选择 CNC 的技巧

没有你想象的那么可怕

与大多数制造业的数字架构一样，计算机数字控制器 (CNC) 近年来发展迅速，产生了更快的处理速度并实施了先进的算法，同时提供了更简单、更直观的用户界面。那么如何在不同类型的CNC之间进行选择呢？需要定一个吗？您将如何推出新版本或全新的 CNC 控制器？

让我们从一开始就解决一个关键问题：可能有比人们想象的更多的选择。正如伊利诺伊州绍姆堡 Heidenhain Corp. 机床业务发展总监 Gisbert Ledvon 所解释的那样，许多人认为他们只能获得他们在机床演示中看到的或销售人员展示的内容的控制权。但一般情况并非如此。他引用了 DMG Mori 的例子，这是一家大型精密机器制造商。 “你可以买一台带有海德汉控制的 DMG 机器，”他说，“[或] 用西门子或 FANUC 购买。机械、铸件、滚珠丝杠、服务支持等等都是一样的。”或者正如伊利诺伊州霍夫曼庄园 FANUC America Corp. 的 CNC 工程经理 Paul Webster 所说：“机床制造商决定 [其机器] 将进行何种控制。但最终用户通过指定他们想要什么来在很大程度上影响该决定。”

易用性注意事项

易用性是许多商店选择 CNC 的首要考虑因素，这可能是因为难以找到足够的熟练劳动力。 “大多数时候，”韦伯斯特说，“他们想要工厂里已有的东西。回到 70 年代、80 年代和 90 年代初，FANUC 拥有最可靠的控制和最一致的控制。”虽然关于 FANUC 控件的用户友好性存在一些争论（稍后会详细介绍），但它们肯定无处不在。 “FANUC 的用户界面已有 40 多年的历史，”Webster 说。 “而且很多工厂仍然拥有 30 多年前的 FANUC 6M、6T 和 10T 控制器。”这也表明，工厂中几乎所有需要 CNC 的设备都有合适的 FANUC 控制器，无论是输送机等辅助设备的运动控制器，还是冲床、五轴加工中心或数控机床。带有八个独立主轴的分度车床，每个主轴运行不同的工艺。 “它们是不同类型的控制系统，但它们的行为和感觉都相似，”Webster 解释道。 “因此，运行机床的人可以跳上辅助设备并运行它、排除故障并进行维护，而不会出现任何问题。”

位于伊利诺伊州 Elk Grove 村的 Fagor Automation – USA 区域销售经理 Todd Drane 也认为，对不同制造区域的控制进行标准化是有帮助的。 Fagor 在应用程序之间实现了相同的用户界面。 “在发格自动化，如果您学习了我们的车削 CNC，那么您也会了解我们的铣削 CNC，因为创建和执行程序的菜单和方法是相同的，”Drane 说。 “当然，在车床上调用与在铣床上不同的固定循环，但调用它们的方法是相同的。明显的好处是您的车间人员更具可互换性和多才多艺。” Drane 补充说，法格还为传统铣削和车削之外的各种应用开发了 CNC，包括“磨削、激光、路由器、水刀和通用运动控制应用。我们还能够在我们所有的 CNC 平台上快速轻松地创建自定义编辑器、屏幕、页面和例程，因此，无论客户需要什么，我们都能完成。”

Webster 和 Drane 都将用户界面或 HMI（人机界面）作为关键考虑因素。但严格来说，HMI 与 CNC 不同，在某些情况下，机床制造商会覆盖自己定制的 HMI。构建者更有可能为专门的应用程序这样做，例如磨削，有时他们这样做是为了创造他们希望的竞争优势，而不是更“通用”的界面。 （Ledvon 指出 Heidenhain 用户是个例外，因为“整个界面、键盘和触摸屏本身总是显示 Heidenhain 的功能。除了他们自己的一些循环之外，我们真的没有任何人覆盖它。”）探索这些变体及其创建方式超出了本文的范围。相反，我们将专注于主要 CNC 供应商提供的产品之间的区别。

从广义上讲，我们之前提到的无处不在的 FANUC 控件通过键盘提供了 M&G 代码编程，并且不是很华丽。你可以说它很容易使用，因为“每个人”都知道如何使用它。在五轴加工方面，一位工程师使用 CAD/CAM 包创建了一个加工程序，并使用后处理器生成在机器上运行的 M&G 代码。用户没有，而且通常仍然没有，对控件的五轴工作进行编程。 Ledvon 说，世界正在超越用抽象语言定义线或半径的方法。相反，我们正在转向对话式编程，其中包含“更短、更清晰的指令，比如‘我想要运行一个钻孔循环’或‘我想要运行一个刮削循环’。你只需回答几个问题，剩下的就交给控制你。这就是我们现在的位置。它将更加互动和简单。”而且——毫不奇怪——机器上的编程将通过具有类似智能手机的功能（如捏缩和轻扫）的更大触摸屏来标记和复制等等。

这些变化部分是由进入该领域的年轻一代机械师推动的，但 Ledvon 表示，年长的操作员也接受这些技术，如果可能慢一点的话。 “根据我们的经验，三到六个月后，他们通常不想回到另一条路，”他说。

Heidenhain 长期以来一直采用对话式的方法，但 FANUC 一直没有睡觉。它在 2016 年推出了更友好的触摸屏界面，称为 iHMI，并在过去几个月中推出了重大改进。例如，FANUC America 的全国销售经理 Jody Michaels 表示，早期的接口使运动校准变得非常困难，需要 FANUC 专家。现在它是 HMI 上的一个图标。 “您只需填写空白并按循环开始，”迈克尔斯解释道。 “很明显，你得先确定探头和测针直径之类的东西，但就这么简单。”

FANUC 还打破了一些探测例程，因此用户无需通过旧菜单即可应用它们。它还增加了从外部来源导入工具数据（进给、速度、涂层信息和其他工具描述）的能力，这是 FANUC 抵制的常见行业做法。

Michaels 还表示，FANUC 的 iHMI 现在可以将实际零件几何形状直接导入对话程序。 “我们从来没有机会这样做。现在您可以导入 DXF 或 IGES 文件或实体模型，因此您无需在控件上绘制零件即可进行编程。这对我们来说是一个很大的转变。” Ledvon 表示，这种能力在欧洲得到了广泛应用，并且在北美也很流行，特别是对于更简单的零件和中型加工车间。 “利用 CAM 导入器将 DXF 或 IGES 文件转换为可加工程序，直接在控制上，比回到 CAD/CAM 人员并排队等候要高效得多，因为他必须喂五个、六个、七台、八台或十台机器。” Ledvon 还认为这是一种赋能接受这种方法的年轻运营商的方式，并认为这将有助于更好地留住整个行业。

尽管如此，韦伯斯特还是告诫不要对用户界面进行激进的改变，并使用一个类比，即在汽车中切换油门和刹车踏板将是灾难性的。 “我们被拉向两个方向，因为工厂里满是发那科的人不想改变，”他说。 “所以我们需要保持一切相似。但是刚从学校出来的操作员已经习惯了智能手机之类的东西，他们想要使用触摸屏并简化它。 iHMI 允许使用一些较新的样式，但不会让我们远离现有的界面，以至于人们感到恐慌。”他补充说，绝大多数运行 FANUC CNC 的机器都使用 FANUC HMI，“针对机床的细节，如维护屏幕和工具更换器或其他不是由 CNC 本身定义的部件”，只有有限的定制。

就其本身而言，法格在同一台 CNC 控制器上集成了 G 代码和对话式编程系统，“加上板载 CAD/CAM 系统、交互式编辑器和帮助模式，以及直接从键盘，”德兰说。 “一旦程序员或操作员学习并理解了这些 CNC 速度快且通常不到一天的时间，我们就会在同一平台上叠加其他新技术功能。因此，车间操作员只需在他们已经熟悉的平台上学习新技术功能。舒适因素是显而易见的，我们看到运营商正在使用更多新技术。”

精度和其他性能考虑

除了易用性之外，其他关键考虑因素还包括加工精度、速度和可靠性。据说海德汉和法格是唯一可以提供整个运动控制系统的控制制造商。正如 Ledvon 所说，“您从我们这里获得驱动、秤、编码器、电机和控制装置。当您进入微精度和超表面处理时，从第三方购买东西总是会遗漏一些东西。”他将海德汉在要求苛刻的模具制造行业的领先地位归功于这一因素，并补充说，“99% 的时间”，当机床制造商选择海德汉控制系统时，他们会将其用于整个系统。 “有时我们不卖电机，”Ledvon 说，“但所有西门子电机都有海德汉编码器。”

韦伯斯特指出，所有 FANUC 控件“都做到了纳米级。大多数尺度在纳米附近的任何地方都不准确。分辨率的损失不在 CNC 中。它肯定是在机器端，而不是在控制端。秤制造商说他们的秤比机械机器要准确得多，我同意这一点。机器专家说他们的机器比工件夹具更准确。夹具人员说[他们的设备]比工具更准确。它涓涓细流。但是 CNC 并不是任何限制因素。甚至都不近。”他补充说，FANUC 制造自己的电机和编码器，电机编码器每转最多有 3200 万个脉冲。 “当您谈论将滚珠丝杠的单次旋转增加到 3200 万次时，这是一个很大的解决方案。”答案是什么？与您信任的用户交谈并获得完整的演示！

继续提高速度，顶级 CNC 都使用最先进的 CPU 和更多内存来更快地处理程序。这使得高速加工等事情比过去几年要好得多。但除了更多的原始处理能力之外，还需要考虑控制是否利用其他巧妙的方法来提高效率。其中包括自适应控制（根据刀具负载自动调整进给速度）和自动伺服调整等功能。

后者通常依赖 CNC 制造商的专家。但来自 FANUC、Fagor 和其他公司的 CNC 现在更擅长“检查所有驱动器和电机的所有反馈，并自动将它们调整到最佳设置，”Michaels 解释说。如果您在机器台上放置了不寻常的重量，或者以其他方式更改了设置，这可能会带来显着的改进。

Ledvon 强调了 Heidenhain 为其对话菜单添加功能的努力。 “例如，坐标磨削现在是控制的功能之一。我们可以使用摆线铣削进行型腔加工。您通常在 CAM 系统上执行的操作现在可以直接在控件上完成。”目标是在单个设置中在五轴机器上做更多的事情。 “你不必从五轴机床到坐标磨床来磨削特定零件的某个部分，”他说。 “您现在可以在五轴机床上同时进行这两项操作，因为现在可以使用一台 CNC 管理来自不同技术的多功能。” Ledvon 还观察到，配备 Heidenhain 标尺的良好、稳定的机床“从精度的角度来看几乎就像 CMM，您至少可以在零件脱落之前对机器进行预检查。”在 Ledvon 看来，这是机床充当“神经中枢”的众多方式之一，可为工厂提供大量有用信息。

伊利诺伊州埃尔克格罗夫村 Siemens Industry Inc. 的产品经理 Tiansu Jing 提出了一个不同的角度：边缘计算。边缘计算将大部分计算和处理保留在边缘设备上，而不是 CNC，而机器继续实时运行。 “过去，不同的 CNC 控制器专注于不同的应用，包括硬件在内的所有相关功能都是由控制供应商相应开发的，”他解释说。 “由于这种差异，许多商店选择了特定的控件。”边缘计算打破了这一界限，扩展了 CNC 的能力。 “通过边缘计算，可以使用不同的应用程序来提供更高的机器性能，从而提高切割质量和生产力。” Jing 补充说，通过将 CNC 连接到边缘设备、本地服务器和云端，“不同的实体有可能通过云端的应用程序向最终客户提供自己的专业知识。”

在相关的一点上，Jing 说：“远程服务正变得更加可靠和便宜。借助完整的数字孪生解决方案，不仅包括虚拟 CNC，还包括虚拟机械结构，机床制造商和 CNC 供应商可以拥有一个全面的解决方案来复制机床车间正在使用的设备并解决客户问题。这种方法可以显着减少由问题引起的停机时间并提高最终用户的工作效率。同时，这将大大降低机器制造商的服务成本。”

让 CNC 专家发疯的事情

事实证明，主要的 CNC 供应商经常发现他们的客户没有完全使用他们已经支付的惊人技术。 Michaels 认为，在五轴加工中继续使用反时限法就是一个很好的例子。 “我们终于让人们使用刀具中心点控制、公差控制和加工条件功能，您可以在程序中独立地加快粗加工和减慢精加工，”他说。 “但它已经花费了数年时间，仍然有人要求他们的现代 CAM 软件生成带有 G93 反时限代码的程序”，而更新的方法可以产生更快的切割和更好的光洁度。

Ledvon 说，用户通常不会充分利用控制系统中的集成加工循环，这在制造零件时可能会更有效率。他举了一个客户的例子，他忘记了他的触摸屏有一个右箭头键可以到达另一个循环。客户想在他的程序中添加一个钻孔循环，因此他使用他的 CAM 软件创建了大约 200 行代码来执行此操作，而他本可以简单地按下箭头并回答几个问题来创建钻孔循环。

“许多人认为控制系统只做一年前或三年前另一台机器所做的事情，”他观察到，“但事实并非如此。这就是我们推动培训的原因。”

Webster 表示，不愿采用现代 CAM 编程可能是导致生产力下降的最大原因。有时只是使用最新的后处理器失败。 “有些有用的 G 代码功能人们没有使用，要么是因为他们不知道它们存在，要么是他们的 CAD/CAM 系统不支持它，”他解释道。 “我们仍然看到很多人使用直接 G-1 从他们的 CAD/CAM 系统中发布程序。 [他们]只是非常小的线段线性移动，尽管有许多新的编程技术和功能。许多 CAM 系统和后处理器不像现场的 CNC 那样是最新的，但 CAD/CAM 现在非常便宜且更易于使用。”有时最好的投资就是充分利用你已经做出的投资。

那么要得到什么？

Ledvon 建议，在选择 CNC 时，请认真审视您的商业模式。 “如果大部分生产工作都是大批量生产，操作人员不那么熟练，那么肯定要对控制进行标准化。但我认为这不再是赚钱的方式了。要进入新的细分市场，或者以较小的批量获得更高利润的业务，您需要灵活设置。”这意味着多功能机器和公司决定追求的应用程序的最佳控制。 “因为如果你继续购买与路上商店相同的控件，那么你唯一的竞争方式就是价格。你需要找到一种让自己与众不同的方法，这是一种方法。”