La aplicación de la tecnología CNC ha supuesto un cambio cualitativo en la industria manufacturera tradicional, especialmente en los últimos años. El desarrollo de la tecnología microelectrónica y la tecnología informática ha aportado nueva vitalidad a la tecnología CNC. La tecnología CNC y los equipos CNC son bases importantes para la modernización industrial en varios países.
Las máquinas herramienta CNC son equipos convencionales en la fabricación moderna y equipos esenciales para el mecanizado de precisión. Son símbolos importantes del nivel técnico de las máquinas herramienta modernas y del nivel tecnológico de la fabricación de maquinaria moderna. Son materiales estratégicos relacionados con la economía nacional, el sustento del pueblo y la construcción de defensa nacional de vanguardia. Por lo tanto, todos los países industrialmente desarrollados del mundo han tomado medidas importantes para desarrollar su propia tecnología CNC y su industria.
CNC es la abreviatura de Computer Numberical Control en inglés, que significa "control de datos por computadora". En pocas palabras, se trata de "mecanizado CNC". En la región del delta del río Perla, la gente lo llama "gong de computadora".
El mecanizado CNC es una tecnología de mecanizado avanzada en la fabricación mecánica actual. Es un método de mecanizado automatizado con alta eficiencia, alta precisión y alta flexibilidad. Sirve para introducir el programa CNC de la pieza a mecanizar en la máquina herramienta. Bajo el control de estos datos, la máquina herramienta procesa automáticamente la pieza que satisface los deseos de las personas de crear productos maravillosos.
La tecnología de mecanizado CNC puede resolver eficazmente problemas de mecanizado complejos, precisos, de lotes pequeños y variables, como moldes, y adaptarse completamente a las necesidades de la producción moderna. El vigoroso desarrollo de la tecnología de mecanizado CNC se ha convertido en una forma importante para que mi país acelere el desarrollo económico y mejore sus capacidades de innovación independiente. En la actualidad, las máquinas herramienta CNC son cada vez más comunes en mi país. Ser capaz de dominar la programación de máquinas herramienta CNC es una forma importante de aprovechar al máximo sus funciones.
Las máquinas herramienta CNC son productos típicos de la mecatrónica. Integran una variedad de tecnologías avanzadas, como tecnología microelectrónica, tecnología informática, tecnología de medición, tecnología de sensores, tecnología de control automático y tecnología de inteligencia artificial, y están estrechamente integradas con la tecnología de procesamiento mecánico. Son una nueva generación de equipos de tecnología de fabricación mecánica.
Las máquinas herramienta CNC son equipos automatizados que integran máquinas herramienta, computadoras, motores y tecnologías como arrastre, control dinámico y detección. Los componentes básicos de las máquinas herramienta CNC incluyen medios de control, dispositivos CNC, servosistemas, dispositivos de retroalimentación y cuerpos de máquinas herramienta.
El medio de control es un medio que almacena toda la información de posición de la herramienta de movimiento relativa a la pieza de trabajo requerida para el mecanizado CNC. Registra el programa de mecanizado de las piezas. Por tanto, el medio de control se refiere al soporte de información que transmite la información de mecanizado de la pieza al dispositivo CNC. Existen muchas formas de medios de control, que varían según el tipo de dispositivo CNC. Los más utilizados incluyen cintas perforadas, tarjetas perforadas, cintas magnéticas, discos, etc. Con el desarrollo de la tecnología CNC, las cintas perforadas y las tarjetas perforadas se están volviendo obsoletas, y el método de utilizar el software CAD/CAM para programar computadoras y luego comunicarse con El sistema CNC a través de la computadora para transmitir directamente programas y datos al dispositivo CNC se está volviendo cada vez más utilizado.
El dispositivo CNC es el núcleo de las máquinas herramienta CNC y la gente se refiere a él como el "sistema central". Todas las máquinas herramienta CNC modernas utilizan dispositivos de control numérico por computadora CNC. El dispositivo CNC incluye un dispositivo de entrada y una unidad central de procesamiento (CPU) y un dispositivo de salida, etc. El dispositivo CNC puede completar la entrada, almacenamiento, transformación, cálculo de interpolación de información y realizar diversas funciones de control.
El servosistema es un componente impulsor que recibe instrucciones del dispositivo CNC e impulsa el movimiento del actuador de la máquina herramienta. Incluye una unidad de accionamiento del husillo, una unidad de accionamiento de avance, un motor de husillo y un motor de avance. Cuando trabaja, el servosistema recibe la información de comando del sistema CNC y, después de comparar la información de comando con las señales de retroalimentación de posición y velocidad, impulsa las piezas móviles o las piezas de ejecución de la máquina herramienta para procesar piezas que cumplan con los requisitos del dibujos.
El dispositivo de retroalimentación se compone de elementos de medición y circuitos correspondientes. Su función es detectar la velocidad y el desplazamiento y retroalimentar la información para formar un control de circuito cerrado. Algunas máquinas herramienta CNC con bajos requisitos de precisión no tienen dispositivos de retroalimentación, lo que se denomina sistemas de bucle abierto.
El cuerpo de la máquina herramienta es la entidad de la máquina herramienta CNC y la parte mecánica que completa el proceso de corte real. Incluye la cama, base, banco de trabajo, silla, husillo, etc.
La tecnología de procesamiento CNC también sigue las reglas de corte del procesamiento mecánico, que es aproximadamente la misma que la tecnología de procesamiento de las máquinas herramienta comunes. Dado que es un procesamiento automatizado que aplica tecnología de control por computadora al procesamiento mecánico, tiene las características de alta eficiencia de procesamiento y alta precisión. La tecnología de procesamiento tiene sus propias características únicas, el proceso es relativamente complejo y la disposición de los pasos de trabajo es relativamente detallada y cuidadosa.
El proceso de mecanizado CNC incluye la selección de herramientas, la determinación de los parámetros de corte y el diseño de la ruta del proceso de la herramienta. El proceso de mecanizado CNC es la base y el núcleo de la programación CNC. Sólo con un proceso razonable se pueden compilar programas CNC de alta eficiencia y alta calidad. Los criterios para medir la calidad de los programas CNC son: el menor tiempo de procesamiento, la menor pérdida de herramienta y la mejor pieza.
El proceso de mecanizado CNC es parte del proceso general de mecanizado de la pieza de trabajo, o incluso un proceso. Debe cooperar con otros procesos anteriores y posteriores para finalmente cumplir con los requisitos de ensamblaje de la máquina o molde en general, de modo que se puedan procesar piezas calificadas.
Los procesos de mecanizado CNC generalmente se dividen en pasos de mecanizado en desbaste, limpieza de esquinas media y en bruto, semiacabado y acabado.
La programación CNC es todo el proceso desde los dibujos de las piezas hasta la obtención de programas de mecanizado CNC. Su tarea principal es calcular el punto de ubicación de la fresa (punto CL para abreviar) en la trayectoria de mecanizado. El punto de ubicación del cortador generalmente se toma como la intersección del eje de la herramienta y la superficie de la herramienta. El vector del eje de la fresa también debe indicarse en el mecanizado multieje.
De acuerdo con los requisitos del dibujo de la pieza de trabajo y el proceso de procesamiento, la máquina herramienta CNC compila el movimiento, la velocidad y la secuencia de las herramientas y componentes utilizados, la velocidad del husillo, la dirección de rotación del husillo, la sujeción del cabezal de la herramienta, el aflojamiento del cabezal de la herramienta y las operaciones de enfriamiento en una hoja de programa en forma de código CNC específico y la ingresa en la computadora dedicada de la máquina herramienta. Luego, el sistema CNC compila, calcula y procesa lógicamente las instrucciones de entrada y genera varias señales e instrucciones para controlar cada pieza de acuerdo con el desplazamiento especificado y acciones secuenciales para procesar varias formas de piezas de trabajo. Por tanto, la compilación del programa tiene un gran impacto en el rendimiento de las máquinas herramienta CNC.
Las máquinas herramienta CNC deben ingresar los códigos de instrucción que representan varias funciones en el dispositivo CNC en forma de programa, que luego es procesado por el dispositivo CNC y luego envía señales de pulso para controlar el funcionamiento de cada parte móvil de la máquina herramienta CNC para Completar el corte de piezas.
En la actualidad, existen dos estándares para programas CNC: ISO de la Organización Internacional de Normalización y EIA de la Asociación Estadounidense de la Industria Electrónica. Mi país adopta el código ISO.
Con el avance de la tecnología, la programación CNC 3D generalmente rara vez utiliza programación manual, sino software CAD/CAM comercializado.
CAD/CAM es el núcleo del sistema de programación asistido por computadora y sus funciones principales incluyen entrada/salida de datos, cálculo y edición de trayectorias de mecanizado, configuración de parámetros de proceso, simulación de mecanizado, posprocesamiento de programas NC y gestión de datos.
En la actualidad, el software con potentes funciones de programación NC que son populares entre los usuarios de mi país incluye Mastercam, UG, Cimatron, PowerMILL, CAXA, etc. Los principios, métodos de procesamiento de gráficos y métodos de mecanizado de cada software son similares, pero cada uno tiene sus características propias.
1. Analice el dibujo de la pieza para comprender la situación general de la pieza de trabajo (geometría, material de la pieza, requisitos del proceso, etc.)
2. Determinar el proceso de mecanizado CNC de la pieza (contenido de mecanizado, ruta de mecanizado)
3. Realice los cálculos numéricos necesarios (punto base, cálculo de coordenadas de nodo)
4. Escriba una hoja de programa (las diferentes máquinas herramienta serán diferentes, siga el manual del usuario)
5. Verificación del programa (ingrese el programa en la máquina herramienta y realice una simulación gráfica para verificar la exactitud de la programación)
6. Procesar la pieza de trabajo (un buen control del proceso puede ahorrar tiempo y mejorar la calidad del procesamiento)
7. Aceptación de la pieza de trabajo y análisis de errores de calidad (inspeccione la pieza de trabajo y pásela al siguiente paso. Si no está calificada, descubra la causa del error y el método de corrección mediante el análisis de calidad).
Con el rápido desarrollo de industrias como la automotriz, la defensa nacional, la aviación y la aeroespacial, así como la aplicación de nuevos materiales como las aleaciones de aluminio, los requisitos para el procesamiento de máquinas herramienta CNC de alta velocidad son cada vez mayores.
a. Velocidad del husillo: la máquina herramienta utiliza un husillo eléctrico (motor de husillo incorporado) y la velocidad máxima del husillo alcanza 200.000 r/min;
b. Velocidad de avance: cuando la resolución es de 0,01 µm, la velocidad de avance máxima alcanza los 240 m/min y se puede lograr un procesamiento de precisión complejo;
do. Velocidad de operación: El rápido desarrollo de los microprocesadores ha proporcionado una garantía para el desarrollo de sistemas CNC hacia la alta velocidad y alta precisión. La CPU se ha desarrollado para sistemas CNC de 32 y 64 bits, y la frecuencia se ha aumentado a cientos de megahercios y miles de megahercios. Debido a la gran mejora en la velocidad de operación, cuando la resolución es de 0,1 µm y 0,01 µm, la velocidad de alimentación aún puede llegar a 24-240 m/min;
d. Velocidad de cambio de herramientas: en la actualidad, el tiempo de cambio de herramientas de los centros de mecanizado extranjeros avanzados es generalmente de alrededor de 1 segundo, y el más alto ha alcanzado los 0,5 segundos. Chiron de Alemania diseñó el almacén de herramientas en forma de cesta, con el husillo como eje y las herramientas dispuestas en círculo. El tiempo de cambio de herramienta a herramienta es de sólo 0,9 s.
Los requisitos de precisión de las máquinas herramienta CNC ya no se limitan a la precisión geométrica estática. La precisión del movimiento, la deformación térmica y la supervisión y compensación de vibraciones de las máquinas herramienta son cada vez más valoradas.
a. Mejore la precisión del control del sistema CNC: adopte tecnología de interpolación de alta velocidad para lograr una alimentación continua con pequeños segmentos de programa, haga que la unidad de control CNC sea más refinada y adopte dispositivos de detección de posición de alta resolución para mejorar la precisión de la detección de posición. El servosistema de posición adopta control anticipado y métodos de control no lineal;
b. Adopte tecnología de compensación de errores: adopte tecnologías de compensación de holgura inversa, compensación de errores de paso de tornillo y compensación de errores de herramientas para compensar de manera integral el error de deformación térmica y el error espacial del equipo.
do. Utilice decodificadores de cuadrícula para verificar y mejorar la precisión de la trayectoria de movimiento del centro de mecanizado: prediga la precisión de mecanizado de la máquina herramienta mediante simulación para garantizar la precisión de posicionamiento y la precisión de posicionamiento repetido de la máquina herramienta, de modo que su rendimiento sea estable durante mucho tiempo. Y puede completar una variedad de tareas de mecanizado en diferentes condiciones operativas y garantizar la calidad del mecanizado de las piezas.
3. Complejidad funcional El significado de una máquina herramienta compuesta es realizar o completar tantos elementos como sea posible desde la pieza inicial hasta el producto terminado en una sola máquina herramienta. Según sus características estructurales, se puede dividir en dos categorías: tipo complejo de proceso y tipo complejo de proceso. El centro de mecanizado puede completar múltiples procesos como torneado, fresado, taladrado, tallado de engranajes, rectificado, tratamiento térmico con láser, etc., y puede completar todo el procesamiento de piezas complejas. Con la mejora continua de los requisitos de procesamiento mecánico moderno, una gran cantidad de máquinas herramienta CNC con varillaje multieje se están volviendo cada vez más populares entre las principales empresas.
Con el desarrollo de la tecnología de inteligencia artificial, para satisfacer las necesidades de desarrollo de la producción flexible y la automatización de la fabricación en la industria manufacturera, el nivel de inteligencia de las máquinas herramienta CNC mejora constantemente. Se refleja específicamente en los siguientes aspectos: a. Tecnología de control adaptativo de procesos de procesamiento; b. Optimización inteligente y selección de parámetros de procesamiento; do. Tecnología inteligente de autodiagnóstico y autorreparación de fallas; d. Tecnología inteligente de reproducción de fallos y simulación de fallos; mi. Dispositivo de servoaccionamiento de CA inteligente; F. Sistema inteligente CNC 4M: en el proceso de fabricación, los cuatro elementos de medición, modelado, procesamiento y operación de la máquina (es decir, 4M) se integran en un solo sistema.
a. Abierto a tecnologías futuras: dado que las interfaces de software y hardware siguen protocolos estándar reconocidos, la nueva generación de software y hardware general puede adoptarse, absorberse y ser compatible.
b. Abierto a requisitos especiales de usuario: actualizar productos, ampliar funciones y proporcionar varias combinaciones de productos de hardware y software para cumplir con requisitos de aplicaciones especiales;
do. Establecimiento de estándares CNC: los lenguajes de programación estandarizados son convenientes para que los usuarios los utilicen y reducen el consumo de mano de obra directamente relacionado con la eficiencia operativa.
Puede realizar funciones de medición, ensamblaje y mecanizado CNC de varillaje de múltiples coordenadas, y puede cumplir mejor con el procesamiento de piezas especiales complejas. Las máquinas herramienta paralelas se consideran "el progreso más significativo en la industria de las máquinas herramienta desde la invención de la tecnología CNC" y "la nueva generación de equipos de mecanizado CNC en el siglo XXI".
El desarrollo de la defensa nacional, la aviación, la industria aeroespacial y el equipamiento a gran escala de industrias básicas como la energía requieren el apoyo de máquinas herramienta CNC de gran tamaño y alto rendimiento. La tecnología de mecanizado de ultraprecisión y la micronanotecnología son tecnologías estratégicas en el siglo XXI. Es necesario desarrollar nuevos procesos y equipos de fabricación que puedan adaptarse a la precisión del mecanizado de microtamaño y micronano.
No solo puede compartir recursos de red, sino también realizar monitoreo, control, diagnóstico remoto y mantenimiento remotos de máquinas herramienta CNC.
En los últimos años han seguido apareciendo máquinas herramienta que no utilizan o utilizan menos refrigerante y realizan cortes en seco y cortes semisecos para ahorrar energía y proteger el medio ambiente. La tendencia general hacia la fabricación ecológica ha acelerado el desarrollo de diversas máquinas herramienta que ahorran energía y son respetuosas con el medio ambiente.
La tecnología multimedia integra tecnología informática, de audio y vídeo y de comunicación, lo que permite que las computadoras tengan la capacidad de procesar de forma integral información de sonido, texto, imagen y vídeo. Puede lograr un procesamiento de información integrado e inteligente y se aplica a sistemas de monitoreo en tiempo real y diagnóstico de fallas de equipos del sitio de producción, monitoreo de parámetros del proceso de producción, etc., por lo que tiene un gran valor de aplicación.
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