інструментів, і маніпулятор автоматично завершує весь процес під час зміни інструменту, зазвичай це займає лише кілька секунд. Ємність інструментального магазину від 8 до понад 100 інструментів.
Система охолодження: під час обробки між інструментом і деталлю утворюється багато тепла. Охолоджуюча рідина відповідає за охолодження, змащення та видалення стружки. Загальні методи включають зовнішнє охолодження розпиленням, внутрішнє охолодження (розпилення безпосередньо на зону різання через шпиндель і центральний отвір інструменту) тощо.
Пневматична/гідравлічна система: використовується для дій, які вимагають великих зусиль, таких як затискання заготовок, зміна інструменту та звільнення шпинделя.
ПЛК (програмований логічний контролер): пристрій ЧПК керує лише керуванням рухом, тоді як велика кількість елементів керування кількістю перемикачів на верстаті (зміна інструменту, перемикач охолоджуючої рідини, блокування захисних дверей тощо) обробляється вбудованим ПЛК. ПЛК і пристрій ЧПК співпрацюють, щоб створити повну систему керування верстатом.
Потік сигналу п'яти основних систем (розуміти з першого погляду)
Робочий процес усієї системи можна зрозуміти за допомогою ланцюжка сигналів: це все, що відбувається після «натискання кнопки запуску циклу», точного замкнутого процесу керування, який повторюється тисячі разів на секунду.
Знайомство з основними брендами систем ЧПУ
Зрозумівши роль пристрою з ЧПК, давайте познайомимося з основними брендами на ринку:
FANUC: японський бренд з найбільшою часткою світового ринку та надзвичайно високим рівнем заповнюваності вітчизняних фабрик. Система є стабільною та надійною, має повну технічну екосистему, що робить її першим вибором для навчання початкового рівня (подальші приклади роботи в цій серії зосереджуватимуться переважно на FANUC).
Siemens SINUMERIK: німецький бренд, основна конфігурація верстатів європейського зразка. SINUMERIK ONE — це високоякісна система встановлення верстатів із потужними функціями та ідеальною п’ятиосьовою підтримкою, але крива навчання є крутою. Він широко використовується у вітчизняній автомобільній та аерокосмічній сферах.
Heidenhain TNC: німецький бренд, що спеціалізується на фрезерних обробних центрах, із найдосконалішою підтримкою п’ятиосьових функцій і високою репутацією в аерокосмічній галузі та сферах точних форм.
Вітчизняні бренди в останні роки стрімко розвиваються, і основними представниками є:
| Бренд | Дочірня компанія | Основні переваги | Позиціонування на ринку | П'ятиосьова опора |
| Тип Хуачжун 9 | ЧПУ Huazhong | Домашній процесор, незалежний і керований | Середнього та нижчого рівня, вітчизняна заміна | Загальний |
| GSK | ЧПУ Гуанчжоу | Вигідна ціна, повний супровід | Економічні верстати | Загальний |
| Kede GNC62 | Kede CNC | П’ятиосьове з’єднання та токарно-фрезерна композиційна обробка | Ринок середнього та високого рівня | добре |
| Syntec | Технологія Syntec | Сильна сумісність з CAM, зручний інтерфейс | Середній клас, найшвидше зростаючий у п’ятиосьовому полі | добре |
Особлива увага: система Syntec — головна сила вітчизняних п’ятиосьових двигунів
Серед багатьох вітчизняних систем ЧПК останніми роками компанія Syntec досягла особливо помітних результатів у галузі п’ятиосьової обробки та стала однією з систем із найвищим рівнем інсталяції вітчизняних п’ятиосьових верстатів.
Основними перевагами Syntec є: надзвичайно сильна сумісність програмного забезпечення CAM, підтримка результатів постобробки майже всіх основних програм CAM; G-code в основному сумісний із системами ЧПК FANUC, інтерфейс роботи зручний для початківців, а вартість навчання нижча, ніж у традиційних європейських і американських системах; у той же час він стабільно виконує такі ключові функції, як п’ятиосьовий RTCP і керування віссю інструменту, що є важливою причиною, чому велика кількість виробників п’ятиосьових верстатів обирають Syntec як стандартну систему конфігурації.
Якщо ви або ваша компанія плануєте придбати вітчизняний п’ятиосьовий верстат або бажаєте зрозуміти стан розробки вітчизняних систем, ви можете звернути увагу на систему Syntec, яка також містить численні навчальні ресурси в Інтернеті. У подальших практичних демонстраціях роботи цієї серії ми також розглянемо додавання прикладів роботи системи Syntec.
Короткий зміст цієї статті
· Пристрій ЧПК: мозок, який читає програми, виконує інтерполяційні обчислення та видає інструкції руху
· Сервосистема: м’язи, які керують точним рухом двигуна кожної осі
· Механічний корпус: скелет, включаючи станину, напрямну, кульковий гвинт і шпиндель
#CNCMachineTools #CNCCoreSystems #FANUCSiemens #FiveAxisMachining #SyntecSystem #CNCTechnology #CNCMachining
