Istnieje wiele odmian i specyfikacji obrabiarek CNC, a metody klasyfikacji również są różne. Ogólnie można je sklasyfikować według następujących czterech zasad opartych na funkcji i strukturze.
1. Klasyfikacja ze względu na trajektorię sterowania ruchem obrabiarki
⑴ Sterowanie punktowe obrabiarki CNC wymaga jedynie dokładnego pozycjonowania ruchomych części obrabiarki z jednego punktu do drugiego. Wymagania dotyczące trajektorii ruchu pomiędzy punktami nie są rygorystyczne. Podczas ruchu nie jest wykonywane żadne przetwarzanie, a ruch pomiędzy osiami współrzędnych nie jest ze sobą powiązany. Aby osiągnąć szybkie i dokładne pozycjonowanie, ruch przemieszczania pomiędzy dwoma punktami zazwyczaj najpierw przebiega szybko, a następnie powoli zbliża się do punktu pozycjonowania, aby zapewnić dokładność pozycjonowania. Jak pokazano na poniższym rysunku, jest to trajektoria ruchu sterowania punktowego.
Do obrabiarek z funkcjami sterowania punktowego zaliczają się głównie wiertarki CNC, frezarki CNC, wykrawarki CNC itp. Wraz z rozwojem technologii CNC i spadkiem cen systemów CNC, systemy CNC wykorzystywane wyłącznie do sterowania punktowego są rzadkością.
⑵ Obrabiarki CNC ze sterowaniem liniowym Obrabiarki CNC ze sterowaniem liniowym nazywane są również obrabiarkami CNC ze sterowaniem równoległym. Ich cechą jest to, że oprócz dokładnego pozycjonowania pomiędzy punktami kontrolnymi, kontrolują także prędkość poruszania się i trasę (trajektorię) pomiędzy dwoma powiązanymi punktami. Jednakże ich trasa ruchu jest tylko równoległa do osi współrzędnych obrabiarki; oznacza to, że jednocześnie sterowana jest tylko jedna oś współrzędnych (oznacza to, że w systemie CNC nie ma potrzeby stosowania funkcji obliczania interpolacji). Podczas procesu przemieszczania narzędzie może ciąć z określoną prędkością posuwu i generalnie może obrabiać tylko części prostokątne i schodkowe. Do obrabiarek ze sterowaniem liniowym zaliczają się głównie stosunkowo proste tokarki CNC, frezarki CNC, szlifierki CNC itp. System CNC tej obrabiarki nazywany jest także systemem CNC ze sterowaniem liniowym. Podobnie obrabiarki CNC używane wyłącznie do sterowania liniowego są rzadkie.
⑶ Obrabiarki CNC ze sterowaniem konturowym
Obrabiarki CNC ze sterowaniem konturowym nazywane są również obrabiarkami CNC ze sterowaniem ciągłym. Ich charakterystyka sterowania polega na tym, że mogą jednocześnie kontrolować przemieszczenie i prędkość dwóch lub więcej współrzędnych ruchu. Aby spełnić wymagania, zgodnie z którymi względna trajektoria ruchu narzędzia wzdłuż konturu przedmiotu obrabianego odpowiada konturowi obróbki przedmiotu, sterowanie przemieszczeniem i sterowanie prędkością każdego ruchu współrzędnych musi być dokładnie skoordynowane zgodnie z zaleconą zależnością proporcjonalną. Dlatego w tego typu sterowaniu wymagane jest, aby urządzenie CNC posiadało funkcję interpolacji. Tzw. interpolacja polega na opisaniu kształtu linii prostej lub łuku poprzez matematyczne przetwarzanie operatora interpolacji w systemie CNC na podstawie podstawowych danych wprowadzonych przez program (takich jak współrzędne punktu końcowego prostej, punktu końcowego współrzędne łuku i współrzędne środka lub promień). Oznacza to, że podczas obliczeń impulsy są rozdzielane do każdego sterownika osi współrzędnych zgodnie z wynikami obliczeń, tak aby kontrolować przemieszczenie mechanizmu każdej osi współrzędnych tak, aby było zgodne z wymaganym konturem. Podczas ruchu narzędzie w sposób ciągły przecina powierzchnię przedmiotu obrabianego i można przetwarzać różne linie proste, łuki i krzywe. Trajektoria obróbki z kontrolą konturu. Ten typ obrabiarek obejmuje głównieTokarki CNC, frezarki CNC, maszyny do cięcia drutu CNC, centra obróbcze itp., a odpowiadające im urządzenie CNC nazywa się kontrolą konturu. W zależności od różnej liczby sterowanych osi współrzędnych układu CNC można podzielić na następujące formy:
① Połączenie dwuosiowe: stosowane głównie w tokarkach CNC do obróbki powierzchni obrotowych lubFrezowanie CNCmaszyny do obróbki zakrzywionych cylindrów.
② Dwuosiowy półłącznik: używany głównie do sterowania obrabiarkami posiadającymi więcej niż trzy osie, w których dwie osie mogą być połączone, a druga oś może być okresowo zasilana.
③ Połączenie trójosiowe: Ogólnie dzieli się na dwie kategorie, jedna to połączenie trzech liniowych osi współrzędnych X/Y/Z, które jest częściej stosowane we frezarkach CNC, centrach obróbczych itp. Drugie polega na tym, że oprócz jednoczesnego sterując dwoma współrzędnymi liniowymi w X/Y/Z, jednocześnie steruje obrotową osią współrzędnych obracającą się wokół jednej z liniowych osi współrzędnych. Na przykład w tokarskim centrum obróbczym, oprócz połączenia liniowych osi współrzędnych wzdłużnej (oś Z) i poprzecznej (oś X), konieczne jest jednoczesne sterowanie połączeniem obrotowego wrzeciona (oś C) wokół osi Z.
④ Połączenie czteroosiowe: Jednocześnie kontroluj połączenie trzech liniowych osi współrzędnych X/Y/Z i obrotowej osi współrzędnych.
⑤ Połączenie pięcioosiowe: Oprócz jednoczesnego sterowania połączeniem trzech liniowych osi współrzędnych X/Y/Z. Kontroluje także jednocześnie dwie osie współrzędnych, A, B i C, które obracają się wokół tych liniowych osi współrzędnych, tworząc jednoczesne sterowanie pięcioosiowym połączeniem. W tym momencie narzędzie można ustawić w dowolnym kierunku w przestrzeni. Na przykład narzędzie jest sterowane tak, aby obracało się jednocześnie wokół osi x i osi y, dzięki czemu narzędzie zawsze utrzymuje normalny kierunek, a powierzchnia konturu jest obrabiana w punkcie skrawania, aby zapewnić gładkość obrobiona powierzchnia poprawia dokładność i wydajność obróbki oraz zmniejsza chropowatość obrabianej powierzchni.
2. Klasyfikacja według metody sterowania serwo
⑴ Serwonapęd posuwu obrabiarek CNC ze sterowaniem w otwartej pętli jest w pętli otwartej; oznacza to, że nie ma urządzenia sprzężenia zwrotnego wykrywającego. Generalnie jego silnikiem napędowym jest silnik krokowy. Główną cechą silnika krokowego jest to, że silnik obraca się o kąt kroku za każdym razem, gdy obwód sterujący zmienia sygnał impulsu sterującego, a sam silnik ma zdolność samoblokowania. Sygnał polecenia posuwu wysyłany przez system CNC steruje obwodem napędowym poprzez dystrybutor impulsów. Kontroluje przemieszczenie współrzędnych poprzez zmianę liczby impulsów, kontroluje prędkość przemieszczenia poprzez zmianę częstotliwości impulsów i steruje kierunkiem przemieszczenia poprzez zmianę kolejności rozkładu impulsów. Dlatego największymi cechami tej metody sterowania są wygodne sterowanie, prosta konstrukcja i niska cena. Przepływ sygnału poleceń wydawany przez system CNC jest jednokierunkowy, więc nie ma problemu ze stabilnością systemu sterowania. Jednakże, ponieważ błąd przekładni mechanicznej nie jest korygowany przez sprzężenie zwrotne, dokładność przemieszczenia nie jest wysoka. Wszystkie wczesne obrabiarki CNC przyjęły tę metodę sterowania, ale wskaźnik awaryjności był stosunkowo wysoki. Obecnie, dzięki udoskonaleniu obwodu napędowego, jest on nadal szeroko stosowany. Szczególnie w moim kraju, ogólnie ekonomiczne systemy CNC i transformacja CNC starego sprzętu najczęściej przyjmują tę metodę sterowania. Dodatkowo ten sposób sterowania można skonfigurować z mikrokomputerem jednoukładowym lub komputerem jednopłytkowym jako urządzeniem CNC, co obniża cenę całego systemu.
⑵ Obrabiarki ze sterowaniem w pętli zamkniętej Serwonapęd posuwu tego typu obrabiarek CNC działa w trybie sterowania ze sprzężeniem zwrotnym w pętli zamkniętej. Jego silnik napędowy może wykorzystywać serwomotory prądu stałego lub prądu przemiennego i musi być skonfigurowany ze sprzężeniem zwrotnym położenia i sprzężeniem zwrotnym prędkości. Rzeczywiste przemieszczenie ruchomych części jest wykrywane w dowolnym momencie obróbki i na czas przekazywane z powrotem do komparatora w systemie CNC. Porównuje się go z sygnałem sterującym uzyskanym w wyniku operacji interpolacji, a różnicę wykorzystuje się jako sygnał sterujący serwonapędu, który steruje składową przemieszczenia w celu wyeliminowania błędu przemieszczenia. W zależności od miejsca instalacji elementu wykrywającego położenie ze sprzężeniem zwrotnym i zastosowanego urządzenia sprzężenia zwrotnego, dzieli się je na dwa tryby sterowania: pętla całkowicie zamknięta i pętla półzamknięta.
① Sterowanie w pełnej pętli zamkniętej Jak pokazano na rysunku, jego urządzenie ze sprzężeniem zwrotnym położenia wykorzystuje element wykrywający przemieszczenie liniowe (obecnie ogólnie linijkę siatkową) zainstalowany na siodle obrabiarki, to znaczy bezpośrednio wykrywający przemieszczenie liniowe obrabiarki współrzędne. Błąd przekładni w całym łańcuchu przekładni mechanicznej od silnika do siodełka obrabiarki można wyeliminować poprzez sprzężenie zwrotne, uzyskując w ten sposób wysoką dokładność statycznego pozycjonowania obrabiarki. Ponieważ jednak charakterystyka tarcia, sztywność i luz wielu ogniw przekładni mechanicznej w całej pętli sterującej są nieliniowe, czas reakcji dynamicznej całego łańcucha przekładni mechanicznej jest bardzo duży w porównaniu z czasem odpowiedzi elektrycznej. Stwarza to ogromne trudności w korekcji stabilności całego układu w pętli zamkniętej, a konstrukcja i regulacja układu są również dość skomplikowane. Dlatego ta metoda sterowania w pełnej pętli zamkniętej jest stosowana głównie w maszynach współrzędnościowych CNC iPrecyzja CNCszlifierki o wysokich wymaganiach dotyczących precyzji.
② Sterowanie w pętli półzamkniętej Jak pokazano na rysunku, jego sprzężenie zwrotne położenia wykorzystuje element wykrywający kąt (obecnie głównie enkodery itp.), który jest instalowany bezpośrednio na serwomotorze lub na końcu śruby pociągowej. Ponieważ większość mechanicznych łączy transmisyjnych nie wchodzi w skład pętli zamkniętej systemu, konieczne jest uzyskanie bardziej stabilnej charakterystyki sterowania. Błędów przekładni mechanicznej, takich jak śruby pociągowe, nie można w żadnym momencie skorygować za pomocą sprzężenia zwrotnego, ale można zastosować metody stałej kompensacji programowej, aby odpowiednio poprawić ich dokładność. Obecnie większość obrabiarek CNC wykorzystuje metody sterowania w pętli półzamkniętej
⑶ Sterowanie hybrydowe Obrabiarki CNC selektywnie koncentrują cechy powyższych metod sterowania, tworząc hybrydowy schemat sterowania. Jak wspomniano powyżej, ponieważ metoda sterowania w otwartej pętli charakteryzuje się dobrą stabilnością, niskim kosztem, słabą dokładnością, a pełna stabilność w pętli zamkniętej jest słaba, w celu wzajemnej kompensacji i spełnienia wymagań kontrolnych niektórych obrabiarek, hybrydowy należy przyjąć metodę kontroli. Dwie najczęściej stosowane metody to kompensacja w pętli otwartej i kompensacja w pętli półzamkniętej
3. Klasyfikacja ze względu na poziom funkcjonalny systemu CNC
W zależności od poziomu funkcjonalności systemu CNC, system CNC dzieli się zwykle na trzy kategorie: niski, średni i wysoki. Ta metoda klasyfikacji jest częściej stosowana w moim kraju. Granice trzech poziomów: niskiego, średniego i wysokiego są względne, a standardy klasyfikacji będą różne w różnych okresach. Sądząc po obecnym poziomie rozwoju, różne typy systemów CNC można podzielić na trzy kategorie: niskie, średnie i wysokie, zgodnie z niektórymi funkcjami i wskaźnikami. Wśród nich średnie i wysokiej klasy są ogólnie nazywane w pełni funkcjonalnymi CNC lub standardowymi CNC.
⑴ Cięcie metalu odnosi się do obrabiarek CNC, które wykorzystują różne procesy cięcia, takie jak toczenie, frezowanie, udarowanie, rozwiercanie, wiercenie, szlifowanie i struganie. Można go podzielić na dwie następujące kategorie.
① Zwykłe obrabiarki CNC, takie jak tokarki CNC, frezarki CNC, szlifierki CNC itp.
② Główną cechą centrum obróbczego jest biblioteka narzędzi z mechanizmem automatycznej wymiany narzędzi; przedmiot obrabiany jest mocowany jednokrotnie. Po zamocowaniu różne narzędzia są automatycznie wymieniane, a różne procesy, takie jak frezowanie (toczenie), rozwiercanie, wiercenie i gwintowanie, są w sposób ciągły wykonywane na tej samej obrabiarce na każdej powierzchni obróbczej przedmiotu obrabianego, np. w centrach obróbczych (budowanie/frezowanie) , centra tokarskie, centra wiertnicze itp.
⑵ Formowanie metali odnosi się do obrabiarek CNC, które wykorzystują procesy formowania, takie jak wytłaczanie, wykrawanie, prasowanie i ciągnienie. Do powszechnie stosowanych należą prasy CNC, giętarki CNC, giętarki CNC do rur, przędzarki CNC itp.
⑶ Obróbka specjalna obejmuje głównie wycinarki drutowe CNC, maszyny do formowania CNC EDM, maszyny do cięcia płomieniowego CNC, maszyny do obróbki laserowej CNC itp.
⑷ Produkty pomiarowe i rysunkowe obejmują głównie maszyny pomiarowe o trzech współrzędnych, maszyny do ustawiania narzędzi CNC, plotery CNC itp.
Czas publikacji: 05 grudnia 2024 r