Teknoloji Kontwòl Nimerik ak Zouti Machin CNC
Teknoloji kontwòl nimerik, abreje kòm NC (Numerical Control), se yon mwayen pou kontwole mouvman mekanik ak pwosedi pwosesis avèk èd enfòmasyon dijital. Kounye a, kòm kontwòl nimerik modèn souvan adopte kontwòl òdinatè, li konnen tou kòm kontwòl nimerik òdinatè (Computerized Numerical Control – CNC).
Pou reyalize kontwòl enfòmasyon dijital sou mouvman mekanik ak pwosesis tretman, yo dwe ekipe ak pyès ki nan konpitè ak lojisyèl ki koresponn yo. Yo rele tout pyès ki nan konpitè ak lojisyèl ki itilize pou aplike kontwòl enfòmasyon dijital la sistèm kontwòl nimerik (Numerical Control System), epi nwayo sistèm kontwòl nimerik la se aparèy kontwòl nimerik la (Numerical Controller).
Machin ki kontwole pa teknoloji kontwòl nimerik yo rele machin zouti CNC (machin zouti NC). Sa a se yon pwodwi mekatronik tipik ki entegre nèt teknoloji avanse tankou teknoloji òdinatè, teknoloji kontwòl otomatik, teknoloji mezi presizyon, ak konsepsyon machin zouti. Li se fondasyon teknoloji fabrikasyon modèn. Kontwòl machin zouti se domèn ki pi ansyen e ki pi lajman aplike nan teknoloji kontwòl nimerik. Se poutèt sa, nivo machin zouti CNC yo reprezante an gran pati pèfòmans, nivo, ak tandans devlopman teknoloji kontwòl nimerik aktyèl la.
Gen plizyè kalite machin zouti CNC, tankou machin perçage, fraisage, ak alez, machin zouti tour, machin zouti fanm, machin zouti machinaj pa dechaj elektrik, machin zouti fòje, machin zouti pwosesis lazè, ak lòt machin zouti CNC pou objektif espesyal ki gen itilizasyon espesifik. Nenpòt machin zouti kontwole pa teknoloji kontwòl nimerik klase kòm yon machin zouti NC.
Machin zouti CNC ki ekipe ak yon chanjman zouti otomatik ATC (Automatic Tool Changer – ATC), eksepte tour CNC ki gen pòt-zouti wotasyon, yo defini kòm sant machinasyon (Machine Center – MC). Gras a ranplasman otomatik zouti yo, pyès travay yo ka konplete plizyè pwosedi pwosesis nan yon sèl blokaj, reyalize konsantrasyon pwosesis yo ak konbinezon pwosesis yo. Sa diminye tan pwosesis oksilyè a efektivman epi amelyore efikasite travay machin zouti a. An menm tan, li diminye kantite enstalasyon ak pozisyonman pyès travay la, amelyore presizyon pwosesis la. Sant machinasyon yo se kounye a kalite machin zouti CNC ki gen pi gwo pwodiksyon ak aplikasyon ki pi laj.
Baze sou machin zouti CNC, lè yo ajoute aparèy echanj otomatik plizyè tab travay (palèt) (Auto Pallet Changer – APC) ak lòt aparèy ki gen rapò, inite pwosesis ki rezilte a rele yon selil fabrikasyon fleksib (Flexible Manufacturing Cell – FMC). FMC pa sèlman reyalize konsantrasyon pwosesis yo ak konbinezon pwosesis yo, men tou, avèk echanj otomatik tab travay (palèt) ak fonksyon siveyans ak kontwòl otomatik relativman konplè, li ka fè pwosesis san moun pandan yon sèten peryòd, kidonk amelyore efikasite pwosesis ekipman an plis toujou. FMC pa sèlman baz sistèm fabrikasyon fleksib FMS (Flexible Manufacturing System) la, men li kapab itilize tou kòm yon ekipman pwosesis otomatik endepandan. Se poutèt sa, vitès devlopman li byen rapid.
Sou baz FMC ak sant machinasyon, lè yo ajoute sistèm lojistik, robo endistriyèl, ak ekipman ki gen rapò, epi kontwole ak jere pa yon sistèm kontwòl santral nan yon fason santralize ak inifye, yon sistèm fabrikasyon konsa rele yon sistèm fabrikasyon fleksib FMS (Flexible Manufacturing System). FMS pa sèlman ka fè pwosesis san moun pandan yon bon bout tan, men tou reyalize pwosesis konplè divès kalite pyès ak asanblaj konpozan, reyalize automatisation pwosesis fabrikasyon atelye a. Li se yon sistèm fabrikasyon avanse trè otomatize.
Avèk pwogrè kontinyèl syans ak teknoloji a, pou adapte ak sitiyasyon chanjman nan demann mache a, pou fabrikasyon modèn, li pa sèlman nesesè pou ankouraje automatisation pwosesis fabrikasyon atelye a, men tou pou reyalize automatisation konplè soti nan previzyon mache, pran desizyon pwodiksyon, konsepsyon pwodwi, fabrikasyon pwodwi rive nan lavant pwodwi. Sistèm pwodiksyon ak fabrikasyon konplè ki fòme pa entegrasyon egzijans sa yo rele yon sistèm fabrikasyon entegre pa òdinatè (Computer Integrated Manufacturing System – CIMS). CIMS entegre òganikman yon pwodiksyon ak aktivite biznis ki pi long, reyalize yon pwodiksyon entelijan ki pi efikas ak pi fleksib, ki reprezante etap ki pi wo nan devlopman teknoloji fabrikasyon otomatik jodi a. Nan CIMS, non sèlman entegrasyon ekipman pwodiksyon an, men pi enpòtan, entegrasyon teknoloji ak entegrasyon fonksyon karakterize pa enfòmasyon. Odinatè a se zouti entegrasyon an, teknoloji inite otomatik asistans òdinatè a se baz entegrasyon an, epi echanj ak pataj enfòmasyon ak done se pon entegrasyon an. Pwodwi final la ka konsidere kòm manifestasyon materyèl enfòmasyon ak done yo.
Sistèm Kontwòl Nimerik la ak Konpozan li yo
Konpozan debaz sistèm kontwòl nimerik la
Sistèm kontwòl nimerik yon machin zouti CNC se nwayo tout ekipman kontwòl nimerik. Objè kontwòl prensipal sistèm kontwòl nimerik la se deplasman aks kowòdone yo (ki gen ladan vitès mouvman, direksyon, pozisyon, elatriye), epi enfòmasyon kontwòl li yo soti sitou nan pwosesis kontwòl nimerik oswa pwogram kontwòl mouvman. Se poutèt sa, konpozan ki pi fondamantal nan sistèm kontwòl nimerik la ta dwe gen ladan: aparèy antre/soti pwogram nan, aparèy kontwòl nimerik la, ak servo drive la.
Wòl aparèy antre/soti a se pou antre ak sòti done tankou pwogram pwosesis kontwòl nimerik oswa pwogram kontwòl mouvman, done pwosesis ak kontwòl, paramèt zouti machin, pozisyon aks kowòdone, ak estati switch deteksyon yo. Klavye ak ekran se aparèy antre/soti ki pi fondamantal ki nesesè pou nenpòt ekipman kontwòl nimerik. Anplis de sa, selon sistèm kontwòl nimerik la, aparèy tankou lektè fotoelektrik, lektè kasèt, oswa lektè disket kapab ekipe tou. Kòm yon aparèy periferik, òdinatè a se kounye a youn nan aparèy antre/soti ki pi itilize yo.
Aparèy kontwòl nimerik la se eleman prensipal sistèm kontwòl nimerik la. Li konsiste de sikui koòdone antre/soti, kontwolè, inite aritmetik, ak memwa. Wòl aparèy kontwòl nimerik la se konpile, kalkile, epi trete done aparèy antre a antre atravè sikui lojik entèn lan oswa lojisyèl kontwòl la, epi bay divès kalite enfòmasyon ak enstriksyon pou kontwole divès pati machin zouti a pou fè aksyon espesifik.
Pami enfòmasyon ak enstriksyon kontwòl sa yo, sa ki pi fondamantal yo se vitès avansman, direksyon avansman, ak enstriksyon deplasman avansman aks kowòdone yo. Yo pwodui apre kalkil entèpolasyon, yo bay servo drive a, yo anplifye pa chofè a, epi finalman yo kontwole deplasman aks kowòdone yo. Sa detèmine dirèkteman trajektwa mouvman zouti a oswa aks kowòdone yo.
Anplis de sa, selon sistèm nan ak ekipman an, pa egzanp, sou yon machin zouti CNC, ka genyen tou enstriksyon tankou vitès wotasyon, direksyon, demaraj/aretman file koton an; enstriksyon seleksyon ak echanj zouti; enstriksyon demaraj/aretman aparèy refwadisman ak wilaj; enstriksyon dekole ak sere pyès travay la; endèksasyon tab travay la ak lòt enstriksyon oksilyè. Nan sistèm kontwòl nimerik la, yo bay aparèy kontwòl oksilyè ekstèn lan sou fòm siyal atravè koòdone a. Aparèy kontwòl oksilyè a fè operasyon konpilasyon ak lojik ki nesesè yo sou siyal ki anwo yo, anplifye yo, epi kondwi aktuateur korespondan yo pou kondwi konpozan mekanik yo, aparèy oksilyè idwolik ak pneumatik machin zouti a pou konplete aksyon ki espesifye nan enstriksyon yo.
Sèvo-kondwi a anjeneral konsiste de anplifikatè sèvo (ke yo rele tou chofè, inite sèvo) ak aktuateur. Sou machin zouti CNC, motè sèvo AC yo jeneralman itilize kòm aktuateur kounye a; sou machin zouti avanse pou gwo vitès, motè lineyè yo te kòmanse itilize. Anplis de sa, sou machin zouti CNC ki te pwodui anvan ane 1980 yo, te gen ka kote yo te itilize motè sèvo DC; pou machin zouti CNC senp, motè stepper yo te itilize tou kòm aktuateur. Fòm anplifikatè sèvo a depann de aktuateur a epi li dwe itilize ansanm ak motè kondwi a.
Sa ki anwo yo se konpozan ki pi fondamantal nan sistèm kontwòl nimerik la. Avèk devlopman kontinyèl teknoloji kontwòl nimerik la ak amelyorasyon nivo pèfòmans machin zouti yo, egzijans fonksyonèl pou sistèm nan ap ogmante tou. Pou satisfè egzijans kontwòl diferan machin zouti yo, asire entegrite ak inifòmite sistèm kontwòl nimerik la, epi fasilite itilizasyon itilizatè a, sistèm kontwòl nimerik avanse yo souvan itilize yo anjeneral gen yon kontwolè pwogramasyon entèn kòm aparèy kontwòl oksilyè machin zouti a. Anplis de sa, sou machin zouti koupe metal yo, aparèy kondwi file koton an kapab tou vin yon konpozan nan sistèm kontwòl nimerik la; sou machin zouti CNC bouk fèmen, aparèy mezi ak deteksyon yo endispansab tou nan sistèm kontwòl nimerik la. Pou sistèm kontwòl nimerik avanse yo, pafwa menm yon òdinatè itilize kòm koòdone moun-machin nan sistèm nan ak pou jesyon done ak aparèy antre/soti, kidonk fè fonksyon sistèm kontwòl nimerik la pi pwisan ak pèfòmans lan pi pafè.
An konklizyon, konpozisyon sistèm kontwòl nimerik la depann de pèfòmans sistèm kontwòl la ak egzijans kontwòl espesifik ekipman an. Gen diferans enpòtan nan konfigirasyon ak konpozisyon li. Anplis twa konpozan ki pi fondamantal yo, ki se aparèy antre/soti pwogram pwosesis la, aparèy kontwòl nimerik la, ak servo drive la, ka gen plis aparèy kontwòl. Pati kare ki gen tiret nan Figi 1-1 la reprezante sistèm kontwòl nimerik òdinatè a.
Konsèp NC, CNC, SV, ak PLC yo
NC (CNC), SV, ak PLC (PC, PMC) se abrevyasyon angle ki trè souvan itilize nan ekipman kontwòl nimerik epi yo gen diferan siyifikasyon nan diferan okazyon nan aplikasyon pratik.
NC (CNC): NC ak CNC se abrevyasyon komen an Anglè pou Numerical Control ak Computerized Numerical Control, respektivman. Etandone tout kontwòl nimerik modèn yo adopte kontwòl òdinatè, nou ka konsidere ke siyifikasyon NC ak CNC yo konplètman menm jan. Nan aplikasyon jeni, selon okazyon itilizasyon an, NC (CNC) anjeneral gen twa siyifikasyon diferan: Nan yon sans laj, li reprezante yon teknoloji kontwòl - teknoloji kontwòl nimerik; nan yon sans etwat, li reprezante yon antite nan yon sistèm kontwòl - sistèm kontwòl nimerik la; anplis de sa, li kapab reprezante tou yon aparèy kontwòl espesifik - aparèy kontwòl nimerik la.
SV: SV se abrevyasyon komen an Angle pou servo drive (Servo Drive, abreje kòm servo). Selon tèm preskri nan estanda JIS Japonè a, li se "yon mekanis kontwòl ki pran pozisyon, direksyon, ak eta yon objè kòm kantite kontwòl epi ki swiv chanjman abitrè nan valè sib la." An brèf, li se yon aparèy kontwòl ki ka otomatikman swiv kantite fizik tankou pozisyon sib la.
Sou machin zouti CNC yo, wòl servo drive a reflete sitou nan de aspè: Premyèman, li pèmèt aks kowòdone yo opere nan vitès aparèy kontwòl nimerik la bay la; dezyèmman, li pèmèt aks kowòdone yo pozisyone dapre pozisyon aparèy kontwòl nimerik la bay la.
Objè kontwòl yo nan yon servo drive yo anjeneral se deplasman ak vitès aks kowòdone machin zouti a; aktuateur a se yon servo motè; pati ki kontwole ak anplifye siyal kòmandman opinyon an souvan rele yon servo anplifikatè (ke yo rele tou yon chofè, anplifikatè, inite servo, elatriye), ki se nwayo servo drive la.
Sèvo-kondwi a pa sèlman ka itilize ansanm ak aparèy kontwòl nimerik la, men li ka itilize tou poukont li kòm yon sistèm ki akonpaye pozisyon (vitès). Se poutèt sa, yo souvan rele l tou yon sistèm sèvo. Nan premye sistèm kontwòl nimerik yo, pati kontwòl pozisyon an te jeneralman entegre ak CNC, epi sèvo-kondwi a te sèlman fè kontwòl vitès. Se poutèt sa, yo souvan rele sèvo-kondwi a yon inite kontwòl vitès.
PLC: PC se abrevyasyon angle pou Programmable Controller (Kontwolè Pwogramasyon). Avèk popilarite k ap ogmante nan òdinatè pèsonèl yo, pou evite konfizyon ak òdinatè pèsonèl yo (yo rele tou PC), kontwolè pwogramasyon yo kounye a jeneralman rele kontwolè lojik pwogramasyon (Programmalbe Logic Controller – PLC) oswa kontwolè machin pwogramasyon (Programmable Machine Controller – PMC). Se poutèt sa, sou machin zouti CNC, PC, PLC, ak PMC gen egzakteman menm siyifikasyon an.
PLC a gen avantaj repons rapid, pèfòmans serye, itilizasyon pratik, pwogramasyon ak debogaj fasil, epi li ka dirèkteman kontwole kèk aparèy elektrik machin zouti. Se poutèt sa, li lajman itilize kòm yon aparèy kontwòl oksilyè pou ekipman kontwòl nimerik. Kounye a, pifò sistèm kontwòl nimerik yo gen yon PLC entèn pou trete enstriksyon oksilyè machin zouti CNC yo, kidonk senplifye anpil aparèy kontwòl oksilyè machin zouti a. Anplis de sa, nan anpil okazyon, atravè modil fonksyonèl espesyal tankou modil kontwòl aks ak modil pozisyon PLC a, PLC a kapab tou dirèkteman itilize pou reyalize kontwòl pozisyon pwen, kontwòl lineyè, ak kontwòl kontou senp, fòme machin zouti CNC espesyal oswa liy pwodiksyon CNC.
Prensip Konpozisyon ak Pwosesis Zouti Machin CNC yo
Konpozisyon debaz zouti machin CNC yo
Machin zouti CNC yo se ekipman kontwòl nimerik ki pi tipik yo. Pou klarifye konpozisyon debaz machin zouti CNC yo, li nesesè pou premye analize pwosesis travay machin zouti CNC yo pou trete pyès yo. Sou machin zouti CNC yo, pou trete pyès yo, etap sa yo ka aplike:
Selon desen yo ak plan pwosesis pyès ki pral trete yo, lè l sèvi avèk kòd ak fòma pwogram yo preskri yo, ekri trajektwa mouvman zouti yo, pwosesis tretman an, paramèt pwosesis yo, paramèt koupe yo, elatriye nan fòm enstriksyon ke sistèm kontwòl nimerik la ka rekonèt, sa vle di, ekri pwogram tretman an.
Antre pwogram pwosesis ekri a nan aparèy kontwòl nimerik la.
Aparèy kontwòl nimerik la dekode epi trete pwogram opinyon an (kòd) epi voye siyal kontwòl korespondan yo bay aparèy servo drive yo ak aparèy kontwòl fonksyon oksilyè chak aks kowòdone pou kontwole mouvman chak eleman nan zouti machin nan.
Pandan mouvman an, sistèm kontwòl nimerik la bezwen detekte pozisyon aks kowòdone machin zouti a, estati switch vwayaj yo, elatriye a nenpòt ki lè, epi konpare yo ak egzijans pwogram nan pou detèmine pwochen aksyon an jiskaske pyès ki kalifye yo trete.
Operatè a ka obsève epi enspekte kondisyon pwosesis yo ak eta fonksyònman machin zouti a nenpòt ki lè. Si sa nesesè, ajisteman nan aksyon machin zouti a ak pwogram pwosesis yo nesesè tou pou asire operasyon machin zouti a an sekirite epi fyab.
Nou ka wè ke kòm konpozisyon debaz yon machin zouti CNC, li ta dwe gen ladan: aparèy antre/soti, aparèy kontwòl nimerik, aparèy servo ak fidbak, aparèy kontwòl oksilyè, ak kò machin zouti a.
Konpozisyon Zouti Machin CNC yo
Sistèm kontwòl nimerik la itilize pou reyalize kontwòl pwosesis machin zouti a. Kounye a, pifò sistèm kontwòl nimerik yo adopte kontwòl nimerik òdinatè (sa vle di, CNC). Aparèy antre/soti a, aparèy kontwòl nimerik la, servo drive la, ak aparèy fidbak la nan figi a ansanm konstitye sistèm kontwòl nimerik machin zouti a, epi wòl li te dekri pi wo a. Sa ki annapre a prezante yon ti kras lòt konpozan yo.
Aparèy fidbak mezi: Li se lyen deteksyon yon machin zouti CNC bouk fèmen (semi-bouk fèmen). Wòl li se detekte vitès ak deplasman deplasman aktyèl aktuatè a (tankou pòt zouti a) oswa tab travay la atravè eleman mezi modèn tankou kodè batman kè, rezolvè, senkronizatè endiksyon, griyaj, balans mayetik, ak enstriman mezi lazè, epi voye yo tounen bay aparèy kondwi sèrvo a oswa aparèy kontwòl nimerik la, epi konpanse pou vitès fidbak la oswa erè mouvman aktuatè a pou reyalize objektif pou amelyore presizyon mekanis mouvman an. Pozisyon enstalasyon aparèy deteksyon an ak pozisyon kote siyal deteksyon an ap retounen depann de estrikti sistèm kontwòl nimerik la. Kodè batman kè entegre sèrvo, takomèt, ak griyaj lineyè yo se konpozan deteksyon ki souvan itilize.
Akòz lefèt ke tout servo avanse yo adopte teknoloji kondwi servo dijital (yo rele servo dijital), yo anjeneral itilize yon bis pou koneksyon ant kondwi servo a ak aparèy kontwòl nimerik la; nan pifò ka yo, siyal fidbak la konekte ak kondwi servo a epi li transmèt bay aparèy kontwòl nimerik la atravè bis la. Se sèlman nan kèk okazyon oswa lè w ap itilize kondwi servo analòg (souvan yo rele servo analòg), aparèy fidbak la bezwen konekte dirèkteman ak aparèy kontwòl nimerik la.
Mekanis kontwòl oksilyè ak mekanis transmisyon avanse: Li sitiye ant aparèy kontwòl nimerik la ak konpozan mekanik ak idwolik machin zouti a. Wòl prensipal li se resevwa vitès file koton an, direksyon an, ak enstriksyon demaraj/arete ki soti nan aparèy kontwòl nimerik la; enstriksyon seleksyon ak echanj zouti; enstriksyon demaraj/arete pou aparèy refwadisman ak wilaj; siyal enstriksyon oksilyè tankou dekole ak bloke pyès travay ak konpozan machin zouti, endèksasyon tab travay la, ak siyal estati switch deteksyon sou machin zouti a. Apre konpilasyon nesesè, jijman lojik, ak anplifikasyon pouvwa, aktuatè korespondan yo kondwi dirèkteman pou kondwi konpozan mekanik, idwolik, ak aparèy oksilyè pneumatik machin zouti a pou konplete aksyon espesifye nan enstriksyon yo. Li anjeneral konpoze de PLC ak yon sikwi kontwòl kouran fò. PLC a ka entegre ak CNC a nan estrikti (PLC entegre) oswa relativman endepandan (PLC ekstèn).
Kò machin zouti a, sa vle di, estrikti mekanik machin zouti CNC a, konpoze tou de sistèm prensipal transmisyon, sistèm transmisyon alimantasyon, platfòm, tab travay, aparèy mouvman oksilyè, sistèm idwolik ak pneumatik, sistèm wilaj, aparèy refwadisman, retire chip, sistèm pwoteksyon, ak lòt pati. Sepandan, pou satisfè egzijans kontwòl nimerik yo epi bay tout pèfòmans machin zouti a yon pèfòmans konplè, li te sibi chanjman enpòtan an tèm de layout jeneral, konsepsyon aparans, estrikti sistèm transmisyon, sistèm zouti, ak pèfòmans fonksyònman. Konpozan mekanik machin zouti a gen ladan platfòm, bwat, kolòn, ray gid, tab travay, file koton, mekanis alimantasyon, mekanis echanj zouti, elatriye.
Prensip machinasyon CNC la
Sou zouti machin koupe metal tradisyonèl yo, lè y ap trete pyès, operatè a bezwen chanje paramèt tankou trajektwa mouvman ak vitès mouvman zouti a kontinyèlman selon egzijans desen an, pou zouti a ka fè pwosesis koupe sou pyès la epi finalman trete pyès ki kalifye yo.
Pwosesis zouti machin CNC yo aplike prensip "diferansyèl" la. Prensip fonksyònman li ak pwosesis li ka dekri yon ti kras jan sa a:
Selon trajektwa zouti a ke pwogram pwosesis la mande a, aparèy kontwòl nimerik la diferansye trajektwa a sou aks kowòdone korespondan nan zouti machin nan ak kantite mouvman minimòm lan (ekivalan pulsasyon) (△X, △Y nan Figi 1-2) epi li kalkile kantite pulsasyon ke chak aks kowòdone bezwen pou deplase.
Atravè lojisyèl "entèpolasyon" an oswa kalkilatris "entèpolasyon" aparèy kontwòl nimerik la, yo ekipe trajektwa ki nesesè a ak yon poliliy ekivalan an inite "inite mouvman minimòm" epi yo jwenn poliliy ki pi pre trajektwa teyorik la.
Selon trajektwa poliliy ki enstale a, aparèy kontwòl nimerik la ap kontinyèlman asiyen pulsasyon alimantasyon bay aks kowòdone korespondan yo epi li pèmèt aks kowòdone zouti machin nan deplase dapre pulsasyon asiyen yo atravè servo-kondwi a.
Nou ka wè sa: Premyèman, osi lontan ke kantite mouvman minimòm (ekivalan pulsasyon) zouti machin CNC a piti ase, poliliy ki anfòm nan ka ranplase koub teorik la yon fason ekivalan. Dezyèmman, osi lontan ke metòd plasman pulsasyon aks kowòdone yo chanje, fòm poliliy ki anfòm nan ka chanje, kidonk reyalize objektif pou chanje trajektwa pwosesis la. Twazyèmman, osi lontan ke frekans...