핵심 CNC 개념 1번 - 컴퓨터 수치 제어의 기초

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이 문서는 컴퓨터 수치 제어의 핵심 개념에 대한 10부작 시리즈의 첫 번째 기사입니다. 이 시리즈의 접근 방식에 대한 소개는 이 문서를 읽어보세요. .

컴퓨터 수치 제어의 이점은 무엇입니까?

모든 형태의 CNC 공작 기계가 제공하는 첫 번째 이점은 향상된 자동화입니다. 공작물 생산과 관련된 작업자 개입을 줄이거나 없앨 수 있습니다. 많은 CNC 기계는 전체 가공 주기 동안 무인으로 실행되어 작업자가 다른 작업을 수행할 수 있도록 합니다. 이를 통해 CNC 사용자는 작업자 피로 감소, 인적 오류로 인한 실수 감소, 각 공작물에 대한 일관되고 예측 가능한 가공 시간 등 여러 가지 이점을 얻을 수 있습니다. 기계가 프로그램 제어하에 작동하기 때문에 CNC 작업자에게 필요한 기술 수준(기본 가공 실습 관련)도 기존 공작 기계로 공작물을 생산하는 기계공에 비해 감소합니다.

CNC 기술의 두 번째 주요 이점은 일관되고 정확한 공작물입니다. 오늘날의 CNC 기계는 거의 믿을 수 없는 정확도와 반복성 사양을 자랑합니다. 즉, 프로그램이 검증되면 2개, 10개 또는 1000개의 동일한 공작물을 정밀하고 일관성 있게 쉽게 생산할 수 있습니다.

대부분의 CNC 공작 기계가 제공하는 세 번째 이점은 유연성입니다. 이러한 기계는 프로그램에서 실행되기 때문에 다른 공작물을 실행하는 것은 다른 프로그램을 로드하는 것만큼 쉽습니다. 하나의 생산 실행에 대해 프로그램이 검증되고 실행되면 다음에 공작물이 실행될 때 쉽게 불러올 수 있습니다. 이는 또 다른 이점인 빠른 전환으로 이어집니다.

이러한 기계는 설정 및 실행이 매우 쉽고 프로그램을 쉽게 로드할 수 있으므로 설정 시간이 매우 짧습니다. 이는 오늘날의 적시 생산 요구 사항에 필수적입니다.

모션 컨트롤 - CNC의 핵심

모든 CNC 기계의 가장 기본적인 기능은 자동적이고 정확하며 일관된 모션 제어입니다. 모든 형태의 CNC 장비에는 축이라고 하는 두 개 이상의 운동 방향이 있습니다. 이러한 축은 이동 길이를 따라 정확하고 자동으로 위치를 지정할 수 있습니다. 가장 일반적인 두 가지 축 유형은 선형(직선 경로를 따라 구동)과 회전(원형 경로를 따라 구동)입니다.

기존 공작 기계에서 요구하는 것처럼 수동으로 크랭크와 핸드휠을 돌려 모션을 유발하는 대신 CNC 기계는 CNC 제어 하에 서보 모터에 의해 모션이 작동되고 파트 프로그램에 의해 안내됩니다. 일반적으로 모션 유형(급속, 선형 및 원형), 이동할 축, 모션 양 및 모션 속도(이송 속도)는 거의 모든 CNC 공작 기계에서 프로그래밍할 수 있습니다.

제어(일반적으로 프로그램을 통해) 내에서 실행되는 CNC 명령은 드라이브 모터에 정확한 횟수만큼 회전하도록 지시합니다. 드라이브 모터의 회전은 차례로 볼스크류를 회전시킵니다. 그리고 볼스크류는 선형 축을 구동합니다. 볼스크류 반대쪽 끝에 있는 피드백 장치를 통해 제어 장치는 명령된 회전 횟수가 발생했는지 확인할 수 있습니다.

다소 조잡한 비유지만 일반적인 테이블 바이스에서 동일한 기본 선형 운동을 찾을 수 있습니다. 바이스 크랭크를 회전시키면서 리드스크류를 회전시켜 바이스의 가동 턱을 구동합니다. 이에 비해 CNC 공작 기계의 선형 축은 매우 정확합니다. 축 구동 모터의 회전 수는 축을 따라 직선 운동의 양을 정밀하게 제어합니다.

그림 1:이 예에서 프로그램 0은 링 중앙에 배치됩니다. 프로그램 0의 왼쪽이나 아래에 있는 모든 좌표는 음수 위치로 지정됩니다.

그림 2:절대 모드에서 주어진 모든 명령에서 도구의 정확한 위치를 말하는 것은 매우 쉽습니다. 증분 모드에서는 주어진 동작 명령에 대한 도구의 현재 위치를 결정하는 것이 매우 어려울 수 있습니다.

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축 모션 명령 방식 - 좌표계 이해

CNC 사용자가 주어진 선형 운동량을 명령하기 위해 각 축 구동 모터에게 몇 번 회전해야 하는지를 알려줌으로써 축 운동을 유발하는 것은 실행 불가능합니다. (이것은 테이블 바이스의 핸들을 몇 번 돌리면 움직일 수 있는 턱이 정확히 1인치 이동하는지 알아내야 하는 것과 같습니다!) 대신 모든 CNC 제어를 통해 축 모션을 훨씬 간단하고 논리적인 방식으로 명령할 수 있습니다. 어떤 형태의 좌표계를 사용하여. CNC 기계와 함께 가장 많이 사용되는 두 가지 시스템은 직사각형 또는 "직교" 좌표계와 극좌표계입니다. 지금까지 가장 일반적인 것은 직교 좌표계입니다.

직교 좌표계의 매우 일반적인 응용 프로그램 중 하나는 그래프입니다.

이제 그래프에 대해 알고 있는 내용을 CNC 축 동작과 연결해 보겠습니다. 개념적 아이디어를 표현하기 위해 이론적 포인트를 플롯하는 대신 CNC 프로그래머는 축 동작에 대한 물리적 끝점을 플롯할 것입니다. 축은 증분으로 나뉩니다. 그러나 시간 및 생산성과 같은 개념적 아이디어의 증분으로 분할되는 대신 CNC 기계의 직교 좌표계의 각 선형 축이 측정 증분으로 분할됩니다. 인치 모드에서 가장 작은 증분은 0.0001인치일 수 있습니다. 미터법 모드에서 가장 작은 단위는 0.001밀리미터입니다. (참고로 로터리 축의 경우 증분은 0.001입니다.
학위.)

CNC 기계 좌표계 내의 각 축은 어딘가에서 시작해야 합니다. CNC의 경우 이 원점을 일반적으로 프로그램 0이라고 합니다. 포인트(작업 제로라고도 함) , 0부 , 또는 프로그램 출처 ). 일반적으로 프로그램 영점은 모든 치수가 시작되는 점으로 선택됩니다.

이 기술을 사용하면 프로그래머가 도구를 프로그램 영점에서 오른쪽으로 1인치 떨어진 위치로 보내려면 X1.0 명령된다. 프로그래머가 도구를 프로그램 영점 위의 1인치 위치로 이동하기를 원하는 경우 Y1.0 명령된다. 제어 장치는 축이 명령된 대상 지점에 도달하도록 각 축 구동 모터와 볼스크류를 회전하는 횟수를 자동으로 결정합니다. 이를 통해 프로그래머는 매우 논리적인 방식으로 축 동작을 명령할 수 있습니다.

지금까지 주어진 예에서 모든 점은 프로그램 영점의 위쪽과 오른쪽에 있었습니다. 프로그램 영점의 위쪽과 오른쪽에 있는 이 영역을 사분면(이 경우 사분면 번호 1)이라고 합니다. 프로그램 내에서 필요한 끝점이 다른 사분면에 속하는 것은 CNC 기계에서 드문 일이 아닙니다. 이 경우 좌표 중 하나 이상을 마이너스로 지정해야 합니다. 그림 1은 끝점이 4사분면 모두에 속하고 음수 좌표를 지정해야 하는 경우의 일반적인 적용을 보여줍니다.

절대 모션 대 증분 모션

지금까지의 모든 논의에서는 절대 프로그래밍 모드가 사용된다고 가정합니다. 절대 모드에서 모든 동작의 끝점은 프로그램 영점에서 지정됩니다. 초보자에게 이것은 일반적으로 모션 명령의 끝점을 지정하는 가장 쉽고 쉬운 방법입니다. 그러나 축 동작에 대한 끝점을 지정하는 다른 방법이 있습니다.

증분 모드에서 동작의 끝점은 프로그램 0이 아닌 도구의 현재 위치에서 지정됩니다. 이 모션 명령 방법을 사용하면 프로그래머는 항상 "도구를 얼마나 멀리 움직여야 합니까?"라고 묻고 있어야 합니다. 증분 모드가 매우 도움이 되는 경우가 있지만 일반적으로 이 방법이 더 번거롭고 어려운 방법입니다.

모션 명령을 할 때 주의하십시오. 초보자는 점진적으로 생각하는 경향이 있습니다. 절대 모드에서 작업하는 경우(초보자가 하듯이) 프로그래머는 항상 "도구를 어느 위치로 옮겨야 합니까?"라고 물어봐야 합니다. 이 위치는 프로그램 0에 상대적이며 아닙니다. 도구의 현재 위치에서 그림 2는 두 개의 동일한 일련의 움직임을 보여줍니다. 하나는 증분 모드이고 다른 하나는 절대 모드입니다.

모든 명령의 현재 위치를 매우 쉽게 결정할 수 있다는 점 외에도 절대 모드에서 작업할 때의 또 다른 이점은 동작 명령 중 실수로 인한 것입니다. 앱솔루트 모드에서는 프로그램의 한 명령에서 모션 오류가 발생하면 하나의 모션만 올바르지 않습니다. 반면에 증분 이동 중 실수가 발생하면 실수 지점부터 모든 동작도 부정확하게 됩니다.

프로그램 Zero 할당

CNC 제어는 어떤 방법으로든 프로그램 영점의 위치를 ​​알려야 합니다. 이것이 수행되는 방법은 CNC 기계 및 제어 장치마다 크게 다릅니다. 이전 방법은 프로그램에서 프로그램 0을 할당하는 것입니다. 이 방법을 사용하면 프로그래머는 프로그램 영점에서 기계의 시작 위치까지 얼마나 멀리 떨어져 있는지 제어 장치에 알려줍니다. 이것은 일반적으로 최소한 프로그램 시작 부분과 가능하면 각 도구 시작 부분에 G92(또는 G50) 명령으로 수행됩니다.

일반적으로 프로그램 0을 할당하는 더 좋은 방법은 오프셋 형식을 사용하는 것입니다. 머시닝 센터 제어 제조업체는 일반적으로 프로그램 제로 픽스처 오프셋을 할당하는 데 사용되는 오프셋을 호출합니다. . 터닝 센터 제조업체는 일반적으로 각 도구에 프로그램 0을 할당하는 데 사용되는 오프셋을 기하학적 오프셋이라고 부릅니다. . 프로그램 0을 할당하는 방법에 대한 자세한 내용은 핵심 개념 4번에서 제공됩니다.

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축 동작에 대한 기타 사항

지금까지 우리의 주요 관심사는 각 모션 명령의 끝점을 결정하는 방법을 보여 주는 것이었습니다. 이미 보았듯이 이 작업을 수행하려면 직교 좌표계에 대한 이해가 필요합니다. 그러나 법안 발의가 어떻게 이뤄질지에 대한 우려는 또 있다. 예를 들어, 모션 유형(급속, 직선, 원형 등)과 모션 속도(이송 속도)도 프로그래머에게 중요합니다. 이러한 다른 고려 사항은 핵심 개념 3번에서 논의할 것입니다.

CNC 프로그램

거의 모든 현재 CNC 컨트롤은 프로그래밍을 위해 워드 주소 형식을 사용합니다. (이에 대한 유일한 예외는 특정 대화식 제어입니다.) 워드 주소 형식은 CNC 프로그램이 문장과 같은 명령으로 구성되어 있음을 의미합니다. 각 명령은 문자 주소와 숫자 값이 있는 CNC 단어로 구성됩니다. 문자 주소(X, Y, Z 등)는 제어 장치에 단어의 종류를 알려주고 숫자 값은 단어 값을 제어 장치에 알려줍니다. 영어의 단어 및 문장처럼 사용되는 CNC 명령의 단어는 CNC 기계에게 현재 수행하고자 하는 작업을 알려줍니다.

각 단어에는 문자 주소와 숫자 값이 있습니다. 문자 주소는 제어에 단어 유형을 알려줍니다. CNC 제어 제조업체는 단어 이름(문자 주소)과 의미를 결정하는 방법에 따라 다릅니다. 초보 CNC 프로그래머는 단어 이름과 의미를 결정하기 위해 제어 제조업체의 프로그래밍 매뉴얼을 참조해야 합니다. 다음은 몇 가지 단어 유형과 공통 문자 주소 사양에 대한 간략한 목록입니다.

보시다시피 많은 문자 주소가 논리적인 방식으로 선택됩니다(T는 공구, S는 스핀들, F는 이송 속도 등). 몇 가지는 암기해야 합니다.

특수 기능을 지정할 수 있는 두 개의 문자 주소(G 및 M)가 있습니다. 준비 기능(G) 지정은 일반적으로 모드를 설정하는 데 사용됩니다. G90으로 지정되는 절대 모드와 G91로 지정되는 증분 모드를 이미 도입했습니다. 이것은 사용된 준비 기능 중 두 가지에 불과합니다. 기계의 기능 목록을 찾으려면 제어 제조업체의 설명서를 참조해야 합니다.

준비 기능과 마찬가지로 기타 기능(M 단어)은 다양한 특수 기능을 허용합니다. 기타 기능은 일반적으로 프로그래밍 가능한 스위치(예:스핀들 켜기/끄기, 냉각수 켜기/끄기 등)로 사용됩니다. 또한 CNC 공작 기계의 다른 많은 프로그래밍 가능한 기능의 프로그래밍을 허용하는 데 사용됩니다.

초보자에게는 이 모든 것이 CNC 프로그래밍에 많은 암기가 필요한 것처럼 보일 수 있습니다. 그러나 CNC 프로그래밍에 사용되는 단어는 약 30-40개에 불과하므로 안심하십시오. CNC 수동 프로그래밍을 배우는 것이 40단어 밖에 없는 외국어를 배우는 것과 같다고 생각할 수 있다면 그렇게 어렵지 않을 것입니다.

소수점 프로그래밍

특정 문자 주소(CNC 단어)를 사용하면 실수(정수의 일부가 필요한 숫자)를 지정할 수 있습니다. 예로는 X축 지정자(X), Y축 지정자(Y) 및 반경 지정자(R)가 있습니다. 거의 모든 현재 모델 CNC 컨트롤은 각 문자 주소의 사양 내에서 소수점을 사용할 수 있습니다. 예를 들어 X3.0625를 사용하여 X축을 따라 위치를 지정할 수 있습니다.

반면에 일부 문자 주소는 정수를 지정하는 데 사용됩니다. 예에는 스핀들 속도 지정자(S), 공구 스테이션 지정자(T), 시퀀스 번호(N), 준비 기능(G) 및 기타 기능(M)이 포함됩니다. 이러한 단어 유형의 경우 대부분의 컨트롤은 그렇지 않습니다. 소수점을 사용할 수 있습니다. 초보 프로그래머는 CNC 제어 제조업체의 프로그래밍 매뉴얼을 참조하여 소수점을 사용할 수 있는 단어를 찾아야 합니다.

기타 프로그래밍 가능한 기능

가장 단순한 CNC 기계를 제외한 모든 기계에는 축 모션 이외의 프로그래밍 가능한 기능이 있습니다. 오늘날의 완전한 CNC 장비를 사용하면 기계의 거의 모든 것을 프로그래밍할 수 있습니다. 예를 들어 CNC 머시닝 센터를 사용하면 스핀들 속도와 방향, 절삭유, 공구 교환 및 기타 기계의 많은 기능을 프로그래밍할 수 있습니다. 비슷한 방식으로 CNC 터닝 센터를 사용하면 스핀들 속도와 방향, 냉각수, 터렛 인덱스 및 심압대를 프로그래밍할 수 있습니다. 그리고 모든 형태의 CNC 장비에는 고유한 프로그래밍 가능한 기능 세트가 있습니다. 또한 프로빙 시스템, 도구 길이 측정 시스템, 팔레트 교환기 및 적응형 제어 시스템과 같은 특정 액세서리도 사용할 수 있으며 프로그래밍 고려 사항이 필요합니다.

프로그래밍 가능한 기능 목록은 기계마다 크게 다르며 사용자는 사용할 각 CNC 기계에 대해 이러한 프로그래밍 가능한 기능을 배워야 합니다. 핵심 개념 2번 , 다양한 형태의 CNC 공작 기계에서 일반적으로 프로그래밍할 수 있는 것이 무엇인지 자세히 살펴보겠습니다.

컴퓨터 수치 제어의 주요 개념에 대해 자세히 알아보기:

핵심 CNC 개념 #2 - 기계 파악

주요 CNC 개념 #3 - CNC 동작 유형 이해

주요 CNC 개념 #4 - 보상 형태

주요 CNC 개념 #5 - 프로그램 형식의 중요성

주요 CNC 개념 #6 - CNC 프로그래밍 방법

주요 CNC 개념 #7 - 작업자의 관점에서 기계 이해

주요 CNC 개념 #8 - 기계 작동 모드

주요 CNC 개념 #9 - 주요 작동 순서

주요 CNC 개념 #10 - CNC 프로그램을 안전하게 검증