کنترلر CNC چگونه کار می کند؟ سیستم های تراش در مقابل فرز توضیح داده شده است

پاسخ مستقیم

یک کنترلر CNC یک سیستم سخت افزاری و نرم افزاری است که G-code و M-code یک برنامه ماشینکاری را می خواند، مسیر دقیق، سرعت و زمان بندی را برای هر محور ماشین محاسبه می کند، و سیگنال های فرمان بلادرنگ را به موتورهای سروو یا پله ای ارسال می کند که به طور فیزیکی ابزار و قطعه کار را حرکت می دهند. یک کنترلر تراش CNC حول چرخاندن قطعه کار و تغذیه ابزار به داخل آن ساخته شده است، در حالی که یک کنترلر فرز CNC حرکت پیچیده تر ابزار چند محوره و در بسیاری از ماشین ها، جهت گیری ابزار را مدیریت می کند. هر دو نوع در یک حلقه بسته کار می کنند: رمزگذارها موقعیت و سرعت واقعی را هزاران بار در ثانیه به کنترل کننده گزارش می دهند و کنترل کننده به طور مداوم حرکت را تصحیح می کند تا قسمت تمام شده را در محدوده تحمل نگه دارد. هنگام ارزیابی یک کنترل کننده - چه برای یک ماشین جدید یا یک مقاوم سازی - سوالاتی که بیشترین اهمیت را دارند عبارتند از: تعداد محورها، وضوح بازخورد، باز بودن یا اختصاصی بودن معماری، و اینکه آیا پشتیبانی فنی محلی و قطعات یدکی واقعاً برای مدلی که انتخاب می کنید در دسترس است یا خیر.

خوراکی های کلیدی

• یک کنترلر CNC بین برنامه ماشینکاری (G-code/M-code) و موتورهای فیزیکی قرار می گیرد - خود فلز را برش نمی دهد، بلکه حرکتی را که انجام می دهد فرمان می دهد.

• کنترل کننده های تراش برای چرخش قطعه کار و تغذیه ابزار بهینه شده اند. کنترل کننده های فرز، محورهای بیشتری را مدیریت می کنند و در بسیاری از طرح ها، کنترل زاویه ابزار را برای کارهای 4 و 5 محوره مدیریت می کنند.

• بازخورد حلقه بسته (از طریق رمزگذارها) چیزی است که به کنترلر اجازه می دهد تا با وجود بارهای برش، ارتعاش یا رانش حرارتی، تحمل خود را حفظ کند.

• کنترل‌کننده‌های معماری باز طیف وسیع‌تری از اجزای شخص ثالث را می‌پذیرند و به‌طور کلی مقاوم‌سازی آسان‌تر هستند. کنترلرهای انحصاری معمولاً فقط با برند اصلی ماشین خود مطابقت دارند.

• به روز رسانی یک کنترلر جایگزین الکترونیک (واحد کنترل، درایوهای سروو، موتورها، رمزگذارها) می شود و در عین حال ساختار مکانیکی دستگاه را حفظ می کند - به ندرت یک تعویض ساده است و نیاز به سیم کشی، بازخورد و سازگاری ایمنی دارد.

یک کنترلر CNC در واقع چه کاری انجام می دهد؟

یک کنترلر CNC سیستمی است که یک برنامه ماشینکاری دیجیتال را به حرکت هماهنگ و در زمان واقعی محورها، دوک و عملکردهای کمکی ماشین ابزار تبدیل می کند. این رایانه نیست که قطعه را طراحی می‌کند (این نرم‌افزار CAD/CAM است) - این لایه‌ای است که پس از رسیدن برنامه به دستگاه، آن هدف طراحی را به رفتاری در طبقه فروشگاه تبدیل می‌کند.

این فرآیند تقریباً در هر ماشین تراش یا فرز CNC در یک توالی ثابت اجرا می شود:

1. برنامه نویسی و ورودی یک اپراتور یا برنامه نویس یک مدل CAD یا دستورالعمل های دستی را به G-code (دستورات حرکت و هندسه - مکان و سرعت حرکت) و M-code (عملکردهای ماشین - روشن/خاموش اسپیندل، روشن/خاموش خنک کننده، تغییر ابزار، توقف برنامه) تبدیل می کند. این برنامه مستقیماً از طریق انتقال شبکه (DNC) یا از طریق USB/کارت حافظه در پانل جلویی دستگاه در کنترلر بارگذاری می شود.

2. تجزیه و تفسیر. کنترل‌کننده بلوک به بلوک برنامه را می‌خواند، نحو را بررسی می‌کند، و هر حالت مودال فعال را حل می‌کند (به عنوان مثال، یک فرمان جبران برش که در چندین بلوک بعدی فعال می‌ماند تا زمانی که صریحاً لغو نشود).

3. محاسبه مسیر و سرعت برای هر بلوک، کنترل‌کننده مسیر دقیقی را که هر محور باید طی کند، نرخ تغذیه، و سرعتی که ماشین باید شتاب یا سرعت بگیرد را محاسبه می‌کند تا از تکان‌های مکانیکی جلوگیری شود. کنترل‌کننده‌های رده‌بالا بسیاری از بلوک‌های جلو را به‌طور همزمان می‌خوانند (تکنیکی به نام نگاه به جلو) بنابراین دستگاه می‌تواند از طریق تغییر جهت به جای کاهش سرعت تا توقف در هر گوشه، نرخ تغذیه صاف‌تر و ثابت‌تری را حفظ کند.

4. خروجی فرمان به موتورها کنترلر این محاسبات را به سیگنال های فرمان ارسال شده به تقویت کننده های سروو یا درایورهای پله ای تبدیل می کند که به نوبه خود موتورهای فیزیکی را در هر محور به حرکت در می آورند.

5. بازخورد و اصلاح در زمان واقعی. رمزگذارهای نصب شده روی موتورها یا محورها موقعیت واقعی و سرعت بازگشت را به طور مداوم به کنترل کننده گزارش می دهند. کنترل‌کننده این موقعیت را با موقعیت فرمان مقایسه می‌کند و اصلاحات مداوم را انجام می‌دهد - این رفتار حلقه بسته چیزی است که یک قطعه را علی‌رغم نیروهای برشی، لرزش یا انبساط حرارتی در طول یک چرخه ماشین‌کاری طولانی در محدوده تحمل نگه می‌دارد.

6. مدیریت مستمر از طریق چرخه. کنترل کننده موقعیت نسبی ابزار و قطعه کار، تغییرات ابزار، سرعت اسپیندل و عملکردهای کمکی (خنک کننده، نوار نقاله تراشه، کاوشگر قطعه) را تا پایان برنامه مدیریت می کند.

کنترل کننده تراش CNC در مقابل کنترل کننده فرز CNC: در واقع چه چیزی متفاوت است؟

هر دو نوع کنترل‌کننده منطق اصلی یکسانی دارند - برنامه را تجزیه می‌کنند، حرکت را محاسبه می‌کنند، موتورها را به حرکت در می‌آورند، حلقه را می‌بندند - اما آنها بر اساس سینماتیک متفاوتی ساخته شده‌اند، زیرا یک ماشین تراش و یک آسیاب مواد را به روش‌های اساسی حرکت می‌دهند.

در عمل، این بدان معناست که یک کنترل‌کننده ساخته شده برای مراکز تراش، حول محور چرخش قطعه کار، تغذیه ابزار زنده و منطق نمایه‌سازی برجک بهینه شده است، در حالی که یک کنترل‌کننده مرکز فرز/ماشین‌کاری حول درون یابی چند محوری و ریاضی ابزار محور بهینه شده است. به همین دلیل است که کنترل‌کننده‌های تراش و کنترل‌کننده‌های فرز معمولاً به‌عنوان خطوط تولید مجزا فروخته می‌شوند، حتی زمانی که از همان معماری تخته کنترل و منطق PLC استفاده می‌کنند - برای مثال، محدوده کنترل‌کننده CNC SZGH از هم جدا می‌شود. مدل‌های CNC Lathe Controller مانند SZGH-880TC (یک کنترل‌کننده اقتصادی 3 محوره با بازخورد رمزگذار مطلق و برنامه‌نویسی نردبانی PLC) و سری SZGH-CNC1000TDc (کنترل‌کننده‌های مرکز چرخش 3 تا 5 محور) از مدل‌های کنترل‌کننده فرز CNC مانند GH-1000MC-4 (4 محور، با پشتیبانی از RTCP برای کار با زاویه ابزار) و GH-1000MC-5 (یک برد کنترل درجه صنعتی 5 محوره که مراکز ماشین‌کاری سفارشی را هدف قرار می‌دهد).

معماری باز در مقابل کنترل کننده های اختصاصی: چرا برای مقاوم سازی مهم است

مهم ترین تصمیم در انتخاب یک کنترلر CNC - به ویژه برای یک سیستم مقاوم سازی به جای یک ماشین جدید - این است که آیا سیستم معماری باز است یا اختصاصی، زیرا تعیین می کند چه چیزی را می توانید به آن متصل کنید و چه کسی می تواند بعداً آن را سرویس کند.

• کنترل‌کننده‌های اختصاصی معمولاً با اکوسیستم الکترونیک، نرم‌افزار و قطعات یدکی ماشین‌ساز اصلی مطابقت دارند. آنها می توانند یک تجربه پایدار و یکپارچه ارائه دهند، اما قطعات جایگزین، به روز رسانی نرم افزار و آشنایی با تکنسین معمولاً به همان فروشنده گره خورده است.

• کنترل‌کننده‌های معماری باز برای کار با طیف وسیع‌تری از درایوهای سروو شخص ثالث، موتورها و نرم‌افزارهای CAM طراحی شده‌اند و عموماً از استانداردهای برنامه‌نویسی و ارتباطی مستند استفاده می‌کنند. این امر باعث می‌شود که تعمیر و نگهداری طولانی‌مدت و ارتقاء آتی آسان‌تر شود، زیرا یک فروشگاه برای هر قطعه به یک تامین‌کننده وابسته نیست.

به طور خاص برای مقاوم‌سازی، تصمیم مهم‌تر است: بهسازی کنترل‌کننده جایگزین سیستم کنترل الکترونیکی یک ماشین ابزار - واحد CNC، درایوهای سروو، موتورها، انکودرها، درایو اسپیندل و پانل اپراتور - در حالی که ساختار مکانیکی دستگاه (تخت، ستون، پایه، دوک، راه‌ها) دست نخورده باقی می‌ماند. قبل از انجام اصلاحات، تأیید کنید که رابط سروو کنترلر جدید، وضوح بازخورد و تعداد ورودی/خروجی با آنچه که موتورها، رمزگذارها و سیم‌کشی دستگاه‌های موجود می‌توانند پشتیبانی کنند، مطابقت دارد - عدم تطابق در اینجا رایج‌ترین منبع تأخیر در بازسازی است.

چگونه یک کنترلر با بقیه دستگاه ارتباط برقرار می کند

یک کنترل کننده به ندرت به صورت مجزا کار می کند - یک گره در یک شبکه ارتباطی کوچک در زمان واقعی روی ماشین و به طور فزاینده ای در کف کارخانه است.

• ارتباطات فیلدباس (پروتکل‌هایی مانند EtherCAT، PROFINET یا EtherNet/IP) کنترل‌کننده را به درایوهای سروو، ماژول‌های ورودی/خروجی و دستگاه‌های کمکی با تأخیر کم و قطعی پیوند می‌دهد، که به چندین محور اجازه می‌دهد در طول حرکت چند محوره همزمان همگام بمانند.

• منطق PLC در داخل یا در کنار کنترل‌کننده، توالی‌سازی در سطح ماشین را مدیریت می‌کند - تغییرات ابزار، قفل‌های درب، مایع خنک‌کننده، بستن قطعات - جدا از ریاضیات درون‌یابی حرکتی خالص.

• حلقه‌های بازخورد رمزگذار به طور مداوم و با فرکانس بالا اجرا می‌شوند و حلقه بین موقعیت دستوری و واقعی را برای هر محور می‌بندند.

همچنین اینجا جایی است که کنترل‌کننده‌های CNC و کنترل‌کننده‌های ربات‌های صنعتی همپوشانی معماری واقعی دارند - هر دو سیستم‌های حرکتی بلادرنگ هستند که حول محور درون‌یابی، بازخورد حلقه بسته و ارتباطات فیلدباس ساخته شده‌اند، حتی اگر مکانیسم‌های مختلفی را هدایت کنند. برای نگاهی دقیق تر به اینکه چگونه این به طور خاص برای بازوهای ربات اعمال می شود، SZGH's را ببینید راهنمای کامل کنترلر ربات صنعتی.

سروو موتورها، درایوهای اسپیندل و چرا به عنوان یک سیستم همسان فروخته می شوند

دستورات حرکت یک کنترلر فقط به اندازه موتورها و درایوهایی که آنها را اجرا می کنند دقیق است، به همین دلیل است که کنترلرهای CNC، موتورهای سروو و درایوهای دوک نخ ریسی به طور کلی مهندسی شده و به عنوان یک مجموعه منطبق به فروش می رسند نه اینکه آزادانه در بین برندها مخلوط شوند.

• سروو موتورها و درایورهای AC سیگنال های فرمان کنترل کننده را به حرکت محوری دقیق تبدیل می کنند، با کنترل جریان/گشتاور درایو سروو و موتور خروجی مکانیکی را ارائه می دهد. بازخورد از رمزگذار موتور، حلقه را به کنترلر می بندد. به عنوان مثال، SZGH's خط AC Servo Motor & Driver شامل SZGH-13150AC، یک سروو موتور 1500W با اینرسی بالا است که برای سازگاری مستقیم با کنترل‌کننده‌های خود SZGH قرار گرفته است.

• سرو درایوهای اسپیندل یک جزء مرتبط اما متمایز هستند - آنها سرعت و گشتاور دوک را برای ابزار برش (روی آسیاب) یا قطعه کار (روی ماشین تراش) کنترل می کنند و معمولاً به قدرت بالاتری نسبت به سرووهای محور نیاز دارند. SZGH محدوده موتور و درایور اسپیندل AC در حدود 1.5 کیلووات تا 132 کیلووات در سرتاسر خانواده درایورهای S4T آن است که نشان می‌دهد چگونه یک آسیاب رومیزی کوچک و یک مرکز چرخش بزرگ درایو اسپیندل خود را بارگیری می‌کنند.

اگر در حال ارزیابی یک کنترلر برای یک ساخت جدید هستید، تأیید کنید که ترکیب سروو و درایو اسپیندل با هم توسط یک تامین کننده تأیید شده است - این معمولاً برای راه اندازی و عیب یابی سریعتر از منبع کنترل، سروو و درایو اسپیندل از سه فروشنده جداگانه است.

چک لیست انتخاب عملی

از این چک لیست استفاده کنید، چه در حال تعیین یک کنترل کننده برای ساخت ماشین جدید یا ارزیابی یک بهسازی برای یک دستگاه موجود هستید:

• نوع ماشین و شمارش محور - تأیید کنید که آیا به یک کنترل کننده تراش دو محوره، یک کنترل کننده فرز سه محوره یا یک سیستم 4/5 محوری با پشتیبانی از زاویه ابزار (RTCP) نیاز دارید.

• معماری باز در مقابل مالکیت - بر اساس میزان انعطاف پذیری طولانی مدت و دسترسی چند فروشنده به قطعات یدکی در مقابل یک سیستم تک فروشنده کاملاً یکپارچه، تصمیم بگیرید.

• نوع بازخورد و وضوح — بررسی کنید که آیا کنترلر از نوع رمزگذار (مثلاً مطلق در مقابل افزایشی) از قبل روی دستگاه شما پشتیبانی می کند یا هر کدام را که قصد نصب آن را دارید.

• سازگاری پروتکل ارتباطی — بررسی کنید که پشتیبانی فیلدباس کنترلر (EtherCAT، PROFINET، EtherNet/IP، و غیره) با درایوهای سروو شما و هر شبکه کارخانه بالادستی مطابقت دارد.

• رابط برنامه نویسی و منطق PLC - تأیید کنید که آیا کنترلر با منطق نردبان PLC آماده برای عملکردهای استاندارد (تغییر ابزار، خنک کننده، قفل های ایمنی) ارسال می شود یا نیاز به برنامه ریزی سفارشی دارد.

• تطبیق سروو و درایو اسپیندل - برای کاهش ریسک راه اندازی، یک کنترلر، سروو موتور و درایو اسپیندل را ترجیح دهید که توسط یک تامین کننده اعتبار داشته باشند.

• قطعات یدکی و دسترسی به پشتیبانی فنی - برای هر کنترل کننده - داخلی یا وارداتی - نحوه شناسایی قطعات یدکی (به عنوان مثال، جستجوی شماره سریال) و سرعت یافتن آنها را قبل از انجام تأیید کنید.

• مستندات و در دسترس بودن نمودار PLC - مخصوصاً برای مقاوم‌سازی مهم است، جایی که سیم‌کشی و مستندات منطقی نردبان تعیین می‌کنند که تغییر چقدر زمان مهندسی طول می‌کشد.

سوالات متداول

آیا یک کنترلر CNC جایگزین نیاز به نرم افزار CAD/CAM می شود؟

خیر. نرم افزار CAD/CAM قطعه را طراحی کرده و برنامه G-code را تولید می کند. کنترلر آن برنامه را می خواند و حرکت را اجرا می کند. آنها نقش های متفاوت و متوالی را در یک گردش کار انجام می دهند.

آیا می توانم یک کنترل کننده فرز را روی ماشین تراش قرار دهم یا برعکس؟

نه مستقیم. کنترل‌کننده‌های تراش و فرز بر اساس سینماتیک‌های مختلف ساخته شده‌اند - چرخش قطعه کار و نمایه‌سازی برجک برای ماشین‌های تراش در مقابل موقعیت‌یابی ابزار چند محوره و مدیریت ATC برای آسیاب‌ها - بنابراین منطق کنترل و پیکربندی ورودی/خروجی بدون مهندسی مجدد قابل‌توجه قابل تعویض نیستند.

تفاوت بین استپر موتور و سروو موتور در یک سیستم CNC چیست؟

سروو موتور از بازخورد حلقه بسته استفاده می کند (یک رمزگذار موقعیت واقعی را به کنترل کننده گزارش می دهد)، که به طور کلی دقت بالاتر و عملکرد بهتری را تحت بار ارائه می دهد. موتور پله‌ای معمولاً به صورت حلقه باز کار می‌کند، که می‌تواند برای کاربردهای سبک‌تر یا سطح ابتدایی مقرون‌به‌صرفه باشد، اما اگر موتور پله‌های زیر بار را از دست بدهد، اصلاح کمتری را ارائه می‌دهد.

آیا یک کنترلر CNC ساخت چین با نرم افزارهای رایج CAM و استانداردهای G-code سازگار است؟

سازگاری به مدل کنترلر خاص و نه کشور مبدا بستگی دارد - بررسی کنید که آیا کنترلر از قراردادهای استاندارد G-code/M-code استفاده می کند یا خیر و آیا آن را به عنوان سازگار با پس پردازشگر CAM شما قبل از خرید، بدون توجه به مکان تامین کننده، مستند کنید.

چگونه بفهمم دستگاه قدیمی من کاندیدای خوبی برای بهسازی کنترلر است؟

زمانی که ساختار مکانیکی ماشین (تخت، راه‌ها، دوک، ستون) هنوز دقیق و سفت باشد، به‌عنوان یک مقاوم‌سازی ارزش دارد، اما سیستم کنترل موجود منسوخ، پشتیبانی نشده یا محدودیت‌های قابلیت‌های جدید را دارد. اگر ساختار مکانیکی به خودی خود ساییدگی قابل توجهی داشته باشد، مقاوم سازی ممکن است مشکل دقت اساسی را حل نکند.

نتیجه گیری

کار یک کنترلر CNC برای توصیف ساده و اجرای خوب آن سخت است: تبدیل یک برنامه دیجیتال به حرکت ماشین دقیق و پیوسته اصلاح شده. تفاوت‌های عملی بین یک کنترل‌کننده تراش و یک کنترل‌کننده فرز به نوع حرکتی که هر ماشین واقعاً نیاز به کنترل دارد - چرخش قطعه کار و تغذیه ابزار از یک طرف، موقعیت ابزار چند محوری از طرف دیگر - و انتخاب بین معماری باز و اختصاصی نشان می‌دهد که چقدر راحت می‌توانید سیستم را بعداً نگهداری، ارتقا یا مقاوم‌سازی کنید. اگر در حال تعیین یک کنترل‌کننده جدید یا ارزیابی یک مقاوم‌سازی هستید، تیم مهندسی SZGH می‌تواند سیم‌کشی فعلی، نوع بازخورد و نیازهای محور دستگاه شما را بررسی کند و پیکربندی کنترل‌کننده، سروو و درایو اسپیندل منطبق را توصیه کند.

درخواست مشاوره فنی کنترلر - با تیم مهندسی SZGH در مورد نوع ماشین، تعداد محورها و سیستم کنترل فعلی خود تماس بگیرید، و آنها به ارزیابی گزینه‌های کنترل‌کننده بهسازی یا جدید کمک خواهند کرد. ایمیل: export02@szghtech.com · واتساپ: +86- 18925223781