2 Estructura y proceso de trabajo de las máquinas herramienta CNC
La máquina herramienta CNC en este ejemplo consta de dispositivos de entrada y salida, dispositivos CNC, controladores programables, servosistemas, dispositivos de detección y retroalimentación. y máquinas herramienta La composición del host se muestra en la Figura 1.
Figura 1 Diagrama de estructura de la máquina herramienta CNC
El dispositivo de entrada puede transmitir diferente información de procesamiento a la computadora. En las primeras máquinas herramienta CNC, el dispositivo de entrada era cinta de papel perforada, que ahora se ha eliminado, se utilizan teclados, discos, etc. Facilita enormemente la entrada de información. La salida se refiere a la salida de los parámetros de trabajo internos (incluidos los parámetros originales y los parámetros de diagnóstico de fallas de la máquina herramienta en condiciones de trabajo normales e ideales). Generalmente, estos parámetros deben generarse cuando la máquina herramienta se inicia por primera vez para registrarlos y guardarlos. Después de trabajar durante un período de tiempo, comparar y contrastar el resultado con los datos originales ayudará a determinar si la máquina herramienta está funcionando normalmente. El dispositivo CNC es la parte central y principal de la máquina herramienta CNC, que completa el procesamiento y cálculo de todos los datos de procesamiento y, en última instancia, realiza las instrucciones para diversas funciones de la máquina herramienta CNC. Incluye circuitos de microcomputadoras, varios circuitos de interfaz, monitores CRT y otro hardware y software correspondiente. El controlador programable controla la unidad del husillo y procesa las instrucciones de velocidad en el programa para controlar la velocidad del husillo; gestiona el almacén de herramientas, gestiona los cambios automáticos de herramientas, los modos de selección de herramientas, los tiempos de uso acumulativos de la herramienta, la vida útil restante de la herramienta y los tiempos de afilado de la herramienta; husillo Rotación y parada hacia adelante y hacia atrás, cuasi parada, interruptor de fluido de corte, sujeción y aflojamiento del mandril, recuperación y alimentación de herramientas del manipulador, etc. También controla los interruptores externos de la máquina herramienta (interruptor de carrera, interruptor de presión, interruptor de control de temperatura). , etc.). ); señales de salida de control (almacén de herramientas, manipulador, plataforma giratoria, etc.). ). El dispositivo de retroalimentación de detección consta de componentes de detección y circuitos correspondientes. Detecta principalmente la velocidad y el desplazamiento, y envía la información al dispositivo CNC para lograr un control de circuito cerrado y garantizar la precisión del procesamiento de las máquinas herramienta CNC. El proceso de trabajo de las máquinas herramienta CNC se muestra en la Figura 2.
Figura 2 Diagrama de bloques del proceso de trabajo de la máquina herramienta CNC
El proceso de preparación para el mecanizado CNC es relativamente complejo e incluye una gran cantidad de contenido, incluida la comprensión estructural de las piezas, el análisis del proceso y la formulación de planes de proceso y procedimientos de procesamiento, selección y uso de herramientas. El ajuste de la máquina herramienta incluye principalmente la denominación de herramientas, la transferencia al almacén de herramientas, la instalación de la pieza de trabajo, la configuración de la herramienta, la medición de la posición de la herramienta, el estado de cada parte de la máquina herramienta, etc. La depuración del programa consiste principalmente en verificar y ajustar los problemas lógicos del programa en sí y la racionalidad de su diseño. El corte de prueba es una inspección dinámica del plan de diseño de procesamiento de la pieza. Una vez logrados los resultados del paso anterior, es necesario evaluar todo el proceso. Una vez que el corte de prueba sea exitoso, las piezas se pueden procesar formalmente y se pueden inspeccionar las piezas procesadas. Los primeros tres pasos son el tiempo de espera. Para mejorar la eficiencia del trabajo, se espera que el tiempo de espera sea lo más corto posible, lo que favorece más el uso racional de las máquinas herramienta. Este indicador afecta directamente la evaluación de la utilización de la máquina herramienta (es decir, la tasa de movimiento real de la máquina herramienta).
3 Varios problemas que es necesario resolver en el sistema CNC de la máquina herramienta
Esta máquina herramienta está compuesta por partes mecánicas y eléctricas. Al diseñar el plan general, se debe considerar la implementación de diversas funciones de la máquina herramienta desde el punto de vista mecánico y eléctrico. Los requisitos mecánicos de las máquinas herramienta CNC y las funciones de los sistemas CNC son muy complejos, por lo que es aún más importante comunicarse entre sí a través de medios mecánicos y eléctricos. La selección, montaje, programación y operación del sistema de control de la máquina herramienta deben ser razonables y la precisión y estabilidad deben cumplir con los requisitos de uso. Al mismo tiempo, para facilitar la depuración y el mantenimiento, todas las operaciones están equipadas con funciones manuales, como movimiento manual rápido y lento de cada eje, rotación del husillo a alta y baja velocidad, interruptores de fluido de corte y lubricación, etc.
El PLC actúa secuencialmente de acuerdo con condiciones o secuencias lógicas, y también controla las acciones de protección de enclavamiento de acuerdo con relaciones lógicas y no tiene nada que ver con secuencia y secuencia. El PLC se ha convertido en el producto principal para reemplazar circuitos de relés y realizar control de secuencia, y se usa ampliamente en el control eléctrico de máquinas herramienta.
Cómo mejorar la velocidad de posicionamiento y garantizar la precisión del posicionamiento en el control real es un problema que debe considerarse seriamente y resolverse de manera efectiva. La precisión es un indicador de rendimiento que las máquinas herramienta deben garantizar. La precisión de la posición del sistema de servocontrol de posición determina en gran medida la precisión del procesamiento de las máquinas herramienta CNC. Por tanto, la precisión de la posición es un indicador extremadamente importante. Para garantizar una precisión de posición suficiente, por un lado, es necesario seleccionar correctamente el factor de amplificación en bucle abierto en el sistema y, por otro lado, es necesario plantear requisitos de precisión para los componentes de detección de posición. Debido a que en un sistema de control de circuito cerrado es difícil distinguir el error del propio elemento de detección de la desviación de la cantidad detectada, la precisión del elemento de detección de retroalimentación a menudo juega un papel decisivo en la precisión del sistema. Un sistema de control de alta precisión debe estar garantizado mediante componentes de detección de alta precisión. Cuando las condiciones del sitio cambian, algunos parámetros de control del sistema deben modificarse en consecuencia. Para cumplir con la continuidad de la producción, se requiere que la modificación de los parámetros variables del sistema de control se realice en línea. Aunque los parámetros de configuración originales se pueden cambiar rápida y fácilmente utilizando un programador, los operadores in situ no pueden utilizar el programador. Por lo tanto, se debe considerar el desarrollo de otros métodos simples y efectivos para lograr la modificación en línea de los parámetros de control de variables del PLC. Además, para evitar que el PLC se dañe debido a un voltaje excesivo, se agrega un reóstato al extremo de entrada de energía. Para evitar el sobrecalentamiento, no se permite instalar el PLC directamente sobre componentes de calefacción como transformadores, y el convertidor de frecuencia debe mantenerse a cierta distancia del PLC y los servovariadores. Deje espacios adecuados entre los componentes para la disipación del calor e instale ventiladores en la caja de distribución para enfriar. Además, para garantizar el funcionamiento seguro y estable del sistema de control, también se deben resolver los problemas de protección de seguridad del sistema de control, como la protección contra golpes del sistema, la detección automática de componentes defectuosos, etc.
Análisis del sistema de servocontrol de posicionamiento de las máquinas herramienta CNC PLC de la serie FB de Yonghong
Las máquinas herramienta CNC son equipos de automatización de alta precisión y alta eficiencia, por lo que es particularmente importante mejorar el Fiabilidad de las máquinas herramienta CNC. La confiabilidad es uno de los principales indicadores cuantitativos para evaluar la confiabilidad. La confiabilidad se define como la probabilidad de que un producto complete la función especificada en condiciones específicas y dentro del tiempo especificado. Para las máquinas herramienta CNC, las funciones aquí son principalmente las de la máquina herramienta CNC, como las diversas funciones y el rendimiento del servo de la máquina herramienta CNC. Los componentes funcionales de las máquinas herramienta CNC desempeñan un papel extremadamente importante a la hora de ampliar la función y mejorar el rendimiento de la máquina herramienta. Por tanto, se diferencia de la selección general de complementos y complementos. No solo debe coordinarse con la estructura general de la máquina herramienta CNC, sino que también debe tener el mejor rendimiento coincidente cuando se integra en todo el sistema y también puede reflejar bien las características personalizadas de la máquina herramienta CNC. Los sistemas CNC utilizados para alta velocidad no solo pueden mejorar las capacidades de procesamiento de datos, sino que también tienen la función de unidad de compensación de errores térmicos y tecnologías de control avanzadas como control anticipativo de velocidad, control anticipativo de bucle de posición, control suave de aceleración y desaceleración, etc. Por lo tanto, se debe seleccionar una unidad de control estable y confiable para garantizar el funcionamiento normal y eficiente de las máquinas herramienta CNC.
En vista de los requisitos anteriores, el autor utiliza el PLC FBs-44MN de Taiwan Yonghong Electric Co., Ltd. como unidad de control principal de la máquina herramienta. Es rentable y de tamaño pequeño. , fácil de usar y sencillo de cableado. Su software de programación WinProladder es conocido como el maestro de los diagramas de escalera, fácil de aprender y usar, y potente. La edición, monitoreo, depuración y otras operaciones son muy sencillas. Utilice el teclado y el mouse juntos, y utilice comandos de operación y consulta de comandos instantáneos en línea para duplicar la eficiencia de edición y entrada. También está equipado con una interfaz hombre-máquina, que puede modificar y configurar los parámetros del programa y mostrar y monitorear el estado operativo. El contenido de la interfaz hombre-máquina es programable. Este sistema de control tiene las características de alta confiabilidad, bajo precio y estructura compacta, y es muy adecuado para los requisitos de control de las máquinas herramienta. La idea de control específica se muestra en la Figura 3.
Figura 3 Diagrama del sistema de control eléctrico de posicionamiento de máquina herramienta CNC Yonghong PLC FBs-44MN.
El controlador lógico programable (PLC) es el centro de control lógico para diversas funciones de las máquinas herramienta. Está integrado en el sistema CNC y se refiere principalmente a la integración del software de control que a menudo adopta una estructura distribuida. grandes sistemas. Como se puede ver en la Figura 3, el centro de control del sistema está controlado por Yonghong PLC FBs-44MN y está equipado con una interfaz hombre-máquina, que puede modificar y configurar parámetros del programa, mostrar y monitorear el estado operativo y el contenido del usuario. -La interfaz de la máquina se puede programar. Los tres ejes son servosistemas de CA totalmente digitales. El servomotor de cada eje impulsa la mesa móvil del husillo de bolas y el cabezal de fresado del husillo con guías lineales a través del acoplamiento, con un posicionamiento preciso y una velocidad rápida.
El cabezal de fresado del husillo está controlado por un convertidor de frecuencia. Establezca una velocidad de husillo razonable según la herramienta, pieza de trabajo y avance, y establezca su inicio y parada en el programa. Cada eje está equipado con sensores de límite y sensores de origen en ambos extremos, y el enfriamiento y la lubricación también tienen detección anormal. La información de la alarma se muestra en la luz de alarma y en la interfaz hombre-máquina. La señal de retroalimentación de posición real medida en cualquier momento por dispositivos de detección de posición como rejillas y sincronizadores de inducción se compara con el valor dado, y la diferencia entre los dos se amplifica y transformado para impulsar la ejecución. El mecanismo se mueve en la dirección de eliminar la desviación a una velocidad dada hasta que la diferencia entre la posición dada y la posición de retroalimentación real es igual a cero. El sistema de alimentación de circuito cerrado tiene una estructura más compleja y un costo más alto que el sistema de alimentación de circuito abierto, y tiene requisitos estrictos en cuanto a la temperatura ambiente. El diseño y la depuración son más difíciles que los sistemas de bucle abierto. Sin embargo, puede lograr mayor precisión, mayor velocidad y mayor potencia motriz que el sistema de alimentación de circuito abierto. Al principio, los motores se utilizaban generalmente como control de posicionamiento. Debido a sus bajos requisitos de velocidad o precisión, eran suficientes para ocasiones necesarias. Cuando se acelera la velocidad de operación mecánica para obtener eficiencia, y cuando los requisitos de calidad y precisión del producto son cada vez más altos, el control de la posición de parada del motor está más allá del poder de los motores comunes. La mejor manera de resolver este problema es utilizar un control de posicionamiento CNC combinado con motores paso a paso o servomotores para el control de posicionamiento. Pero en el pasado su popularidad fue limitada debido a su elevado precio. En los últimos años, debido al desarrollo de la tecnología y la reducción de costos, su precio ha sido aceptado por los usuarios y el número de usuarios también está aumentando. Para hacer frente a esta tendencia, la serie Yonghong PLC FB integra las funciones de los controladores de posicionamiento CNC dedicados del mercado en el chip PLC SoC, lo que no solo elimina la necesidad de complejos procedimientos de conexión e intercambio de datos entre el PLC y los controladores de posicionamiento CNC dedicados, sino que también elimina la necesidad de procedimientos complejos de conexión e intercambio de datos entre el PLC y los controladores de posicionamiento CNC dedicados. pero también reduce en gran medida el costo general y proporciona a los usuarios una solución económica, simple y conveniente que integra el control de posicionamiento CNC y el PLC. El chip SoC dentro del PLC Yonghong FBs-44MN contiene salida de pulsos de alta velocidad multieje y contador de hardware de alta velocidad, y proporciona una edición de programas de posicionamiento diseñada y fácil de usar, que es más conveniente para esta aplicación. En el sistema de control de circuito cerrado CNC compuesto por PLC y servocontrolador, el PLC es responsable de enviar comandos de pulso de alta velocidad al servocontrolador. Además de que la señal de detección de desplazamiento instalada en el servomotor se envía directamente al servocontrolador, también se instala un detector de desplazamiento adicional detrás del mecanismo de transmisión para reflejar verdaderamente el desplazamiento real y enviar esta señal al contador de hardware de alta velocidad. dentro del PLC. Esto permite un control más preciso y evita las deficiencias del circuito semicerrado mencionado anteriormente. La función de posicionamiento de la serie Yonghong PLC FB integra el controlador de posicionamiento CNC dedicado del mercado en el PLC, de modo que el PLC y el controlador CNC pueden compartir la misma área de datos sin la necesidad de trabajos complejos como el intercambio de datos y el control sincrónico entre los dos. , pero aún se pueden utilizar las instrucciones de control de posicionamiento CNC de uso común (como DRV, SPD...), etc. El PLC controla el posicionamiento de 4 ejes y se puede utilizar para el control simultáneo de múltiples ejes. No solo proporciona control de velocidad de posicionamiento punto a punto, sino que también proporciona una función de interpolación lineal entre ejes. Cuando la aplicación del sistema supera los 4 ejes, se puede lograr un mayor control del movimiento de posicionamiento utilizando la función CPU LINK del PLC Yonghong. El rendimiento del servo requerido por las máquinas herramienta CNC para el sistema de posición incluye: velocidad de posicionamiento y velocidad de avance de corte del contorno; precisión de posicionamiento y precisión de corte del contorno para estabilidad del acabado bajo interferencia externa; Estos requisitos dependen principalmente de las características estáticas y dinámicas del servosistema. Para un sistema de circuito cerrado, siempre se espera que el sistema tenga una alta precisión dinámica, es decir, cuando el sistema tiene un pequeño error de posición, las partes móviles de la máquina herramienta responderán rápidamente. En el procesamiento de máquinas herramienta CNC, para cumplir con los requisitos de movimiento rápido de alta velocidad y avance de un solo paso al mismo tiempo, se requiere que el accionamiento de avance tenga un amplio rango de velocidades.
Como método de trabajo auxiliar, a menudo se utiliza la acción puntual de un solo paso para ajustar el banco de trabajo. La selección de la velocidad máxima del servosistema debe considerar los límites mecánicos permitidos de la máquina herramienta y los requisitos de procesamiento reales. Si bien las altas velocidades pueden aumentar la productividad, también requieren una mayor conducción. Además, desde la perspectiva del control del sistema, también existe la cuestión de la detección y la retroalimentación. Especialmente en los sistemas de control por computadora, se debe considerar si el tiempo de procesamiento del software es suficiente. El servosistema de circuito completamente cerrado coloca el elemento de detección de posición en la parte móvil final del eje de coordenadas medido, detecta los errores de transmisión causados por el error de paso, la separación y diversas interferencias en la cadena de transmisión mecánica, y realiza un control de compensación de retroalimentación para mejorar la Rendimiento de la máquina herramienta. Precisión del control de posición. En un sistema de servocontrol completamente cerrado, la selección de los componentes de detección de posición y los componentes de retroalimentación es muy importante.
El sincronizador de inducción tiene las ventajas de alta precisión, buena repetibilidad, fuerte capacidad antiinterferente, resistencia al aceite, resistencia a la contaminación y mantenimiento sencillo. Es especialmente adecuado para máquinas herramienta CNC de circuito cerrado de alta precisión. Las máquinas herramienta CNC requieren estabilidad, velocidad y precisión. Sin embargo, la inercia de la transmisión mecánica de las máquinas herramienta CNC a gran escala es grande y la frecuencia natural es baja, lo que dificulta que sea mucho más alta que la frecuencia de corte del sistema. El circuito completamente cerrado contiene casi todos los factores no lineales inestables del eje del sistema de alimentación, y un ajuste inadecuado puede causar fácilmente vibraciones en la máquina herramienta.
Por lo tanto, basándose en garantizar la rapidez, el servosistema de circuito completamente cerrado de las máquinas herramienta CNC resuelve principalmente el problema de la estabilidad del movimiento de avance de la máquina herramienta y obtiene una mayor precisión de posición que el sistema semicerrado. Servosistema de bucle. El codificador del servomotor devuelve la señal de detección de desplazamiento al servocontrolador. El controlador procesa la frecuencia y el número de impulsos de la señal de entrada y la frecuencia y el número de impulsos de la señal de retroalimentación a través del contador de desviación interno y el circuito de frecuencia-voltaje. para obtener el valor de desviación del pulso y la velocidad de rotación, controlando así el servomotor para lograr un sistema de procesamiento de bucle cerrado de posición y velocidad de alta precisión. La velocidad de rotación del servomotor es proporcional a la frecuencia de pulso de la señal de entrada y el movimiento del motor está determinado por el número de pulsos. La Figura 4 es un diagrama esquemático de un servomotor bajo control PLC.
Figura 4 Esquema del servomotor de la máquina herramienta CNC
5 Diseño y operación de programas relacionados
El PLC ingresa programas a través del programador para lograr propósitos de control. Debido a que el proceso de trabajo del PLC es cíclico, la velocidad de ejecución del programa es muy rápida. Además, el diseño de detección de fallas del software se basa en el diseño del hardware y utiliza software para detectar el estado del interruptor de viaje externo. Cuando falla el interruptor de desplazamiento, el funcionamiento de la máquina herramienta se detiene mediante el control del programa, lo que reduce eficazmente los accidentes causados por fallas de los componentes de la máquina herramienta.
La Figura 5 es un diagrama de instrucciones para editar la configuración de los parámetros del programa de posicionamiento utilizando el software de programación WinProladder, y la Figura 6 es un diagrama detallado del programa de procesamiento de operaciones.
Figura 5 Ilustración de configuración de parámetros del programa de posicionamiento
Figura 6 Cuadro del programa de procesamiento
6 Conclusión
Mi país es un país grande en el producción y aplicación de máquinas herramienta, pero el nivel de aplicación de la tecnología CNC no es alto, lo que restringe seriamente la mejora del nivel de fabricación de mi país. Los planes de desarrollo internacionales relevantes plantean graves desafíos para el desarrollo de la tecnología CNC de mi país, pero también brindan oportunidades. Sólo seleccionando el PLC adecuado el posicionamiento puede lograr los resultados deseados. La función de posicionamiento CNC del PLC de la serie FB de Yonghong juega un papel importante en el diseño de sistemas CNC de máquinas herramienta. El funcionamiento a largo plazo de la máquina herramienta muestra que todo el sistema está razonablemente diseñado, tiene una alta precisión de control y un funcionamiento fiable, lo que mejora el nivel de automatización de la producción y reduce la intensidad de mano de obra de los operadores.
Debido al uso del control PLC, se aumenta la capacidad antiinterferente de la parte eléctrica y se mejora la confiabilidad del funcionamiento de la máquina herramienta, aumentando así la flexibilidad del equipo y mejorando la eficiencia de el equipo.