L‘application de la technologie de commande numérique a apporté des changements qualitatifs à l‘industrie manufacturière traditionnelle, en particulier ces dernières années. Le développement de la technologie microélectronique et de la technologie informatique a apporté une nouvelle vitalité à la technologie de commande numérique. La technologie de commande numérique et les équipements de commande numérique sont des bases importantes pour la modernisation industrielle dans divers pays.

Les machines-outils à commande numérique sont l‘équipement courant de l‘industrie manufacturière moderne, l‘équipement nécessaire pour l‘usinage de précision, un symbole important du niveau technique des machines-outils modernes et de l‘industrie manufacturière de machines modernes, et un matériau stratégique lié à l‘économie nationale et aux moyens de subsistance des gens et à la construction de pointe de la défense nationale. Par conséquent, tous les pays industrialisés du monde ont pris des mesures majeures pour développer leur propre technologie de commande numérique et ses industries.

Usinage à commande numérique CNC

CNC est l‘abréviation de Computer Numberical Control en anglais, qui signifie "contrôle des données informatiques", qui est simplement "traitement de commande numérique".

Le traitement à commande numérique est une technologie de traitement avancée dans la fabrication de machines d‘aujourd‘hui. Il s‘agit d‘une méthode de traitement automatisée à haute efficacité, haute précision et haute flexibilité. Il s‘agit d‘entrer le programme de commande numérique de la pièce dans la machine-outil, et la machine-outil traite automatiquement la pièce qui répond aux souhaits des gens sous le contrôle de ces données pour produire des produits merveilleux.

La technologie de traitement à commande numérique peut résoudre efficacement des problèmes de traitement modifiables complexes, précis et en petits lots comme les moules, et s‘adapter pleinement aux besoins de la production moderne. Le développement vigoureux de la technologie de traitement à commande numérique est devenu un moyen important pour notre pays d‘accélérer le développement économique et d‘améliorer les capacités d‘innovation indépendantes. À l‘heure actuelle, l‘utilisation de machines-outils à commande numérique dans notre pays est de plus en plus courante, et être capable de maîtriser la programmation de machines à commande numérique est un moyen important de jouer pleinement de ses fonctions.

La machine-outil à commande numérique est un produit mécatronique typique, elle intègre la technologie microélectronique, la technologie informatique, la technologie de mesure, la technologie des capteurs, la technologie de commande automatique et la technologie d‘intelligence artificielle et d‘autres technologies avancées, et est étroitement associée à la technologie d‘usinage, est une nouvelle génération de technologie et d‘équipement de fabrication mécanique.

Composition de la machine à commande numérique CNC

La machine à commande numérique est un équipement d‘automatisation qui intègre des machines-outils, des ordinateurs, des moteurs et des technologies telles que la traînée, le contrôle dynamique et la détection. Les composants de base des machines-outils à commande numérique comprennent le support de commande, le dispositif de commande numérique, le système d‘asservissement, le dispositif de rétroaction et le corps de la machine-outil, comme le montre la figure

1. Milieu de contrôle

Le support de commande est le support qui stocke tous les outils d‘action relatifs aux informations de position de la pièce requises pour l‘usinage à commande numérique. Il enregistre le programme d‘usinage de la pièce. Par conséquent, le support de commande fait référence au support d‘informations qui transmet les informations d‘usinage de la pièce au dispositif de commande numérique. Il existe de nombreuses formes de supports de commande, qui varient en fonction du type de dispositif de commande numérique. Les plus couramment utilisés sont la bande perforée, la carte perforée, la bande magnétique, le disque magnétique, etc. Avec le développement de la technologie de commande numérique, la bande perforée et la carte perforée ont tendance à être éliminées. La méthode d‘utilisation du logiciel CAO / FAO pour programmer dans un ordinateur, puis communiquer avec le système de commande numérique pour transmettre directement le programme et les données au dispositif de commande numérique est de plus en plus largement utilisée.

2, dispositif de commande numérique

Le dispositif de commande numérique est au cœur de la machine-outil à commande numérique, appelée "système central". Les machines-outils à commande numérique modernes utilisent le dispositif de commande numérique par ordinateur CNC. Le dispositif de commande numérique comprend le dispositif d‘entrée, le processeur central (CPU) et le dispositif de sortie, etc. Le dispositif de commande numérique peut compléter l‘opération d‘entrée, de stockage, de transformation et d‘interpolation des informations et réaliser diverses fonctions de commande.

3. Système de servo

Le servo est une pièce motrice qui reçoit les instructions du dispositif de commande numérique et commande le mouvement de l‘actionneur de la machine-outil. Il comprend l‘unité d‘entraînement de broche, l‘unité d‘entraînement d‘alimentation, le moteur de broche et le moteur d‘alimentation. Lors du travail, le servo accepte les informations de commande du système de commande numérique et les compare aux signaux de rétroaction de position et de vitesse en fonction des exigences des informations de commande, entraîne les pièces mobiles ou exécutives de la machine-outil à fonctionner et traite les pièces qui répondent aux exigences des dessins.

4. Dispositif de rétroaction

Le dispositif de rétroaction est composé d‘éléments de mesure et de circuits correspondants. Sa fonction est de détecter la vitesse et le déplacement et de renvoyer les informations pour former une commande en boucle fermée. Certaines machines-outils à commande numérique avec des exigences de précision faibles et sans dispositif de rétroaction sont appelées systèmes en boucle ouverte.

5. Corps de machine-outil

Le corps de la machine est l‘entité de la machine-outil à commande numérique, qui est la partie mécanique qui complète le traitement de coupe proprement dit, y compris le corps du lit, la base, la table, la selle du lit, la broche, etc.

Les caractéristiques de la technologie d‘Usinage CNC

Le processus d‘usinage à commande numérique CNC suit également la loi d‘usinage, qui est à peu près la même que le processus d‘usinage des machines-outils ordinaires. Parce qu‘il s‘agit d‘un usinage automatisé qui applique la technologie de commande par ordinateur à l‘usinage, il a les caractéristiques d‘une efficacité d‘usinage élevée et d‘une haute précision. Le processus d‘usinage a ses propres caractéristiques uniques. Le processus est plus compliqué et la disposition des étapes de travail est plus détaillée et méticuleuse.

Le processus d‘usinage à commande numérique CNC comprend la sélection des outils, la détermination des paramètres de coupe et la conception de l‘itinéraire du processus de coupe. Le processus d‘usinage à commande numérique CNC est le fondement et le cœur de la programmation à commande numérique. Ce n‘est que lorsque le processus est raisonnable qu‘un programme de commande numérique à haute efficacité et de haute qualité peut être compilé. Les normes pour mesurer la qualité des programmes de commande numérique sont : temps d‘usinage minimum, perte d‘outil minimale et meilleure pièce.

Le processus d‘usinage à commande numérique fait partie du processus d‘usinage global de la pièce, voire d‘un processus. Il doit coopérer avec d‘autres processus avant et arrière pour enfin répondre aux exigences d‘assemblage de l‘ensemble de la machine ou du moule, afin de traiter les pièces qualifiées.

Les procédures de traitement à commande numérique sont généralement divisées en étapes de traitement brut, de traitement à angle moyen et brut, de semi-finition et de finition.

Programmation de commande numérique CNC

La programmation à commande numérique est l‘ensemble du processus, du dessin des pièces au programme d‘usinage à commande numérique. Sa tâche principale est de calculer le point de contrôle de la fraise (point d‘emplacement de la fraise appelé point CL) en usinage. Le point de contrôle de la fraise est généralement considéré comme l‘intersection de l‘axe de l‘outil et de la surface de l‘outil, et le vecteur de l‘axe de l‘outil est également donné en usinage multiaxe.

La machine-outil à commande numérique est basée sur les exigences du motif de la pièce et du processus d‘usinage, et la quantité de mouvement, la vitesse et la séquence d‘action, la vitesse de la broche, la direction de rotation de la broche, le serrage de la tête de coupe, les opérations de desserrage et de refroidissement de la tête de coupe de l‘outil utilisé et de divers composants sont compilées dans une feuille de programme sous la forme d‘un code de commande numérique spécifié, qui est entré dans l‘ordinateur spécial de la machine-outil. Ensuite, une fois que le système de commande numérique compile, calcule et traite logiquement selon les instructions d‘entrée, il émet divers signaux et instructions, et commande chaque pièce pour traiter différentes formes de pièces en fonction du déplacement spécifié et des actions séquentielles. Par conséquent, la programmation a un grand impact sur l‘efficacité de la machine-outil à commande numérique.

La machine-outil à commande numérique doit entrer les codes d‘instructions représentant diverses fonctions dans le dispositif de commande numérique sous la forme d‘un programme, puis le dispositif de commande numérique effectue un traitement de calcul, puis envoie des signaux d‘impulsion pour contrôler le fonctionnement des différentes pièces mobiles de la machine-outil à commande numérique, afin de terminer la coupe des pièces.

Il existe actuellement deux normes pour les programmes de contrôle numérique : ISO de l‘organisation internationale de normalisation et EIA de l‘American Electronics Industry Association. Les codes ISO sont utilisés dans notre pays.

Avec les progrès de la technologie, la programmation de commande numérique 3D est généralement rarement programmée manuellement et un logiciel de CAO / FAO commercial est utilisé.

La CAO / FAO est au cœur du système de programmation assistée par ordinateur, et ses principales fonctions comprennent l‘entrée / la sortie des données, le calcul et l‘édition des pistes d‘usinage, le réglage des paramètres de processus, la simulation d‘usinage, le post-traitement du programme de commande numérique et la gestion des données.

À l‘heure actuelle, dans notre pays par des utilisateurs comme, logiciel puissant de programmation de commande numérique Mastercam, UG, Cimatron, PowerMILL, CAXA et ainsi de suite. Chaque logiciel pour les principes de programmation de commande numérique, les méthodes de traitement graphique et les méthodes de traitement sont similaires, mais chacun a ses propres caractéristiques.

Étapes de commande numérique CNC des pièces d‘usinage

1. Analyser les dessins des pièces pour comprendre la situation générale de la pièce (géométrie, matériau de la pièce, exigences du processus, etc.)

2. Déterminer la technologie de traitement de commande numérique des pièces (contenu de traitement, itinéraire de traitement)

3, effectuer les calculs numériques nécessaires (point de base, calcul des coordonnées des nœuds)

4. Rédigez la fiche du programme (différentes machines-outils seront différentes, suivez le manuel d‘utilisation)

5. Vérification du programme (entrez le programme dans la machine-outil et effectuez une simulation graphique pour vérifier l‘exactitude de la programmation)

6. Usinage de la pièce (un bon contrôle du processus peut gagner du temps et améliorer la qualité du traitement)

7. Acceptation de la pièce et analyse des erreurs de qualité (la pièce est inspectée et la pièce qualifiée passe à la suivante. Si elle échoue, la cause de l‘erreur et la méthode de correction sont trouvées grâce à une analyse de qualité).

Historique de développement des machines-outils à commande numérique

Après la Seconde Guerre mondiale, la majeure partie de la production de l‘industrie manufacturière reposait sur une opération manuelle. Une fois que les travailleurs ont lu les dessins, ils ont actionné manuellement des machines-outils et traité des pièces. De cette façon, la production de produits était coûteuse, inefficace et la qualité n‘était pas garantie.

À la fin des années 1940, un ingénieur aux États-Unis, John Parsons, a conçu une méthode consistant à percer des trous dans une carte en carton pour représenter la géométrie des pièces à usiner, et à utiliser une carte dure pour contrôler le mouvement de la machine-outil. À l‘époque, ce n‘était qu‘une idée.

En 1948, Parsons a montré son idée à l‘US Air Force. Après l‘avoir vue, l‘US Air Force a exprimé un grand intérêt, car l‘US Air Force recherchait une méthode de traitement avancée, dans l‘espoir de résoudre le problème de traitement des modèles de forme d‘avion. En raison de la forme complexe du modèle, des exigences de haute précision et de la difficulté à s‘adapter à l‘équipement général, l‘US Air Force a immédiatement chargé et parrainé le Massachusetts Institute of Technology (MIT) de mener des recherches et de développer cette machine-outil cardboard-controlled . Enfin, en 1952, le MIT et Parsons ont coopéré et ont développé avec succès la première machine de démonstration. En 1960, la perceuse à commande ponctuelle relativement simple et économique et la fraiseuse à commande numérique linéaire avaient été rapidement développées, ce qui a progressivement promu la machine à commande numérique dans divers secteurs de l‘industrie manufacturière.

L‘histoire de l‘usinage CNC a traversé plus d‘un demi-siècle, et le système de commande numérique NC s‘est également développé depuis la première commande de circuit de signal analogique jusqu‘à un système d‘usinage intégré extrêmement complexe, et la méthode de programmation a également été développée manuellement en un système intégré CAO / FAO intelligent et puissant.

En ce qui concerne notre pays, le développement de la technologie de commande numérique est relativement lent. Pour la plupart des ateliers en Chine, l‘équipement est relativement en retard, et le niveau technique et le concept du personnel sont en retard, ce qui se manifeste par une qualité et une efficacité de traitement faibles, et retarde souvent le délai de livraison.

La première génération de système CN a été introduite en 1951, et son unité de commande était principalement composée de diverses vannes et circuits analogiques. En 1952, la première machine-outil CNC est née, et elle est passée d‘une fraiseuse ou d‘un tour à un centre d‘usinage, devenant un équipement clé dans la fabrication moderne.

Le système NC de deuxième génération a été produit en 1959 et était principalement composé de transistors individuels et d‘autres composants.

En 1965, le système NC de troisième génération a été introduit, qui a d‘abord adopté des cartes de circuits intégrés.

En fait, en 1964, le système NC de quatrième génération a été développé, à savoir le système de commande numérique par ordinateur (système de commande CNC) que nous connaissons très bien.

En 1975, le système NC a adopté un microprocesseur puissant, qui était la cinquième génération du système NC.

6. Le système NC de sixième génération adopte l‘actuel système de fabrication intégré (MIS) + DNC + système d‘usinage flexible (FMS).

Tendance de développement des machines-outils à commande numérique

1. Grande vitesse

Avec le développement rapide de l‘automobile, de la défense nationale, de l‘aviation, de l‘aérospatiale et d‘autres industries et l‘application de nouveaux matériaux tels que les alliages d‘aluminium, les exigences à grande vitesse pour le traitement des machines-outils à commande numérique sont de plus en plus élevées.

A. Vitesse de la broche : La machine adopte une broche électrique (moteur de broche intégré), et la vitesse de broche maximale est de 200000r / min ;

B. Vitesse d‘avance : à une résolution de 0,01 µm, la vitesse d‘avance maximale est de 240 m / min et un usinage de précision complexe est possible.

C. Vitesse de calcul : Le développement rapide des microprocesseurs a fourni une garantie pour le développement de systèmes de commande numérique à haute vitesse et haute précision. Le processeur a été développé pour des systèmes de commande numérique 32 bits et 64 bits, et la fréquence a été augmentée à plusieurs centaines de MHz et gigahertz. En raison de la grande amélioration de la vitesse de calcul, lorsque la résolution est de 0,1 µm et 0,01 µm, la vitesse d‘alimentation peut encore atteindre 24 ~ 240 m / min ;

D. Vitesse de changement d‘outil : À l‘heure actuelle, le temps d‘échange d‘outils des centres d‘usinage avancés étrangers est généralement d‘environ 1 s, et le maximum a atteint 0,5 s. La société allemande Chiron conçoit le magasin d‘outils comme un style de panier, avec la broche comme axe, et les outils sont disposés en cercle. Le temps de changement d‘outil d‘un couteau à l‘autre n‘est que de 0,9 s.

2. Haute précision

Les exigences de la précision des machines-outils à commande numérique ne se limitent plus à la précision géométrique statique, et la précision du mouvement, la déformation thermique et la surveillance et la compensation des vibrations des machines-outils retiennent de plus en plus l‘attention.

A. Améliorer la précision de la commande du système CNC : utiliser la technologie d‘interpolation à grande vitesse pour obtenir une alimentation continue avec de minuscules segments de programme, affiner l‘unité de commande CNC et utiliser des dispositifs de détection de position haute résolution pour améliorer la précision de la détection de position. Le système d‘asservissement de position utilise des méthodes de commande par anticipation et de commande non linéaire.

B. Adopter la technologie de compensation d‘erreur : utiliser la compensation de jeu inversé, la compensation d‘erreur de pas de vis et la compensation d‘erreur d‘outil pour compenser de manière exhaustive l‘erreur de déformation thermique et l‘erreur spatiale de l‘équipement.

C. Vérifier et améliorer la précision de la trajectoire du centre d‘usinage en utilisant la technologie de grille : prédire la précision d‘usinage de la machine-outil par simulation pour garantir la précision de positionnement et la précision de positionnement répétée de la machine-outil, afin que ses performances puissent être stables pendant une longue période, et il peut effectuer une variété de tâches de traitement dans différentes conditions de fonctionnement.

3. Intégration fonctionnelle

La signification de la machine-outil composite fait référence à la réalisation ou à l‘achèvement de divers éléments du produit brut au produit fini sur une machine-outil. Selon ses caractéristiques structurelles, elle peut être divisée en deux catégories : le type composite de processus et le type composite de processus. Les centres d‘usinage peuvent effectuer divers processus tels que le tournage, le fraisage, le perçage, le hobage, le meulage, le traitement thermique au laser, etc., et peuvent effectuer tout le traitement de pièces complexes. Avec l‘amélioration continue des exigences d‘usinage modernes, un grand nombre de machines-outils à commande numérique à liaison multiaxe sont de plus en plus bien accueillies par les grandes entreprises.

4. Contrôle intelligent

Avec le développement de la technologie d‘intelligence artificielle, afin de répondre aux besoins de développement de la flexibilité de la production manufacturière et de l‘automatisation de la fabrication, l‘intelligence des machines-outils à commande numérique s‘améliore constamment. Plus précisément reflété dans les aspects suivants :

A. Technologie de contrôle adaptatif des processus ;

B. Optimisation intelligente et sélection des paramètres de traitement ;

C. Auto-diagnostic intelligent des pannes et technologie d‘auto-réparation ;

D. Technologie intelligente de lecture et de simulation des pannes ;

E. Dispositif de servo-entraînement AC intelligent ;

F. Système de commande numérique intelligent 4M : dans le processus de fabrication, la mesure, la modélisation, l‘usinage et le fonctionnement de la machine sont intégrés dans un seul système.

5. Système ouvert

Ouvert aux technologies futures : puisque les interfaces logicielles et matérielles adhèrent aux protocoles standard acceptés, elles peuvent être adoptées, absorbées et compatibles avec une nouvelle génération de logiciels et de matériels à usage général.

B. Ouvert aux exigences spécifiques des utilisateurs : mettre à jour les produits, étendre les fonctions et fournir diverses combinaisons de produits matériels et logiciels pour répondre aux exigences spécifiques des applications.

C. Établissement de normes de commande numérique : langage de programmation standardisé, qui est pratique pour les utilisateurs, utilise et réduit la consommation de main-d‘œuvre directement liée à l‘efficacité des opérations.

6. Connexion parallèle d‘entraînement

Il peut réaliser de multiples fonctions de traitement, d‘assemblage et de mesure de commande numérique à liaison multicoordonnée, et peut mieux répondre au traitement de pièces spéciales complexes. Les machines-outils parallèles sont considérées comme "le progrès le plus significatif dans l‘industrie des machines-outils depuis l‘invention de la technologie de commande numérique" et "une nouvelle génération d‘équipements de traitement de commande numérique au 21e siècle".

7. Extrême (grand et miniaturisé)

Le développement des industries de la défense nationale, de l‘aviation et de l‘aérospatiale et le développement à grande échelle d‘équipements industriels de base tels que l‘énergie nécessitent le soutien de machines-outils à commande numérique à grande échelle et haute performance. La technologie d‘usinage ultra-précision et la technologie micro-nano sont des technologies stratégiques au 21e siècle, et de nouveaux processus et équipements de fabrication capables de s‘adapter à la précision d‘usinage micro-taille et micro-nano doivent être développés.

8. Mise en réseau de l‘échange d‘informations

Il peut non seulement réaliser le partage des ressources réseau, mais aussi réaliser la surveillance, le contrôle, le diagnostic et la maintenance à distance des machines-outils à commande numérique.

9. Transformation verte

Ces dernières années, des machines-outils qui ne nécessitent pas ou n‘utilisent pas moins de liquide de refroidissement pour économiser l‘énergie et protéger l‘environnement pour la coupe à sec et la coupe semi-sèche ont émergé, et la tendance de la fabrication verte a accéléré le développement de diverses machines-outils économes en énergie et respectueuses de l‘environnement..

10. Application de la technologie multimédia

La technologie multimédia intègre les technologies informatiques, d‘image sonore et de communication, ce qui permet à l‘ordinateur de traiter de manière exhaustive les informations sonores, textuelles, d‘image et vidéo. Il peut être intégré et intelligent dans le traitement de l‘information, et est appliqué à la surveillance en temps réel, au diagnostic des pannes des systèmes et des équipements de production, à la surveillance des paramètres du processus de production, etc., il a donc une grande valeur applicative.