Висококачествени машини с ЦПУ

Тези шест думи съдържат три слоя концепции, нека разгледаме по-отблизо всеки слой.

Петосна фрезова машина с ЦПУ

Първо, какво е "машинен инструмент"?

В тесен смисъл, "машинен инструмент" обикновено се отнася до "машинен инструмент за рязане" (в тесен смисъл е така, защото има и добавка за производство на машинни инструменти като 3печат или други специални машинни инструменти), които използват методи за рязане за обработка на детайли в машинни части. Това означава, че машинните инструменти са машините, които произвеждат машини, така че те също са известни като "работни машини", а на английски, те се наричат "работни машини".

Първата истинска машинна машина всъщност е пробивна машина, изобретена от британския индустриалец Джон Уилкинсън през 1775 г. Оригиналната мотивация за изобретяването на тази скучна машина е да се реши практическият проблем с производството на високопрецизни оръдионни бъчви в армията по онова време.

Обработката на пробиване е процес на рязане, който използва режещи инструменти за увеличаване на вътрешния диаметър на отворите или други кръгли контури върху въртящи се детайли. Тя съответства на струговане, което е процес на рязане, който използва инструмент за намаляване на външния диаметър на въртящ се детайл или за оформяне на крайната повърхност. [2]

Процеси на пробиване (ляво) и завиване (дясно)

47-годишният Уилкинсън, след непрекъснати усилия във фабриката на баща си, най-накрая създаде тази нова машина, която може да произвежда оръдия с рядка прецизност. Принципът на работа е да завъртите фиксирания вал на инструмента за пробиване през водно колело и да го бутнете спрямо цилиндричния детайл. Фиксираният вал на инструмента за пробиване преминава през цилиндъра и се поддържа в двата края. Поради относителното движение между инструмента и детайла материалът се пробива в цилиндричен отвор с висока прецизност.

Схематична схема на първата пробивна машина

А пробивната машина по-късно се използва за обработка на цилиндри на парни двигатели. Причината е, че след като Джеймс Уат изобретява парния двигател, той намира за много трудно да произвежда цилиндри на парни двигатели, използвайки методи за коване, и поради ниската производствена точност и тежкото изтичане на въздух на цилиндрите, производството и подобряването на ефективността на парния двигател са ограничени. [3] След приемането на тази сондажна машина могат да бъдат произведени високопрецизни цилиндри с над 50 инча, което значително подобрява качеството на обработка и производствената ефективност на цилиндрите на парни двигатели и по този начин постига голям успех.

След това, за да отговорят на нуждите на различни техники за обработка, различни видове машини като стругове, фрезови машини, фрезови машини, шлайфове, пробивни машини и др. се появиха един след друг. [4]

Процеси на пробиване (ляво) и фрезоване (дясно)

Тогава какво е "машинен инструмент с ЦПУ"?

Първият електронен компютър е роден на 14 февруари 1946 г. в Университета на Пенсилвания, САЩ. Първоначалната мотивация за неговото развитие е да се произвежда "електронно" компютърно устройство, което заменя релетата с електронни тръби по искане на американските военни в контекста на Втората световна война, за да се изчисли траекторията на снарядите.

Шест години по-късно, през 1952 г., Парсънс си сътрудничи с Масачузетския технологичен институт (Масачузетския технологичен институт), за да разработи първата машина за цифрово управление (известен още като "машинен инструмент за цифрово управление") чрез комбиниране на система за цифрово управление, базирана на електронни компютри, с фрезова машина от Синсинати. [5]

Първият машинен инструмент с ЦПУ (фрезова машина)

Шест години по-късно, през 1958 г., МИТ си сътрудничи с множество компании под спонсорството на американските военни, за да разработи APT (автоматични инструменти за програмиране), висококачествен компютърен програмен език, използван за генериране на работни инструкции за машинни инструменти с ЦПУ. Най-често срещаният метод сега е да се използват инструкции за формат, често наричани "G код". [7]

С непрекъснатото развитие на компютърните технологии микропроцесорите са приложени към цифровото управление, което значително подобрява функциите им.Този тип система се нарича Компютърно цифрово управление (ЦПУ), Computer Numerical Control）， Машинният инструмент, който прилага тази система, е известен също като машинен инструмент с ЦПУ, който е компютърно управляван машинен инструмент за цифрово управление или просто наричан "машинен инструмент с ЦПУ".

Технологията за цифрово управление в машинните инструменти с ЦПУ е технически метод, който използва цифрови сигнали за контрол на процеса на движение и обработка на машинния инструмент. Машинен инструмент с ЦПУ е машинен инструмент, който използва технология с ЦПУ или е оборудван със система с ЦПУ. Петият технически комитет на Международната федерация по обработка на информацията (ФИФИП) определя машинен инструмент с ЦПУ като машинен инструмент, оборудван със система за управление на програмата. Тази система за управление може логично да обработва програми с контролни кодове или други символични инструкции, да ги декодира, да ги представя с кодирани номера и да ги въведе в системата с ЦПУ чрез носители на информация. След изчисляване и обработка, различни контролни сигнали се издават от устройството с ЦПУ, за да се контролира действието на машинния инструмент, а частите се обработват автоматично според изискванията.

Процесът на обработка на машинни инструменти с ЦПУ

Обработката на машинни инструменти разделя координатите на движение на инструмента и детайла на някои минимални единици, а именно минималното изместване. Системата премества координатите с няколко минимални измествания в съответствие с изискванията на програмата на частите (т.е. контролира траекторията на движение на инструмента), като по този начин постига относително движение между инструмента и детайла и завършва машинната обработка на частта.

Относителното движение на инструмента по всяка координатна ос се измерва в единици еквивалент на импулс (mm/импулс). Когато пътят на рязане е права линия или дъга, устройството извършва "уплътняване на точката на данни" между началните и крайните координатни стойности на сегмента на линията или дъгата, изчислява серия от стойности на координатите на междинните точки и след това извежда импулси към всяка координата според стойностите на координатите на междинните точки, за да се гарантира обработката на желаната права линия или контур на дъгата.

Уплътняването на точките на данни, извършвано от устройства с ЦПУ, се нарича интерполация и обикновено устройствата с ЦПУ имат функцията да интерполират основни функции (като линейни и кръгови функции). Всъщност машинната обработка на всяка крива част на машинен инструмент с ЦПУ се приближава от основните математически функции, с които устройството с ЦПУ може да се справи, като линии, дъги и т.н. Естествено, грешката при сближаване трябва да отговаря на изискванията на чертежа на частта.

В сравнение с традиционните машинни инструменти, машинните инструменти с ЦПУ имат следните предимства:

Висока точност на обработка и стабилно качество. За всеки импулсен изход от системата изместването на движещите се части на машинния инструмент се нарича импулсният еквивалент на машинните инструменти с ЦПУ обикновено е 0,001мм, а високопрецизните машинни инструменти с ЦПУ могат да достигнат 0,000мм, с много по-висока разделителна способност на движение от обикновените машинни инструменти. В допълнение, машинните инструменти с ЦПУ имат устройства за откриване на позицията, които могат да предоставят обратна връзка към системата с ЦПУ за действителното изместване на движещите се части или ъгъла на винта и серво мотора и да го компенсират. Следователно може да се постигне по-висока точност на обработка от самата машина. Качеството на частите, обработени от машинни инструменти с ЦПУ, е гарантирано от машинния инструмент и не се влияе от оперативни грешки, така че размерът на една и съща партида части е добър и качеството е стабилно. Способни да обработват сложни части, които са трудни или невъзможни за обработка с обикновени машини. Например машинните инструменти с ЦПУ, които използват двуосно свързване или повече от двуосно свързване, могат да обработват въртящи се криви части на тялото, части на камерата и различни сложни пространствени криви части с извит генератор. Висока производствена ефективност. Скоростта на шпиндела и обхватът на подаване на машинните инструменти с ЦПУ са по-големи от тези на обикновените машинни инструменти, а добрата структурна твърдост позволява машинните инструменти с ЦПУ да използват големи количества рязане, ефективно спестявайки време за маневриране. За обработката на някои сложни части, ако се използва обработващ център с ЦПУ с устройство за автоматично смяна на инструмента, той може да постигне непрекъсната обработка на множество процеси при едно затягане, да намали времето за оборот на полуготовите продукти и да подобри производителността по-значително. Силна адаптивност към преработката на продукта. След модифицирания дизайн на обработените части е необходимо само да се промени машинната програма на частите и да се коригират параметрите на инструмента на машинния инструмент с ЦПУ, за да се постигне машинната обработка на модифицираните части, което значително намалява цикъла на подготовка на производството. Ето защо машинните инструменти с ЦПУ могат бързо да преминат от обработка на един тип част към обработка на друг модифициран дизайн на част, което осигурява голямо удобство за обработката на нови пробни продукти с единична и малка партида и чести актуализации на структурата на продукта. Полезен за развитието на производствените технологии към цялостна автоматизация. ЦПУ машинните инструменти са основното оборудване за автоматизация на механичната обработка.Интегрираните системи за автоматизация като Гъвкав машинен център (Гъвкава производствена система), и т.н., изградени върху машинни инструменти с ЦПУ, позволяват интеграцията, интелигентността и автоматизацията на механичното производство. Това е така, защото системата за управление на машинните инструменти с ЦПУ приема цифрова информация и стандартизирано въвеждане на код и има комуникационни интерфейси, което улеснява постигането на комуникация на данни между машинните инструменти Най-подходяща е за свързване на компютри за формиране на индустриална контролна мрежа, реализирайки изчислението, управлението и контрола на автоматизираните производствени процеси. Силна функция за мониторинг и способност за диагностициране на грешки. Системата с ЦПУ не само контролира движението на машинния инструмент, но и осигурява цялостно наблюдение на машинния инструмент. Например ранно предупреждение и диагностика на неизправности могат да се извършват за някои фактори, които причиняват неизправности, значително подобрявайки ефективността на поддръжката. Намаляване на трудовата интензивност на работниците и подобряване на условията на труд. И накрая, какво е "висококачествен машинен инструмент с ЦПУ"?

Определянето на "висок клас" или "висок клас" машинни инструменти с ЦПУ: машинни инструменти с ЦПУ с функции като висока скорост, прецизност, интелигентност, композитна, многоосна връзка, мрежова комуникация и др. Развитието му символизира, че сегашната индустрия за производство на машиностроителни машини в страната заема напреднал етап в развитието на световната индустрия за машиностроителни машини, поради което международно високите технологии за машиностроителни инструменти, като петосови свързващи машини с ЦПУ, се считат за важен символ на индустриализацията на страната. [10]

Центърът за обработка на пет оси DMG

Машинните инструменти с ЦПУ могат да бъдат разделени на три нива въз основа на тяхното функционално ниво: ниско, средно и високо. Този метод за класификация се използва широко в Китай. Границите между нисък, среден и висок клас са относителни, а стандартите за класификация варират в различните периоди. Въз основа на сегашното ниво на развитие, те обикновено могат да бъдат разграничени от следните аспекти (разбира се, тази класификация не може да включва всички показатели):

Сравнение на машини с ЦПУ с висок, среден и нисък клас

С развитието на напреднала производствена технология, съвременните машини с ЦПУ са необходими за развитие към висока скорост, висока точност, висока надеждност, интелигентност и по-пълни функции.