Bộ điều khiển CNC hoạt động như thế nào? Giải thích về máy tiện và hệ thống phay

Trả lời trực tiếp

Bộ điều khiển CNC là hệ thống phần cứng và phần mềm đọc mã G và mã M của chương trình gia công, tính toán đường dẫn, tốc độ và thời gian chính xác cho mọi trục máy và gửi tín hiệu lệnh thời gian thực đến động cơ servo hoặc động cơ bước di chuyển vật lý dụng cụ và phôi. Bộ điều khiển máy tiện CNC được chế tạo xung quanh việc xoay phôi và đưa dụng cụ vào đó, trong khi bộ điều khiển phay CNC quản lý chuyển động dao đa trục phức tạp hơn và trên nhiều máy, định hướng dao. Cả hai loại đều hoạt động theo một vòng khép kín: bộ mã hóa báo cáo vị trí và tốc độ thực tế trở lại bộ điều khiển hàng nghìn lần mỗi giây và bộ điều khiển liên tục điều chỉnh chuyển động để giữ cho bộ phận hoàn thiện nằm trong phạm vi dung sai. Khi đánh giá bộ điều khiển — cho dù là cho máy mới hay máy được trang bị thêm — các câu hỏi quan trọng nhất là số trục, độ phân giải phản hồi, kiến ​​trúc là mở hay độc quyền và liệu hỗ trợ kỹ thuật và phụ tùng thay thế tại địa phương có thực sự sẵn có cho kiểu máy bạn chọn hay không.

Bài học chính

• Bộ điều khiển CNC nằm giữa chương trình gia công (mã G/mã M) và các động cơ vật lý - nó không tự cắt kim loại mà ra lệnh thực hiện chuyển động.

• Bộ điều khiển máy tiện được tối ưu hóa cho việc xoay phôi và nạp dao; bộ điều khiển phay quản lý nhiều trục hơn và trong nhiều thiết kế, điều khiển góc dao cho gia công 4 và 5 trục.

• Phản hồi vòng kín (thông qua bộ mã hóa) là thứ cho phép bộ điều khiển duy trì dung sai bất chấp tải trọng cắt, độ rung hoặc trôi nhiệt.

• Bộ điều khiển kiến ​​trúc mở chấp nhận nhiều thành phần của bên thứ ba hơn và thường dễ dàng trang bị thêm hơn; bộ điều khiển độc quyền thường chỉ phù hợp với nhãn hiệu máy gốc của chúng.

• Trang bị thêm bộ điều khiển sẽ thay thế các thiết bị điện tử (bộ điều khiển, bộ truyền động servo, động cơ, bộ mã hóa) trong khi vẫn giữ cấu trúc cơ khí của máy — việc hoán đổi này hiếm khi đơn giản và trước tiên cần kiểm tra hệ thống dây điện, phản hồi và khả năng tương thích an toàn.

Bộ điều khiển CNC thực sự làm gì?

Bộ điều khiển CNC là hệ thống chuyển đổi chương trình gia công kỹ thuật số thành chuyển động phối hợp theo thời gian thực của các trục, trục chính và các chức năng phụ trợ của máy công cụ. Không phải máy tính thiết kế bộ phận đó (đó là phần mềm CAD/CAM) - mà là lớp biến ý định thiết kế đó thành hành vi tại xưởng khi chương trình đến máy.

Quá trình này chạy theo trình tự nhất quán trên hầu hết mọi máy tiện hoặc máy phay CNC:

1. Lập trình và đầu vào. Người vận hành hoặc lập trình viên chuyển đổi mô hình CAD hoặc hướng dẫn thủ công thành mã G (lệnh chuyển động và hình học - vị trí và tốc độ di chuyển) và mã M (chức năng của máy - bật/tắt trục chính, bật/tắt chất làm mát, thay dao, dừng chương trình). Chương trình này được tải trực tiếp vào bộ điều khiển, thông qua truyền mạng (DNC) hoặc từ USB/thẻ nhớ ở bảng mặt trước của máy.

2. Phân tích và giải thích. Bộ điều khiển đọc khối chương trình theo từng khối, kiểm tra cú pháp và giải quyết mọi trạng thái phương thức hoạt động (ví dụ: lệnh bù dao vẫn hoạt động trên nhiều khối tiếp theo cho đến khi bị hủy rõ ràng).

3. Tính toán đường đi và tốc độ. Đối với mỗi khối, bộ điều khiển tính toán đường đi chính xác mà mỗi trục phải tuân theo, tốc độ tiến dao và tốc độ tăng hoặc giảm tốc của máy để tránh hiện tượng giật cơ học. Bộ điều khiển cao cấp hơn đọc đồng thời nhiều khối phía trước (một kỹ thuật được gọi là nhìn về phía trước) để máy có thể duy trì tốc độ nạp mượt mà hơn, ổn định hơn thông qua các thay đổi hướng thay vì chạy chậm lại và dừng ở mọi góc.

4. Lệnh xuất tới động cơ. Bộ điều khiển chuyển đổi các tính toán này thành tín hiệu lệnh được gửi đến bộ khuếch đại servo hoặc trình điều khiển bước, từ đó điều khiển các động cơ vật lý trên mỗi trục.

5. Phản hồi và chỉnh sửa theo thời gian thực. Bộ mã hóa gắn trên động cơ hoặc trục báo cáo vị trí thực tế và tốc độ liên tục về bộ điều khiển. Bộ điều khiển so sánh vị trí này với vị trí được lệnh và thực hiện các chỉnh sửa liên tục - hành vi vòng kín này là yếu tố giữ cho một bộ phận nằm trong phạm vi dung sai bất chấp lực cắt, độ rung hoặc giãn nở nhiệt trong chu kỳ gia công dài.

6. Quản lý liên tục trong suốt chu trình. Bộ điều khiển tiếp tục quản lý vị trí tương đối của dao và phôi, thay đổi dao, tốc độ trục chính và các chức năng phụ trợ (nước làm mát, băng tải phoi, thăm dò bộ phận) cho đến khi chương trình kết thúc.

Bộ điều khiển máy tiện CNC và bộ điều khiển phay CNC: Thực tế có gì khác nhau?

Cả hai loại bộ điều khiển đều có chung logic cơ bản — phân tích chương trình, tính toán chuyển động, điều khiển động cơ, đóng vòng lặp — nhưng chúng được xây dựng dựa trên các động học khác nhau, vì máy tiện và máy nghiền di chuyển vật liệu theo những cách cơ bản khác nhau.

Trong thực tế, điều này có nghĩa là bộ điều khiển được chế tạo cho các trung tâm tiện được tối ưu hóa xoay quanh hoạt động xoay phôi, cấp dao trực tiếp và logic lập chỉ mục tháp pháo, trong khi bộ điều khiển trung tâm phay/gia công được tối ưu hóa xung quanh phép nội suy đa trục đồng thời và phép toán định hướng dao. Đây là lý do tại sao bộ điều khiển máy tiện và bộ điều khiển phay thường được bán dưới dạng các dòng sản phẩm riêng biệt ngay cả khi chúng có chung kiến ​​trúc bảng điều khiển cơ bản và logic PLC — ví dụ: Bộ điều khiển CNC của SZGH tách biệt Các mẫu Bộ điều khiển Máy tiện CNC như SZGH-880TC (bộ điều khiển kinh tế 3 trục với phản hồi bộ mã hóa tuyệt đối và lập trình sơ đồ bậc thang PLC) và dòng SZGH-CNC1000TDc (bộ điều khiển trung tâm tiện 3 đến 5 trục) của Các mẫu Bộ điều khiển Phay CNC như GH-1000MC-4 (4 trục, có hỗ trợ RTCP cho gia công góc dao) và GH-1000MC-5 (bảng điều khiển cấp công nghiệp 5 trục dành cho các trung tâm gia công được chế tạo tùy chỉnh).

Kiến trúc mở so với bộ điều khiển độc quyền: Tại sao nó quan trọng đối với việc trang bị thêm

Quyết định mang tính hệ quả nhất trong việc chọn bộ điều khiển CNC - đặc biệt đối với máy được trang bị thêm thay vì máy mới - là liệu hệ thống đó là kiến ​​trúc mở hay độc quyền, bởi vì nó quyết định những gì bạn có thể kết nối với nó và ai có thể bảo trì nó sau này.

• Bộ điều khiển độc quyền thường được kết hợp chặt chẽ với hệ sinh thái điện tử, phần mềm và phụ tùng thay thế của nhà chế tạo máy ban đầu. Họ có thể mang lại trải nghiệm ổn định, tích hợp tốt, nhưng các bộ phận thay thế, bản cập nhật phần mềm và sự quen thuộc của kỹ thuật viên thường gắn liền với một nhà cung cấp đó.

• Bộ điều khiển kiến ​​trúc mở được thiết kế để hoạt động với nhiều loại ổ đĩa servo, động cơ và phần mềm CAM của bên thứ ba và thường sử dụng các tiêu chuẩn truyền thông và lập trình được ghi chép rộng rãi. Điều này có xu hướng giúp việc bảo trì dài hạn và nâng cấp trong tương lai trở nên dễ dàng hơn vì cửa hàng không phụ thuộc vào một nhà cung cấp duy nhất cho mọi bộ phận.

Cụ thể, đối với việc trang bị thêm, quyết định thậm chí còn quan trọng hơn: trang bị thêm bộ điều khiển thay thế hệ thống điều khiển điện tử của máy công cụ - bộ phận CNC, bộ truyền động servo, động cơ, bộ mã hóa, bộ truyền động trục chính và bảng điều khiển - trong khi vẫn giữ nguyên cấu trúc cơ khí của máy (bàn, cột, ụ trước, trục chính, các đường dẫn). Trước khi cam kết trang bị thêm, hãy xác nhận rằng giao diện servo, độ phân giải phản hồi và số lượng I/O của bộ điều khiển mới khớp với những gì mà động cơ, bộ mã hóa và hệ thống dây điện của máy hiện có có thể hỗ trợ — sự không khớp ở đây là nguyên nhân phổ biến nhất dẫn đến độ trễ trang bị thêm.

Cách bộ điều khiển giao tiếp với phần còn lại của máy

Bộ điều khiển hiếm khi hoạt động độc lập - nó là một nút trong mạng truyền thông thời gian thực nhỏ trên máy và ngày càng nhiều hơn là trên sàn nhà máy.

• Giao tiếp Fieldbus (các giao thức như EtherCAT, PROFINET hoặc EtherNet/IP) liên kết bộ điều khiển với các ổ servo, mô-đun I/O và các thiết bị phụ trợ có độ trễ xác định thấp, cho phép nhiều trục luôn được đồng bộ hóa trong quá trình chuyển động đa trục đồng thời.

• Logic PLC bên trong hoặc bên cạnh bộ điều khiển quản lý trình tự cấp độ máy — thay đổi công cụ, khóa liên động cửa, chất làm mát, kẹp bộ phận — tách biệt với phép toán nội suy chuyển động thuần túy.

• Các vòng phản hồi của bộ mã hóa chạy liên tục và ở tần số cao, đóng vòng lặp giữa vị trí được lệnh và vị trí thực tế cho mọi trục.

Đây cũng là nơi bộ điều khiển CNC và bộ điều khiển rô-bốt công nghiệp chia sẻ sự chồng chéo kiến ​​trúc thực sự — cả hai đều là hệ thống chuyển động thời gian thực được xây dựng dựa trên phép nội suy, phản hồi vòng kín và giao tiếp bus trường, mặc dù chúng điều khiển các loại cơ chế khác nhau. Để có cái nhìn sâu hơn về cách áp dụng cụ thể điều này cho cánh tay robot, hãy xem tài liệu của SZGH Hướng dẫn đầy đủ về bộ điều khiển Robot công nghiệp.

Động cơ servo, bộ truyền động trục chính và lý do chúng được bán dưới dạng hệ thống phù hợp

Các lệnh chuyển động của bộ điều khiển chỉ chính xác khi động cơ và bộ truyền động thực hiện chúng, đó là lý do tại sao bộ điều khiển CNC, động cơ servo và bộ truyền động trục xoay thường được thiết kế và bán dưới dạng một bộ phù hợp thay vì trộn lẫn giữa các thương hiệu.

• Bộ điều khiển và động cơ servo AC chuyển đổi tín hiệu lệnh của bộ điều khiển thành chuyển động trục chính xác, với bộ điều khiển servo xử lý điều khiển dòng điện/mô-men xoắn và động cơ cung cấp đầu ra cơ học; phản hồi từ bộ mã hóa của động cơ sẽ đóng vòng lặp trở lại bộ điều khiển. Ví dụ: SZGH Dòng Trình điều khiển & Động cơ servo AC bao gồm SZGH-13150AC, động cơ servo có quán tính cao 1500W được định vị để tương thích trực tiếp với bộ điều khiển riêng của SZGH.

• Bộ truyền động servo trục chính là một thành phần có liên quan nhưng riêng biệt - chúng điều khiển tốc độ và mô-men xoắn trục chính cho dụng cụ cắt (trên máy phay) hoặc phôi gia công (trên máy tiện) và thường cần mức công suất cao hơn so với động cơ servo trục. của SZGH Phạm vi Bộ điều khiển & Động cơ Trục xoay AC servo trải rộng từ khoảng 1,5kW đến 132kW trên dòng bộ điều khiển S4T, phản ánh sự khác biệt giữa một máy phay để bàn nhỏ và một trung tâm tiện lớn tải bộ dẫn động trục chính của chúng.

Nếu bạn đang đánh giá bộ điều khiển cho một bản dựng mới, hãy xác nhận rằng tổ hợp servo và bộ truyền động trục chính được xác nhận cùng nhau bởi cùng một nhà cung cấp — việc vận hành và khắc phục sự cố này thường nhanh hơn so với việc tìm nguồn cung ứng bộ điều khiển, servo và bộ truyền động trục chính từ ba nhà cung cấp riêng biệt.

Danh sách kiểm tra lựa chọn thực tế

Hãy sử dụng danh sách kiểm tra này cho dù bạn đang chỉ định bộ điều khiển cho một máy mới hay đang đánh giá trang bị thêm cho máy hiện có:

• Loại máy và số trục — Xác nhận xem bạn cần bộ điều khiển tiện 2 trục, bộ điều khiển phay 3 trục hay hệ thống 4/5 trục có hỗ trợ góc dao (RTCP).

• Kiến trúc mở so với độc quyền — Quyết định dựa trên mức độ linh hoạt lâu dài và khả năng truy cập phụ tùng của nhiều nhà cung cấp mà bạn cần so với hệ thống tích hợp chặt chẽ của một nhà cung cấp.

• Loại phản hồi và độ phân giải — Kiểm tra xem bộ điều khiển có hỗ trợ loại bộ mã hóa (ví dụ: tuyệt đối so với tăng dần) đã có trên máy của bạn hay bất kỳ loại nào bạn dự định cài đặt.

• Khả năng tương thích giao thức truyền thông — Xác minh hỗ trợ bus trường của bộ điều khiển (EtherCAT, PROFINET, EtherNet/IP, v.v.) phù hợp với ổ đĩa servo của bạn và bất kỳ mạng nhà máy thượng nguồn nào.

• Giao diện lập trình và logic PLC - Xác nhận xem bộ điều khiển có cung cấp logic bậc thang PLC làm sẵn cho các chức năng tiêu chuẩn (thay dao, chất làm mát, khóa liên động an toàn) hay yêu cầu lập trình tùy chỉnh.

• Khớp dẫn động servo và trục chính — Ưu tiên bộ điều khiển, mô tơ servo và dẫn động trục chính được một nhà cung cấp xác nhận cùng nhau để giảm rủi ro khi vận hành.

• Quyền truy cập vào phụ tùng thay thế và hỗ trợ kỹ thuật — Đối với bất kỳ bộ điều khiển nào — trong nước hoặc nhập khẩu — hãy xác nhận cách xác định phụ tùng thay thế (ví dụ: tra cứu số sê-ri) và tốc độ tìm nguồn gốc của chúng trước khi cam kết.

• Tính khả dụng của tài liệu và sơ đồ PLC — Đặc biệt quan trọng đối với việc trang bị thêm, trong đó tài liệu về hệ thống dây điện và logic bậc thang xác định thời gian kỹ thuật mà quá trình chuyển đổi sẽ mất bao nhiêu.

Câu hỏi thường gặp

Bộ điều khiển CNC có thay thế được nhu cầu về phần mềm CAD/CAM không?

Không. Phần mềm CAD/CAM thiết kế chi tiết và tạo chương trình mã G; bộ điều khiển đọc chương trình đó và thực hiện chuyển động. Họ thực hiện các vai trò tuần tự khác nhau trong cùng một quy trình làm việc.

Tôi có thể đặt bộ điều khiển phay trên máy tiện hoặc ngược lại không?

Không trực tiếp. Bộ điều khiển máy tiện và phay được xây dựng dựa trên các động học khác nhau — xoay phôi và lập chỉ mục bàn dao cho máy tiện so với định vị dao đa trục và quản lý ATC cho máy phay — vì vậy logic điều khiển và cấu hình I/O không thể thay thế cho nhau nếu không tái kỹ thuật đáng kể.

Sự khác biệt giữa động cơ bước và động cơ servo trong hệ thống CNC là gì?

Động cơ servo sử dụng phản hồi vòng kín (bộ mã hóa báo cáo vị trí thực tế trở lại bộ điều khiển), thường mang lại độ chính xác cao hơn và hiệu suất tốt hơn khi chịu tải. Động cơ bước thường chạy vòng hở, có thể tiết kiệm chi phí hơn cho các ứng dụng nhẹ hơn hoặc cấp thấp hơn nhưng ít hiệu chỉnh hơn nếu động cơ mất bước khi tải.

Bộ điều khiển CNC do Trung Quốc sản xuất có tương thích với phần mềm CAM thông thường và các tiêu chuẩn mã G không?

Khả năng tương thích phụ thuộc vào mẫu bộ điều khiển cụ thể chứ không phải quốc gia xuất xứ — hãy kiểm tra xem bộ điều khiển có sử dụng quy ước mã G/mã M tiêu chuẩn hay không và liệu nó có được ghi nhận là tương thích với bộ xử lý sau CAM của bạn hay không trước khi mua, bất kể vị trí của nhà cung cấp.

Làm cách nào để biết liệu máy cũ của tôi có phù hợp để trang bị thêm bộ điều khiển hay không?

Việc trang bị thêm nhìn chung có giá trị khi kết cấu cơ khí của máy (bàn, đường, trục chính, cột) vẫn chính xác và cứng nhắc, nhưng hệ thống điều khiển hiện tại đã lỗi thời, không được hỗ trợ hoặc hạn chế các khả năng mới. Nếu bản thân cấu trúc cơ khí bị mài mòn đáng kể thì việc trang bị thêm có thể không giải quyết được vấn đề cơ bản về độ chính xác.

Phần kết luận

Công việc của bộ điều khiển CNC rất đơn giản để mô tả và yêu cầu thực hiện tốt: biến chương trình kỹ thuật số thành chuyển động máy chính xác, được điều chỉnh liên tục. Sự khác biệt thực tế giữa bộ điều khiển máy tiện và bộ điều khiển phay nằm ở loại chuyển động mà mỗi máy thực sự cần điều khiển — xoay phôi và nạp dao ở một bên, định vị dao nhiều trục ở mặt kia — và sự lựa chọn giữa kiến ​​trúc mở và độc quyền định hình mức độ dễ dàng mà bạn có thể bảo trì, nâng cấp hoặc trang bị thêm cho hệ thống sau này. Nếu bạn đang chỉ định một bộ điều khiển mới hoặc đánh giá một trang bị thêm, nhóm kỹ thuật của SZGH có thể xem xét các yêu cầu về hệ thống dây điện, phản hồi và trục hiện tại trên máy của bạn và đề xuất cấu hình bộ điều khiển, servo và ổ trục chính phù hợp.

Yêu cầu tư vấn kỹ thuật về bộ điều khiển — Hãy liên hệ với nhóm kỹ thuật của SZGH về loại máy, số trục và hệ thống điều khiển hiện tại của bạn và họ sẽ giúp đánh giá các tùy chọn trang bị thêm hoặc bộ điều khiển chế tạo mới. E-mail: export02@szghtech.com · WhatsApp: +86- 18925223781