Čo je to CNC technológia a CNC obrábacie stroje, vysvetlite ich zrozumiteľne naraz!

Čo je to CNC technológia a CNC obrábacie stroje, vysvetlite ich zrozumiteľne naraz!
CNC technológia a CNC
Technológia Numerical Control (NC), skrátene Numerical Control, je metóda riadenia mechanických pohybov a procesov obrábania pomocou digitálnych informácií. Vzhľadom na použitie počítačov na riadenie v modernom CNC sa môže nazývať aj Computerized Numerical Control (CNC).
Na dosiahnutie digitálnej informačnej kontroly mechanických pohybov a procesov obrábania musí byť k dispozícii zodpovedajúci hardvér a softvér. Hardvér a softvér používaný na dosiahnutie digitálneho riadenia informácií sa súhrnne nazývajú numerický riadiaci systém a jadrom numerického riadiaceho systému je numerický kontrolér.
Obrábací stroj riadený technológiou numerického riadenia sa nazýva obrábací stroj s numerickým riadením (NC obrábací stroj). Ide o typický elektromechanický integrovaný produkt, ktorý integruje pokročilé technológie, ako sú výpočtová technika, technológia automatického riadenia, technológia presného merania a dizajn obrábacích strojov, a je základom modernej výrobnej technológie. Riadenie obrábacích strojov je zároveň najskoršou a najpoužívanejšou oblasťou CNC techniky, preto úroveň CNC obrábacích strojov predstavuje výkon, úroveň a smer vývoja súčasnej CNC techniky.
Existujú rôzne typy CNC obrábacích strojov, vrátane vŕtacích, frézovacích a vyvrtávacích strojov, sústruhov, brúsok, elektroobrábacích strojov, kovacích strojov, laserových obrábacích strojov a iných špecializovaných CNC obrábacích strojov na špeciálne účely. Všetky obrábacie stroje, ktoré využívajú na riadenie CNC technológiu, sú súhrnne označované ako NC obrábacie stroje.
CNC obrábací stroj so zariadením na automatickú výmenu nástrojov (ATC) (okrem CNC sústruhov s rotačnými držiakmi nástrojov) sa nazýva Machine Center (MC). Prostredníctvom automatickej výmeny nástrojov je možné obrobok naložiť a upnúť jedným ťahom na dokončenie viacerých krokov spracovania, dosiahnutie koncentrácie procesu a integrácie procesu, čím sa skráti pomocný čas spracovania a zlepší sa účinnosť obrábacieho stroja; Znížil sa počet montážnych a polohovacích časov obrobku a zlepšila sa presnosť obrábania. Obrábacie centrum je v súčasnosti najväčším a najpoužívanejším CNC obrábacím strojom z hľadiska objemu výroby.
Na základe obrábacieho centra sa obrábacia jednotka zložená z viacerých automatických meničov paliet (APC) a ďalších súvisiacich zariadení nazýva Flexible Manufacturing Cell FMC. FMC nielenže dosahuje centralizované procesy a kompozitné procesy, ale umožňuje aj bezobslužné spracovanie po určitú dobu prostredníctvom automatickej výmeny pracovných stolov (paliet) a relatívne kompletných automatických monitorovacích a kontrolných funkcií, čím ďalej zlepšuje efektivitu spracovania zariadení. FMC nie je len základom flexibilného výrobného systému (FMS), ale dá sa použiť aj ako nezávislé automatizované spracovateľské zariadenie, takže rýchlosť jeho vývoja je rýchla.
Na báze FMC a obrábacích centier, pridaním logistických systémov, priemyselných robotov a súvisiacich zariadení a centralizovaného a jednotného riadenia a riadenia centrálnym riadiacim systémom sa takýto výrobný systém nazýva flexibilný výrobný systém (FMS). FMS umožňuje nielen dlhodobé bezobslužné spracovanie, ale umožňuje aj kompletné spracovanie a montáž viacerých druhov dielov, čím sa dosiahne automatizácia dielenského výrobného procesu. Ide o vysoko automatizovaný pokročilý výrobný systém.
S rozvojom technológie, aby sa prispôsobil neustále sa meniacemu dopytu trhu, moderný výrobný priemysel potrebuje nielen vyvinúť automatizáciu dielenských výrobných procesov, ale potrebuje aj dosiahnuť komplexnú automatizáciu od predikcie trhu, rozhodovania o výrobe, produktov. dizajn, výroba produktov až po predaj produktov. Kompletný výrobný výrobný systém zložený z týchto požiadaviek sa nazýva Computer Integrated Manufacturing System (CIMS). CIMS organicky integruje dlhšiu výrobnú a obchodnú činnosť, čím dosahuje vyššiu efektivitu a flexibilitu v inteligentnej výrobe, ktorá je dnes najvyšším stupňom vývoja automatizovanej výrobnej technológie. V CIMS nejde len o integráciu výrobných zariadení, ale aj o integráciu technológie a funkcionality charakterizovanej informáciami. Počítače sú integrované nástroje, technológia počítačom podporovaných automatizačných jednotiek je základom integrácie a výmena a zdieľanie informácií a údajov je mostom integrácie. Výsledný vytvorený produkt možno považovať za materiálne stelesnenie informácií a údajov.
CNC systém a jeho komponenty
Základné komponenty CNC systému
CNC systém je jadrom všetkých CNC zariadení. Hlavným riadiacim objektom CNC systému je posunutie súradnicovej osi (vrátane rýchlosti pohybu, smeru, polohy atď.) a jeho riadiace informácie pochádzajú najmä z programov CNC obrábania alebo riadenia pohybu. Preto ako najzákladnejšia súčasť CNC systému by mal obsahovať tri časti: vstupno/výstupné zariadenie programu, CNC zariadenie a servopohon.
Funkciou vstupno/výstupného zariadenia je vstup a výstup údajov, ako sú programy CNC obrábania alebo riadenia pohybu, údaje o obrábaní a riadenie, parametre obrábacieho stroja, polohy súradnicových osí a stavy spínačov detekcie. Klávesnica a displej sú najzákladnejšie vstupné/výstupné zariadenia, ktoré sú nevyhnutné pre akékoľvek CNC zariadenie. Okrem toho môže byť v závislosti od CNC systému vybavená aj fotoelektrickými čítačkami, magnetickou páskovou mechanikou, alebo disketovou mechanikou. Počítač ako periférne zariadenie patrí v súčasnosti medzi bežne používané vstupno/výstupné zariadenia.
CNC zariadenie je jadrom CNC systému. Pozostáva zo vstupných/výstupných obvodov rozhrania, ovládačov, aritmetických jednotiek a pamäte. Funkciou CNC zariadenia je zostaviť, vypočítať a spracovať vstupné údaje zo vstupného zariadenia prostredníctvom interných logických obvodov alebo riadiaceho softvéru a vydať rôzne informácie a pokyny na ovládanie rôznych častí obrábacieho stroja na vykonávanie špecifikovaných činností.
Medzi týmito riadiacimi informáciami a pokynmi sú najzákladnejšie pokyny pre rýchlosť posuvu, smer posuvu a posuv posuvu súradnicovej osi. Generuje sa interpoláciou, poskytovanou servopohone, zosilnená vodičom a nakoniec riadi posunutie súradnicovej osi. Priamo určuje trajektóriu pohybu nástroja alebo súradnicovej osi.
Okrem toho, v závislosti od systému a vybavenia, napríklad na CNC obrábacích strojoch, môžu existovať aj príkazy pre rýchlosť vretena, riadenie a štart/stop; Pokyny na výber a výmenu rezných nástrojov; Pokyny na spustenie a zastavenie pre chladiace a mazacie zariadenia; Pokyny na uvoľňovanie a upínanie obrobkov; Pomocné pokyny, ako je rozdelenie pracovného stola. V CNC systémoch sú poskytované externým pomocným riadiacim zariadeniam vo forme signálov cez rozhrania. Pomocné ovládacie zariadenia zostavujú a vykonávajú potrebné logické operácie na vyššie uvedených signáloch, zosilňujú ich a riadia príslušné vykonávacie zariadenia na pohon mechanických komponentov obrábacieho stroja, hydraulických a pneumatických pomocných zariadení na dokončenie špecifikovaných činností.
Servopohon sa zvyčajne skladá zo servozosilňovača (známeho aj ako driver, servo jednotka) a ovládača. Na CNC obrábacích strojoch sa striedavé servomotory vo všeobecnosti používajú ako pohony; Lineárne motory sa používajú v moderných vysokorýchlostných obrábacích strojoch. Okrem toho sa jednosmerné servomotory používali aj na CNC obrábacích strojoch vyrobených pred 80-tymi rokmi; Pre jednoduché CNC obrábacie stroje sa hodí aj ako pohon. Forma servozosilňovača závisí od akčného člena a musí sa použiť v spojení s hnacím motorom.
Vyššie uvedené sú najzákladnejšie komponenty CNC systému. S rozvojom CNC technológie a zlepšovaním výkonu obrábacích strojov sa zvyšujú aj funkčné požiadavky na systém. Aby sa splnili požiadavky na riadenie rôznych obrábacích strojov, zabezpečila sa integrita a jednota CNC systému a uľahčilo sa používanie používateľom, bežne sa používajú pokročilejšie CNC systémy, zvyčajne vybavené vnútornými programovateľnými ovládačmi ako pomocné riadiace zariadenia pre obrábacie stroje. Okrem toho sa na obrábacích strojoch na rezanie kovov môže stať súčasťou CNC systému aj zariadenie pohonu vretena; Na CNC obrábacích strojoch s uzavretou slučkou sú meracie a detekčné zariadenia tiež nevyhnutné pre CNC systémy. Pre pokročilé CNC systémy sa niekedy dokonca používajú počítače ako rozhranie človek-stroj a správa dát, vstupno/výstupné zariadenia, čím sú funkcie systému CNC silnejšie a výkon je úplnejší.
Stručne povedané, zloženie CNC systému závisí od výkonu riadiaceho systému a špecifických požiadaviek na riadenie zariadenia. Jeho konfigurácia a zloženie majú výrazné rozdiely. Okrem troch najzákladnejších komponentov vstupno/výstupného zariadenia obrábacieho programu, CNC zariadenia a servopohonu môže existovať aj viac riadiacich zariadení. Prerušovaný rámček na obrázku 1-1 predstavuje počítačový numerický riadiaci systém.
Koncepcie NC, CNC, SV a PLC
NC (CNC), SV a PLC (PC, PMC) sú najčastejšie používané anglické skratky v CNC zariadeniach, ktoré majú v rôznych situáciách pri praktickom používaní rôzny význam.
NC (CNC) NC a CNC sú bežne používané anglické skratky pre Numerical Control a Computerized Numerical Control. Vzhľadom na použitie počítačového riadenia v modernom CNC možno uvažovať, že významy NC a CNC sú úplne rovnocenné. V inžinierskych aplikáciách má NC (CNC) podľa rôznych scenárov použitia zvyčajne tri rôzne významy: v širšom zmysle predstavuje riadiacu technológiu - CNC technológiu; V užšom zmysle predstavuje entitu riadiaceho systému - CNC systém; Okrem toho môže predstavovať aj špecifické riadiace zariadenie – CNC zariadenie.
SVSV je bežne používaná anglická skratka pre Servo Drive. Podľa japonského štandardu JIS ide o riadiaci mechanizmus, ktorý využíva polohu, smer a stav objektu ako riadiace premenné na sledovanie akýchkoľvek zmien cieľovej hodnoty. V skratke ide o riadiace zariadenie, ktoré dokáže automaticky sledovať fyzikálne veličiny, ako je poloha cieľa.
Na CNC obrábacích strojoch má úloha servopohonu hlavne dva aspekty: po prvé, aby sa súradnicová os pohybovala rýchlosťou danou CNC zariadením; Druhým je polohovanie súradnicovej osi podľa polohy danej CNC zariadením.
Riadiacim objektom servopohonu je zvyčajne posuv a rýchlosť súradnicovej osi obrábacieho stroja; Vykonávací mechanizmus je servo; Časť, ktorá riadi a zosilňuje vstupné príkazové signály, sa často označuje ako servozosilňovač (tiež známy ako budič, zosilňovač, servojednotka atď.), ktorý je jadrom servopohonu.
Servopohon je možné použiť nielen v spojení s CNC zariadeniami, ale aj ako samostatnú pozíciu (rýchlosť) sprevádzajúcu systém, preto je často označovaný ako servosystém. V skorých CNC systémoch bola časť riadenia polohy vo všeobecnosti integrovaná s CNC a servopohon vykonával iba riadenie rýchlosti. Preto sa servopohon často označuje ako jednotka riadenia rýchlosti.
PLCPC je skratka pre Programmable Controller. S rastúcou popularitou osobných počítačov, aby sa predišlo zámene s osobnými počítačmi (známymi aj ako PC), sa programovateľné logické automaty (PLC) vo všeobecnosti označujú ako programovateľné automaty (PMC). Preto v CNC obrábacích strojoch majú PC, PLC a PMC presne rovnaký význam.
PLC má charakteristiky rýchlej odozvy, spoľahlivého výkonu, pohodlného používania, jednoduchého programovania a ladenia a môže priamo poháňať niektoré elektrické spotrebiče obrábacích strojov. Preto je široko používaný ako pomocné riadiace zariadenie pre CNC zariadenia. V súčasnosti sa väčšina CNC systémov dodáva s internými PLC na spracovanie pomocných pokynov CNC obrábacích strojov, čo výrazne zjednodušuje pomocné riadiace zariadenia obrábacích strojov. Okrem toho v mnohých situáciách môžu byť špeciálne funkčné moduly, ako je modul riadenia osí a polohovací modul PLC, priamo použité na dosiahnutie riadenia polohy bodu, lineárneho riadenia a jednoduchého riadenia obrysu, formovanie špeciálnych CNC obrábacích strojov alebo CNC výrobných liniek.
Zloženie a princípy obrábania CNC obrábacích strojov
Základné komponenty CNC obrábacích strojov
CNC obrábacie stroje sú najtypickejším CNC zariadením. Aby sme pochopili základné zloženie CNC obrábacích strojov, je potrebné najskôr analyzovať pracovný proces obrábania dielov na CNC obrábacích strojoch. Na CNC obrábacích strojoch možno na spracovanie dielov vykonať nasledujúce kroky:
Podľa vzoru a plánu procesu spracovávaného dielu použite predpísaný kód a formát programu na zapísanie trajektórie pohybu nástroja, procesu obrábania, parametrov procesu, množstva rezu atď. do príkazového formulára, ktorý CNC systém dokáže rozpoznať, tj. , napíšte program obrábania.
Zadajte program obrábania do CNC zariadenia.
CNC zariadenie dekóduje a spracuje vstupný program (kód) a odošle zodpovedajúce riadiace signály do servopohonov a pomocných funkčných riadiacich zariadení každej súradnicovej osi na riadenie pohybu rôznych komponentov obrábacieho stroja.
Počas procesu pohybu musí CNC systém neustále zisťovať polohu súradnicovej osi obrábacieho stroja, stav prepínača pojazdu a porovnávať ho s požiadavkami programu na určenie ďalšej akcie, kým nebudú spracované kvalifikované diely.
Obsluha môže kedykoľvek pozorovať a kontrolovať situáciu obrábania a pracovný stav obrábacieho stroja a v prípade potreby upraviť činnosť obrábacieho stroja a program obrábania tak, aby bola zaistená bezpečná a spoľahlivá prevádzka obrábacieho stroja.
Z toho je zrejmé, že ako základný komponent CNC obrábacieho stroja by mal obsahovať: vstupno/výstupné zariadenie, CNC zariadenie, servopohon a spätnoväzbové zariadenie, pomocné riadiace zariadenie a telo stroja atď. (ako je znázornené na obr. Obrázok 1-1).
Obrázok 1-1 Zloženie CNC obrábacích strojov
Čiarkovaný rámček na obrázku 1-1 sa súhrnne označuje ako CNC systém, ktorý realizuje riadenie obrábania na hostiteľovi obrábacieho stroja. V súčasnosti väčšina CNC systémov využíva počítačové numerické riadenie (CNC). CNC systém obrábacieho stroja zložený zo vstupných/výstupných zariadení, CNC zariadení, servopohonov a spätnoväzbových zariadení na obrázku bol opísaný vyššie. Nižšie si stručne predstavíme ostatné komponenty.
Zariadenie spätnej väzby merania je detekčným článkom CNC obrábacích strojov s uzavretou slučkou (polouzavretou slučkou). Jeho funkciou je zisťovať skutočnú rýchlosť posuvu a premiestnenie vykonávaných komponentov (ako sú držiaky nástrojov a pod.) alebo pracovných stolov prostredníctvom moderných meracích komponentov, ako sú impulzné snímače, rotačné transformátory, induktosyn, mriežky, magnetické pravítka a laserové meracie prístroje, a spätnú väzbu do servopohonu alebo CNC zariadenia a kompenzovať rýchlosť posuvu alebo chybu pohybu pohonu, aby sa dosiahol cieľ zlepšenia presnosti pohybového mechanizmu. Inštalácia detekčných zariadení a poloha spätnej väzby detekčného signálu závisí od konštrukčnej formy CNC systému. Bežne používanými detekčnými komponentmi sú vstavané servokódovače impulzov, stroje na meranie rýchlosti a lineárne mriežky.
Vďaka použitiu technológie digitálnych servopohonov (označovaných ako digitálne servo) v pokročilých servosystémoch sú servopohony a CNC zariadenia vo všeobecnosti prepojené cez zbernicu; Vo väčšine prípadov sú signály spätnej väzby pripojené k servopohonom a prenášané do CNC zariadení cez zbernicu. Len v niekoľkých prípadoch alebo pri použití analógovo riadeného servopohonu (bežne známeho ako analógové servo) musí byť spätnoväzbové zariadenie priamo pripojené k CNC zariadeniu.
Pomocný ovládací mechanizmus a mechanizmus prenosu posuvu sú ovládacie prvky, ktoré sú umiestnené medzi CNC zariadením a mechanickými a hydraulickými komponentmi obrábacieho stroja. Jeho hlavnou funkciou je príjem výstupných príkazov otáčok vretena, riadenia a štart-stop z CNC zariadenia; Výmena výberu nástrojov; Pokyny na zastavenie pre chladiace a mazacie zariadenia; Pomocné príkazové signály na uvoľnenie a upnutie rotácie obrobkov a komponentov obrábacieho stroja, ako aj stavové signály detekčných spínačov na obrábacom stroji, sú priamo riadené nevyhnutnou kompiláciou, logickým úsudkom a zosilnením výkonu na riadenie zodpovedajúcich vykonávacích komponentov. , pohon mechanických komponentov obrábacieho stroja, hydraulických a pneumatických pomocných zariadení na dokončenie činností uvedených v pokynoch. Zvyčajne je riadený PLC a silnou elektrinou

Pomocný ovládací mechanizmus a mechanizmus prenosu posuvu sú ovládacie prvky, ktoré sú umiestnené medzi CNC zariadením a mechanickými a hydraulickými komponentmi obrábacieho stroja. Jeho hlavnou funkciou je príjem výstupných príkazov otáčok vretena, riadenia a štart-stop z CNC zariadenia; Výmena výberu nástrojov; Pokyny na zastavenie pre chladiace a mazacie zariadenia; Pomocné príkazové signály na uvoľnenie a upnutie rotácie obrobkov a komponentov obrábacieho stroja, ako aj stavové signály detekčných spínačov na obrábacom stroji, sú priamo riadené nevyhnutnou kompiláciou, logickým úsudkom a zosilnením výkonu na riadenie zodpovedajúcich vykonávacích komponentov. , pohon mechanických komponentov obrábacieho stroja, hydraulických a pneumatických pomocných zariadení na dokončenie činností uvedených v pokynoch. Zvyčajne sa skladá z PLC a vysokonapäťového riadiaceho obvodu a PLC môže byť štruktúrne integrované s CNC (vstavané PLC) alebo relatívne nezávislé (externé PLC).
Teleso obrábacieho stroja je mechanická konštrukčná súčasť CNC obrábacieho stroja, ktorá sa tiež skladá z hlavného prevodového systému, systému prenosu posuvu, lôžka, pracovného stola, pomocných pohybových zariadení, hydraulického pneumatického systému, mazacieho systému, chladiaceho zariadenia, odstraňovania triesok, ochranný systém a ďalšie časti. Aby však splnil požiadavky CNC a plne využil výkon obrábacieho stroja, prešiel významnými zmenami v celkovom usporiadaní, vzhľade, štruktúre prevodového systému, systéme nástroja a prevádzkovom výkone. Medzi mechanické súčasti obrábacieho stroja patrí lôžko, skriňa, stĺp, vodiaca koľajnica, pracovný stôl, vreteno, podávací mechanizmus, mechanizmus spínača nástroja atď.
Princípy CNC obrábania
Na tradičných obrábacích strojoch na obrábanie kovov musia operátori pri obrábaní dielov priebežne meniť parametre trajektórie pohybu nástroja a rýchlosti podľa požiadaviek výkresu, aby nástroj mohol rezať obrobok a v konečnom dôsledku vyrábať kvalifikované diely.
Obrábanie CNC obrábacích strojov v podstate uplatňuje princíp diferenciácie. Princíp činnosti a proces možno stručne opísať nasledovne
Numerické riadiace zariadenie rozlišuje dráhu nástroja podľa požiadaviek programu obrábania podľa zodpovedajúcej súradnicovej osi obrábacieho stroja s minimálnym množstvom pohybu (ekvivalent impulzu) (△ X, △ Y na obrázku 1-2) a vypočíta počet impulzov, ktoré je potrebné presunúť na každej súradnicovej osi.
Interpolačný softvér alebo interpolačný algoritmus CNC zariadenia sa používa na prispôsobenie požadovanej trajektórie ekvivalentnej čiare v jednotkách „minimálnej pohybovej jednotky“ a nájdenie spojovacej čiary, ktorá je najbližšie k teoretickej trajektórii.
③ CNC zariadenie nepretržite prideľuje impulzy posuvu zodpovedajúcej súradnicovej osi na základe trajektórie osadenej čiary a poháňa súradnicovú os stroja tak, aby sa pohybovala podľa priradeného impulzu prostredníctvom servopohonu.
Z vyššie uvedeného je zrejmé, že po prvé, pokiaľ je minimálny pohyb (ekvivalent impulzu) CNC obrábacieho stroja dostatočne malý, použitá lícovacia línia môže efektívne nahradiť teoretickú krivku. Po druhé, pokiaľ sa zmení spôsob distribúcie impulzov súradnicovej osi, môže sa zmeniť tvar prispôsobenej čiary, čím sa dosiahne cieľ zmeny trajektórie obrábania. Po tretie, pokiaľ sa zmení frekvencia priradeného impulzu, možno zmeniť rýchlosť pohybu súradnicovej osi (nástroja). Tým sa dosahuje základný cieľ riadenia trajektórie pohybu nástroja v CNC obrábacích strojoch.
Metóda určenia niektorých medziľahlých bodov medzi známymi bodmi v ideálnej trajektórii (obrysy) na základe danej matematickej funkcie prostredníctvom zhustenia dátových bodov sa nazýva interpolácia. Počet súradnicových osí, ktoré sa môžu súčasne zúčastniť interpolácie, sa nazýva počet spojovacích osí. Je zrejmé, že čím viac spojovacích osí má CNC obrábací stroj, tým silnejší je jeho výkon pri obrábaní obrysov. Preto je počet spojovacích osí dôležitým technickým ukazovateľom na meranie výkonu CNC obrábacích strojov.