FANUC CNC 시스템의 원리는 무엇인가요?

CNC 시스템은 Digital Control System의 약자로 컴퓨터 메모리에 저장된 제어 프로그램에 따라 수치제어 기능의 일부 또는 전부를 실행하는 특수한 컴퓨터 시스템으로 인터페이스 회로와 서보 드라이브를 갖추고 있습니다. 장치. 컴퓨터 수치 제어(CNC) 시스템은 컴퓨터를 사용하여 처리 기능을 제어하고 수치 제어를 구현하는 시스템입니다. CNC 시스템은 컴퓨터 메모리에 저장된 제어 프로그램에 따라 수치제어 기능의 일부 또는 전부를 실행하는 시스템으로 인터페이스 회로와 서보 드라이브를 갖춘 특수한 컴퓨터 시스템이다. CNC 시스템은 CNC 프로그램, 입력 장치, 출력 장치, 컴퓨터 수치 제어 장치(CNC 장치), 프로그래밍 가능한 논리 컨트롤러(PLC), 스핀들 구동 장치 및 피드(서보) 구동 장치(검출 장치 포함)로 구성됩니다. CNC 시스템의 핵심은 CNC 장치입니다. 컴퓨터 사용으로 인해 시스템에는 소프트웨어 기능이 있으며 PLC를 사용하여 기존 공작 기계 전기 논리 제어 장치를 대체하여 시스템을 더 작게 만들고 유연성, 다양성 및 신뢰성을 높이고 복잡한 CNC 기능을 쉽게 구현합니다. 또한 편리하며, 호스트 컴퓨터와 연결하여 원격 통신을 할 수 있는 기능을 가지고 있습니다. 기본 구성 오늘날 전 세계에는 다양한 형태와 구성 및 구조 측면에서 고유한 특성을 지닌 다양한 유형의 CNC 시스템이 있습니다. 이러한 구조적 특징은 초기 시스템 설계 및 엔지니어링 설계 아이디어의 기본 요구 사항에서 비롯됩니다. 예를 들어, 포인트 제어 시스템과 연속 궤적 제어 시스템에 대한 요구 사항은 완전히 다릅니다. T 시스템과 M 시스템에는 큰 차이가 있습니다. 전자는 회전 부품 가공에 적합한 반면 후자는 특수 형상의 비회전 부품 가공에 적합합니다. 다양한 제조업체의 경우 역사적 개발 요소와 장소에 따라 달라지는 복잡한 요소의 영향을 기반으로 시스템 작업의 신뢰성에 도움이 되고 시스템의 지속적인 평균 오류율을 촉진하는 서로 다른 설계 아이디어를 가질 수도 있습니다. 개선하다.

CNC 시스템의 기본 원리와 구성은 매우 유사합니다.

CNC 시스템 일반적으로 전체 CNC 시스템은 제어 시스템, 서보 시스템, 위치 측정 시스템의 세 부분으로 구성됩니다.

제어 시스템은 공작물 처리 프로그램에 따라 보간 작업을 수행하고 서보 드라이브 시스템에 제어 명령을 보냅니다. 서보 드라이브 시스템은 제어 명령을 증폭하고 서보 모터는 필요에 따라 기계를 구동합니다. 측정 시스템은 기계의 이동 위치나 속도를 감지하고 이를 제어 시스템에 피드백하여 제어 명령을 수정합니다. 이 세 부분은 유기적으로 결합되어 완전한 폐쇄 루프 제어 CNC 시스템을 형성합니다.

제어 시스템은 주로 버스, CPU, 전원 공급 장치, 메모리, 조작 패널 및 디스플레이 화면, 위치 제어 장치, 프로그래머블 컨트롤러 논리 제어 장치 및 데이터 입출력 인터페이스로 구성됩니다. 또한 CNC와 PLC의 내부 데이터 통신과 외부 상위 네트워크 연결을 완료할 수 있는 통신 장치도 포함되어 있습니다.

서보 구동 시스템은 주로 서보 구동 장치와 모터로 구성됩니다. 위치 측정 시스템은 주로 긴 격자 또는 원형 격자가 있는 증분 변위 인코더를 사용합니다.

하드웨어 구조: CNC 시스템의 하드웨어는 CNC 장치, 입출력 장치, 구동 장치 및 공작 기계 전기 논리 제어 장치로 구성됩니다. 이 네 부분은 I/O 인터페이스를 통해 상호 연결됩니다. CNC 장치는 CNC 시스템의 핵심이며, 해당 소프트웨어와 하드웨어는 다양한 CNC 기능의 구현을 제어합니다. CNC 장치의 하드웨어 구조는 CNC 장치 하드웨어의 제조 방법에 따라 인쇄회로기판의 플러그인 방식에 따라 대형 보드 구조와 기능적 모듈(소형 보드) 구조로 나눌 수 있으며, CNC 장치의 마이크로프로세서 수에 따라 특수 구조와 개인용 컴퓨터 유형 구조로 나눌 수 있으며 단일 마이크로프로세서 구조와 다중 마이크로프로세서 구조로 나눌 수 있습니다.

(1) 대형 플레이트 구조와 기능적 템플릿 구조 CNC 시스템

1) 대형 플레이트 구조 대형 플레이트 구조 CNC 시스템의 CNC 장치는 메인 회로 기판, 위치 제어 보드, PC 보드, 그래픽 제어 보드, 추가 I/O 보드 및 전원 공급 장치. 주 회로 기판은 대형 인쇄 회로 기판이고, 다른 회로 기판은 대형 인쇄 회로 기판의 슬롯에 연결되는 작은 기판입니다. 이 구조는 마이크로컴퓨터와 유사하다.

2) 기능적 모듈 구조

(2) 단일 마이크로프로세서 구조와 다중 마이크로프로세서 구조 1) 단일 마이크로프로세서 구조 단일 마이크로프로세서 구조에서는 중앙에서 제어하고 제어하는 ​​마이크로프로세서가 단 하나뿐이다. CNC 장치의 다양한 작업을 시간 공유합니다. 2) 멀티 마이크로프로세서 구조 CNC 시스템의 기능이 향상되고 CNC 공작 기계의 처리 속도가 향상됨에 따라 단일 마이크로 프로세서 CNC 시스템은 더 이상 요구 사항을 충족할 수 없으므로 많은 CNC 시스템이 멀티 마이크로 프로세서 구조를 채택합니다. . CNC 시스템에 두 개 이상의 마이크로프로세서가 있는 경우 각 마이크로프로세서는 데이터 버스나 통신 방식을 통해 연결되고 시스템의 공통 메모리와 I/O 인터페이스를 공유합니다. - 마이크로프로세서 시스템.

소프트웨어 구조: CNC 소프트웨어는 응용 소프트웨어와 시스템 소프트웨어로 구분됩니다. CNC 시스템 소프트웨어는 CNC 시스템의 다양한 기능을 구현하기 위해 컴파일된 특수 소프트웨어로 제어 소프트웨어라고도 하며 컴퓨터의 EPROM 메모리에 저장됩니다. 다양한 CNC 시스템의 기능 설정 및 제어 방식은 다르며 시스템 소프트웨어는 구조와 규모가 크게 다르지만 일반적으로 입력 데이터 처리 프로그램, 보간 작업 프로그램, 속도 제어 프로그램, 관리 프로그램 및 진단 프로그램이 포함됩니다.

(1) 입력 데이터 처리 프로그램: 입력 부분 처리 프로그램을 받아 표준 코드로 표현되는 처리 명령 및 데이터를 해독 및 처리하여 규정된 형식으로 저장한다. 일부 시스템에서는 보간 작업 및 속도 제어를 위해 보상 계산이나 사전 계산을 수행해야 합니다. 일반적으로 입력 데이터 처리 프로그램에는 입력, 디코딩 및 데이터 처리가 포함됩니다.

(2) 보간 계산 프로그램: CNC 시스템은 공작물 처리 프로그램에서 제공되는 곡선 유형, 시작점, 끝점 등의 데이터를 기반으로 계산을 수행합니다. 계산 결과에 따라 각 좌표축에 이송 펄스가 각각 전송됩니다. 이 프로세스를 보간이라고 합니다. 피드 펄스는 프로그램에서 지정한 처리 작업을 완료하기 위해 작업대 또는 도구를 구동하여 서보 시스템을 통해 해당 동작을 수행합니다. CNC 시스템은 보간과 가공을 동시에 수행하는 일반적인 실시간 제어 방식이므로 보간 작업 속도는 공작 기계의 이송 속도에 직접적인 영향을 미치므로 그만큼 계산 시간을 단축해야 합니다. 이것이 보간 프로그래밍의 목적입니다. 2의 보수 절차의 핵심입니다.

(3) 속도 제어 프로그램: 속도 제어 프로그램은 정해진 이송 속도를 유지하기 위해 주어진 속도 값에 따라 보간 연산의 빈도를 제어합니다. 속도가 크게 변하는 경우 급격한 속도 변화로 인해 구동 시스템의 동기화가 손실되는 것을 방지하기 위해 자동 가감속 제어가 필요합니다. (4) 관리 프로그램 : 관리 프로그램은 데이터 입력, 데이터 처리, 보간 연산 등 가공 공정을 지원하는 다양한 프로그램을 스케줄링하고 관리하는 역할을 담당합니다. 관리 프로그램은 패널 명령, 클럭 신호, 오류 신호 등으로 인한 중단도 처리합니다.

(5) 진단 프로그램: 진단 프로그램의 기능은 프로그램 작동 중에 시스템 오류를 즉시 발견하고 오류 유형을 표시하는 것입니다. 또한 시스템의 주요 구성 요소(CPU, 메모리, 인터페이스, 스위치, 서보 시스템 등)가 작동 전이나 오류가 발생한 후에 제대로 작동하는지 확인하고 오류가 발생한 위치를 지적할 수 있습니다.

기본 분류 동작 궤적 분류:

(1) 지점 제어 CNC 시스템:

CNC 시스템은 한 가공 지점에서 다른 가공 지점으로 공구의 이동을 제어합니다. 가공 지점 사이의 정확한 좌표 위치는 제어되지만 지점 간 이동 궤적은 제어되지 않으며 이동 중에 가공이 수행되지 않습니다. 이러한 유형의 시스템 장비에는 CNC 드릴링 머신, CNC 좌표 보링 머신 및 CNC 펀치 머신이 포함됩니다.

(2) 선형 제어 CNC 시스템: 점의 정확한 위치를 제어해야 할 뿐만 아니라 두 점 사이의 도구 이동 궤적이 직선이어야 하며 도구가 이동할 수 있어야 합니다. 특정 방향으로 가공하려면 포인트 제어 CNC 시스템보다 보조 기능 요구 사항이 더 많습니다. 예를 들어 스핀들 회전 제어, 이송 속도 제어 및 자동 공구 교환과 같은 기능이 필요할 수 있습니다. . 이러한 유형의 제어 기능을 갖춘 장비에는 주로 간단한 CNC 선반, CNC 보링 및 밀링 기계 등이 포함됩니다.

(3) 윤곽 제어 CNC 시스템: 이 유형의 시스템은 두 개 이상의 좌표 방향을 엄격하게 제어할 수 있습니다. 즉, 각 좌표의 이동 위치를 제어할 뿐만 아니라 각 좌표의 이동도 제어합니다. . 각 좌표의 움직임은 정해진 비례 관계에 따라 서로 좌표화되며, 필요한 직선, 사선, 곡선, 곡면을 형성하기 위한 연속 가공을 위해 정확하게 좌표화됩니다. 이러한 제어 방식을 채택한 장비에는 CNC 선반, 밀링 머신, 머시닝 센터, 전기 가공 공작 기계 및 특수 가공 공작 기계가 포함됩니다.

서보 시스템의 분류

서보 시스템의 제어 방법에 따라 CNC 시스템은 다음과 같은 범주로 나눌 수 있습니다.

(1) 개방형 -루프 제어 CNC 시스템: 이 유형의 CNC 시스템에는 감지 장치나 피드백 회로가 없으며 스테퍼 모터를 구동 요소로 사용합니다. CNC 장치에서 출력되는 명령 피드 펄스는 구동 회로에 의해 증폭되어 스테퍼 모터의 각 고정자 권선의 전원 ON/OFF를 제어하는 ​​전류 펄스 신호로 변환되어 스테퍼 모터를 회전 구동시킨 후 공작기계 전동기구(기어박스, 리드스크류 등)가 작업대를 구동하여 움직입니다. 이 방법은 제어가 간단하고 가격이 상대적으로 저렴하며 경제적인 CNC 시스템에 널리 사용됩니다. (2) 반폐쇄 루프 제어 CNC 시스템: 위치 검출 요소를 모터 축단 또는 나사 축단에 설치하고, 각도 측정을 통해 공작기계 테이블의 실제 작동 위치(선형 변위)를 간접적으로 계산합니다. 계산된 명령 위치(또는 변위)를 비교하고 그 차이를 제어에 사용합니다. 그림 4. 폐쇄 루프 루프에는 나사, 너트 쌍 및 공작 기계 작업대와 같은 큰 관성 링크가 포함되어 있지 않기 때문에 이러한 링크로 인해 발생하는 오류는 루프로 수정될 수 없습니다. 제어 정확도는 폐쇄 루프 제어만큼 좋지 않습니다. CNC 시스템은 디버깅이 쉽고 상대적으로 안정적인 제어 특성을 얻기 위해 실제 응용 분야에서 널리 사용됩니다.

(3) 완전 폐쇄 루프 제어 CNC 시스템: 위치 감지 장치는 공작 기계 작업대에 설치되어 공작 기계 작업대의 실제 작동 위치(선형 변위)를 감지하고 이를 위치와 비교합니다. CNC 장치에서 계산된 명령 위치(또는 변위)를 비교하고 그 차이를 제어에 사용합니다. 이러한 유형의 제어 방법은 위치 제어 정확도가 높지만 나사, 너트 쌍 및 공작 기계 테이블과 같은 큰 관성 링크를 폐쇄 루프에 배치하기 때문에 디버깅 중에 안정적인 시스템 상태를 달성하기가 어렵습니다.

기능 수준 분류:

(1) 경제적인 CNC 시스템: 단순 CNC 시스템이라고도 알려져 있으며 일반적으로 일반 정밀도 요구 사항의 처리만 충족할 수 있으며 직선 및 직선을 처리할 수 있습니다. 상대적으로 단순한 모양의 라인. 사선, 호 및 나사산 부품의 경우 사용되는 마이크로컴퓨터 시스템은 경제적인 CNC 와이어 절단 공작 기계, CNC 드릴링 머신, CNC 선반, CNC와 같은 단일 보드 컴퓨터 또는 단일 칩 컴퓨터 시스템입니다. 밀링머신, CNC 그라인더 등

(2) 대중적인 CNC 시스템: 일반적으로 완전한 기능을 갖춘 CNC 시스템이라고 합니다. 이러한 유형의 CNC 시스템은 많은 기능을 가지고 있지만 너무 많은 기능을 추구하지 않으며 실용성을 기반으로 합니다.

(3) 고급 CNC 시스템: 복잡한 모양의 공작물을 처리하는 다축 제어 CNC 시스템을 말하며 그 프로세스는 중앙 집중화되고 고도로 자동화되었으며 강력하고 유연성이 높습니다. 5축 이상의 CNC 밀링머신, 대형 및 중형 CNC 공작기계, 5면 머시닝 센터, 터닝 센터, 유연한 가공 장치 등에 사용됩니다.

작업 흐름:

1. 입력: 부품 프로그램, 제어 매개변수, 보상량 및 기타 데이터 입력, 광전 판독기, 키보드, 디스크, 상위에 연결된 DNC 인터페이스를 사용할 수 있습니다. 컴퓨터, 네트워크 및 기타 형태. CNC 장치는 일반적으로 입력 과정에서 잘못된 코드 삭제, 코드 확인 및 코드 변환을 완료해야 합니다.

2. 디코딩: 시스템이 MDI 모드로 작동하든 메모리 모드로 작동하든 상관없이 부품 프로그램은 하나의 프로그램 세그먼트 단위로 처리되며 다양한 부품 윤곽 정보(예: 시작점, 끝점, 직선이나 원호 등), 처리속도 정보(F코드), 기타 보조정보(M, S, T코드 등)를 일정한 문법규칙에 따라 컴퓨터가 인식할 수 있는 데이터 형태로 해석되어 저장된다. 특정 데이터 형식으로 특정 데이터 형식으로. 디코딩 프로세스 중에 프로그램 세그먼트의 구문 검사도 완료되어야 합니다. 구문 오류가 발견되면 즉시 경보가 발생합니다.

3. 커터 보상: 커터 보상에는 공구 길이 보상과 공구 반경 보상이 포함됩니다. 일반적으로 CNC 장치의 부품 프로그램은 부품 윤곽 궤적으로 프로그래밍되며 공구 보정 기능은 부품 윤곽 궤적을 공구 중심 궤적으로 변환하는 것입니다. 현재 더 나은 CNC 장비에서는 공구 보상 공작물에도 프로그램 세그먼트 간의 자동 전송과 과잉 절단 판별이 포함됩니다. 이것이 소위 C 공구 보상입니다.

4. 이송 속도 처리: 프로그래밍에 의해 주어진 공구 이동 속도는 각 좌표의 결합된 방향의 속도입니다. 속도 처리에서 가장 먼저 해야 할 일은 합성 속도를 기준으로 각 운동 좌표의 부분 속도를 계산하는 것입니다. 일부 CNC 장치에서는 공작 기계가 허용하는 최소 및 최대 속도, 소프트웨어의 자동 가속 및 감속 등에 대한 제한도 여기에서 처리됩니다.

5. 보간: 보간 작업은 주어진 시작점과 끝점을 사용하여 곡선에서 "데이터 포인트를 조밀화"하는 것입니다. 보간 프로그램은 각 보간 사이클마다 한 번 실행되며 각 보간 사이클에서 작은 선형 데이터 세그먼트가 명령 이송 속도를 기반으로 계산됩니다. 일반적으로 여러 보간 사이클 후에 블록 궤적의 보간 처리가 완료됩니다. 즉, 블록의 시작점에서 끝점까지 "데이터 포인트 밀도" 작업이 완료됩니다.

6. 위치 제어: 위치 제어는 서보 루프의 위치 루프에 있습니다. 이 부분은 소프트웨어나 하드웨어로 구현될 수 있습니다. 주요 임무는 각 샘플링 주기에서 이론적인 위치와 실제 피드백 위치를 비교하고 그 차이를 사용하여 서보 모터를 제어하는 ​​것입니다. 위치 제어에서는 일반적으로 공작 기계의 위치 정확도를 향상시키기 위해 위치 루프의 게인 조정, 피치 오류 보상 및 각 좌표 방향의 백래시 보상이 완료됩니다.

7. I/0 처리: I/O 처리는 주로 CNC 장치 패널 스위치 신호, 공작 기계 전기 신호의 입력, 출력 및 제어(예: 공구 변경, 기어 변경, 냉각 등)를 처리합니다. .).

8. 디스플레이: CNC 장치의 디스플레이는 주로 작업자에게 편의를 제공합니다. 일반적으로 부품 프로그램 표시, 매개변수 표시, 공구 위치 표시, 공작 기계 상태 표시, 알람 표시 등에 사용됩니다. 일부 CNC 장치에는 공구 가공 궤적에 대한 정적 및 동적 그래픽 표시도 있습니다.

9. 진단: 온라인 진단, 오프라인 진단 등 시스템의 이상 상태를 확인하고 찾아냅니다.

CNC 시스템이 제어하는 ​​것은 기계적인 양과 위치, 각도, 속도 등의 스위칭 양입니다.