Numera Kontrola Teknologio kaj CNC-Maŝinoj
Numera stirteknologio, mallongigita kiel NC (Numerical Control), estas rimedo por kontroli mekanikajn movojn kaj prilaborajn procedurojn per helpo de ciferecaj informoj. Nuntempe, ĉar moderna numera stirado ofte adoptas komputilan stiradon, ĝi ankaŭ estas konata kiel komputilizita numera stirado (Computerized Numerical Control - CNC).
Por atingi ciferecan informan kontrolon de mekanikaj movoj kaj prilaboraj procezoj, necesas ekipi korespondan aparataron kaj programaron. La sumo de la aparataro kaj programaro uzataj por efektivigi ciferecan informan kontrolon nomiĝas la numera stirsistemo (Numerical Control System), kaj la kerno de la numera stirsistemo estas la numera stir-aparato (Numerical Controller).
Maŝinoj regataj per numera stirteknologio nomiĝas CNC-maŝiniloj (NC-maŝiniloj). Ĉi tio estas tipa mekatrona produkto, kiu amplekse integras progresintajn teknologiojn kiel komputila teknologio, aŭtomata stirteknologio, preciza mezurteknologio kaj maŝinila dezajno. Ĝi estas la bazŝtono de moderna fabrikada teknologio. Stirado de maŝiniloj estas la plej frua kaj plej vaste aplikata kampo de numera stirteknologio. Tial, la nivelo de CNC-maŝiniloj plejparte reprezentas la rendimenton, nivelon kaj disvolviĝan tendencon de la nuna numera stirteknologio.
Ekzistas diversaj tipoj de CNC-maŝiniloj, inkluzive de borado, frezado kaj borado, torniloj, mueliloj, elektraj malŝarĝaj maŝinmaŝinoj, forĝado, laseraj prilaboraj maŝiniloj, kaj aliaj specialcelaj CNC-maŝiniloj kun specifaj uzoj. Ĉiu maŝinilo kontrolita per numera stirteknologio estas klasifikita kiel NC-maŝinilo.
Tiuj CNC-maŝiniloj ekipitaj per aŭtomata ilŝanĝilo ATC (Automatic Tool Changer - ATC), krom CNC-torniloj kun rotaciaj ilteniloj, estas difinitaj kiel maŝincentroj (Machine Center - MC). Per la aŭtomata anstataŭigo de iloj, laborpecoj povas plenumi plurajn prilaborajn procedurojn en ununura fiksado, atingante la koncentriĝon de procezoj kaj la kombinaĵon de procezoj. Ĉi tio efike mallongigas la helpan prilaboran tempon kaj plibonigas la laborefikecon de la maŝinilo. Samtempe, ĝi reduktas la nombron de laborpecaj instaladoj kaj poziciigadoj, plibonigante la prilaboran precizecon. Maŝincentroj nuntempe estas la tipo de CNC-maŝiniloj kun la plej granda produktado kaj la plej vasta apliko.
Surbaze de CNC-maŝiniloj, per aldono de plur-labortablaj (paledaj) aŭtomataj interŝanĝaj aparatoj (Auto Pallet Changer - APC) kaj aliaj rilataj aparatoj, la rezulta prilabora unuo nomiĝas fleksebla fabrikĉelo (Fleksebla Produkta Ĉelo - FMC). FMC ne nur realigas la koncentriĝon de procezoj kaj la kombinaĵon de procezoj, sed ankaŭ, per la aŭtomata interŝanĝo de labortabloj (paledoj) kaj relative kompletaj aŭtomataj monitoraj kaj kontrolaj funkcioj, povas plenumi senhoman prilaboradon dum certa periodo, tiel plue plibonigante la prilaboran efikecon de la ekipaĵo. FMC estas ne nur la bazo de la fleksebla fabriksistemo FMS (Fleksebla Produkta Sistemo), sed ankaŭ povas esti uzata kiel sendependa aŭtomata prilabora ekipaĵo. Tial, ĝia disvolviĝa rapido estas sufiĉe rapida.
Surbaze de FMC kaj maŝincentroj, per aldono de loĝistikaj sistemoj, industriaj robotoj kaj rilataj ekipaĵoj, kaj kontrolata kaj administrata de centra kontrolsistemo laŭ centralizita kaj unuigita maniero, tia fabrikadsistemo nomiĝas fleksebla fabrikadsistemo FMS (Fleksebla Fabrikada Sistemo). FMS povas ne nur plenumi senhoman prilaboradon dum longaj periodoj, sed ankaŭ atingi la kompletan prilaboradon de diversaj specoj de partoj kaj komponenta muntado, atingante la aŭtomatigon de la fabrikadprocezo en la metiejo. Ĝi estas tre aŭtomatigita altnivela fabrikadsistemo.
Kun la kontinua progreso de scienco kaj teknologio, por adaptiĝi al la ŝanĝiĝanta situacio de merkata postulo, por moderna fabrikado, necesas ne nur antaŭenigi la aŭtomatigon de la laborejo-fabrikada procezo, sed ankaŭ atingi ampleksan aŭtomatigon de merkata prognozado, produktada decidiĝo, produktodezajno, produktofabrikado ĝis produktovendado. La kompleta produktada kaj fabrikada sistemo formita per integrado de ĉi tiuj postuloj nomiĝas komputile integra fabrikada sistemo (Komputile Integra Fabrikada Sistemo - CIMS). CIMS organike integras pli longan produktadan kaj komercan agadon, atingante pli efikan kaj pli flekseblan inteligentan produktadon, reprezentante la plej altan stadion de la disvolviĝo de la hodiaŭa aŭtomatigita fabrikada teknologio. En CIMS, ne nur la integrado de produktada ekipaĵo, sed pli grave, la teknologia integrado kaj funkcia integrado karakteriziĝas per informoj. La komputilo estas la integriga ilo, la komputile helpata aŭtomata unuoteknologio estas la bazo de integrado, kaj la interŝanĝo kaj dividado de informoj kaj datumoj estas la ponto de integrado. La fina produkto povas esti rigardata kiel la materia manifestiĝo de informoj kaj datumoj.
La Numera Stirsistemo kaj Ĝiaj Komponantoj
La Bazaj Komponantoj de la Numera Kontrola Sistemo
La numera stirsistemo de CNC-maŝinilo estas la kerno de ĉiuj numeraj stiraj ekipaĵoj. La ĉefa stira objekto de la numera stirsistemo estas la delokiĝo de la koordinataj aksoj (inkluzive de movrapido, direkto, pozicio, ktp.), kaj ĝiaj stirinformoj ĉefe venas de numera stirprilaborado aŭ movkontrolprogramoj. Tial, la plej bazaj komponantoj de la numera stirsistemo devus inkluzivi: la programan enigan/eligan aparaton, la numeran stiran aparaton kaj la servomotoron.
La rolo de la eniga/eliga aparato estas enigi kaj eligi datumojn kiel ekzemple nombrajn stirajn prilaborajn aŭ movajn stirajn programojn, prilaborajn kaj stirajn datumojn, maŝinilajn parametrojn, koordinatajn aksajn poziciojn, kaj la staton de detektaj ŝaltiloj. Klavaro kaj ekrano estas la plej bazaj enigaj/eligaj aparatoj necesaj por iu ajn nombra stira ekipaĵo. Krome, depende de la nombra stira sistemo, aparatoj kiel fotoelektraj legiloj, bendlegiloj aŭ disketingiloj ankaŭ povas esti ekipitaj. Kiel periferia aparato, la komputilo nuntempe estas unu el la ofte uzataj enigaj/eligaj aparatoj.
La numera stirsistemo estas la kerna komponanto de la numera stirsistemo. Ĝi konsistas el enigaj/eligaj interfacaj cirkvitoj, regiloj, aritmetikaj unuoj kaj memoro. La rolo de la numera stirsistemo estas kompili, kalkuli kaj prilabori la datumojn enigitajn de la eniga aparato per la interna logika cirkvito aŭ stirprogramaro, kaj eligi diversajn specojn de informoj kaj instrukcioj por regi la diversajn partojn de la maŝinilo por plenumi specifajn agojn.
Inter tiuj stirinformoj kaj instrukcioj, la plej bazaj estas la instrukcioj pri la rapido de antaŭenigo, direkto de antaŭenigo, kaj delokiĝo de la koordinataj aksoj. Ili estas generitaj post interpoladaj kalkuloj, provizitaj al la servomotoro, plifortigitaj de la pelilo, kaj finfine kontrolas la delokiĝon de la koordinataj aksoj. Tio rekte determinas la movtrajektorion de la ilo aŭ koordinataj aksoj.
Krome, depende de la sistemo kaj ekipaĵo, ekzemple, ĉe CNC-maŝinilo, povas ankaŭ esti instrukcioj kiel la rotacia rapido, direkto, starto/halto de la spindelo; instrukcioj por elekti kaj ŝanĝi ilon; starto/halto de malvarmigaj kaj lubrikaj aparatoj; instrukcioj por malfiksi kaj fiksi la laborpecon; indeksigo de la labortablo kaj aliaj helpaj instrukcioj. En la numera stirsistemo, ili estas provizitaj al la ekstera helpa stirilo en la formo de signaloj tra la interfaco. La helpa stirilo plenumas la necesajn kompilojn kaj logikajn operaciojn sur la supre menciitaj signaloj, ampligas ilin, kaj funkciigas la respondajn aktuatorojn por funkciigi la mekanikajn komponantojn, hidraŭlikajn kaj pneŭmatikajn helpajn aparatojn de la maŝinilo por plenumi la agojn specifitajn de la instrukcioj.
La servomotoro kutime konsistas el servoamplifiloj (ankaŭ konataj kiel peliloj, servounuoj) kaj aktuatoroj. Ĉe CNC-maŝiniloj, AC-servomotoroj estas ĝenerale uzataj kiel aktuatoroj nuntempe; ĉe progresintaj altrapidaj maŝinmaŝinoj, liniaj motoroj komencis esti uzataj. Krome, ĉe CNC-maŝiniloj produktitaj antaŭ la 1980-aj jaroj, ekzistis kazoj de uzado de DC-servomotoroj; por simplaj CNC-maŝiniloj, paŝomotoroj ankaŭ estis uzataj kiel aktuatoroj. La formo de la servoamplifilo dependas de la aktuatoro kaj devas esti uzata kune kun la pelmotoro.
La supre menciitaj estas la plej bazaj komponantoj de la numera stirsistemo. Kun la kontinua disvolviĝo de numera stirteknologio kaj la plibonigo de la rendimentaj niveloj de maŝiniloj, la funkciaj postuloj por la sistemo ankaŭ kreskas. Por plenumi la stirpostulojn de diversaj maŝiniloj, certigi la integrecon kaj unuformecon de la numera stirsistemo, kaj faciligi la uzadon fare de uzantoj, ofte uzataj progresintaj numeraj stirsistemoj kutime havas internan programeblan regilon kiel helpan stirilon de la maŝinilo. Krome, ĉe metaltranĉmaŝinoj, la spindela movilo ankaŭ povas fariĝi komponanto de la numera stirsistemo; ĉe fermitcirklaj CNC-maŝinoj, mezuraj kaj detektaj aparatoj ankaŭ estas nemalhaveblaj por la numera stirsistemo. Por progresintaj numeraj stirsistemoj, foje eĉ komputilo estas uzata kiel la hom-maŝina interfaco de la sistemo kaj por datenadministrado kaj enigo/eligo-aparatoj, tiel igante la funkciojn de la numera stirsistemo pli potencaj kaj la rendimenton pli perfekta.
Konklude, la konsisto de la numera stirsistemo dependas de la funkciado de la stirsistemo kaj la specifaj stirpostuloj de la ekipaĵo. Ekzistas signifaj diferencoj en ĝia konfiguracio kaj konsisto. Aldone al la tri plej bazaj komponantoj, la eniga/eliga aparato de la prilabora programo, la numera stirsistemo kaj la servomotoro, povas esti pli da stirsistemoj. La streketita skatolparto en Figuro 1-1 reprezentas la komputilan numeran stirsistemon.
La konceptoj de NC, CNC, SV, kaj PLC
NC (CNC), SV, kaj PLC (PC, PMC) estas tre ofte uzataj anglaj mallongigoj en numera stira ekipaĵo kaj havas malsamajn signifojn en malsamaj okazoj en praktikaj aplikoj.
NC (CNC): NC kaj CNC estas la komunaj anglaj mallongigoj de Numerical Control kaj Computerized Numerical Control, respektive. Ĉar moderna numera stirado tute uzas komputilan stiradon, oni povas konsideri, ke la signifoj de NC kaj CNC estas tute samaj. En inĝenieraj aplikoj, depende de la uzokazaĵo, NC (CNC) kutime havas tri malsamajn signifojn: En larĝa senco, ĝi reprezentas stiran teknologion - numeran stiran teknologion; en mallarĝa senco, ĝi reprezentas unuon de stira sistemo - la numera stira sistemo; krome, ĝi ankaŭ povas reprezenti specifan stiran aparaton - la numeran stiran aparaton.
SV: SV estas la komuna angla mallongigo de servomotoro (Servo Drive, mallongigita kiel servo). Laŭ la preskribitaj terminoj de la japana JIS-normo, ĝi estas "kontrolmekanismo, kiu prenas la pozicion, direkton kaj staton de objekto kiel kontrolkvantojn kaj spuras arbitrajn ŝanĝojn en la cela valoro." Mallonge, ĝi estas kontrolaparato, kiu povas aŭtomate sekvi fizikajn kvantojn kiel la celan pozicion.
Ĉe CNC-maŝiniloj, la rolo de servomotoro ĉefe speguliĝas en du aspektoj: Unue, ĝi ebligas al la kunordigitaj aksoj funkcii je la rapideco donita de la numera stira aparato; due, ĝi ebligas al la kunordigitaj aksoj esti poziciigitaj laŭ la pozicio donita de la numera stira aparato.
La kontrolaj objektoj de servomotoro estas kutime la delokiĝo kaj rapido de la koordinataj aksoj de la maŝinilo; la aktuatoro estas servomotoro; la parto, kiu kontrolas kaj amplifas la enigan komandsignalon, ofte nomiĝas servamplifilo (ankaŭ konata kiel pelilo, amplifilo, serva unuo, ktp.), kiu estas la kerno de la servomotoro.
La servomotoro povas esti uzata ne nur kune kun la numera stir-aparato, sed ankaŭ sola kiel pozicia (rapida) akompananta sistemo. Tial ĝi ofte nomiĝas servosistemo. Ĉe fruaj numeraj stir-sistemoj, la pozicia stir-parto ĝenerale estis integrita kun CNC, kaj la servomotoro nur plenumis rapid-kontrolon. Tial la servomotoro ofte nomiĝis rapid-kontrola unuo.
PLC: PC estas la angla mallongigo de Programmable Controller (Programebla Regilo). Kun la kreskanta populareco de personaj komputiloj, por eviti konfuzon kun personaj komputiloj (ankaŭ nomataj PC-oj), programeblaj regiloj nun estas ĝenerale nomataj programeblaj logikaj regiloj (Programmalbe Logic Controller – PLC) aŭ programeblaj maŝinregiloj (Programmable Machine Controller – PMC). Tial, ĉe CNC-maŝiniloj, PC, PLC kaj PMC havas precize la saman signifon.
PLC havas la avantaĝojn de rapida respondo, fidinda funkciado, oportuna uzo, facila programado kaj sencimigado, kaj povas rekte funkciigi iujn elektrajn aparatojn de maŝiniloj. Tial, ĝi estas vaste uzata kiel helpa stirilo por numera stira ekipaĵo. Nuntempe, plej multaj numeraj stirsistemoj havas internan PLC por prilabori la helpajn instrukciojn de CNC-maŝiniloj, tiel multe simpligante la helpan stirilon de la maŝinilo. Krome, en multaj okazoj, per specialaj funkciaj moduloj kiel la aksa stirmodulo kaj poziciiga modulo de la PLC, la PLC ankaŭ povas esti rekte uzata por atingi punktan pozician kontrolon, linearan kontrolon kaj simplan konturan kontrolon, formante specialajn CNC-maŝinilojn aŭ CNC-produktadliniojn.
La Komponado kaj Prilaborado-Principo de CNC-Maŝinoj
La Baza Komponaĵo de CNC-Maŝinoj
CNC-maŝiniloj estas la plej tipaj numeraj kontrolaj ekipaĵoj. Por klarigi la bazan konsiston de CNC-maŝiniloj, unue necesas analizi la laborprocezon de CNC-maŝiniloj por prilaborado de partoj. Ĉe CNC-maŝiniloj, por prilabori partojn, oni povas efektivigi la jenajn paŝojn:
Laŭ la desegnaĵoj kaj procezplanoj de la prilaborotaj partoj, uzante la preskribitajn kodojn kaj programformatojn, skribu la movotrajektorion de la iloj, la prilaboran procezon, procezparametrojn, tranĉparametrojn, ktp. en la instrukcioformularon rekoneblan de la numera stirsistemo, tio estas, skribu la prilaboran programon.
Enigu la skribitan prilaborprogramon en la numeran stiran aparaton.
La numera stir-aparato deĉifras kaj prilaboras la enigan programon (kodon) kaj sendas respondajn stir-signalojn al la servo-moviloj kaj helpfunkciaj stir-aparatoj de ĉiu kunordigita akso por kontroli la movadon de ĉiu komponanto de la maŝinilo.
Dum la movado, la numera stirsistemo bezonas detekti la pozicion de la koordinataj aksoj de la maŝinilo, la staton de la vojaĝŝaltiloj, ktp. en ajna momento, kaj kompari ilin kun la postuloj de la programo por determini la sekvan agon ĝis kvalifikitaj partoj estas prilaboritaj.
La funkciigisto povas observi kaj inspekti la prilaborajn kondiĉojn kaj funkcian staton de la maŝinilo iam ajn. Se necese, ankaŭ necesas alĝustigi la agojn de la maŝinilo kaj prilaborajn programojn por certigi la sekuran kaj fidindan funkciadon de la maŝinilo.
Videblas, ke kiel la baza konsisto de CNC-maŝinilo, ĝi devus inkluzivi: enigajn/eligajn aparatojn, numerajn stirajn aparatojn, servomotorojn kaj retroaparatojn, helpajn stirajn aparatojn, kaj la korpon de la maŝinilo.
La Komponado de CNC-Maŝinoj
La numera stirsistemo estas uzata por atingi prilaboran kontrolon de la maŝinila gastiganto. Nuntempe, plej multaj el la numeraj stirsistemoj uzas komputilan numeran stiradon (t.e., CNC). La eniga/eliga aparato, numera stira aparato, servomotoro kaj retroaparato en la figuro kune konsistigas la maŝinilan numeran stirsistemon, kaj ĝia rolo estis priskribita supre. La sekvanta koncize prezentas aliajn komponantojn.
Mezura retroliga aparato: Ĝi estas la detekta ligo de fermitcirkvita (duonfermitcirkvita) CNC-maŝinilo. Ĝia rolo estas detekti la rapidon kaj delokiĝon de la fakta delokiĝo de la aktuatoro (kiel ekzemple la ilotenilo) aŭ la labortablo per modernaj mezurelementoj kiel pulsaj kodiloj, solviloj, induktaj sinkronigiloj, kradoj, magnetaj pesiloj kaj laseraj mezuriloj, kaj redoni ilin al la servomotora aparato aŭ la numera kontrola aparato, kaj kompensi la alirrapidon aŭ la movajn erarojn de la aktuatoro por atingi la celon plibonigi la precizecon de la mova mekanismo. La instalpozicio de la detekta aparato kaj la pozicio, kie la detekta signalo estas retroigata, dependas de la strukturo de la numera kontrola sistemo. Enkonstruitaj servo-pulsaj kodiloj, taĥmetroj kaj linearaj kradoj estas ofte uzataj detektaj komponantoj.
Pro tio, ke ĉiuj progresintaj servomotoroj uzas ciferecan servomotoran teknologion (nomatan cifereca servomotoro), buso kutime estas uzata por konekti la servomotoron kaj la numeran stiraparaton; en la plej multaj kazoj, la reagsignalo estas konektita al la servomotoro kaj transdonita al la numera stiraparato tra la buso. Nur en kelkaj okazoj aŭ kiam oni uzas analogajn servomotorojn (ofte konatajn kiel analogaj servomotoroj), la reagsignalo devas esti rekte konektita al la numera stiraparato.
Helpa stirmekanismo kaj furaĝa transmisia mekanismo: Ĝi situas inter la numera stira aparato kaj la mekanikaj kaj hidraŭlikaj komponantoj de la maŝinilo. Ĝia ĉefa rolo estas ricevi la spindelrapidon, direkton kaj start/haltigajn instrukciojn elirantajn de la numera stira aparato; ilajn elektajn kaj interŝanĝajn instrukciojn; start/haltigajn instrukciojn de malvarmigaj kaj lubrikaj aparatoj; helpajn instrukciajn signalojn kiel malfiksado kaj fiksado de laborpecoj kaj maŝinilaj komponantoj, indeksado de la labortablo, kaj la statusajn signalojn de detektaj ŝaltiloj sur la maŝinilo. Post necesa kompilo, logika juĝo kaj potencoplifortigo, la respondaj aktuatoroj estas rekte movataj por funkciigi la mekanikajn komponantojn, hidraŭlikajn kaj pneŭmatikajn helpajn aparatojn de la maŝinilo por plenumi la agojn specifitajn de la instrukcioj. Ĝi kutime konsistas el PLC kaj forta kurenta stircirkvito. La PLC povas esti integrita kun la CNC laŭ strukturo (enkonstruita PLC) aŭ relative sendependa (ekstera PLC).
La korpo de la maŝinilo, tio estas, la mekanika strukturo de la CNC-maŝinilo, ankaŭ konsistas el ĉefaj transmisiaj sistemoj, nutraj transmisiaj sistemoj, platoj, labortabloj, helpaj movaj aparatoj, hidraŭlikaj kaj pneŭmatikaj sistemoj, lubrikaj sistemoj, malvarmigaj aparatoj, forigaj ŝtopiloj, protektaj sistemoj kaj aliaj partoj. Tamen, por plenumi la postulojn de numera kontrolo kaj plene utiligi la funkciadon de la maŝinilo, ĝi spertis signifajn ŝanĝojn rilate al ĝenerala aranĝo, aspekto, strukturo de la transmisia sistemo, ilosistemo kaj funkciado. La mekanikaj komponantoj de la maŝinilo inkluzivas la platon, skatolon, kolonon, gvidrelon, labortablon, spindelon, nutran mekanismon, iloŝanĝan mekanismon, ktp.
La Principo de CNC-Maŝinado
Ĉe tradiciaj metaltranĉmaŝinoj, dum prilaborado de partoj, la funkciigisto bezonas kontinue ŝanĝi parametrojn kiel la movtrajektorion kaj movrapidecon de la ilo laŭ la postuloj de la desegnaĵo, por ke la ilo plenumu tranĉadon sur la laborpeco kaj fine prilaboru kvalifikitajn partojn.
La prilaborado de CNC-maŝiniloj esence aplikas la principon de "diferencialo". Ĝia funkciprincipo kaj procezo povas esti mallonge priskribitaj jene:
Laŭ la trajektorio de la ilo postulata de la prilabora programo, la numera stir-aparato diferencigas la trajektorion laŭ la respondaj koordinataj aksoj de la maŝinilo kun la minimuma movokvanto (pulsa ekvivalento) (△X, △Y en Figuro 1-2) kaj kalkulas la nombron da pulsoj, kiujn ĉiu koordinata akso bezonas por moviĝi.
Per la "interpola" programaro aŭ "interpola" kalkulilo de la numera stira aparato, la bezonata trajektorio estas agordita per ekvivalenta polilinio en unuoj de "minimuma movunuo" kaj la agordita polilinio plej proksima al la teoria trajektorio estas trovata.
Laŭ la trajektorio de la agordita polilinio, la numera stira aparato kontinue asignas furaĝpulsojn al la respondaj koordinataj aksoj kaj ebligas al la koordinataj aksoj de la maŝinilo moviĝi laŭ la asignitaj pulsoj per servomotoro.
Videblas, ke: Unue, kondiĉe ke la minimuma movokvanto (pulsa ekvivalento) de la CNC-maŝinilo estas sufiĉe malgranda, la uzata alĝustigita polilinio povas esti ekvivalente anstataŭigita per la teoria kurbo. Due, kondiĉe ke la pulsa asigna metodo de la koordinataj aksoj estas ŝanĝita, la formo de la alĝustigita polilinio povas esti ŝanĝita, tiel atingante la celon ŝanĝi la prilaboran trajektorion. Trie, kondiĉe ke la frekvenco de...