O sistema de controle de movimento CNC simplificado

Recentemente me pediram para explicar o sistema de controle de movimento, usado em máquinas-ferramentas CNC, para alguém da minha família. Percebendo que esse indivíduo não tinha nenhuma formação em manufatura – e certamente não tinha experiência com nada tão complicado e técnico – eu tive que relacionar minha explicação a algo comum e simples, permitindo que eles visualizassem facilmente a analogia... como dirigir um carro.

Embora este tópico seja muito complicado e técnico por natureza, acho que essa analogia faz um bom trabalho de simplificar o assunto, mas ainda oferece às pessoas interessadas uma compreensão básica adequada do que está acontecendo. Obviamente, um assunto tecnológico tão avançado pode levar a maior parte de um semestre inteiro na faculdade, para obter uma compreensão completa, mas para nós, pessoas simples, acho que a analogia da direção funcionará muito bem. Mas, antes de começarmos, precisamos estabelecer algumas bases. Você precisa entender o básico de como um comando que começa dentro de nosso cérebro passa pelo controle CNC e finalmente se manifesta como um movimento de um dos eixos lineares da máquina.

Vamos pensar em nosso programa de peças (conversacional ou código G) como nada mais do que uma lista de comandos. Esses comandos são organizados pelo controle CNC e organizados em diferentes categorias para cada um dos eixos individuais da máquina – e depois passados ​​para o eixo correspondente. Uma vez que o comando tenha sido recebido pelo servoconversor para um eixo específico, esse comando é dividido em um requisito de tensão simples necessário para mover o eixo conforme ordenado pelo comando - e essa tensão é então aplicada ao motor... girar e, assim, fazer com que o eixo se mova. À medida que o eixo está se movendo, sua posição atual é continuamente monitorada por um encoder montado na extremidade do motor ou uma escala de vidro montada ao longo do comprimento do eixo. Este dispositivo de monitoramento fornece feedback ao servoconversor para que mudanças nos comandos de tensão possam ser feitas, se necessário...mais tensão significa que o motor gira mais rápido e o eixo alcança se estiver atrasado; e menos tensão significa que o motor gira mais devagar, diminuindo a velocidade do eixo se ele estiver começando a funcionar muito à frente do movimento comandado.

Agora, com isso fora do caminho, vamos aplicar nossa analogia de direção. Antes de tudo, precisamos seguir alguns comandos... digamos que a rota na qual viajaremos até nosso destino final é nosso caminho de ferramenta de corte, e os sinais de limite de velocidade ao longo do caminho atuarão como nosso avanço comandado. Seu cérebro é o controle do CNC, seus músculos atuarão como servomotores e suas extremidades podem ser os servomotores que controlam seus eixos. Usaremos nossos olhos e o velocímetro para feedback. Agora, porque nada na vida pode ser perfeito ou exato, precisamos permitir alguma tolerância aceitável para nossas posições comandadas... são bons para ir!

Nesta primeira analogia, imagine-se estacionado em uma estrada abandonada, no meio do nada, e a estrada está reta como uma flecha à sua frente. Você foi ordenado a viajar por uma distância de uma milha, seguindo a linha dupla amarela no meio da estrada, e o limite de velocidade para esta estrada é de 100 mph. Para começar, seu cérebro diz aos músculos do pé para aplicar pressão no pedal do acelerador e o carro começa a se mover. Para seguir a linha amarela, seu cérebro usará o feedback visual de seus olhos, para controlar os músculos de seus braços e manter o veículo se movendo em linha reta - e dependendo do feedback recebido do velocímetro, seu cérebro também terá que controle os músculos dos tornozelos para aumentar ou diminuir a pressão aplicada ao acelerador para manter a velocidade comandada de 160 km/h. A tolerância posicional realmente não é um problema aqui. Ok, sei que foi extremamente simplificado, mas agora que você vê como minha analogia de direção pode ser aplicada, podemos dar um passo ou dois adiante.

Usando os mesmos comandos acima (seguindo a linha amarela dupla por uma milha, a uma velocidade de 100 mph, e usando toda a largura da estrada como nossa tolerância aceitável) vamos avançar para a analogia número dois… o último pedaço de estrada reta que encontraremos na próxima milha. A estrada à nossa frente é ventosa e montanhosa, e operar dentro de nossas restrições comandadas será um pouco mais desafiador desta vez. Aceleramos até nossa velocidade comandada de 100 mph, mas rapidamente nos deparamos com nosso primeiro obstáculo... uma curva completa de 90 graus para a direita. Percebendo que não podemos navegar com sucesso nesta curva e ainda manter nossa velocidade atual, temos que reduzir nossa velocidade. Devemos encontrar uma trajetória suave na curva que nos permita manter uma velocidade o mais próxima possível da nossa velocidade comandada, mas não nos faça sair da estrada. Reagindo ao feedback recebido de nossos dispositivos visuais, nosso cérebro envia os comandos para controlar os movimentos necessários e ajusta nossa velocidade e trajetória para navegar com sucesso na curva.

Então, quase imediatamente, nos encontramos diante de um obstáculo ainda mais desafiador... uma curva em “S”, com uma subida na primeira metade e uma descida na segunda metade. Embora essa situação seja tratada de maneira semelhante à simples curva de 90 graus acima - controlando nossa velocidade e trajetória para o caminho mais suave e rápido possível, mantendo-o seguro na estrada - agora também temos que reagir às mudanças na elevação ... aumentando a pressão no acelerador ao subir a primeira seção da curva, mas diminuindo essa pressão e aplicando os freios, se necessário, na última seção para não excedermos nossa velocidade comandada de 100 mph quando a gravidade começar a assumir. Essa ação e reação continuarão para cada obstáculo que encontrarmos até chegarmos ao destino final... o fim do programa!

Ao falar sobre controle de movimento, devemos também discutir algo chamado “block look-ahead”, que geralmente é medido pelo número de blocos que o controle é capaz de processar antecipadamente – permitindo que o controle se prepare melhor para os próximos obstáculos. Em nossa analogia de direção, a visualização do bloco pode ser ilustrada como uma tela LCD, montada no painel, que nos forneceria um mapa da pista, para que possamos alterar a trajetória em nosso obstáculo atual. em melhor posição para executar suavemente um obstáculo futuro. Obviamente, quanto mais complicado o caminho da ferramenta de corte se torna, mais disponibilidade pode ser necessária para manter a rota mais suave e rápida até a linha de chegada. Embora todos os fabricantes de máquinas-ferramentas tenham um meio de lidar com a antecipação de blocos de maneira semelhante, alguns são mais eficazes do que outros.

O controle WinMax da Hurco tem algo chamado UltiMotion... um sistema patenteado de controle de movimento baseado em software que oferece uma antecipação de bloco variável; que permite que o controle veja até 10.000 blocos no futuro, quando necessário, e pode produzir reduções no tempo de ciclo de até 30% - especialmente nos caminhos de ferramenta mais complicados, onde é necessária mais antecipação. Obviamente, nos caminhos de corte mais simples - como os das nossas duas primeiras analogias acima - o controle exigirá muito menos antecipação do que o último cenário... coisas. Os controles que não têm essa capacidade única de “adaptar-se” às necessidades atuais do controle, não são capazes de redirecionar nenhuma memória RAM de controle disponível e não podem se beneficiar desse tipo de variabilidade.