High-End CNC Werkzeugmaschinen

Diese sechs Wörter enthalten drei Ebenen von Konzepten, schauen wir uns jede Ebene genauer an.

Eine Handtmann PBZ HD 5-Achs CNC Fräsmaschine

Erstens, was ist eine "Werkzeugmaschine"?

Im engeren Sinne bezieht sich "Werkzeugmaschine" in der Regel auf "Schneidemaschine" (im engeren Sinne, weil es auch additive Fertigungsmaschinen wie 3D-Druck oder andere Sondermaschinen gibt), die mit Schneidverfahren Werkstücke zu Maschinenteilen verarbeiten. Das heißt, Werkzeugmaschinen sind die Maschinen, die Maschinen herstellen, so sind sie auch als "Arbeitsmaschinen" bekannt. Im Japanischen werden sie "Arbeitsmaschinen" (くきききい) und im Englischen werden sie "Werkzeugmaschinen" genannt.

Die erste echte Werkzeugmaschine war eigentlich eine Bohrmaschine, erfunden vom britischen Industriellen John Wilkinson in 1775. Die ursprüngliche Motivation für die Erfindung dieser Bohrmaschine war, das praktische Problem der Herstellung von hochpräzisen Kanonenläufen im Militär zu lösen.

Die Bohrbearbeitung ist ein Schneidprozess, bei dem Schneidwerkzeuge verwendet werden, um den Innendurchmesser von Löchern oder anderen kreisförmigen Konturen an rotierenden Werkstücken zu vergrößern. Sie entspricht dem Drehen, einem Schneidprozess, bei dem ein Werkzeug verwendet wird, um den Außendurchmesser eines rotierenden Werkstücks zu reduzieren oder die Stirnfläche zu formen. [2]

Bohren (links) und Drehen (rechts)

Der 47-jährige Wilkinson schuf nach kontinuierlichen Bemühungen in der Fabrik seines Vaters schließlich diese neue Maschine, die Kanonenfässer mit seltener Präzision herstellen kann. Das Arbeitsprinzip besteht darin, die feste Welle des Bohrwerkzeugs durch ein Wasserrad zu drehen und relativ zum zylindrischen Werkstück zu schieben. Die feste Welle des Bohrwerkzeugs verläuft durch den Zylinder und wird an beiden Enden gestützt. Durch die Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück wird das Material in ein hochpräzises zylindrisches Loch gebohrt.

Schematische Darstellung der ersten Bohrmaschine

Und die Bohrmaschine wurde später für die Bearbeitung von Dampfmaschinenzylindern verwendet. Der Grund ist, dass James Watt, nachdem er die Dampfmaschine erfunden hatte, es sehr schwierig fand, Dampfmaschinenzylinder mit Schmiedemethoden herzustellen, und aufgrund der geringen Fertigungsgenauigkeit und des starken Luftaustritts der Zylinder, die Herstellung und Effizienzverbesserung der Dampfmaschine waren begrenzt. [3] Nach der Annahme dieser Bohrmaschine können hochpräzise Zylinder von über 50 Zoll hergestellt werden, die die Verarbeitungsqualität und Produktionseffizienz von Dampfmaschinenzylindern erheblich verbessern und somit großen Erfolg erzielen.

Um den Anforderungen verschiedener Bearbeitungstechniken gerecht zu werden, entstanden anschließend verschiedene Arten von Werkzeugmaschinen wie Drehmaschinen, Fräsmaschinen, Hobelmaschinen, Schleifmaschinen, Bohrmaschinen usw. nacheinander. [4]

Bohren (links) und Fräsen (rechts)

Was ist dann eine "CNC-Werkzeugmaschine"?

Der erste elektronische Computer wurde am Februar 14.1946 an der University of Pennsylvania in den Vereinigten Staaten geboren. Ursprüngliche Motivation für seine Entwicklung war die Herstellung eines "elektronischen" Rechengeräts, das Relais auf Wunsch des US-Militärs im Rahmen des Zweiten Weltkriegs durch elektronische Röhren ersetzt, um die Flugbahn von Granaten zu berechnen.

Sechs Jahre später, in 1952, arbeitete Parsons mit dem Massachusetts Institute of Technology (MIT) zusammen, um die erste numerische Steuerung (NC) Werkzeugmaschine (auch bekannt als "digitale Steuerung Werkzeugmaschine") zu entwickeln. Dabei kombinierte Parsons ein numerisches Steuerungssystem basierend auf elektronischen Computern mit einer Fräsmaschine aus Cincinnati. Von da an erfuhren traditionelle Werkzeugmaschinen einen qualitativen Wandel und markierten den Beginn der CNC-Ära für Werkzeugmaschinen. [5]

Die erste CNC-Werkzeugmaschine (Fräsmaschine)

Sechs Jahre später, im 1958, arbeitete MIT mit mehreren Unternehmen unter der Schirmherrschaft des US-Militärs zusammen, um APT (Automatic Programming Tools) zu entwickeln, eine hochrangige Computerprogrammiersprache, die zur Erstellung von Arbeitsanweisungen für CNC-Werkzeugmaschinen verwendet wird. Die häufigste Methode ist jetzt, Anweisungen im RS-274-Format zu verwenden, allgemein als "G-Code" bezeichnet. [7]

Mit der kontinuierlichen Entwicklung der Computertechnologie wurden Mikroprozessoren auf die digitale Steuerung angewendet, wodurch ihre Funktionen erheblich verbessert werden.Diese Art von System wird Computer Digital Control (CNC) genannt, Computer Numerical Control）， Die Werkzeugmaschine, die dieses System anwendet, wird auch als CNC-Werkzeugmaschine bezeichnet, eine computergesteuerte numerische Steuerungsmaschine oder einfach als "CNC-Werkzeugmaschine" bezeichnet.

Die numerische Steuerungstechnik in CNC-Werkzeugmaschinen ist ein technisches Verfahren, das digitale Signale verwendet, um den Bewegungs- und Bearbeitungsprozess der Werkzeugmaschine zu steuern. Eine CNC-Werkzeugmaschine ist eine Werkzeugmaschine, die CNC-Technologie verwendet oder mit einem CNC-System ausgestattet ist. Das Fünfte Technische Komitee der International Federation of Information Processing (IFIP) definiert eine CNC-Werkzeugmaschine als Werkzeugmaschine, die mit einem Programmsteuerungssystem ausgestattet ist. Diese Steuerung kann Programme mit Steuercodes oder anderen symbolischen Anweisungen logisch verarbeiten, entschlüsseln, mit codierten Nummern darstellen und über Informationsträger in das CNC-System eingeben. Nach der Berechnung und Verarbeitung werden verschiedene Steuersignale von der CNC-Vorrichtung ausgegeben, um die Aktion der Werkzeugmaschine zu steuern, und die Teile werden automatisch entsprechend den Anforderungen verarbeitet.

Der Bearbeitungsprozess von CNC-Werkzeugmaschinen

Die CNC-Werkzeugbearbeitung unterteilt die Bewegungskoordinaten von Werkzeug und Werkstück in einige minimale Einheiten, nämlich die minimale Verschiebung. Das CNC-System bewegt die Koordinaten um mehrere minimale Verschiebungen entsprechend den Anforderungen des Teileprogramms (d.h. steuert die Werkzeugbewegungslinie), wodurch eine Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück erreicht und die Bearbeitung des Teils abgeschlossen wird.

Die Relativbewegung des Werkzeugs entlang jeder Koordinatenachse wird in Einheiten des Impulsäquivalents (mm/Puls) gemessen. Wenn der Schneidweg eine gerade Linie oder einen Bogen ist, führt das CNC-Gerät "Datenpunktverdichtung" zwischen den Anfangs- und Endkoordinatenwerten des Liniensegments oder Bogens durch, berechnet eine Reihe von Zwischenpunktkoordinatenwerten und gibt dann Impulse an jede Koordinate entsprechend den Zwischenpunktkoordinatenwerten aus, um sicherzustellen, dass die gewünschte Gerade- oder Bogenkontur verarbeitet wird.

Die Verdichtung von Datenpunkten durch CNC-Geräte wird Interpolation genannt, und im Allgemeinen haben CNC-Geräte die Funktion, grundlegende Funktionen (wie lineare und kreisförmige Funktionen) zu interpolieren. Tatsächlich wird die Bearbeitung jedes Kurven-L-Teils auf einer CNC-Werkzeugmaschine durch die grundlegenden mathematischen Funktionen, die das CNC-Gerät handhaben kann, wie Linien, Bögen usw. approximiert. Selbstverständlich muss der Näherungsfehler den Anforderungen der Teilezeichnung entsprechen.

Im Vergleich zu herkömmlichen Werkzeugmaschinen haben CNC-Werkzeugmaschinen folgende Vorteile:

Hohe Verarbeitungsgenauigkeit und stabile Qualität. Für jeden Impulsausgang durch das CNC-System wird die Verschiebung der beweglichen Teile der Werkzeugmaschine als Impulsäquivalent bezeichnet.Das Impulsäquivalent von CNC-Werkzeugmaschinen ist im Allgemeinen 0.001mm, und hochpräzise CNC-Werkzeugmaschinen können 0.0001mm erreichen, mit viel höherer Bewegungsauflösung als gewöhnliche Werkzeugmaschinen. Darüber hinaus verfügen CNC-Werkzeugmaschinen über Positionserfassungsgeräte, die dem CNC-System Rückmeldung über die tatsächliche Verschiebung beweglicher Teile oder den Winkel der Schraube und des Servomotors geben und diese ausgleichen können. Dadurch kann eine höhere Bearbeitungsgenauigkeit als die Werkzeugmaschine selbst erreicht werden. Die Qualität der von CNC-Werkzeugmaschinen verarbeiteten Teile wird von der Werkzeugmaschine garantiert und wird nicht durch Betriebsfehler beeinträchtigt, so dass die Größenkonstanz der gleichen Charge von Teilen gut ist und die Qualität stabil ist. In der Lage, komplexe Teile zu bearbeiten, die mit gewöhnlichen Werkzeugmaschinen schwierig oder unmöglich zu bearbeiten sind. Zum Beispiel können CNC-Werkzeugmaschinen, die zwei Achsen-Gestänge oder mehr als zwei Achsen-Gestänge verwenden, rotierende Körperkrümmungsteile, Nockenteile und verschiedene komplexe räumliche gebogene Teile mit gekrümmter Generatorix verarbeiten. Hohe Produktionseffizienz. Die Spindeldrehzahl und der Vorschubbereich von CNC-Werkzeugmaschinen sind größer als die von gewöhnlichen Werkzeugmaschinen, und die gute strukturelle Steifigkeit ermöglicht es CNC-Werkzeugmaschinen, große Schnittmengen zu verwenden und effektiv Manövrierzeit zu sparen. Für die Bearbeitung bestimmter komplexer Teile kann, wenn ein CNC-Bearbeitungszentrum mit einer automatischen Werkzeugwechselvorrichtung verwendet wird, eine kontinuierliche Bearbeitung mehrerer Prozesse unter einer Aufspannung erreicht werden, die Umschlagszeit von Halbzeugen reduziert und die Produktivität signifikant verbessert werden. Starke Anpassungsfähigkeit an das Produktdesign. Nach dem geänderten Design der bearbeiteten Teile ist es nur notwendig, das Bearbeitungsprogramm der Teile zu ändern und die Werkzeugparameter auf der CNC-Werkzeugmaschine anzupassen, um die Bearbeitung der modifizierten Teile zu erreichen, was den Produktionsvorbereitungszyklus erheblich reduziert. Daher können CNC-Werkzeugmaschinen schnell von der Bearbeitung eines Teiletyps zur Bearbeitung eines anderen modifizierten Teiledesigns übergehen, was großen Komfort für die Verarbeitung von Einzel- und Kleinserien neuer Probeprodukte und häufige Aktualisierungen der Produktstruktur bietet. Vorteilhaft für die Entwicklung der Fertigungstechnik hin zur umfassenden Automatisierung. CNC-Werkzeugmaschinen sind die Grundausstattung für die Automatisierung der mechanischen Bearbeitung. Integrierte Automatisierungssysteme wie FMC (Flexible Machine Center), FMS (Flexible Manufacturing System), CIMS (Computer Integrated Manufacturing System), etc., die auf CNC-Werkzeugmaschinen aufgebaut sind, ermöglichen die Integration, Intelligenz und Automatisierung der mechanischen Fertigung. Dies liegt daran, dass das Steuerungssystem von CNC-Werkzeugmaschinen digitale Informationen und standardisierte Code-Eingabe übernimmt und Kommunikationsschnittstellen hat, die es einfach machen, Datenkommunikation zwischen CNC-Werkzeugmaschinen zu erreichen. Starke Überwachungsfunktion und die Fähigkeit, Fehler zu diagnostizieren. Das CNC-System steuert nicht nur die Bewegung der Werkzeugmaschine, sondern bietet auch eine umfassende Überwachung der Werkzeugmaschine. Beispielsweise können Frühwarnungen und Fehlerdiagnosen für einige Faktoren durchgeführt werden, die Fehler verursachen, wodurch die Effizienz der Wartung erheblich verbessert wird. Reduzieren Sie die Arbeitsintensität der Arbeiter und verbessern Sie die Arbeitsbedingungen. Schließlich, was ist eine "High-End CNC Werkzeugmaschine"?

Die Definition von "High-End" oder "High-End" CNC-Werkzeugmaschinen: CNC-Werkzeugmaschinen mit Funktionen wie Hochgeschwindigkeit, Präzision, Intelligenz, Verbundwerkstoff, Mehrachsverbindung, Netzwerkkommunikation usw. Seine Entwicklung symbolisiert, dass die gegenwärtige Werkzeugmaschinenherstellungsindustrie des Landes eine fortgeschrittene Stufe in der Entwicklung der weltweiten Werkzeugmaschinenindustrie einnimmt. [10]

DMG Fünfachs Bearbeitungszentrum

CNC-Werkzeugmaschinen können je nach Funktionsniveau in drei Ebenen unterteilt werden: niedrig, mittel und hoch. Diese Klassifizierungsmethode ist in China weit verbreitet. Die Grenzen zwischen Low, Medium und High End sind relativ, und die Klassifikationsstandards variieren in verschiedenen Zeiträumen. Basierend auf dem aktuellen Entwicklungsstand kann es im Allgemeinen von folgenden Aspekten unterschieden werden (natürlich kann diese Klassifizierung nicht alle Indikatoren umfassen):

Vergleich von High, Medium und Low End CNC Werkzeugmaschinen

Mit der Entwicklung fortschrittlicher Produktionstechnologie sind moderne CNC-Werkzeugmaschinen erforderlich, um sich in Richtung hoher Geschwindigkeit, hoher Präzision, hoher Zuverlässigkeit, Intelligenz und vollständigeren Funktionen zu entwickeln.