Numeriese Beheertegnologie en CNC-masjiengereedskap
Numeriese beheertegnologie, afgekort as NC (Numeriese Beheer), is 'n manier om meganiese bewegings en verwerkingsprosedures met behulp van digitale inligting te beheer. Tans, aangesien moderne numeriese beheer algemeen rekenaarbeheer aanneem, staan dit ook bekend as gerekenariseerde numeriese beheer (Gerekenariseerde Numeriese Beheer – CNC).
Om digitale inligtingsbeheer van meganiese bewegings en verwerkingsprosesse te bereik, moet ooreenstemmende hardeware en sagteware toegerus wees. Die som van die hardeware en sagteware wat gebruik word om digitale inligtingsbeheer te implementeer, word die numeriese beheerstelsel (Numeriese Beheerstelsel) genoem, en die kern van die numeriese beheerstelsel is die numeriese beheertoestel (Numeriese Beheerder).
Masjiene wat deur numeriese beheertegnologie beheer word, word CNC-masjiengereedskap (NC-masjiengereedskap) genoem. Dit is 'n tipiese meganiese produk wat gevorderde tegnologieë soos rekenaartegnologie, outomatiese beheertegnologie, presisie-metingstegnologie en masjiengereedskapontwerp omvattend integreer. Dit is die hoeksteen van moderne vervaardigingstegnologie. Die beheer van masjiengereedskap is die vroegste en mees toegepaste veld van numeriese beheertegnologie. Daarom verteenwoordig die vlak van CNC-masjiengereedskap grootliks die prestasie, vlak en ontwikkelingstendens van huidige numeriese beheertegnologie.
Daar is verskeie tipes CNC-masjiengereedskap, insluitend boor-, frees- en boormasjiengereedskap, draaimasjiengereedskap, slypmasjiengereedskap, elektriese ontladingsmasjineringsmasjiengereedskap, smeemasjiengereedskap, laserverwerkingsmasjiengereedskap en ander spesiale CNC-masjiengereedskap met spesifieke gebruike. Enige masjiengereedskap wat deur numeriese beheertegnologie beheer word, word as 'n NC-masjiengereedskap geklassifiseer.
Daardie CNC-masjiengereedskap wat toegerus is met 'n outomatiese gereedskapwisselaar ATC (Automatic Tool Changer – ATC), behalwe vir CNC-draaibanke met roterende gereedskaphouers, word gedefinieer as bewerkingsentrums (Machine Center – MC). Deur die outomatiese vervanging van gereedskap kan werkstukke verskeie verwerkingsprosedures in 'n enkele klem voltooi, wat die konsentrasie van prosesse en die kombinasie van prosesse bereik. Dit verkort die hulpverwerkingstyd effektief en verbeter die werkdoeltreffendheid van die masjiengereedskap. Terselfdertyd verminder dit die aantal werkstukinstallasies en -posisionering, wat die verwerkingsakkuraatheid verbeter. Bewerkingsentrums is tans die tipe CNC-masjiengereedskap met die grootste uitset en die wydste toepassing.
Gebaseer op CNC-masjiengereedskap, deur die byvoeging van outomatiese uitruiltoestelle vir verskeie werktafels (pallets) (Auto Pallet Changer – APC) en ander verwante toestelle, word die gevolglike verwerkingseenheid 'n buigsame vervaardigingsel (Flexible Manufacturing Cell – FMC) genoem. FMC realiseer nie net die konsentrasie van prosesse en die kombinasie van prosesse nie, maar kan ook, met die outomatiese uitruil van werktafels (pallets) en relatief volledige outomatiese moniterings- en beheerfunksies, onbemande verwerking vir 'n sekere tydperk uitvoer, waardeur die verwerkingsdoeltreffendheid van die toerusting verder verbeter word. FMC is nie net die basis van die buigsame vervaardigingstelsel FMS (Flexible Manufacturing System) nie, maar kan ook as 'n onafhanklike outomatiese verwerkingstoerusting gebruik word. Daarom is die ontwikkelingspoed daarvan redelik vinnig.
Op grond van FMC en masjineringsentra, deur logistieke stelsels, industriële robotte en verwante toerusting by te voeg, en op 'n gesentraliseerde en verenigde wyse deur 'n sentrale beheerstelsel beheer en bestuur te word, word so 'n vervaardigingstelsel 'n buigsame vervaardigingstelsel FMS (Flexible Manufacturing System) genoem. FMS kan nie net onbemande verwerking oor lang tydperke uitvoer nie, maar ook die volledige verwerking van verskillende tipes onderdele en komponentmontering bewerkstellig, wat die outomatisering van die werkswinkelvervaardigingsproses bereik. Dit is 'n hoogs outomatiese gevorderde vervaardigingstelsel.
Met die voortdurende vooruitgang van wetenskap en tegnologie, om aan te pas by die veranderende situasie van markvraag, is dit vir moderne vervaardiging nie net nodig om die outomatisering van die werkswinkelvervaardigingsproses te bevorder nie, maar ook om omvattende outomatisering te bereik, van markvoorspelling, produksiebesluitneming, produkontwerp, produkvervaardiging tot produkverkope. Die volledige produksie- en vervaardigingstelsel wat gevorm word deur hierdie vereistes te integreer, word 'n rekenaargeïntegreerde vervaardigingstelsel (Computer Integrated Manufacturing System – CIMS) genoem. CIMS integreer organies 'n langer produksie- en sake-aktiwiteit, wat meer doeltreffende en meer buigsame intelligente produksie bereik, wat die hoogste stadium van die ontwikkeling van vandag se outomatiese vervaardigingstegnologie verteenwoordig. In CIMS word nie net die integrasie van produksietoerusting nie, maar nog belangriker, die tegnologie-integrasie en funksie-integrasie gekenmerk deur inligting. Die rekenaar is die integrasie-instrument, die rekenaargesteunde outomatiese eenheidstegnologie is die basis van integrasie, en die uitruil en deel van inligting en data is die brug van integrasie. Die finale produk kan beskou word as die materiële manifestasie van inligting en data.
Die Numeriese Beheerstelsel en sy Komponente
Die basiese komponente van die numeriese beheerstelsel
Die numeriese beheerstelsel van 'n CNC-masjiengereedskap is die kern van alle numeriese beheertoerusting. Die hoofbeheerdoelwit van die numeriese beheerstelsel is die verplasing van die koördinaatasse (insluitend bewegingspoed, rigting, posisie, ens.), en die beheerinligting daarvan kom hoofsaaklik van numeriese beheerverwerking of bewegingsbeheerprogramme. Daarom moet die mees basiese komponente van die numeriese beheerstelsel die volgende insluit: die programinvoer-/uitvoertoestel, die numeriese beheertoestel en die servo-aandrywer.
Die rol van die invoer-/uitvoertoestel is om data soos numeriese beheerverwerking of bewegingsbeheerprogramme, verwerkings- en beheerdata, masjiengereedskapparameters, koördinaatasposisies en die status van opsporingskakelaars in en uit te voer. Die sleutelbord en skerm is die mees basiese invoer-/uitvoertoestelle wat nodig is vir enige numeriese beheertoerusting. Daarbenewens kan toestelle soos fotoëlektriese lesers, bandaandrywers of diskette-aandrywers, afhangende van die numeriese beheerstelsel, ook toegerus word. As 'n randtoestel is die rekenaar tans een van die algemeen gebruikte invoer-/uitvoertoestelle.
Die numeriese beheertoestel is die kernkomponent van die numeriese beheerstelsel. Dit bestaan uit invoer/uitvoer-koppelvlakkringe, beheerders, rekenkundige eenhede en geheue. Die rol van die numeriese beheertoestel is om die data wat deur die invoertoestel ingevoer word deur die interne logikakring of beheersagteware saam te stel, te bereken en te verwerk, en verskeie tipes inligting en instruksies uit te voer om die verskillende dele van die masjiengereedskap te beheer om spesifieke aksies uit te voer.
Onder hierdie beheerinligting en instruksies is die mees basiese die voerspoed, voerrigting en voerverplasingsinstruksies van die koördinaatasse. Hulle word gegenereer na interpolasieberekeninge, aan die servo-aandrywer verskaf, deur die drywer versterk, en beheer uiteindelik die verplasing van die koördinaatasse. Dit bepaal direk die bewegingstrajek van die gereedskap of koördinaatasse.
Daarbenewens, afhangende van die stelsel en toerusting, byvoorbeeld, op 'n CNC-masjiengereedskap, kan daar ook instruksies wees soos die rotasiespoed, rigting, begin/stop van die spil; gereedskapkeuse- en ruilinginstruksies; begin/stopinstruksies van verkoelings- en smeertoestelle; werkstuk losmaak- en kleminstruksies; indeksering van die werktafel en ander hulpinstruksies. In die numeriese beheerstelsel word dit aan die eksterne hulpbeheertoestel in die vorm van seine deur die koppelvlak verskaf. Die hulpbeheertoestel voer die nodige samestelling en logiese bewerkings op die bogenoemde seine uit, versterk hulle en dryf die ooreenstemmende aktuators aan om die meganiese komponente, hidrouliese en pneumatiese hulptoestelle van die masjiengereedskap aan te dryf om die aksies wat deur die instruksies gespesifiseer word, te voltooi.
Die servo-aandrywer bestaan gewoonlik uit servo-versterkers (ook bekend as drywers, servo-eenhede) en aktuators. Op CNC-masjiengereedskap word tans oor die algemeen WS-servomotors as aktuators gebruik; op gevorderde hoëspoed-bewerkingsmasjiengereedskap het lineêre motors begin gebruik word. Daarbenewens was daar gevalle van die gebruik van GS-servomotors op CNC-masjiengereedskap wat voor die 1980's vervaardig is; vir eenvoudige CNC-masjiengereedskap is stapmotors ook as aktuators gebruik. Die vorm van die servo-versterker hang af van die aktuator en moet saam met die aandryfmotor gebruik word.
Bogenoemde is die mees basiese komponente van die numeriese beheerstelsel. Met die voortdurende ontwikkeling van numeriese beheertegnologie en die verbetering van masjiengereedskapprestasievlakke, neem die funksionele vereistes vir die stelsel ook toe. Om aan die beheervereistes van verskillende masjiengereedskap te voldoen, die integriteit en eenvormigheid van die numeriese beheerstelsel te verseker, en gebruikersgebruik te vergemaklik, het algemeen gebruikte gevorderde numeriese beheerstelsels gewoonlik 'n interne programmeerbare beheerder as die hulpbeheertoestel van die masjiengereedskap. Daarbenewens kan die spil-aandrywingstoestel op metaalsnymasjiengereedskap ook 'n komponent van die numeriese beheerstelsel word; op geslote-lus CNC-masjiengereedskap is meet- en opsporingstoestelle ook onontbeerlik vir die numeriese beheerstelsel. Vir gevorderde numeriese beheerstelsels word soms selfs 'n rekenaar gebruik as die mens-masjien-koppelvlak van die stelsel en vir databestuur en invoer-/uitvoertoestelle, waardeur die funksies van die numeriese beheerstelsel kragtiger en die werkverrigting meer perfek word.
Ten slotte hang die samestelling van die numeriese beheerstelsel af van die werkverrigting van die beheerstelsel en die spesifieke beheervereistes van die toerusting. Daar is beduidende verskille in die konfigurasie en samestelling daarvan. Benewens die drie mees basiese komponente van die invoer-/uitvoertoestel van die verwerkingsprogram, die numeriese beheertoestel en die servo-aandrywer, kan daar meer beheertoestelle wees. Die gestippelde boksgedeelte in Figuur 1-1 verteenwoordig die rekenaar se numeriese beheerstelsel.
Die konsepte van NC, CNC, SV en PLC
NC (CNC), SV, en PLC (PC, PMC) is baie algemene Engelse afkortings in numeriese beheertoerusting en het verskillende betekenisse in verskillende geleenthede in praktiese toepassings.
NC (CNC): NC en CNC is die algemene Engelse afkortings van onderskeidelik Numeriese Beheer en Gerekenariseerde Numeriese Beheer. Aangesien moderne numeriese beheer almal rekenaarbeheer aanneem, kan daar beskou word dat die betekenisse van NC en CNC heeltemal dieselfde is. In ingenieurstoepassings, afhangende van die gebruiksgeleentheid, het NC (CNC) gewoonlik drie verskillende betekenisse: In 'n breë sin verteenwoordig dit 'n beheertegnologie – numeriese beheertegnologie; in 'n eng sin verteenwoordig dit 'n entiteit van 'n beheerstelsel – die numeriese beheerstelsel; daarbenewens kan dit ook 'n spesifieke beheertoestel verteenwoordig – die numeriese beheertoestel.
SV: SV is die algemene Engelse afkorting van servo-aandrywing (Servo Drive, afgekort as servo). Volgens die voorgeskrewe terme van die Japannese JIS-standaard is dit "'n beheermeganisme wat die posisie, rigting en toestand van 'n voorwerp as beheerhoeveelhede neem en arbitrêre veranderinge in die teikenwaarde volg." Kortliks, dit is 'n beheertoestel wat outomaties fisiese hoeveelhede soos die teikenposisie kan volg.
Op CNC-masjiengereedskap word die rol van servo-aandrywing hoofsaaklik in twee aspekte weerspieël: Eerstens stel dit die koördinaatasse in staat om teen die spoed wat deur die numeriese beheertoestel gegee word, te werk; tweedens stel dit die koördinaatasse in staat om geposisioneer te word volgens die posisie wat deur die numeriese beheertoestel gegee word.
Die beheerobjekte van servo-aandrywing is gewoonlik die verplasing en spoed van die koördinaatasse van die masjiengereedskap; die aktuator is 'n servomotor; die deel wat die insetbevelsein beheer en versterk, word dikwels 'n servoversterker genoem (ook bekend as 'n drywer, versterker, servo-eenheid, ens.), wat die kern van die servo-aandrywing is.
Die servo-aandrywer kan nie net saam met die numeriese beheertoestel gebruik word nie, maar kan ook alleen as 'n posisie- (spoed-) begeleidende stelsel gebruik word. Daarom word dit ook dikwels 'n servostelsel genoem. Op vroeë numeriese beheerstelsels was die posisiebeheer-deel gewoonlik met CNC geïntegreer, en die servo-aandrywer het slegs spoedbeheer uitgevoer. Daarom is die servo-aandrywer dikwels 'n spoedbeheer-eenheid genoem.
PLC: PC is die Engelse afkorting vir Programmable Controller. Met die toenemende gewildheid van persoonlike rekenaars, om verwarring met persoonlike rekenaars (ook genoem PC's) te voorkom, word programmeerbare beheerders nou oor die algemeen programmeerbare logikabeheerders (Programmable Logic Controller – PLC) of programmeerbare masjienbeheerders (Programmable Machine Controller – PMC) genoem. Daarom het PC, PLC en PMC presies dieselfde betekenis op CNC-masjiengereedskap.
PLC het die voordele van vinnige reaksie, betroubare werkverrigting, gerieflike gebruik, maklike programmering en ontfouting, en kan sommige masjiengereedskap-elektriese toestelle direk aandryf. Daarom word dit wyd gebruik as 'n hulpbeheertoestel vir numeriese beheertoerusting. Tans het die meeste numeriese beheerstelsels 'n interne PLC vir die verwerking van die hulpinstruksies van CNC-masjiengereedskap, wat die hulpbeheertoestel van die masjiengereedskap aansienlik vereenvoudig. Daarbenewens kan die PLC in baie gevalle, deur spesiale funksionele modules soos die asbeheermodule en posisioneringsmodule van die PLC, ook direk gebruik word om puntposisiebeheer, lineêre beheer en eenvoudige kontoerbeheer te bereik, wat spesiale CNC-masjiengereedskap of CNC-produksielyne vorm.
Die Samestelling en Verwerkingsbeginsel van CNC-Masjiengereedskap
Die Basiese Samestelling van CNC-Masjiengereedskap
CNC-masjiengereedskap is die mees tipiese numeriese beheertoerusting. Om die basiese samestelling van CNC-masjiengereedskap te verduidelik, is dit eers nodig om die werkproses van CNC-masjiengereedskap vir die verwerking van onderdele te analiseer. Op CNC-masjiengereedskap, om onderdele te verwerk, kan die volgende stappe geïmplementeer word:
Volgens die tekeninge en prosesplanne van die onderdele wat verwerk moet word, skryf die bewegingstrajek van die gereedskap, die verwerkingsproses, prosesparameters, snyparameters, ens. in die instruksievorm wat deur die numeriese beheerstelsel herkenbaar is, met behulp van die voorgeskrewe kodes en programformate, dit wil sê, skryf die verwerkingsprogram.
Voer die geskrewe verwerkingsprogram in die numeriese beheertoestel in.
Die numeriese beheertoestel dekodeer en verwerk die invoerprogram (kode) en stuur ooreenstemmende beheerseine na die servo-aandrywingstoestelle en hulpfunksiebeheertoestelle van elke koördinaatas om die beweging van elke komponent van die masjiengereedskap te beheer.
Tydens die beweging moet die numeriese beheerstelsel die posisie van die koördinaatasse van die masjiengereedskap, die status van die bewegingskakelaars, ens. te eniger tyd opspoor en dit vergelyk met die vereistes van die program om die volgende aksie te bepaal totdat gekwalifiseerde onderdele verwerk is.
Die operateur kan die verwerkingstoestande en werkstatus van die masjiengereedskap te eniger tyd waarneem en inspekteer. Indien nodig, is aanpassings aan die masjiengereedskapaksies en verwerkingsprogramme ook nodig om die veilige en betroubare werking van die masjiengereedskap te verseker.
Dit kan gesien word dat die basiese samestelling van 'n CNC-masjiengereedskap die volgende moet insluit: invoer-/uitvoertoestelle, numeriese beheertoestelle, servo-aandrywers en terugvoertoestelle, hulpbeheertoestelle en die masjiengereedskapliggaam.
Die Samestelling van CNC-Masjiengereedskap
Die numeriese beheerstelsel word gebruik om verwerkingsbeheer van die masjiengereedskapgasheer te verkry. Tans gebruik die meeste numeriese beheerstelsels rekenaar numeriese beheer (d.w.s. CNC). Die invoer-/uitvoertoestel, numeriese beheertoestel, servo-aandrywer en terugvoertoestel in die figuur vorm saam die masjiengereedskap numeriese beheerstelsel, en die rol daarvan is hierbo beskryf. Die volgende stel kortliks ander komponente voor.
Metingsterugvoertoestel: Dit is die opsporingskakel van 'n geslote-lus (semi-geslote-lus) CNC-masjiengereedskap. Die rol daarvan is om die spoed en verplasing van die werklike verplasing van die aktuator (soos die gereedskaphouer) of die werktafel op te spoor deur middel van moderne meetelemente soos pulsenkodeerders, resolvers, induksiesinchroniseerders, roosters, magnetiese skale en lasermeetinstrumente, en dit terug te voer na die servo-aandrywingstoestel of die numeriese beheertoestel, en te kompenseer vir die voerspoed of die bewegingsfout van die aktuator om die akkuraatheid van die bewegingsmeganisme te verbeter. Die installasieposisie van die opsporingstoestel en die posisie waar die opsporingssein teruggevoer word, hang af van die struktuur van die numeriese beheerstelsel. Ingeboude servo-pulsenkodeerders, tagometers en lineêre roosters is algemeen gebruikte opsporingskomponente.
Aangesien gevorderde servo's almal digitale servo-aandrywingstegnologie (ook bekend as digitale servo) gebruik, word 'n bus gewoonlik gebruik vir die verbinding tussen die servo-aandrywer en die numeriese beheertoestel; in die meeste gevalle word die terugvoersein aan die servo-aandrywer gekoppel en deur die bus na die numeriese beheertoestel oorgedra. Slegs in 'n paar gevalle, of wanneer analoog servo-aandrywers (algemeen bekend as analoog servo) gebruik word, hoef die terugvoertoestel direk aan die numeriese beheertoestel gekoppel te word.
Hulpbeheermeganisme en voertransmissiemeganisme: Dit is geleë tussen die numeriese beheertoestel en die meganiese en hidrouliese komponente van die masjiengereedskap. Die hoofrol daarvan is om die spilspoed, rigting en begin/stop-instruksies wat deur die numeriese beheertoestel uitgevoer word, te ontvang; gereedskapkeuse- en uitruilinstruksies; begin/stop-instruksies van verkoelings- en smeertoestelle; hulpinstruksieseine soos losmaak en vasklem van werkstukke en masjiengereedskapkomponente, indeksering van die werktafel, en die statusseine van opsporingskakelaars op die masjiengereedskap. Na die nodige samestelling, logiese beoordeling en kragversterking word die ooreenstemmende aktuators direk aangedryf om die meganiese komponente, hidrouliese en pneumatiese hulptoestelle van die masjiengereedskap aan te dryf om die aksies wat deur die instruksies gespesifiseer word, te voltooi. Dit bestaan gewoonlik uit 'n PLC en 'n sterkstroombeheerkring. Die PLC kan met die CNC geïntegreer word in struktuur (ingeboude PLC) of relatief onafhanklik (eksterne PLC).
Die masjiengereedskapliggaam, dit wil sê die meganiese struktuur van die CNC-masjiengereedskap, bestaan ook uit hoofaandrywingstelsels, voeraandrywingstelsels, beddens, werktafels, hulpbewegingstoestelle, hidrouliese en pneumatiese stelsels, smeerstelsels, verkoelingstoestelle, spaanderverwydering, beskermingstelsels en ander onderdele. Om egter aan die vereistes van numeriese beheer te voldoen en die werkverrigting van die masjiengereedskap ten volle te benut, het dit beduidende veranderinge ondergaan in terme van algehele uitleg, voorkomsontwerp, transmissiestelselstruktuur, gereedskapstelsel en bedryfsprestasie. Die meganiese komponente van die masjiengereedskap sluit in die bed, boks, kolom, geleidingsrail, werktafel, spil, voermeganisme, gereedskapuitruilmeganisme, ens.
Die beginsel van CNC-bewerking
Op tradisionele metaalsnymasjiengereedskap, wanneer onderdele verwerk word, moet die operateur voortdurend parameters soos die bewegingstrajek en bewegingspoed van die gereedskap verander volgens die vereistes van die tekening, sodat die gereedskap snyverwerking op die werkstuk uitvoer en uiteindelik gekwalifiseerde onderdele verwerk.
Die verwerking van CNC-masjiengereedskap pas in wese die "differensiële" beginsel toe. Die werkbeginsel en proses daarvan kan kortliks soos volg beskryf word:
Volgens die gereedskapstrajek wat deur die verwerkingsprogram vereis word, differensieer die numeriese beheertoestel die trajek langs die ooreenstemmende koördinaatasse van die masjiengereedskap met die minimum bewegingshoeveelheid (pulsekwivalent) (△X, △Y in Figuur 1-2) en bereken die aantal pulse wat elke koördinaatas moet beweeg.
Deur die "interpolasie"-sagteware of "interpolasie"-sakrekenaar van die numeriese beheertoestel word die vereiste trajek toegerus met 'n ekwivalente polilyn in eenhede van "minimum bewegingseenheid" en die gepaste polilyn naaste aan die teoretiese trajek word gevind.
Volgens die trajek van die gepaste polilyn ken die numeriese beheertoestel voortdurend voerpulse toe aan die ooreenstemmende koördinaatasse en stel die koördinaatasse van die masjiengereedskap in staat om volgens die toegekende pulse deur servo-aandrywing te beweeg.
Dit kan gesien word dat: Eerstens, solank die minimum bewegingshoeveelheid (pulsekwivalent) van die CNC-masjiengereedskap klein genoeg is, kan die gepaste polilyn wat gebruik word, ekwivalent vervang word vir die teoretiese kurwe. Tweedens, solank die pulsallokasiemetode van die koördinaatasse verander word, kan die vorm van die gepaste polilyn verander word, waardeur die doel bereik word om die verwerkingsbaan te verander. Derdens, solank die frekwensie van…