เทคโนโลยีการควบคุมเชิงตัวเลขและเครื่องมือกล CNC
เทคโนโลยีการควบคุมเชิงตัวเลข หรือที่เรียกย่อๆ ว่า NC (Numerical Control) เป็นวิธีการควบคุมการเคลื่อนไหวเชิงกลและขั้นตอนการประมวลผลด้วยข้อมูลดิจิทัล ปัจจุบัน การควบคุมเชิงตัวเลขสมัยใหม่มักนิยมใช้การควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ จึงเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า การควบคุมเชิงตัวเลขด้วยคอมพิวเตอร์ (Computerized Numerical Control – CNC)
เพื่อให้สามารถควบคุมการเคลื่อนไหวเชิงกลและกระบวนการประมวลผลด้วยข้อมูลดิจิทัลได้ จำเป็นต้องมีฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ที่เกี่ยวข้อง ฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ที่ใช้ในการควบคุมข้อมูลดิจิทัลนี้เรียกว่าระบบควบคุมเชิงตัวเลข (Numerical Control System) และแกนหลักของระบบควบคุมเชิงตัวเลขคืออุปกรณ์ควบคุมเชิงตัวเลข (Numerical Controller)
เครื่องจักรที่ควบคุมด้วยเทคโนโลยีควบคุมเชิงตัวเลขเรียกว่าเครื่องมือกลซีเอ็นซี (NC machine tools) ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์เมคคาทรอนิกส์ทั่วไปที่ผสานรวมเทคโนโลยีขั้นสูงต่างๆ เช่น เทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ เทคโนโลยีการควบคุมอัตโนมัติ เทคโนโลยีการวัดความแม่นยำ และการออกแบบเครื่องมือกลเข้าด้วยกันอย่างครอบคลุม นับเป็นรากฐานสำคัญของเทคโนโลยีการผลิตสมัยใหม่ การควบคุมเครื่องมือกลเป็นสาขาแรกเริ่มและมีการใช้เทคโนโลยีควบคุมเชิงตัวเลขอย่างแพร่หลายที่สุด ดังนั้น ระดับของเครื่องมือกลซีเอ็นซีจึงสะท้อนถึงประสิทธิภาพ ระดับ และแนวโน้มการพัฒนาของเทคโนโลยีควบคุมเชิงตัวเลขในปัจจุบันเป็นส่วนใหญ่
เครื่องมือกลซีเอ็นซีมีหลายประเภท ได้แก่ เครื่องมือเจาะ เครื่องกัด และเครื่องมือคว้าน เครื่องมือกลึง เครื่องมือเจียร เครื่องมือกัดด้วยไฟฟ้า เครื่องมือตีขึ้นรูป เครื่องมือตัดด้วยเลเซอร์ และเครื่องมือกลซีเอ็นซีเฉพาะทางอื่นๆ ที่มีการใช้งานเฉพาะ เครื่องมือกลใดๆ ที่ควบคุมด้วยเทคโนโลยีควบคุมเชิงตัวเลขจัดเป็นเครื่องมือกล NC
เครื่องมือกลซีเอ็นซีที่ติดตั้งเครื่องเปลี่ยนเครื่องมืออัตโนมัติ ATC (Automatic Tool Changer – ATC) ยกเว้นเครื่องกลึงซีเอ็นซีที่มีตัวจับยึดเครื่องมือแบบหมุน จะถูกเรียกว่าศูนย์เครื่องจักรกล (Machine Center – MC) ด้วยการเปลี่ยนเครื่องมืออัตโนมัติ ชิ้นงานสามารถดำเนินกระบวนการแปรรูปหลายขั้นตอนได้ภายในการจับยึดเพียงครั้งเดียว ทำให้เกิดการรวมกระบวนการและการรวมกระบวนการต่างๆ เข้าด้วยกัน วิธีนี้ช่วยลดระยะเวลาในการประมวลผลเสริมและเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของเครื่องมือกล ขณะเดียวกันก็ช่วยลดจำนวนการติดตั้งและการวางตำแหน่งชิ้นงาน ช่วยเพิ่มความแม่นยำในการประมวลผล ปัจจุบันศูนย์เครื่องจักรกลซีเอ็นซีถือเป็นเครื่องมือกลซีเอ็นซีประเภทหนึ่งที่มีกำลังผลิตสูงสุดและมีการนำไปใช้งานอย่างกว้างขวางที่สุด
ด้วยเทคโนโลยีเครื่อง CNC การเพิ่มอุปกรณ์เปลี่ยนพาเลทอัตโนมัติแบบหลายโต๊ะทำงาน (พาเลท) (Auto Pallet Changer – APC) และอุปกรณ์อื่นๆ ที่เกี่ยวข้อง ทำให้เกิดหน่วยประมวลผลที่เรียกว่าเซลล์การผลิตแบบยืดหยุ่น (Flexible Manufacturing Cell – FMC) FMC ไม่เพียงแต่ทำให้กระบวนการต่างๆ รวมกันเป็นหนึ่งเดียวได้อย่างสมบูรณ์เท่านั้น แต่ยังทำให้สามารถประมวลผลแบบไร้คนควบคุมได้ในช่วงระยะเวลาหนึ่ง ส่งผลให้ประสิทธิภาพการประมวลผลของอุปกรณ์ดีขึ้น FMC ไม่เพียงแต่เป็นพื้นฐานของระบบการผลิตแบบยืดหยุ่น FMS (Flexible Manufacturing System) เท่านั้น แต่ยังสามารถใช้เป็นอุปกรณ์ประมวลผลอัตโนมัติแบบอิสระได้อีกด้วย ด้วยเหตุนี้ การพัฒนาระบบจึงรวดเร็วมาก
ระบบการผลิตแบบยืดหยุ่น (FMS) ที่ใช้พื้นฐานจาก FMC และศูนย์เครื่องจักรกล ผนวกกับระบบโลจิสติกส์ หุ่นยนต์อุตสาหกรรม และอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้อง ซึ่งได้รับการควบคุมและบริหารจัดการโดยระบบควบคุมส่วนกลางอย่างครบวงจรและเป็นระบบเดียวกัน FMS ไม่เพียงแต่สามารถประมวลผลแบบไร้คนควบคุมได้เป็นเวลานานเท่านั้น แต่ยังครอบคลุมการประมวลผลชิ้นส่วนและการประกอบชิ้นส่วนประเภทต่างๆ ได้อย่างครบถ้วน ส่งผลให้กระบวนการผลิตในโรงงานเป็นระบบอัตโนมัติ FMS ถือเป็นระบบการผลิตขั้นสูงที่มีระบบอัตโนมัติสูง
ด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี เพื่อให้สอดคล้องกับสถานการณ์ความต้องการของตลาดที่เปลี่ยนแปลงไป การผลิตสมัยใหม่จึงไม่เพียงแต่จำเป็นต้องส่งเสริมระบบอัตโนมัติในกระบวนการผลิตในโรงงานเท่านั้น แต่ยังต้องบรรลุระบบอัตโนมัติที่ครอบคลุมตั้งแต่การคาดการณ์ตลาด การตัดสินใจด้านการผลิต การออกแบบผลิตภัณฑ์ การผลิต ไปจนถึงการขายผลิตภัณฑ์ ระบบการผลิตและการผลิตที่สมบูรณ์ซึ่งเกิดจากการบูรณาการข้อกำหนดเหล่านี้ เรียกว่าระบบการผลิตแบบบูรณาการด้วยคอมพิวเตอร์ (Computer Integrated Manufacturing System – CIMS) ระบบ CIMS ผสานรวมกิจกรรมการผลิตและธุรกิจที่ยาวนานขึ้นอย่างเป็นธรรมชาติ ทำให้เกิดการผลิตอัจฉริยะที่มีประสิทธิภาพและยืดหยุ่นมากขึ้น ซึ่งถือเป็นขั้นสูงสุดของการพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตอัตโนมัติในปัจจุบัน ใน CIMS ไม่เพียงแต่การบูรณาการอุปกรณ์การผลิตเท่านั้น แต่ที่สำคัญกว่านั้นคือการบูรณาการเทคโนโลยีและฟังก์ชันการทำงาน ซึ่งมีลักษณะเด่นคือข้อมูล คอมพิวเตอร์เป็นเครื่องมือในการบูรณาการ เทคโนโลยีหน่วยอัตโนมัติที่ใช้คอมพิวเตอร์ช่วยเป็นพื้นฐานของการบูรณาการ และการแลกเปลี่ยนและแบ่งปันข้อมูลเป็นสะพานเชื่อมระหว่างการบูรณาการ ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายสามารถถือได้ว่าเป็นการแสดงออกทางวัตถุของข้อมูลและข้อมูล
ระบบควบคุมเชิงตัวเลขและส่วนประกอบ
ส่วนประกอบพื้นฐานของระบบควบคุมเชิงตัวเลข
ระบบควบคุมเชิงตัวเลขของเครื่องมือกลซีเอ็นซีถือเป็นหัวใจสำคัญของอุปกรณ์ควบคุมเชิงตัวเลขทั้งหมด วัตถุประสงค์หลักของระบบควบคุมเชิงตัวเลขคือการเคลื่อนที่ของแกนพิกัด (รวมถึงความเร็ว ทิศทาง ตำแหน่ง ฯลฯ) และข้อมูลควบคุมส่วนใหญ่มาจากโปรแกรมประมวลผลการควบคุมเชิงตัวเลขหรือโปรแกรมควบคุมการเคลื่อนที่ ดังนั้น ส่วนประกอบพื้นฐานที่สุดของระบบควบคุมเชิงตัวเลขควรประกอบด้วย อุปกรณ์รับเข้า/ส่งออกโปรแกรม อุปกรณ์ควบคุมเชิงตัวเลข และเซอร์โวไดรฟ์
บทบาทของอุปกรณ์อินพุต/เอาต์พุตคือการรับและส่งข้อมูล เช่น โปรแกรมประมวลผลควบคุมเชิงตัวเลขหรือโปรแกรมควบคุมการเคลื่อนที่ ข้อมูลการประมวลผลและควบคุม พารามิเตอร์ของเครื่องมือกล ตำแหน่งแกนพิกัด และสถานะของสวิตช์ตรวจจับ แป้นพิมพ์และจอแสดงผลเป็นอุปกรณ์อินพุต/เอาต์พุตพื้นฐานที่สุดที่จำเป็นสำหรับอุปกรณ์ควบคุมเชิงตัวเลขทุกชนิด นอกจากนี้ อุปกรณ์ต่างๆ เช่น เครื่องอ่านโฟโตอิเล็กทริก เทปไดรฟ์ หรือฟล็อปปี้ดิสก์ไดรฟ์ ก็สามารถติดตั้งได้เช่นกัน ขึ้นอยู่กับระบบควบคุมเชิงตัวเลข ปัจจุบันคอมพิวเตอร์เป็นอุปกรณ์ต่อพ่วงชนิดหนึ่งที่ปัจจุบันนิยมใช้กันทั่วไป
อุปกรณ์ควบคุมเชิงตัวเลขเป็นส่วนประกอบหลักของระบบควบคุมเชิงตัวเลข ประกอบด้วยวงจรอินเทอร์เฟสอินพุต/เอาต์พุต ตัวควบคุม หน่วยคำนวณ และหน่วยความจำ บทบาทของอุปกรณ์ควบคุมเชิงตัวเลขคือการรวบรวม คำนวณ และประมวลผลข้อมูลที่ป้อนเข้าโดยอุปกรณ์รับข้อมูลผ่านวงจรลอจิกภายในหรือซอฟต์แวร์ควบคุม และส่งข้อมูลและคำสั่งต่างๆ เพื่อควบคุมชิ้นส่วนต่างๆ ของเครื่องมือกลให้ทำงานตามที่กำหนด
ในบรรดาข้อมูลและคำสั่งควบคุมเหล่านี้ ข้อมูลและคำสั่งพื้นฐานที่สุด ได้แก่ ความเร็วการป้อน ทิศทางการป้อน และคำสั่งการเคลื่อนที่ของการป้อนของแกนพิกัด ข้อมูลเหล่านี้ถูกสร้างขึ้นหลังจากการคำนวณแบบอินเทอร์โพเลชัน ส่งไปยังเซอร์โวไดรฟ์ ขยายโดยไดรเวอร์ และสุดท้ายจะควบคุมการเคลื่อนที่ของแกนพิกัด ซึ่งจะกำหนดวิถีการเคลื่อนที่ของแกนเครื่องมือหรือแกนพิกัดโดยตรง
นอกจากนี้ ขึ้นอยู่กับระบบและอุปกรณ์ เช่น เครื่องมือกลซีเอ็นซี อาจมีคำสั่งต่างๆ เช่น ความเร็วรอบ ทิศทาง การเริ่ม/หยุดการทำงานของแกนหมุน คำสั่งเลือกและเปลี่ยนเครื่องมือ คำสั่งเริ่ม/หยุดการทำงานของอุปกรณ์ระบายความร้อนและหล่อลื่น คำสั่งคลายและยึดชิ้นงาน คำสั่งจัดทำดัชนีโต๊ะทำงาน และคำสั่งเสริมอื่นๆ ในระบบควบคุมเชิงตัวเลข คำสั่งเหล่านี้จะถูกส่งต่อไปยังอุปกรณ์ควบคุมเสริมภายนอกในรูปแบบของสัญญาณผ่านอินเทอร์เฟซ อุปกรณ์ควบคุมเสริมจะทำการคอมไพล์และการทำงานเชิงตรรกะที่จำเป็นกับสัญญาณข้างต้น ขยายสัญญาณ และขับเคลื่อนแอคชูเอเตอร์ที่เกี่ยวข้องเพื่อขับเคลื่อนส่วนประกอบทางกล อุปกรณ์ไฮดรอลิก และนิวเมติกส์ของเครื่องมือกลให้ทำงานตามคำสั่งที่กำหนด
เซอร์โวไดรฟ์โดยทั่วไปประกอบด้วยเซอร์โวแอมพลิฟายเออร์ (หรือที่เรียกว่าไดรเวอร์, ชุดเซอร์โว) และแอคชูเอเตอร์ ปัจจุบันในเครื่องมือกลซีเอ็นซี มักใช้มอเตอร์เซอร์โวกระแสสลับเป็นตัวกระตุ้น ขณะที่เครื่องมือกลความเร็วสูงขั้นสูงเริ่มมีการใช้มอเตอร์เชิงเส้น นอกจากนี้ เครื่องมือกลซีเอ็นซีที่ผลิตก่อนทศวรรษ 1980 ก็มีบางกรณีที่ใช้มอเตอร์เซอร์โวกระแสตรง สำหรับเครื่องมือกลซีเอ็นซีแบบง่าย ก็มีมอเตอร์สเต็ปเปอร์เป็นตัวกระตุ้นเช่นกัน รูปแบบของเซอร์โวแอมพลิฟายเออร์ขึ้นอยู่กับตัวกระตุ้น และต้องใช้ร่วมกับมอเตอร์ขับเคลื่อน
ข้างต้นเป็นส่วนประกอบพื้นฐานที่สุดของระบบควบคุมเชิงตัวเลข ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีการควบคุมเชิงตัวเลขและการพัฒนาระดับประสิทธิภาพของเครื่องมือกล ความต้องการใช้งานของระบบจึงเพิ่มขึ้นเช่นกัน เพื่อตอบสนองความต้องการการควบคุมของเครื่องมือกลต่างๆ เพื่อให้แน่ใจว่าระบบควบคุมเชิงตัวเลขมีความสมบูรณ์และสม่ำเสมอ และอำนวยความสะดวกในการใช้งาน ระบบควบคุมเชิงตัวเลขขั้นสูงที่ใช้กันทั่วไปมักจะมีตัวควบคุมแบบตั้งโปรแกรมได้ภายในเป็นอุปกรณ์ควบคุมเสริมของเครื่องมือกล นอกจากนี้ ในเครื่องมือตัดโลหะ อุปกรณ์ขับเคลื่อนแกนหมุนยังสามารถเป็นส่วนประกอบของระบบควบคุมเชิงตัวเลขได้ ส่วนในเครื่องมือกลซีเอ็นซีแบบวงปิด อุปกรณ์วัดและตรวจจับก็เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับระบบควบคุมเชิงตัวเลขเช่นกัน สำหรับระบบควบคุมเชิงตัวเลขขั้นสูง บางครั้งมีการใช้คอมพิวเตอร์เป็นอินเทอร์เฟซระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักรของระบบ และสำหรับการจัดการข้อมูลและอุปกรณ์อินพุต/เอาต์พุต ทำให้ฟังก์ชันของระบบควบคุมเชิงตัวเลขมีประสิทธิภาพและประสิทธิภาพที่สมบูรณ์แบบยิ่งขึ้น
สรุปได้ว่า องค์ประกอบของระบบควบคุมเชิงตัวเลขขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพของระบบควบคุมและข้อกำหนดการควบคุมเฉพาะของอุปกรณ์ มีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในการกำหนดค่าและส่วนประกอบของระบบ นอกจากส่วนประกอบพื้นฐานสามส่วนของอุปกรณ์อินพุต/เอาต์พุตของโปรแกรมประมวลผล อุปกรณ์ควบคุมเชิงตัวเลข และเซอร์โวไดรฟ์แล้ว อาจมีอุปกรณ์ควบคุมอื่นๆ อีก ส่วนกรอบประประในรูปที่ 1-1 แสดงถึงระบบควบคุมเชิงตัวเลขของคอมพิวเตอร์
แนวคิดของ NC, CNC, SV และ PLC
NC (CNC), SV และ PLC (PC, PMC) เป็นคำย่อภาษาอังกฤษที่ใช้กันทั่วไปในอุปกรณ์ควบคุมเชิงตัวเลข และมีความหมายต่างกันในโอกาสต่างๆ ในการใช้งานจริง
NC (CNC): NC และ CNC เป็นคำย่อภาษาอังกฤษที่ใช้กันทั่วไปของ Numerical Control และ Computerized Numerical Control ตามลำดับ เนื่องจากระบบควบคุมเชิงตัวเลขสมัยใหม่ทั้งหมดใช้การควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ จึงถือได้ว่าความหมายของ NC และ CNC เหมือนกันทุกประการ ในงานวิศวกรรม NC (CNC) มักมีความหมายแตกต่างกันสามความหมาย ขึ้นอยู่กับโอกาสการใช้งาน กล่าวคือ ในความหมายกว้าง หมายถึง เทคโนโลยีการควบคุมเชิงตัวเลข ในความหมายแคบ หมายถึง ส่วนประกอบของระบบควบคุม หมายถึง ระบบควบคุมเชิงตัวเลข และยังสามารถหมายถึงอุปกรณ์ควบคุมเฉพาะเจาะจง คือ อุปกรณ์ควบคุมเชิงตัวเลขได้อีกด้วย
SV: SV เป็นตัวย่อภาษาอังกฤษที่ใช้กันทั่วไปของเซอร์โวไดรฟ์ (Servo Drive หรือเรียกย่อๆ ว่า servo) ตามมาตรฐาน JIS ของญี่ปุ่น ระบุว่าเป็น "กลไกควบคุมที่ควบคุมตำแหน่ง ทิศทาง และสถานะของวัตถุเป็นปริมาณควบคุม และติดตามการเปลี่ยนแปลงค่าเป้าหมายโดยพลการ" กล่าวโดยสรุปคือ เป็นอุปกรณ์ควบคุมที่สามารถติดตามปริมาณทางกายภาพ เช่น ตำแหน่งเป้าหมายได้โดยอัตโนมัติ
ในเครื่องมือกล CNC บทบาทของเซอร์โวไดรฟ์นั้นสะท้อนให้เห็นในสองด้านหลักๆ ประการแรก คือ ช่วยให้แกนพิกัดทำงานด้วยความเร็วที่กำหนดโดยอุปกรณ์ควบคุมเชิงตัวเลข ประการที่สอง คือ ช่วยให้สามารถวางตำแหน่งแกนพิกัดตามตำแหน่งที่กำหนดโดยอุปกรณ์ควบคุมเชิงตัวเลขได้
วัตถุควบคุมของไดรฟ์เซอร์โวโดยทั่วไปคือการเคลื่อนที่และความเร็วของแกนพิกัดของเครื่องมือกล ตัวกระตุ้นคือมอเตอร์เซอร์โว ส่วนส่วนที่ควบคุมและขยายสัญญาณคำสั่งอินพุตมักเรียกว่าเครื่องขยายสัญญาณเซอร์โว (เรียกอีกอย่างว่าไดรเวอร์ เครื่องขยายสัญญาณ หน่วยเซอร์โว ฯลฯ) ซึ่งเป็นแกนหลักของไดรฟ์เซอร์โว
เซอร์โวไดรฟ์ไม่เพียงแต่สามารถใช้งานร่วมกับอุปกรณ์ควบคุมเชิงตัวเลขได้เท่านั้น แต่ยังสามารถใช้เป็นระบบควบคุมตำแหน่ง (ความเร็ว) ได้ด้วย ดังนั้นจึงมักเรียกว่าระบบเซอร์โว ในระบบควบคุมเชิงตัวเลขยุคแรกๆ ชิ้นส่วนควบคุมตำแหน่งมักจะถูกรวมเข้ากับระบบ CNC และเซอร์โวไดรฟ์ทำหน้าที่ควบคุมความเร็วเท่านั้น ดังนั้น เซอร์โวไดรฟ์จึงมักถูกเรียกว่าหน่วยควบคุมความเร็ว
PLC: PC ย่อมาจาก Programmable Controller ในภาษาอังกฤษ ด้วยความนิยมที่เพิ่มขึ้นของคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล เพื่อหลีกเลี่ยงความสับสนกับคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล (หรือที่เรียกว่า PC) ปัจจุบัน Programmable Controller จึงถูกเรียกว่า Programmable Logic Controller (Programmalbe Logic Controller – PLC) หรือ Programmable Machine Controller (Programmable Machine Controller – PMC) ดังนั้น ในเครื่องมือกล CNC PC, PLC และ PMC จึงมีความหมายเหมือนกันทุกประการ
PLC มีข้อดีคือการตอบสนองที่รวดเร็ว ประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้ ใช้งานง่าย การเขียนโปรแกรมและการดีบักที่ง่ายดาย และสามารถขับเคลื่อนอุปกรณ์ไฟฟ้าของเครื่องมือกลบางชนิดได้โดยตรง ดังนั้นจึงถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในฐานะอุปกรณ์ควบคุมเสริมสำหรับอุปกรณ์ควบคุมเชิงตัวเลข ปัจจุบันระบบควบคุมเชิงตัวเลขส่วนใหญ่มี PLC ภายในสำหรับประมวลผลคำสั่งเสริมของเครื่องมือกล CNC จึงช่วยลดความซับซ้อนของอุปกรณ์ควบคุมเสริมของเครื่องมือกลได้อย่างมาก นอกจากนี้ ในหลายกรณี PLC ยังสามารถใช้โมดูลฟังก์ชันพิเศษ เช่น โมดูลควบคุมแกนและโมดูลกำหนดตำแหน่งของ PLC เพื่อควบคุมตำแหน่งจุด ควบคุมเชิงเส้น และควบคุมรูปทรงอย่างง่าย เพื่อสร้างเครื่องมือกล CNC เฉพาะทางหรือสายการผลิต CNC ได้โดยตรง
หลักการจัดองค์ประกอบและการประมวลผลของเครื่องมือกล CNC
องค์ประกอบพื้นฐานของเครื่องมือเครื่อง CNC
เครื่องมือกลซีเอ็นซีเป็นอุปกรณ์ควบคุมเชิงตัวเลขที่พบเห็นได้ทั่วไปที่สุด เพื่อทำความเข้าใจองค์ประกอบพื้นฐานของเครื่องมือกลซีเอ็นซี จำเป็นต้องวิเคราะห์กระบวนการทำงานของเครื่องมือกลซีเอ็นซีในการประมวลผลชิ้นส่วนเสียก่อน สำหรับเครื่องมือกลซีเอ็นซีในการประมวลผลชิ้นส่วน สามารถดำเนินการตามขั้นตอนต่อไปนี้:
เขียนเส้นทางการเคลื่อนที่ของเครื่องมือ กระบวนการประมวลผล พารามิเตอร์กระบวนการ พารามิเตอร์การตัด ฯลฯ ลงในแบบฟอร์มคำสั่งที่ระบบควบคุมเชิงตัวเลขสามารถรับรู้ได้ ตามรูปวาดและแผนกระบวนการของชิ้นส่วนที่ต้องการประมวลผล โดยใช้รหัสและรูปแบบโปรแกรมที่กำหนด นั่นก็คือ เขียนโปรแกรมประมวลผล
ป้อนโปรแกรมประมวลผลที่เขียนไว้เข้าไปในอุปกรณ์ควบคุมเชิงตัวเลข
อุปกรณ์ควบคุมเชิงตัวเลขถอดรหัสและประมวลผลโปรแกรมอินพุต (รหัส) และส่งสัญญาณควบคุมที่สอดคล้องกันไปยังอุปกรณ์ไดรฟ์เซอร์โวและอุปกรณ์ควบคุมฟังก์ชันเสริมของแกนพิกัดแต่ละแกนเพื่อควบคุมการเคลื่อนที่ของส่วนประกอบแต่ละส่วนของเครื่องมือกล
ในระหว่างการเคลื่อนที่ ระบบควบคุมเชิงตัวเลขจะต้องตรวจจับตำแหน่งแกนพิกัดของเครื่องมือกล สถานะของสวิตช์การเคลื่อนที่ ฯลฯ ได้ตลอดเวลา และเปรียบเทียบกับข้อกำหนดของโปรแกรมเพื่อกำหนดการดำเนินการต่อไปจนกว่าจะประมวลผลชิ้นส่วนที่มีคุณสมบัติครบถ้วน
ผู้ปฏิบัติงานสามารถสังเกตและตรวจสอบสภาพการประมวลผลและสถานะการทำงานของเครื่องมือกลได้ตลอดเวลา หากจำเป็น จำเป็นต้องปรับเปลี่ยนการทำงานของเครื่องมือกลและโปรแกรมการประมวลผล เพื่อให้มั่นใจถึงการทำงานที่ปลอดภัยและเชื่อถือได้ของเครื่องมือกล
จะเห็นได้ว่าองค์ประกอบพื้นฐานของเครื่องมือกล CNC ควรประกอบด้วย: อุปกรณ์อินพุต/เอาต์พุต อุปกรณ์ควบคุมเชิงตัวเลข ไดรฟ์เซอร์โวและอุปกรณ์ป้อนกลับ อุปกรณ์ควบคุมเสริม และตัวเครื่องเครื่องมือกล
องค์ประกอบของเครื่องมือกล CNC
ระบบควบคุมเชิงตัวเลขใช้เพื่อควบคุมการประมวลผลของโฮสต์เครื่องมือกล ปัจจุบันระบบควบคุมเชิงตัวเลขส่วนใหญ่ใช้ระบบควบคุมเชิงตัวเลขด้วยคอมพิวเตอร์ (เช่น CNC) อุปกรณ์อินพุต/เอาต์พุต อุปกรณ์ควบคุมเชิงตัวเลข เซอร์โวไดรฟ์ และอุปกรณ์ป้อนกลับในภาพนี้ ประกอบกันเป็นระบบควบคุมเชิงตัวเลขของเครื่องมือกล และบทบาทของระบบได้อธิบายไว้ข้างต้นแล้ว ต่อไปนี้จะแนะนำส่วนประกอบอื่นๆ โดยสังเขป
อุปกรณ์ป้อนกลับการวัด: เป็นส่วนเชื่อมต่อการตรวจจับของเครื่องมือกลซีเอ็นซีแบบวงปิด (กึ่งวงปิด) มีหน้าที่ตรวจจับความเร็วและการเคลื่อนที่ของการเคลื่อนที่จริงของแอคชูเอเตอร์ (เช่น ที่จับเครื่องมือ) หรือโต๊ะทำงาน ผ่านอุปกรณ์วัดสมัยใหม่ เช่น เอ็นโค้ดเดอร์พัลส์ รีโซลเวอร์ ซิงโครไนเซอร์เหนี่ยวนำ เกรตติง เครื่องชั่งแม่เหล็ก และเครื่องมือวัดเลเซอร์ แล้วป้อนกลับไปยังอุปกรณ์ขับเคลื่อนเซอร์โวหรืออุปกรณ์ควบคุมเชิงตัวเลข และชดเชยความเร็วฟีดหรือความคลาดเคลื่อนของการเคลื่อนที่ของแอคชูเอเตอร์ เพื่อปรับปรุงความแม่นยำของกลไกการเคลื่อนที่ ตำแหน่งการติดตั้งของอุปกรณ์ตรวจจับและตำแหน่งที่สัญญาณตรวจจับถูกป้อนกลับขึ้นอยู่กับโครงสร้างของระบบควบคุมเชิงตัวเลข เอ็นโค้ดเดอร์พัลส์ในตัวเซอร์โว เครื่องวัดความเร็วรอบ และเกรตติงเชิงเส้นเป็นส่วนประกอบในการตรวจจับที่ใช้กันทั่วไป
เนื่องจากเซอร์โวขั้นสูงทั้งหมดใช้เทคโนโลยีไดรฟ์เซอร์โวดิจิทัล (หรือที่เรียกว่าเซอร์โวดิจิทัล) จึงมักใช้บัสในการเชื่อมต่อระหว่างไดรฟ์เซอร์โวและอุปกรณ์ควบคุมเชิงตัวเลข ในกรณีส่วนใหญ่ สัญญาณป้อนกลับจะเชื่อมต่อกับไดรฟ์เซอร์โวและส่งไปยังอุปกรณ์ควบคุมเชิงตัวเลขผ่านบัส ในบางกรณี หรือเมื่อใช้ไดรฟ์เซอร์โวแบบอนาล็อก (หรือที่เรียกกันทั่วไปว่าเซอร์โวแบบอนาล็อก) อุปกรณ์ป้อนกลับจำเป็นต้องเชื่อมต่อโดยตรงกับอุปกรณ์ควบคุมเชิงตัวเลข
กลไกควบคุมเสริมและกลไกส่งผ่านฟีด: อยู่ระหว่างอุปกรณ์ควบคุมเชิงตัวเลขและส่วนประกอบทางกลและไฮดรอลิกของเครื่องมือกล บทบาทหลักคือรับคำสั่งเริ่มต้น/หยุดการทำงานของแกนหมุน ทิศทาง และคำสั่งเริ่ม/หยุดการทำงานของอุปกรณ์ควบคุมเชิงตัวเลข คำสั่งเลือกและเปลี่ยนเครื่องมือ คำสั่งเริ่ม/หยุดการทำงานของอุปกรณ์ระบายความร้อนและหล่อลื่น สัญญาณคำสั่งเสริม เช่น การคลายและยึดชิ้นงานและส่วนประกอบของเครื่องมือกล การกำหนดตำแหน่งโต๊ะทำงาน และสัญญาณสถานะของสวิตช์ตรวจจับบนเครื่องมือกล หลังจากการรวบรวม การวิเคราะห์เชิงตรรกะ และการขยายกำลังที่จำเป็นแล้ว แอคชูเอเตอร์ที่เกี่ยวข้องจะถูกขับเคลื่อนโดยตรงเพื่อขับเคลื่อนส่วนประกอบทางกล ไฮดรอลิก และนิวเมติกส์ของเครื่องมือกลให้ทำงานตามคำสั่งที่กำหนด โดยทั่วไปประกอบด้วย PLC และวงจรควบคุมกระแสไฟฟ้าแรงสูง PLC สามารถรวมเข้ากับโครงสร้าง CNC (PLC ในตัว) หรือแบบอิสระ (PLC ภายนอก)
ตัวเครื่องของเครื่องมือกล หรือที่เรียกว่าโครงสร้างทางกลของเครื่องมือกลซีเอ็นซี ประกอบด้วยระบบขับเคลื่อนหลัก ระบบป้อนวัสดุ แท่นตัด โต๊ะทำงาน อุปกรณ์ช่วยเคลื่อนที่ ระบบไฮดรอลิกและนิวแมติก ระบบหล่อลื่น อุปกรณ์ระบายความร้อน ระบบกำจัดเศษโลหะ ระบบป้องกัน และส่วนประกอบอื่นๆ อย่างไรก็ตาม เพื่อตอบสนองความต้องการด้านการควบคุมเชิงตัวเลขและเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของเครื่องมือกล ได้มีการปรับเปลี่ยนโครงสร้างโดยรวม การออกแบบรูปลักษณ์ โครงสร้างระบบส่งกำลัง ระบบเครื่องมือ และประสิทธิภาพการทำงานอย่างมีนัยสำคัญ ส่วนประกอบทางกลของเครื่องมือกลประกอบด้วยแท่นตัด กล่อง เสา รางนำ โต๊ะทำงาน แกนหมุน กลไกป้อนวัสดุ กลไกการเปลี่ยนเครื่องมือ ฯลฯ
หลักการของการตัดเฉือนด้วยเครื่อง CNC
ในเครื่องมือตัดโลหะแบบดั้งเดิม เมื่อต้องประมวลผลชิ้นส่วน ผู้ปฏิบัติงานจะต้องเปลี่ยนพารามิเตอร์ต่างๆ อย่างต่อเนื่อง เช่น วิถีการเคลื่อนที่และความเร็วในการเคลื่อนที่ของเครื่องมือตามข้อกำหนดของภาพวาด เพื่อให้เครื่องมือดำเนินการตัดบนชิ้นงานและประมวลผลชิ้นส่วนที่ผ่านการรับรองในที่สุด
การประมวลผลเครื่องมือกล CNC จะใช้หลักการ “ดิฟเฟอเรนเชียล” เป็นหลัก หลักการทำงานและกระบวนการสามารถอธิบายโดยย่อได้ดังนี้
ตามวิถีเครื่องมือที่โปรแกรมประมวลผลต้องการ อุปกรณ์ควบคุมเชิงตัวเลขจะแยกความแตกต่างวิถีตามแกนพิกัดที่สอดคล้องกันของเครื่องมือกลด้วยปริมาณการเคลื่อนที่ขั้นต่ำ (เทียบเท่าพัลส์) (△X, △Y ในรูปที่ 1-2) และคำนวณจำนวนพัลส์ที่แกนพิกัดแต่ละแกนจำเป็นต้องเคลื่อนที่
ด้วยซอฟต์แวร์ "การสอดแทรก" หรือเครื่องคิดเลข "การสอดแทรก" ของอุปกรณ์ควบคุมเชิงตัวเลข วิถีการเคลื่อนที่ที่ต้องการจะถูกติดตั้งด้วยโพลีไลน์เทียบเท่าในหน่วยของ "หน่วยการเคลื่อนที่ขั้นต่ำ" และจะพบโพลีไลน์ที่ติดตั้งไว้ซึ่งใกล้กับวิถีการเคลื่อนที่เชิงทฤษฎีมากที่สุด
ตามวิถีของโพลีไลน์ที่ติดตั้ง อุปกรณ์ควบคุมเชิงตัวเลขจะจัดสรรพัลส์ฟีดอย่างต่อเนื่องไปยังแกนพิกัดที่สอดคล้องกัน และเปิดใช้งานแกนพิกัดของเครื่องมือกลให้เคลื่อนที่ตามพัลส์ที่จัดสรรผ่านไดรฟ์เซอร์โว
จะเห็นได้ว่า: ประการแรก ตราบใดที่ปริมาณการเคลื่อนที่ขั้นต่ำ (เทียบเท่าพัลส์) ของเครื่องมือกลซีเอ็นซีมีขนาดเล็กเพียงพอ ก็สามารถแทนที่เส้นโค้งเชิงทฤษฎีด้วยเส้นโพลีไลน์ที่พอดีได้ ประการที่สอง ตราบใดที่วิธีการจัดสรรพัลส์ของแกนพิกัดมีการเปลี่ยนแปลง รูปร่างของเส้นโพลีไลน์ที่พอดีก็สามารถเปลี่ยนแปลงได้ ซึ่งจะช่วยให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการเปลี่ยนวิถีการประมวลผล ประการที่สาม ตราบใดที่ความถี่ของ...