CNC 밀링 머신의 구조와 작동 원리

가장 기본적인 구성 요소 CNC 밀링 머신 6개 부분으로 구성됩니다: I/O 장치, CNC 장치, 서보 드라이브 장치, 측정 피드백 장치, 보조 장치, 공작 기계 본체. 아래에서 이 6개 부분에 대한 자세한 소개를 제공합니다.

1. I/O 장치

I/O 장치는 수치 제어 가공 또는 모션 제어 프로그램, 가공 및 제어 데이터, 기계 매개변수, 좌표 축 위치 및 감지 스위치의 상태와 같은 데이터를 입력/출력하는 데 사용됩니다. 키보드와 모니터는 CNC 장비의 필수적이고 기본적인 I/O 장치입니다. CNC 시스템의 주변 장치로서 데스크탑 컴퓨터와 휴대용 컴퓨터는 현재 일반적으로 사용되는 I/O 장치 중 하나입니다.

2. 수치 제어 장치

수치 제어 장치는 I/O 인터페이스 회로, 컨트롤러, 산술 장치 및 메모리로 구성된 수치 제어 시스템의 핵심입니다. 수치 제어 장치의 기능은 입력 장치에 의해 입력된 데이터를 내부 논리 회로 또는 제어 소프트웨어를 통해 컴파일, 계산 및 처리하고, 기계 공구의 다양한 부분을 제어하여 지정된 작업을 수행하기 위해 다양한 정보와 지시를 출력하는 것입니다.

이러한 제어 정보 및 지시 중에서 가장 기본적인 것은 보간 작업을 통해 생성된 좌표 축 이송 속도, 이송 방향 및 이송 변위로, 이는 서보 드라이브 장치에 제공됩니다. 드라이버에 의해 증폭된 후, 좌표 축의 변위가 궁극적으로 제어됩니다. 이러한 제어 정보 및 지시는 도구 또는 좌표 축의 이동 궤적을 직접 결정합니다.

서보 드라이브 장치

서보 드라이브 장치는 일반적으로 서보 앰프(드라이버 또는 서보 유닛이라고도 함)와 액추에이터로 구성됩니다. CNC 기계 공구에서는 AC 서보 모터가 일반적으로 액추에이터로 사용됩니다. 현재 선형 모터는 고급 고속 가공 기계에서 사용되고 있습니다. 또한, 20세기에 생산된 간단한 CNC 기계 공구는 DC 서보 모터와 스테퍼 모터를 액추에이터로 사용했습니다. 서보 앰프는 드라이브 모터와 함께 사용해야 합니다.

4. 측정 피드백 장치

측정 피드백 장치는 폐쇄 루프(반 폐쇄 루프) CNC 기계 공구의 감지 링크입니다. 그 기능은 현대 측정 구성 요소(예: 펄스 인코더, 회전 변압기, 유도 동기 장치, 격자, 자기 눈금자, 레이저 측정 기기 등)를 통해 액추에이터 또는 작업대의 실제 속도와 변위를 감지하고, 이를 서보 드라이브 장치 또는 CNC 장치에 피드백하여 액추에이터의 이송 속도 또는 운동 오류를 보상하여 운동 메커니즘의 정확성을 향상시키는 것입니다. 측정 장치에 의해 감지된 신호 피드백의 위치는 CNC 시스템의 구조적 형태에 따라 달라집니다. 서보 내장형 펄스 인코더, 속도 측정기 및 선형 격자는 일반적으로 사용되는 감지 구성 요소입니다.

고급 서보 드라이브 장치는 디지털 서보 드라이브 기술(디지털 서보라고 함)을 채택하고, 서보 드라이브 장치는 버스를 통해 수치 제어 장치에 연결됩니다. 피드백 신호는 대부분 서보 드라이브 장치에 연결되어 버스를 통해 수치 제어 장치로 전송됩니다. 피드백 장치는 몇 가지 경우나 아날로그 제어 서보 드라이브 장치(아날로그 서보라고 함)를 사용할 때만 수치 제어 장치에 직접 연결되면 됩니다.

5. 보조 제어 메커니즘

보조 제어 메커니즘은 수치 제어 장치와 기계 공구의 기계적 및 유압 구성 요소 사이의 제어 구성 요소를 의미합니다. 그 주요 기능은 CNC 장치에서 출력되는 스핀들 속도, 방향 전환 및 시작 정지 명령, 공구 선택 및 교환 명령, 냉각 및 윤활 장치의 시작 정지 명령, 작업물 및 기계 부품의 해제 및 고정 명령, 작업대 인덱싱을 위한 보조 명령 신호, 그리고 기계 공구의 감지 스위치 상태에 대한 신호를 수신하는 것입니다. 필요한 컴파일, 논리적 판단 및 전력 증폭 후, 해당 실행 구성 요소를 직접 구동하여 기계 공구의 기계적 구성 요소, 유압 및 공압 보조 장치를 구동하여 명령에 지정된 동작을 완료합니다. 일반적으로 PLC와 강전류 제어 회로로 구성됩니다. PLC는 구조적으로 CNC와 통합될 수 있으며(내장 PLC) 또는 상대적으로 독립적일 수 있습니다(외부 PLC).

6. 기계 공구 본체

기계 공구 본체는 CNC 기계 공구의 기계적 구조 구성 요소로, 주요 전송 시스템, 이송 전송 시스템, 베드 본체, 작업대, 보조 운동 장치, 유압/공압 시스템, 윤활 시스템, 냉각 장치, 칩 제거, 보호 시스템 및 기타 부품으로 구성됩니다. CNC 기술의 요구 사항을 충족하고 기계 공구의 성능을 최대한 활용하기 위해, CNC 기계 공구는 일반 기계 공구에 비해 전체 배치, 외관, 전송 시스템 구조, 공구 시스템 및 작동 성능에서 상당한 변화를 겪었습니다.

CNC 밀링 기계의 작동 원리

전통적인 금속 절삭 기계 공구에서는 작업자가 부품 가공 시 도면의 요구 사항에 따라 도구의 운동 경로와 속도와 같은 매개변수를 지속적으로 변경해야 하므로, 도구가 작업물을 절삭하고 궁극적으로 적격 부품을 생산할 수 있습니다.

CNC 밀링 머신의 가공은 실제로 "미분"의 원리를 적용하며, 그 작동 원리와 과정은 간략하게 다음과 같이 설명됩니다.

1. 가공 프로그램에 필요한 공구 경로를 기반으로 CNC 장치는 기계 공구의 해당 좌표 축에 따라 경로를 미분하고, 최소 이동량(펄스 동등)을 단위로 사용하여 각 좌표를 이동하는 데 필요한 펄스 수를 계산합니다.

2. 수치 제어 장치의 "보간" 소프트웨어 또는 "보간" 연산자를 사용하여 필요한 궤적을 "최소 이동" 단위의 동등한 선으로 맞추고, 이론적 궤적에 가장 가까운 맞춤 선을 찾습니다.

3. 수치 제어 장치는 맞춤 선의 궤적에 따라 해당 좌표 축에 지속적으로 공급 펄스를 할당하고, 서보 드라이브를 통해 할당된 펄스에 따라 기계 공구 좌표 축을 이동하도록 구동합니다.

위에서 다음과 같은 결론을 도출할 수 있다:

① CNC 기계 공구의 최소 이동량(펄스 동등)이 충분히 작으면, 사용된 적합선이 이론 곡선을 효과적으로 대체할 수 있다.

② 좌표 축의 펄스 할당 방법을 변경함으로써, 적합된 다각형의 형태를 변경할 수 있으며, 이를 통해 가공 궤적을 변경하는 목표를 달성할 수 있다.

③ 할당된 펄스의 주파수를 변경함으로써, 좌표 축(공구)의 속도를 변경할 수 있다.

이는 CNC 기계 공구의 공구 이동 궤적을 제어하는 기본 목적을 달성한다.

주어진 수학적 함수에 기반한 데이터 포인트 밀집화를 통해 이상적인 궤적(윤곽)의 알려진 점들 사이의 중간 점을 계산하고 결정하는 방법을 보간법(interpolation)이라고 한다; 동시에 보간법에 참여할 수 있는 좌표 축의 수를 연계 축 수(linkage axis number)라고 한다. 분명히, CNC 기계 공구가 가질 수 있는 연계 축이 많을수록 윤곽 가공에서의 성능이 강해진다. 따라서 연계 축의 수는 CNC 기계 공구의 성능을 측정하는 중요한 기술 지표이다.