Τεχνολογία Αριθμητικού Ελέγχου και Εργαλειομηχανές CNC
Η τεχνολογία αριθμητικού ελέγχου, συντομογραφία NC (Numerical Control), είναι ένα μέσο ελέγχου μηχανικών κινήσεων και διαδικασιών επεξεργασίας με τη βοήθεια ψηφιακών πληροφοριών. Σήμερα, καθώς ο σύγχρονος αριθμητικός έλεγχος υιοθετεί συνήθως τον έλεγχο μέσω υπολογιστή, είναι επίσης γνωστός ως ηλεκτρονικός αριθμητικός έλεγχος (Computerized Numerical Control – CNC).
Για να επιτευχθεί ο ψηφιακός έλεγχος πληροφοριών των μηχανικών κινήσεων και των διαδικασιών επεξεργασίας, πρέπει να είναι εξοπλισμένος ο αντίστοιχος εξοπλισμός και λογισμικό. Το άθροισμα του υλικού και του λογισμικού που χρησιμοποιείται για την εφαρμογή του ψηφιακού ελέγχου πληροφοριών ονομάζεται σύστημα αριθμητικού ελέγχου (Σύστημα Αριθμητικού Ελέγχου) και ο πυρήνας του συστήματος αριθμητικού ελέγχου είναι η συσκευή αριθμητικού ελέγχου (Αριθμητικός Ελεγκτής).
Οι μηχανές που ελέγχονται από τεχνολογία αριθμητικού ελέγχου ονομάζονται εργαλειομηχανές CNC (εργαλειομηχανές NC). Πρόκειται για ένα τυπικό μηχατρονικό προϊόν που ενσωματώνει πλήρως προηγμένες τεχνολογίες όπως η τεχνολογία υπολογιστών, η τεχνολογία αυτόματου ελέγχου, η τεχνολογία μέτρησης ακριβείας και ο σχεδιασμός εργαλειομηχανών. Αποτελεί τον ακρογωνιαίο λίθο της σύγχρονης τεχνολογίας κατασκευής. Ο έλεγχος των εργαλειομηχανών είναι ο πρώτος και πιο ευρέως εφαρμοσμένος τομέας της τεχνολογίας αριθμητικού ελέγχου. Επομένως, το επίπεδο των εργαλειομηχανών CNC αντιπροσωπεύει σε μεγάλο βαθμό την απόδοση, το επίπεδο και την τάση ανάπτυξης της τρέχουσας τεχνολογίας αριθμητικού ελέγχου.
Υπάρχουν διάφοροι τύποι εργαλειομηχανών CNC, όπως εργαλειομηχανές διάτρησης, φρεζαρίσματος και διάτρησης, εργαλειομηχανές τόρνευσης, εργαλειομηχανές λείανσης, εργαλειομηχανές κατεργασίας ηλεκτρικής εκκένωσης, εργαλειομηχανές σφυρηλάτησης, εργαλειομηχανές επεξεργασίας λέιζερ και άλλες εργαλειομηχανές CNC ειδικής χρήσης με συγκεκριμένες χρήσεις. Οποιαδήποτε εργαλειομηχανή που ελέγχεται με τεχνολογία αριθμητικού ελέγχου ταξινομείται ως εργαλειομηχανή NC.
Οι εργαλειομηχανές CNC που είναι εξοπλισμένες με αυτόματο μηχανισμό αλλαγής εργαλείων ATC (Automatic Tool Changer – ATC), εκτός από τους τόρνους CNC με περιστροφικές βάσεις εργαλείων, ορίζονται ως κέντρα κατεργασίας (Machine Center – MC). Μέσω της αυτόματης αντικατάστασης εργαλείων, τα τεμάχια μπορούν να ολοκληρώσουν πολλαπλές διαδικασίες επεξεργασίας με μία μόνο σύσφιξη, επιτυγχάνοντας τη συγκέντρωση των διαδικασιών και τον συνδυασμό των διαδικασιών. Αυτό μειώνει αποτελεσματικά τον χρόνο βοηθητικής επεξεργασίας και βελτιώνει την αποδοτικότητα εργασίας της εργαλειομηχανής. Ταυτόχρονα, μειώνει τον αριθμό των εγκαταστάσεων και της τοποθέτησης του τεμαχίου, ενισχύοντας την ακρίβεια επεξεργασίας. Τα κέντρα κατεργασίας είναι σήμερα ο τύπος εργαλειομηχανών CNC με τη μεγαλύτερη απόδοση και την ευρύτερη εφαρμογή.
Βασισμένες στις εργαλειομηχανές CNC, με την προσθήκη συσκευών αυτόματης ανταλλαγής πολλαπλών τραπεζιών εργασίας (παλετών) (Auto Pallet Changer – APC) και άλλων σχετικών συσκευών, η προκύπτουσα μονάδα επεξεργασίας ονομάζεται ευέλικτο κελί παραγωγής (Flexible Manufacturing Cell – FMC). Το FMC όχι μόνο πραγματοποιεί τη συγκέντρωση διεργασιών και τον συνδυασμό διεργασιών, αλλά επίσης, με την αυτόματη ανταλλαγή τραπεζιών εργασίας (παλετών) και τις σχετικά πλήρεις αυτόματες λειτουργίες παρακολούθησης και ελέγχου, μπορεί να εκτελεί μη επανδρωμένη επεξεργασία για ένα ορισμένο χρονικό διάστημα, βελτιώνοντας έτσι περαιτέρω την απόδοση επεξεργασίας του εξοπλισμού. Το FMC δεν αποτελεί μόνο τη βάση του ευέλικτου συστήματος παραγωγής FMS (Flexible Manufacturing System), αλλά μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως ανεξάρτητος αυτοματοποιημένος εξοπλισμός επεξεργασίας. Επομένως, η ταχύτητα ανάπτυξής του είναι αρκετά γρήγορη.
Με βάση το FMC και τα κέντρα κατεργασίας, με την προσθήκη συστημάτων logistics, βιομηχανικών ρομπότ και σχετικού εξοπλισμού, και ελέγχοντας και διαχειριζόμενοι από ένα κεντρικό σύστημα ελέγχου με κεντρικό και ενιαίο τρόπο, ένα τέτοιο σύστημα παραγωγής ονομάζεται ευέλικτο σύστημα παραγωγής FMS (Flexible Manufacturing System). Το FMS μπορεί όχι μόνο να εκτελεί μη επανδρωμένη επεξεργασία για μεγάλα χρονικά διαστήματα, αλλά και να επιτυγχάνει την πλήρη επεξεργασία διαφόρων τύπων συναρμολόγησης εξαρτημάτων και εξαρτημάτων, επιτυγχάνοντας την αυτοματοποίηση της διαδικασίας παραγωγής του εργαστηρίου. Είναι ένα εξαιρετικά αυτοματοποιημένο προηγμένο σύστημα παραγωγής.
Με τη συνεχή πρόοδο της επιστήμης και της τεχνολογίας, προκειμένου να προσαρμοστεί στην μεταβαλλόμενη κατάσταση της ζήτησης της αγοράς, για τη σύγχρονη κατασκευή, είναι απαραίτητο όχι μόνο να προωθηθεί η αυτοματοποίηση της διαδικασίας παραγωγής του εργαστηρίου, αλλά και να επιτευχθεί ολοκληρωμένος αυτοματισμός από την πρόβλεψη της αγοράς, τη λήψη αποφάσεων παραγωγής, τον σχεδιασμό προϊόντων, την κατασκευή προϊόντων έως τις πωλήσεις προϊόντων. Το πλήρες σύστημα παραγωγής και κατασκευής που σχηματίζεται με την ενσωμάτωση αυτών των απαιτήσεων ονομάζεται ολοκληρωμένο σε υπολογιστή σύστημα παραγωγής (Computer Integrated Manufacturing System – CIMS). Το CIMS ενσωματώνει οργανικά μια μεγαλύτερης διάρκειας παραγωγική και επιχειρηματική δραστηριότητα, επιτυγχάνοντας πιο αποτελεσματική και πιο ευέλικτη έξυπνη παραγωγή, αντιπροσωπεύοντας το υψηλότερο στάδιο ανάπτυξης της σημερινής αυτοματοποιημένης τεχνολογίας κατασκευής. Στο CIMS, όχι μόνο η ενσωμάτωση του εξοπλισμού παραγωγής, αλλά, το πιο σημαντικό, η ενσωμάτωση της τεχνολογίας και η ενσωμάτωση λειτουργιών χαρακτηρίζονται από πληροφορίες. Ο υπολογιστής είναι το εργαλείο ενσωμάτωσης, η τεχνολογία αυτοματοποιημένων μονάδων με τη βοήθεια υπολογιστή είναι η βάση της ενσωμάτωσης και η ανταλλαγή και η κοινοποίηση πληροφοριών και δεδομένων είναι η γέφυρα της ενσωμάτωσης. Το τελικό προϊόν μπορεί να θεωρηθεί ως η υλική εκδήλωση πληροφοριών και δεδομένων.
Το Σύστημα Αριθμητικού Ελέγχου και τα Στοιχεία του
Τα βασικά στοιχεία του συστήματος αριθμητικού ελέγχου
Το αριθμητικό σύστημα ελέγχου μιας εργαλειομηχανής CNC αποτελεί τον πυρήνα όλου του εξοπλισμού αριθμητικού ελέγχου. Το κύριο αντικείμενο ελέγχου του αριθμητικού συστήματος ελέγχου είναι η μετατόπιση των αξόνων συντεταγμένων (συμπεριλαμβανομένης της ταχύτητας κίνησης, της κατεύθυνσης, της θέσης κ.λπ.) και οι πληροφορίες ελέγχου προέρχονται κυρίως από προγράμματα επεξεργασίας αριθμητικού ελέγχου ή ελέγχου κίνησης. Επομένως, τα πιο βασικά στοιχεία του αριθμητικού συστήματος ελέγχου θα πρέπει να περιλαμβάνουν: τη συσκευή εισόδου/εξόδου προγράμματος, τη συσκευή αριθμητικού ελέγχου και τον σερβοκινητήρα.
Ο ρόλος της συσκευής εισόδου/εξόδου είναι η είσοδος και η έξοδος δεδομένων, όπως προγράμματα επεξεργασίας ψηφιακού ελέγχου ή ελέγχου κίνησης, δεδομένα επεξεργασίας και ελέγχου, παράμετροι εργαλειομηχανών, θέσεις αξόνων συντεταγμένων και κατάσταση διακοπτών ανίχνευσης. Το πληκτρολόγιο και η οθόνη είναι οι πιο βασικές συσκευές εισόδου/εξόδου που είναι απαραίτητες για κάθε εξοπλισμό ψηφιακού ελέγχου. Επιπλέον, ανάλογα με το σύστημα ψηφιακού ελέγχου, μπορούν επίσης να εξοπλιστούν συσκευές όπως φωτοηλεκτρικές συσκευές ανάγνωσης, μονάδες ταινίας ή μονάδες δισκέτας. Ως περιφερειακή συσκευή, ο υπολογιστής είναι σήμερα μια από τις συνήθως χρησιμοποιούμενες συσκευές εισόδου/εξόδου.
Η συσκευή αριθμητικού ελέγχου είναι το βασικό στοιχείο του συστήματος αριθμητικού ελέγχου. Αποτελείται από κυκλώματα διεπαφής εισόδου/εξόδου, ελεγκτές, αριθμητικές μονάδες και μνήμη. Ο ρόλος της συσκευής αριθμητικού ελέγχου είναι η μεταγλώττιση, ο υπολογισμός και η επεξεργασία των δεδομένων που εισάγονται από τη συσκευή εισόδου μέσω του εσωτερικού λογικού κυκλώματος ή του λογισμικού ελέγχου και η εξαγωγή διαφόρων τύπων πληροφοριών και οδηγιών για τον έλεγχο των διαφόρων μερών της εργαλειομηχανής για την εκτέλεση συγκεκριμένων ενεργειών.
Μεταξύ αυτών των πληροφοριών και οδηγιών ελέγχου, οι πιο βασικές είναι οι οδηγίες ταχύτητας τροφοδοσίας, κατεύθυνσης τροφοδοσίας και μετατόπισης τροφοδοσίας των αξόνων συντεταγμένων. Δημιουργούνται μετά από υπολογισμούς παρεμβολής, παρέχονται στον σερβοκινητήρα, ενισχύονται από τον οδηγό και τελικά ελέγχουν τη μετατόπιση των αξόνων συντεταγμένων. Αυτό καθορίζει άμεσα την τροχιά κίνησης του εργαλείου ή των αξόνων συντεταγμένων.
Επιπλέον, ανάλογα με το σύστημα και τον εξοπλισμό, για παράδειγμα, σε μια εργαλειομηχανή CNC, μπορεί επίσης να υπάρχουν οδηγίες όπως η ταχύτητα περιστροφής, η κατεύθυνση, η έναρξη/διακοπή της ατράκτου· οδηγίες επιλογής και ανταλλαγής εργαλείου· οδηγίες έναρξης/διακοπής των συσκευών ψύξης και λίπανσης· οδηγίες χαλάρωσης και σύσφιξης του τεμαχίου εργασίας· ευρετηρίαση του πάγκου εργασίας και άλλες βοηθητικές οδηγίες. Στο αριθμητικό σύστημα ελέγχου, παρέχονται στην εξωτερική βοηθητική συσκευή ελέγχου με τη μορφή σημάτων μέσω της διεπαφής. Η βοηθητική συσκευή ελέγχου εκτελεί τις απαραίτητες λειτουργίες συλλογής και λογικών λειτουργιών στα παραπάνω σήματα, τα ενισχύει και οδηγεί τους αντίστοιχους ενεργοποιητές για να οδηγήσουν τα μηχανικά εξαρτήματα, τις υδραυλικές και πνευματικές βοηθητικές συσκευές της εργαλειομηχανής για να ολοκληρώσουν τις ενέργειες που καθορίζονται από τις οδηγίες.
Η σερβοκίνηση αποτελείται συνήθως από σερβοενισχυτές (γνωστούς και ως οδηγούς, σερβομονάδες) και ενεργοποιητές. Στις εργαλειομηχανές CNC, οι σερβοκινητήρες AC χρησιμοποιούνται γενικά ως ενεργοποιητές σήμερα. Σε προηγμένες εργαλειομηχανές υψηλής ταχύτητας κατεργασίας, έχουν αρχίσει να χρησιμοποιούνται γραμμικοί κινητήρες. Επιπλέον, σε εργαλειομηχανές CNC που κατασκευάστηκαν πριν από τη δεκαετία του 1980, υπήρξαν περιπτώσεις χρήσης σερβοκινητήρων DC. Για απλές εργαλειομηχανές CNC, χρησιμοποιήθηκαν επίσης βηματικοί κινητήρες ως ενεργοποιητές. Η μορφή του σερβοενισχυτή εξαρτάται από τον ενεργοποιητή και πρέπει να χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με τον κινητήρα κίνησης.
Τα παραπάνω αποτελούν τα πιο βασικά στοιχεία του συστήματος αριθμητικού ελέγχου. Με τη συνεχή ανάπτυξη της τεχνολογίας αριθμητικού ελέγχου και τη βελτίωση των επιπέδων απόδοσης των εργαλειομηχανών, οι λειτουργικές απαιτήσεις για το σύστημα αυξάνονται επίσης. Για την κάλυψη των απαιτήσεων ελέγχου διαφόρων εργαλειομηχανών, τη διασφάλιση της ακεραιότητας και της ομοιομορφίας του συστήματος αριθμητικού ελέγχου και τη διευκόλυνση της χρήσης από τον χρήστη, τα κοινώς χρησιμοποιούμενα προηγμένα συστήματα αριθμητικού ελέγχου συνήθως διαθέτουν έναν εσωτερικό προγραμματιζόμενο ελεγκτή ως βοηθητική συσκευή ελέγχου της εργαλειομηχανής. Επιπλέον, στις εργαλειομηχανές κοπής μετάλλων, η διάταξη κίνησης του άξονα μπορεί επίσης να γίνει ένα στοιχείο του συστήματος αριθμητικού ελέγχου. Στις εργαλειομηχανές CNC κλειστού βρόχου, οι συσκευές μέτρησης και ανίχνευσης είναι επίσης απαραίτητες για το σύστημα αριθμητικού ελέγχου. Για τα προηγμένα συστήματα αριθμητικού ελέγχου, μερικές φορές χρησιμοποιείται ακόμη και ένας υπολογιστής ως διεπαφή ανθρώπου-μηχανής του συστήματος και για τη διαχείριση δεδομένων και τις συσκευές εισόδου/εξόδου, καθιστώντας έτσι τις λειτουργίες του συστήματος αριθμητικού ελέγχου πιο ισχυρές και την απόδοση πιο τέλεια.
Συμπερασματικά, η σύνθεση του συστήματος αριθμητικού ελέγχου εξαρτάται από την απόδοση του συστήματος ελέγχου και τις συγκεκριμένες απαιτήσεις ελέγχου του εξοπλισμού. Υπάρχουν σημαντικές διαφορές στη διαμόρφωση και τη σύνθεσή του. Εκτός από τα τρία πιο βασικά εξαρτήματα της συσκευής εισόδου/εξόδου του προγράμματος επεξεργασίας, της συσκευής αριθμητικού ελέγχου και του σερβοκινητήρα, μπορεί να υπάρχουν περισσότερες συσκευές ελέγχου. Το διακεκομμένο τμήμα πλαισίου στο Σχήμα 1-1 αντιπροσωπεύει το σύστημα αριθμητικού ελέγχου υπολογιστή.
Οι έννοιες των NC, CNC, SV και PLC
Οι ονομασίες NC (CNC), SV και PLC (PC, PMC) είναι πολύ συχνά χρησιμοποιούμενες αγγλικές συντομογραφίες στον εξοπλισμό αριθμητικού ελέγχου και έχουν διαφορετικές σημασίες σε διαφορετικές περιπτώσεις σε πρακτικές εφαρμογές.
NC (CNC): Τα NC και CNC είναι οι κοινές αγγλικές συντομογραφίες των Numerical Control και Computerized Numerical Control, αντίστοιχα. Δεδομένου ότι ο σύγχρονος αριθμητικός έλεγχος υιοθετεί τον έλεγχο μέσω υπολογιστή, μπορεί να θεωρηθεί ότι οι έννοιες των NC και CNC είναι απολύτως ίδιες. Στις εφαρμογές μηχανικής, ανάλογα με την περίσταση χρήσης, το NC (CNC) έχει συνήθως τρεις διαφορετικές έννοιες: Με την ευρεία έννοια, αντιπροσωπεύει μια τεχνολογία ελέγχου - τεχνολογία αριθμητικού ελέγχου· με τη στενή έννοια, αντιπροσωπεύει μια οντότητα ενός συστήματος ελέγχου - το σύστημα αριθμητικού ελέγχου· επιπλέον, μπορεί επίσης να αντιπροσωπεύει μια συγκεκριμένη συσκευή ελέγχου - τη συσκευή αριθμητικού ελέγχου.
SV: Το SV είναι η κοινή αγγλική συντομογραφία του servo drive (Servo Drive, συντομογραφία servo). Σύμφωνα με τους προβλεπόμενους όρους του ιαπωνικού προτύπου JIS, είναι «ένας μηχανισμός ελέγχου που λαμβάνει τη θέση, την κατεύθυνση και την κατάσταση ενός αντικειμένου ως ποσότητες ελέγχου και παρακολουθεί αυθαίρετες αλλαγές στην τιμή-στόχο». Με λίγα λόγια, είναι μια συσκευή ελέγχου που μπορεί να παρακολουθεί αυτόματα φυσικές ποσότητες όπως η θέση-στόχος.
Στις εργαλειομηχανές CNC, ο ρόλος της σερβοκίνησης αντικατοπτρίζεται κυρίως σε δύο πτυχές: Πρώτον, επιτρέπει στους άξονες συντεταγμένων να λειτουργούν με την ταχύτητα που δίνεται από τη συσκευή αριθμητικού ελέγχου και δεύτερον, επιτρέπει στους άξονες συντεταγμένων να τοποθετούνται σύμφωνα με τη θέση που δίνεται από τη συσκευή αριθμητικού ελέγχου.
Τα αντικείμενα ελέγχου της σερβοκίνησης είναι συνήθως η μετατόπιση και η ταχύτητα των αξόνων συντεταγμένων της εργαλειομηχανής. Ο ενεργοποιητής είναι ένας σερβοκινητήρας. Το μέρος που ελέγχει και ενισχύει το σήμα εντολής εισόδου ονομάζεται συχνά σερβοενισχυτής (γνωστός και ως οδηγός, ενισχυτής, μονάδα σερβοκίνησης κ.λπ.), ο οποίος αποτελεί τον πυρήνα της σερβοκίνησης.
Ο σερβοκινητήρας δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο σε συνδυασμό με τη συσκευή αριθμητικού ελέγχου, αλλά μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί μόνος του ως συνοδευτικό σύστημα θέσης (ταχύτητας). Επομένως, συχνά ονομάζεται και σερβοσύστημα. Στα πρώιμα συστήματα αριθμητικού ελέγχου, το τμήμα ελέγχου θέσης ήταν γενικά ενσωματωμένο με CNC και ο σερβοκινητήρας εκτελούσε μόνο έλεγχο ταχύτητας. Επομένως, ο σερβοκινητήρας ονομαζόταν συχνά μονάδα ελέγχου ταχύτητας.
PLC: Το PC είναι η αγγλική συντομογραφία του Programmable Controller. Με την αυξανόμενη δημοτικότητα των προσωπικών υπολογιστών, για να αποφευχθεί η σύγχυση με τους προσωπικούς υπολογιστές (που ονομάζονται επίσης PC), οι προγραμματιζόμενοι ελεγκτές ονομάζονται πλέον γενικά προγραμματιζόμενοι λογικοί ελεγκτές (Programmalbe Logic Controller – PLC) ή προγραμματιζόμενοι ελεγκτές μηχανής (Programmable Machine Controller – PMC). Επομένως, στις εργαλειομηχανές CNC, οι όροι PC, PLC και PMC έχουν ακριβώς την ίδια σημασία.
Το PLC έχει τα πλεονεκτήματα της ταχείας απόκρισης, της αξιόπιστης απόδοσης, της βολικής χρήσης, του εύκολου προγραμματισμού και της αποσφαλμάτωσης και μπορεί να οδηγήσει άμεσα ορισμένες ηλεκτρικές συσκευές εργαλειομηχανών. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιείται ευρέως ως βοηθητική συσκευή ελέγχου για εξοπλισμό αριθμητικού ελέγχου. Σήμερα, τα περισσότερα συστήματα αριθμητικού ελέγχου διαθέτουν εσωτερικό PLC για την επεξεργασία των βοηθητικών οδηγιών των εργαλειομηχανών CNC, απλοποιώντας έτσι σημαντικά τη βοηθητική συσκευή ελέγχου της εργαλειομηχανής. Επιπλέον, σε πολλές περιπτώσεις, μέσω ειδικών λειτουργικών μονάδων όπως η μονάδα ελέγχου άξονα και η μονάδα τοποθέτησης του PLC, το PLC μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί άμεσα για την επίτευξη ελέγχου θέσης σημείου, γραμμικού ελέγχου και απλού ελέγχου περιγράμματος, σχηματίζοντας ειδικές εργαλειομηχανές CNC ή γραμμές παραγωγής CNC.
Η Αρχή Σύνθεσης και Επεξεργασίας των Εργαλειομηχανών CNC
Η βασική σύνθεση των εργαλειομηχανών CNC
Οι εργαλειομηχανές CNC είναι ο πιο τυπικός εξοπλισμός αριθμητικού ελέγχου. Για να διευκρινιστεί η βασική σύνθεση των εργαλειομηχανών CNC, είναι πρώτα απαραίτητο να αναλυθεί η διαδικασία εργασίας των εργαλειομηχανών CNC για την επεξεργασία εξαρτημάτων. Στις εργαλειομηχανές CNC, για την επεξεργασία εξαρτημάτων, μπορούν να εφαρμοστούν τα ακόλουθα βήματα:
Σύμφωνα με τα σχέδια και τα σχέδια διεργασίας των προς επεξεργασία εξαρτημάτων, χρησιμοποιώντας τους προβλεπόμενους κωδικούς και τις μορφές προγράμματος, γράψτε την τροχιά κίνησης των εργαλείων, τη διεργασία επεξεργασίας, τις παραμέτρους διεργασίας, τις παραμέτρους κοπής κ.λπ. σε μορφή οδηγιών που αναγνωρίζεται από το αριθμητικό σύστημα ελέγχου, δηλαδή γράψτε το πρόγραμμα επεξεργασίας.
Εισάγετε το γραπτό πρόγραμμα επεξεργασίας στη συσκευή αριθμητικού ελέγχου.
Η συσκευή αριθμητικού ελέγχου αποκωδικοποιεί και επεξεργάζεται το πρόγραμμα εισόδου (κώδικα) και στέλνει αντίστοιχα σήματα ελέγχου στις συσκευές σερβοκίνησης και στις βοηθητικές συσκευές ελέγχου λειτουργίας κάθε άξονα συντεταγμένων για τον έλεγχο της κίνησης κάθε εξαρτήματος της εργαλειομηχανής.
Κατά τη διάρκεια της κίνησης, το αριθμητικό σύστημα ελέγχου πρέπει να ανιχνεύει τη θέση των αξόνων συντεταγμένων της εργαλειομηχανής, την κατάσταση των διακοπτών κίνησης κ.λπ. ανά πάσα στιγμή και να τα συγκρίνει με τις απαιτήσεις του προγράμματος για να καθορίσει την επόμενη ενέργεια μέχρι να υποστούν επεξεργασία τα κατάλληλα εξαρτήματα.
Ο χειριστής μπορεί να παρατηρήσει και να επιθεωρήσει τις συνθήκες επεξεργασίας και την κατάσταση λειτουργίας της εργαλειομηχανής ανά πάσα στιγμή. Εάν είναι απαραίτητο, απαιτούνται επίσης προσαρμογές στις ενέργειες και τα προγράμματα επεξεργασίας της εργαλειομηχανής για να διασφαλιστεί η ασφαλής και αξιόπιστη λειτουργία της εργαλειομηχανής.
Μπορεί να φανεί ότι ως βασική σύνθεση μιας εργαλειομηχανής CNC, θα πρέπει να περιλαμβάνει: συσκευές εισόδου/εξόδου, συσκευές ψηφιακού ελέγχου, σερβοκινητήρες και συσκευές ανάδρασης, βοηθητικές συσκευές ελέγχου και το σώμα της εργαλειομηχανής.
Η Σύνθεση των Εργαλειομηχανών CNC
Το αριθμητικό σύστημα ελέγχου χρησιμοποιείται για την επίτευξη ελέγχου επεξεργασίας του κεντρικού υπολογιστή εργαλειομηχανών. Σήμερα, τα περισσότερα αριθμητικά συστήματα ελέγχου υιοθετούν αριθμητικό έλεγχο μέσω υπολογιστή (δηλαδή, CNC). Η συσκευή εισόδου/εξόδου, η συσκευή αριθμητικού ελέγχου, ο σερβοκινητήρας και η συσκευή ανάδρασης στο σχήμα αποτελούν μαζί το αριθμητικό σύστημα ελέγχου εργαλειομηχανών και ο ρόλος του έχει περιγραφεί παραπάνω. Τα παρακάτω παρουσιάζουν εν συντομία άλλα στοιχεία.
Συσκευή ανάδρασης μέτρησης: Είναι ο σύνδεσμος ανίχνευσης μιας εργαλειομηχανής CNC κλειστού βρόχου (ημικλειστού βρόχου). Ο ρόλος της είναι να ανιχνεύει την ταχύτητα και την μετατόπιση της πραγματικής μετατόπισης του ενεργοποιητή (όπως η θήκη εργαλείου) ή του πάγκου εργασίας μέσω σύγχρονων στοιχείων μέτρησης όπως κωδικοποιητές παλμών, αναλυτές, συγχρονιστές επαγωγής, σχάρες, μαγνητικές κλίμακες και όργανα μέτρησης λέιζερ, και να τα τροφοδοτεί πίσω στη συσκευή σερβοκίνησης ή στη συσκευή αριθμητικού ελέγχου, και να αντισταθμίζει την ταχύτητα τροφοδοσίας ή το σφάλμα κίνησης του ενεργοποιητή για να επιτύχει τον σκοπό της βελτίωσης της ακρίβειας του μηχανισμού κίνησης. Η θέση εγκατάστασης της συσκευής ανίχνευσης και η θέση όπου ανατροφοδοτείται το σήμα ανίχνευσης εξαρτώνται από τη δομή του συστήματος αριθμητικού ελέγχου. Οι ενσωματωμένοι κωδικοποιητές παλμών σερβομηχανισμών, τα ταχύμετρα και οι γραμμικές σχάρες είναι συνήθως χρησιμοποιούμενα εξαρτήματα ανίχνευσης.
Λόγω του γεγονότος ότι όλα τα προηγμένα σερβοκίνητα οχήματα υιοθετούν τεχνολογία ψηφιακής σερβοκίνησης (γνωστή ως ψηφιακός σερβοκίνησης), συνήθως χρησιμοποιείται ένας δίαυλος για τη σύνδεση μεταξύ του σερβοκινητήρα και της συσκευής αριθμητικού ελέγχου. Στις περισσότερες περιπτώσεις, το σήμα ανάδρασης συνδέεται με τον σερβοκινητήρα και μεταδίδεται στη συσκευή αριθμητικού ελέγχου μέσω του διαύλου. Μόνο σε λίγες περιπτώσεις ή όταν χρησιμοποιούνται αναλογικοί σερβοκινητήρες (κοινώς γνωστοί ως αναλογικοί σερβοκινητήρες), η συσκευή ανάδρασης πρέπει να συνδέεται απευθείας με τη συσκευή αριθμητικού ελέγχου.
Βοηθητικός μηχανισμός ελέγχου και μηχανισμός μετάδοσης τροφοδοσίας: Βρίσκεται μεταξύ της αριθμητικής συσκευής ελέγχου και των μηχανικών και υδραυλικών εξαρτημάτων της εργαλειομηχανής. Ο κύριος ρόλος του είναι να λαμβάνει τις οδηγίες ταχύτητας, κατεύθυνσης και έναρξης/διακοπής του άξονα που εξάγονται από την αριθμητική συσκευή ελέγχου, οδηγίες επιλογής και ανταλλαγής εργαλείου, οδηγίες έναρξης/διακοπής των συσκευών ψύξης και λίπανσης, βοηθητικά σήματα οδηγιών όπως χαλάρωση και σύσφιξη των τεμαχίων εργασίας και των εξαρτημάτων της εργαλειομηχανής, ευρετηρίαση του πάγκου εργασίας και τα σήματα κατάστασης των διακοπτών ανίχνευσης στην εργαλειομηχανή. Μετά την απαραίτητη σύνταξη, λογική κρίση και ενίσχυση ισχύος, οι αντίστοιχοι ενεργοποιητές οδηγούνται απευθείας για να οδηγήσουν τα μηχανικά εξαρτήματα, τις υδραυλικές και πνευματικές βοηθητικές συσκευές της εργαλειομηχανής για να ολοκληρώσουν τις ενέργειες που καθορίζονται από τις οδηγίες. Συνήθως αποτελείται από PLC και ένα κύκλωμα ελέγχου ισχυρού ρεύματος. Το PLC μπορεί να ενσωματωθεί με το CNC σε δομή (ενσωματωμένο PLC) ή σχετικά ανεξάρτητο (εξωτερικό PLC).
Το σώμα της εργαλειομηχανής, δηλαδή η μηχανική δομή της εργαλειομηχανής CNC, αποτελείται επίσης από κύρια συστήματα κίνησης, συστήματα κίνησης τροφοδοσίας, καρότσες, τραπέζια εργασίας, βοηθητικές συσκευές κίνησης, υδραυλικά και πνευματικά συστήματα, συστήματα λίπανσης, συσκευές ψύξης, αφαίρεση τσιπ, συστήματα προστασίας και άλλα μέρη. Ωστόσο, για να ανταποκριθεί στις απαιτήσεις του αριθμητικού ελέγχου και να δώσει πλήρη λειτουργία στην απόδοση της εργαλειομηχανής, έχει υποστεί σημαντικές αλλαγές όσον αφορά τη συνολική διάταξη, τον σχεδιασμό εμφάνισης, τη δομή του συστήματος μετάδοσης, το σύστημα εργαλείων και την απόδοση λειτουργίας. Τα μηχανικά εξαρτήματα της εργαλειομηχανής περιλαμβάνουν την καρότσα, το κουτί, τη στήλη, τη ράγα οδηγού, το τραπέζι εργασίας, τον άξονα, τον μηχανισμό τροφοδοσίας, τον μηχανισμό ανταλλαγής εργαλείων κ.λπ.
Η Αρχή της Μηχανικής Κατεργασίας CNC
Στις παραδοσιακές εργαλειομηχανές κοπής μετάλλων, κατά την επεξεργασία εξαρτημάτων, ο χειριστής πρέπει να αλλάζει συνεχώς παραμέτρους όπως η τροχιά κίνησης και η ταχύτητα κίνησης του εργαλείου σύμφωνα με τις απαιτήσεις του σχεδίου, έτσι ώστε το εργαλείο να εκτελεί επεξεργασία κοπής στο τεμάχιο εργασίας και τελικά να επεξεργάζεται τα κατάλληλα εξαρτήματα.
Η επεξεργασία των εργαλειομηχανών CNC εφαρμόζει ουσιαστικά την αρχή της «διαφορικής». Η αρχή λειτουργίας και η διαδικασία της μπορούν να περιγραφούν συνοπτικά ως εξής:
Σύμφωνα με την τροχιά του εργαλείου που απαιτείται από το πρόγραμμα επεξεργασίας, η συσκευή αριθμητικού ελέγχου διαφοροποιεί την τροχιά κατά μήκος των αντίστοιχων αξόνων συντεταγμένων της εργαλειομηχανής με την ελάχιστη ποσότητα κίνησης (ισοδύναμο παλμού) (△X, △Y στο Σχήμα 1-2) και υπολογίζει τον αριθμό των παλμών που χρειάζεται να κινηθεί κάθε άξονας συντεταγμένων.
Μέσω του λογισμικού «παρεμβολής» ή της αριθμομηχανής «παρεμβολής» της συσκευής αριθμητικού ελέγχου, η απαιτούμενη τροχιά προσαρμόζεται σε μια ισοδύναμη πολυγραμμή σε μονάδες «ελάχιστης μονάδας κίνησης» και βρίσκεται η προσαρμοσμένη πολυγραμμή που βρίσκεται πλησιέστερα στη θεωρητική τροχιά.
Σύμφωνα με την τροχιά της προσαρμοσμένης πολυγραμμής, η συσκευή αριθμητικού ελέγχου κατανέμει συνεχώς παλμούς τροφοδοσίας στους αντίστοιχους άξονες συντεταγμένων και επιτρέπει στους άξονες συντεταγμένων της εργαλειομηχανής να κινούνται σύμφωνα με τους κατανεμημένους παλμούς μέσω σερβοκινητήρα.
Μπορεί να φανεί ότι: Πρώτον, εφόσον η ελάχιστη ποσότητα κίνησης (ισοδύναμο παλμού) της εργαλειομηχανής CNC είναι αρκετά μικρή, η προσαρμοσμένη πολυγραμμή που χρησιμοποιείται μπορεί να αντικαταστήσει ισοδύναμα τη θεωρητική καμπύλη. Δεύτερον, εφόσον αλλάξει η μέθοδος κατανομής παλμών των αξόνων συντεταγμένων, το σχήμα της προσαρμοσμένης πολυγραμμής μπορεί να αλλάξει, επιτυγχάνοντας έτσι τον σκοπό της αλλαγής της τροχιάς επεξεργασίας. Τρίτον, εφόσον η συχνότητα του…