CNC 모션 컨트롤 시스템 단순화

나는 최근에 가족 중 누군가에게 CNC 공작 기계에 사용되는 모션 제어 시스템에 대해 설명하라는 요청을 받았습니다. 이 사람이 제조에 대한 배경 지식이 전혀 없다는 사실과 이렇게 복잡하고 기술적인 일에 대한 경험이 전혀 없다는 사실을 깨닫고 저는 제 설명을 일반적이고 단순한 것으로 연결하여 그들이 비유를 쉽게 시각화할 수 있도록 해야 했습니다… 자동차.

이 주제는 본질적으로 매우 복잡하고 기술적인 것이지만, 이 비유가 주제를 단순화하는 데 매우 효과적이면서도 여전히 관심 있는 사람들에게 무슨 일이 일어나고 있는지에 대한 적절한 기본 이해를 제공한다고 생각합니다. 분명히, 그러한 고급 기술 과목은 철저한 이해를 얻기 위해 대학에서 한 학기 동안 더 나은 부분을 차지할 수 있지만, 우리 단순한 사람들에게는 운전 비유가 적절할 것이라고 생각합니다. 그러나 시작하기 전에 몇 가지 기초 작업을 수행해야 합니다. 두뇌 내에서 시작된 명령이 CNC 제어를 통해 이동하고 마침내 기계의 선형 축 중 하나의 움직임으로 나타나는 방법에 대한 기본 사항을 이해해야 합니다.

파트 프로그램(대화 또는 G 코드)을 명령 목록에 불과하다고 생각합시다. 이러한 명령은 CNC 제어에 의해 구성되고 기계의 각 개별 축에 대해 다른 범주로 정렬된 다음 해당 축으로 전달됩니다. 일단 명령이 특정 축에 대한 서보 드라이브에 의해 수신되면 해당 명령은 명령에 의해 명령된 대로 축을 이동하는 데 필요한 간단한 전압 요구 사항으로 나뉩니다. 그런 다음 해당 전압이 모터에 적용됩니다… 회전하여 축을 움직이게 합니다. 축이 이동함에 따라 현재 위치는 모터 끝에 장착된 인코더 또는 축 길이를 따라 장착된 유리 스케일에 의해 지속적으로 모니터링됩니다. 이 모니터링 장치는 서보 드라이브에 피드백을 제공하므로 필요한 경우 전압 명령을 변경할 수 있습니다. 전압이 높을수록 모터가 더 빨리 회전하고 축이 뒤처지면 따라잡습니다. 전압이 낮으면 모터가 더 느리게 회전하므로 명령된 동작보다 너무 앞서 실행하기 시작하면 축이 느려집니다.

이제 그 문제를 해결하고 운전 비유를 적용해 보겠습니다. 무엇보다도 먼저 따라야 할 몇 가지 명령이 필요합니다. 최종 목적지까지 이동할 경로가 커터 도구 경로이고 그 길을 따라 있는 속도 제한 표지판이 명령된 이송 속도로 작동한다고 가정해 보겠습니다. 당신의 두뇌는 CNC 제어장치이고 근육은 서보 드라이브 역할을 하고 사지는 축을 제어하는 ​​서보 모터가 될 수 있습니다. 우리는 피드백을 위해 눈과 속도계를 사용할 것입니다. 이제 인생에서 완벽하거나 정확할 수 있는 것은 없기 때문에 명령받은 위치에 대해 어느 정도 허용 가능한 허용 오차를 허용해야 합니다. 따라서 도로의 전체 너비가 위치 허용 오차라고 가정해 보겠습니다. 잘 가세요!

이 첫 번째 비유에서, 아무도 없는 한가운데에 버려진 고속도로에 주차된 자신을 상상해 보십시오. 도로는 전방에 화살표처럼 직선으로 펼쳐져 있습니다. 도로 한가운데에 있는 이중 노란색 선을 따라 1마일을 이동하라는 명령을 받았으며 이 도로의 제한 속도는 100mph입니다. 시작하려면 뇌가 발의 근육에 가속 페달에 압력을 가하라고 지시하고 차가 움직이기 시작합니다. 노란색 선을 따르기 위해 두뇌는 눈의 시각적 피드백을 사용하여 팔의 근육을 제어하고 차량이 직선으로 움직이도록 합니다. 속도계에서 받은 피드백에 따라 두뇌도 다음을 수행해야 합니다. 100mph의 명령된 속도를 유지하기 위해 가속기에 가해지는 압력을 높이거나 낮추기 위해 발목의 근육을 제어하십시오. 위치 허용 오차는 실제로 여기서 문제가 되지 않습니다. 알겠습니다. 이것이 매우 단순화되었다는 것을 알고 있습니다. 하지만 이제 제 운전 비유를 적용할 수 있는 방법을 보았으므로 한 두 단계 더 나아갈 수 있습니다.

위와 동일한 명령을 사용하여(1마일에 대해 이중 노란색 선을 따라 100mph의 속도로 도로의 전체 너비를 허용 오차로 사용) 비유 2로 이동해 보겠습니다. 우리는 중앙에 앉아 있습니다. 우리가 다음 마일을 위해 만날 직선 도로의 마지막 조각. 우리 앞에 펼쳐진 도로는 바람이 많이 불고 언덕이 많으며 이번에는 우리가 명령한 제한 내에서 운영하는 것이 조금 더 어려울 것입니다. 우리는 명령을 받은 100mph의 속도로 가속하지만 첫 번째 장애물이 빠르게 나타납니다...오른쪽으로 완전히 90도 회전합니다. 이 회전을 성공적으로 탐색하고 현재 속도를 유지할 수 없다는 것을 깨닫고 속도를 줄여야 합니다. 우리는 가능한 한 명령 속도에 가까운 속도를 유지할 수 있지만 도로를 벗어나지 않도록 회전을 통해 부드러운 궤도를 찾아야 합니다. 시각 장치에서 받은 피드백에 반응하여 뇌는 필요한 움직임을 제어하는 ​​명령을 보내고 성공적으로 회전을 탐색하기 위해 속도와 궤적 경로를 조정합니다.

그런 다음 거의 즉시, 우리는 훨씬 더 어려운 장애물에 직면하고 있음을 알게 됩니다. "S" 커브는 전반부에 오르막을 오르고 후반부에 내리막을 달리게 됩니다. 이 상황은 위의 간단한 90도 회전과 매우 유사하게 처리되지만 가장 부드럽고 빠른 경로를 위해 속도와 궤적을 제어하면서 도로에서 안전하게 유지하면서 이제 고도 변화에도 반응해야 합니다... 회전의 첫 번째 섹션을 올라갈 때 가속기에 대한 압력을 높이고 압력을 낮추고 필요한 경우 브레이크를 마지막 섹션에서 적용하여 중력이 시작될 때 명령 속도인 100mph를 초과하지 않도록 합니다. 이 행동과 반응은 우리가 만나는 모든 장애물에 대해 프로그램이 끝날 때까지 또는 최종 목적지에 도달할 때까지 계속됩니다!

모션 제어에 대해 이야기할 때 제어 장치가 미리 처리할 수 있는 블록 수로 측정되는 "블록 미리보기"도 논의해야 합니다. 그러면 제어 장치가 다가오는 장애물에 대해 더 잘 준비할 수 있습니다. 우리의 운전 비유에서 블록 예측은 트랙의 지도를 제공하는 대시보드에 장착된 LCD 디스플레이로 설명될 수 있으므로 현재 장애물의 궤적을 변경할 수 있으므로 우리는 미래의 장애물을 원활하게 실행할 수 있는 더 나은 위치에 있습니다. 분명히 커터 공구 경로가 복잡할수록 결승선까지 가장 매끄럽고 빠른 경로를 유지하는 데 필요할 수 있는 미리보기를 더 많이 사용할 수 있습니다. 모든 공작 기계 제작업체에는 유사하게 블록 미리보기를 처리하는 수단이 있지만 일부는 다른 사람보다 더 효과적입니다.

Hurco의 WinMax 제어에는 UltiMotion이라는 것이 있습니다. 이는 가변 블록 미리보기를 제공하는 특허받은 소프트웨어 기반 모션 제어 시스템입니다. 이를 통해 제어 장치는 필요할 때 미래의 최대 10,000개 블록을 볼 수 있으며 사이클 시간을 최대 30%까지 줄일 수 있습니다. 특히 더 많은 예측이 필요한 더 복잡한 공구 경로에서 그렇습니다. 분명히 위의 처음 두 가지 비유에서와 같이 더 단순한 절단기 경로에서 제어는 마지막 시나리오보다 훨씬 적은 예측을 필요로 합니다. 따라서 제어의 RAM 메모리가 더 많이 확보되고 다른 작업에 더 잘 활용할 수 있습니다. 것들. 컨트롤의 현재 요구 사항에 "적응"하는 이 고유한 기능이 없는 컨트롤은 사용 가능한 컨트롤 RAM 메모리를 재사용할 수 없으며 이러한 종류의 가변성에서 이점을 얻을 수 없습니다.