Структура та принцип роботи фрезерного верстата з ЧПУ

Найосновніші компоненти Токарно-фрезерний верстат з ЧПУ включають шість частин: пристрій В/В, пристрій CNC, пристрій сервоприводу, пристрій зворотного зв'язку вимірювання, допоміжне пристрій і корпус інструментальної машини. Нижче ми детально представимо ці шість частин.

1. Пристрій введення/виведення

Пристрої введення/виведення використовуються для введення/виведення даних, таких як програми числового керування обробкою або керування рухом, дані обробки та контролю, параметри верстата, позиції координатних осей та статус детекторних вимикачів. Клавіатура та монітор є необхідними та основними пристроями введення/виведення для обладнання з ЧПУ. Як периферійні пристрої систем ЧПУ, настільні комп'ютери та портативні комп'ютери наразі є одним із найбільш поширених пристроїв введення/виведення.

2. Пристрій числового керування

Пристрій числового управління є основою системи числового управління, яка складається з I/O інтерфейсних схем, контролерів, арифметичних блоків та пам'яті. Функція пристрою числового управління полягає в компіляції, обчисленні та обробці даних, введених пристроєм введення, через внутрішні логічні схеми або програмне забезпечення управління, та виведенні різної інформації та інструкцій для контролю різних частин верстата для виконання заданих дій.

Серед цієї контрольної інформації та інструкцій найосновнішими є швидкість подачі координатних осей, напрямок подачі та зміщення подачі, які генеруються через інтерполяційні операції, що надаються сервоприводу. Після підсилення драйвером, зміщення координатної осі в кінцевому підсумку контролюється. Ця контрольна інформація та інструкції безпосередньо визначають траєкторію руху інструмента або координатної осі.

3. Сервопривід

Серводвигунні пристрої зазвичай складаються з серво підсилювачів (також відомих як драйвери або серво блоки) та актуаторів. На ЧПУ верстатах зазвичай використовуються AC серводвигуни як актуатори. На сьогоднішній день лінійні двигуни використовуються на сучасних високошвидкісних обробних машинах. Крім того, існували також прості ЧПУ верстати, вироблені в 20 столітті, які використовували DC серводвигуни, а також крокові двигуни як актуатори. Серво підсилювач повинен використовуватися разом з приводним двигуном.

4. Пристрій зворотного зв'язку вимірювання

Прилад зворотного зв'язку вимірювання є елементом виявлення закритого контуру (напівзакритого контуру) верстатів з ЧПУ. Його функція полягає у виявленні фактичної швидкості та переміщення виконавчого механізму або робочого столу за допомогою сучасних вимірювальних компонентів (таких як імпульсні енкодери, ротаційні трансформатори, індукційні синхронізатори, грати, магнітні лінійки, лазерні вимірювальні прилади тощо) та зворотного зв'язку до сервоприводу або пристрою ЧПУ для компенсації швидкості подачі або помилки руху виконавчого механізму, з метою покращення точності механізму руху. Позиція сигналу зворотного зв'язку, виявленого вимірювальним пристроєм, залежить від структурної форми системи ЧПУ. Вбудовані імпульсні енкодери, прилади вимірювання швидкості та лінійні грати є звичайними компонентами виявлення.

Розвинений сервопривідний пристрій використовує технологію цифрового сервоприводу (далі - цифровий сервопривід), а сервопривідний пристрій підключається до числового керуючого пристрою через шину. Зворотні сигнали в основному підключені до сервопривідного пристрою і передаються до числового керуючого пристрою через шину. Зворотний пристрій потрібно лише безпосередньо підключити до числового керуючого пристрою в деяких випадках або при використанні аналогових сервопривідних пристроїв (далі - аналогові серво).

5. Допоміжний механізм керування

Допоміжний механізм управління відноситься до контрольних компонентів між числовим керуючим пристроєм та механічними і гідравлічними компонентами верстата. Його основна функція полягає в отриманні команд на швидкість шпинделя, напрямок руху та команди на старт і зупинку, які виходять з CNC пристрою, команд на вибір та обмін інструментами, команд на старт і зупинку охолоджуючих і змащувальних пристроїв, команд на вивільнення та затиснення заготовок і частин верстата, допоміжних командних сигналів для індексації робочого столу, а також сигналів про стан детекторних вимикачів на верстаті. Після необхідної компіляції, логічного судження та підсилення потужності, він безпосередньо приводить у дію відповідні виконавчі компоненти для управління механічними компонентами, гідравлічними та пневматичними допоміжними пристроями верстата для виконання дій, зазначених у командах. Зазвичай складається з PLC та схеми управління сильною струмом. PLC може бути інтегрований з CNC в структурі (вбудований PLC) або відносно незалежним (зовнішній PLC).

6. Корпус верстата

Корпус верстата є механічним структурним компонентом верстата з ЧПУ, який складається з основної трансмісійної системи, системи подачі, станини, робочого столу, а також допоміжних рухових пристроїв, гідравлічних/пневматичних систем, систем змащення, охолоджуючих пристроїв, систем видалення стружки, захисних систем та інших частин. Для того щоб відповідати вимогам технології ЧПУ та повністю використовувати продуктивність верстатів, верстати з ЧПУ зазнали значних змін в загальному розташуванні, зовнішньому вигляді, структурі трансмісійної системи, системі інструментів та експлуатаційних характеристиках у порівнянні з звичайними верстатами.

Принцип роботи фрезерного верстата з ЧПУ

На традиційних металообробних верстатах оператору потрібно постійно змінювати параметри, такі як траєкторія руху інструмента та швидкість, відповідно до вимог креслення під час обробки деталей, щоб інструмент міг обробляти заготовку і в кінцевому підсумку виробляти якісні деталі.

Обробка на фрезерних верстатах з ЧПУ насправді застосовує принцип "диференціації", а його робочий принцип і процес коротко описані нижче.

1. На основі траєкторії інструменту, необхідної для програми обробки, пристрій ЧПУ диференціює шлях відповідно до відповідної координатної осі верстата, використовуючи мінімальну величину руху (еквівалент імпульсу) як одиницю, і обчислює кількість імпульсів, необхідних для переміщення кожної координати.

2. Використовуючи програмне забезпечення "інтерполяції" або оператор "інтерполяції" числового керування, підганяють необхідну траєкторію під еквівалентну лінію в одиницях "мінімального руху" і знаходять найближчу підганяну лінію до теоретичної траєкторії.

3. Пристрій числового керування безперервно призначає імпульси подачі відповідним координатним осям на основі траєкторії підганяної лінії і приводить координатні осі верстата в рух відповідно до призначених імпульсів через сервопривід.

З наведеного вище можна зробити наступний висновок:

① Якщо мінімальна кількість руху (еквівалент імпульсу) верстата з ЧПУ достатньо мала, то використана апроксимуюча лінія може ефективно замінити теоретичну криву.

② Змінюючи метод розподілу імпульсів координатної осі, можна змінити форму апроксимованого полігону, досягаючи таким чином мети зміни траєкторії обробки.

③ Змінюючи частоту виділених імпульсів, можна змінити швидкість координатної осі (інструменту).

Це досягає основної мети контролю траєкторії руху інструменту верстатів з ЧПУ.

Метод обчислення та визначення проміжних точок між відомими точками ідеальної траєкторії (контур) через ущільнення даних на основі заданої математичної функції називається інтерполяцією; Кількість координатних осей, які можуть брати участь в інтерполяції одночасно, називається числом зв'язкових осей. Очевидно, що чим більше зв'язкових осей має верстат з ЧПУ, тим сильніша його продуктивність у обробці контурів. Тому кількість зв'язкових осей є важливим технічним показником для вимірювання продуктивності верстатів з ЧПУ.