Mașini-unelte CNC de înaltă calitate

Aceste șase cuvinte conțin trei straturi de concepte, să aruncăm o privire mai atentă la fiecare strat.

O mașină de frezat CNC cu cinci axe Handtmann PBZ HD

În primul rând, ce este o "mașină unealtă"?

Într-un sens îngust, "mașină-unealtă" se referă de obicei la "mașină-unealtă de tăiat" (într-un sens îngust, se datorează faptului că există, de asemenea, mașini-unelte de fabricare aditivă, cum ar fi imprimarea 3D sau alte mașini-unelte speciale), care utilizează metode de tăiere pentru a prelucra piesele de prelucrat în piese de mașină. Adică, mașinile-unelte sunt mașinile care fabrică mașini, astfel încât acestea sunt, de asemenea, cunoscute sub numele de "mașini de lucru". În japoneză, ele sunt numite "mașini de lucru" (acest lucru くきい), iar în limba engleză, ele sunt numite "mașini-unelte".

Prima mașină unealtă adevărată a fost de fapt o mașină de plictisit, inventată de industriașul britanic John Wilkinson în 1775. Motivația inițială pentru a inventa această mașină plictisitoare a fost de a rezolva problema practică a fabricării butoaielor de tun de înaltă precizie în armată la acea vreme.

Prelucrarea de alezare este un proces de tăiere care utilizează unelte de tăiere pentru a mări diametrul interior al găurilor sau alte contururi circulare pe piesele de prelucrat rotative. Acesta corespunde strunjirii, care este un proces de tăiere care utilizează o unealtă pentru a reduce diametrul exterior al unei piese de prelucrat rotative sau pentru a modela fața capătului. [2]

Procese de alezare (stânga) și rotire (dreapta)

Wilkinson, în vârstă de 47 de ani, după eforturi continue în fabrica tatălui său, a creat în cele din urmă această nouă mașină care poate produce butoaie de tun cu precizie rară. Principiul de lucru este rotirea arborelui fix al uneltei de alezare printr-o roată de apă și împingerea acestuia în raport cu piesa cilindrică. Arborele fix al uneltei de alezare trece prin cilindru și este susținut la ambele capete. Datorită mișcării relative dintre scula și piesa de prelucrat, materialul este ales într-o gaură cilindrică de înaltă precizie.

Diagrama schematică a primei mașini de alezat

Iar mașina de ales a fost mai târziu folosită pentru prelucrarea cilindrilor motoarelor cu abur. Motivul este că după ce James Watt a inventat motorul cu abur, i s-a părut foarte dificil să fabrice cilindrii motoarelor cu abur folosind metode de forjare, iar datorită preciziei scăzute de fabricație și scurgerilor severe de aer ale cilindrilor, fabricația și îmbunătățirea eficienței motorului cu abur au fost limitate. [3] După adoptarea acestei mașini de alezat, cilindrii de înaltă precizie de peste 50 de inci pot fi fabricați, îmbunătățind considerabil calitatea prelucrării și eficiența producției cilindrilor motoarelor cu abur, obținând astfel un mare succes.

Ulterior, pentru a satisface nevoile diferitelor tehnici de prelucrare, au apărut diferite tipuri de mașini-unelte, cum ar fi strunguri, mașini de frezat, șlefuitoare, mașini de găurit etc. [4]

Procese de găurire (stânga) și frezare (dreapta)

Atunci, ce este o "mașină unealtă CNC"?

Primul calculator electronic s-a născut pe 14 februarie 1946 la Universitatea Pennsylvania din Statele Unite. Motivația inițială pentru dezvoltarea sa a fost fabricarea unui dispozitiv de calcul "electronic" folosind tuburi electronice în loc de relee, așa cum a solicitat armata SUA, în contextul celui de-al Doilea Război Mondial, pentru a calcula traiectoria scoicilor.

Șase ani mai târziu, în 1952, Parsons a colaborat cu Institutul de Tehnologie Massachusetts (MIT) pentru a dezvolta prima mașină-unelte cu control numeric (NC) (cunoscută și sub numele de "mașină-unelte cu control digital") prin combinarea unui sistem de control numeric bazat pe calculatoare electronice cu o mașină de frezat din Cincinnati. De atunci, mașinile-unelte tradiționale au suferit o schimbare calitativă, marcând începutul erei CNC pentru mașini-unelte. [5]

Prima mașină unealtă CNC (mașină de frezat)

Șase ani mai târziu, în 1958, MIT a colaborat cu mai multe companii sub sponsorizarea armatei americane pentru a dezvolta APT (Automatic Programming tools), un limbaj de programare computerizată de nivel înalt folosit pentru a genera instrucțiuni de lucru pentru mașinile-unelte CNC. Cea mai comună metodă acum este de a utiliza instrucțiuni de format RS-274, denumite în mod obișnuit "codul G". [7]

Odată cu dezvoltarea continuă a tehnologiei calculatoarelor, microprocesoarele au fost aplicate controlului digital, îmbunătățind considerabil funcțiile lor.Acest tip de sistem este numit Computer Digital Control (CNC), Computer Numerical Control）， Mașina-unelte care aplică acest sistem este, de asemenea, cunoscută sub numele de mașină-unelte CNC, care este o mașină-unelte controlată de calculator numeric sau pur și simplu denumită "mașină-unelte CNC".

Tehnologia de control numeric în mașinile-unelte CNC este o metodă tehnică care utilizează semnale digitale pentru a controla mișcarea și procesul de prelucrare a mașinii-unelte. O mașină-unealtă CNC este o mașină-unealtă care utilizează tehnologia CNC sau este echipată cu un sistem CNC. Al cincilea Comitet Tehnic al Federației Internaționale de Prelucrare a Informațiilor (IFIP) definește o mașină-unealtă CNC ca o mașină-unealtă echipată cu un sistem de control al programului. Acest sistem de control poate procesa logic programe cu coduri de control sau alte instrucțiuni simbolice, le poate decoda, le poate reprezenta cu numere codificate și le poate introduce în sistemul CNC prin intermediul purtătorilor de informații. După calcul și procesare, diferite semnale de control sunt emise de dispozitivul CNC pentru a controla acțiunea mașinii unelte, iar piesele sunt prelucrate automat în funcție de cerințe.

Procesul de prelucrare a mașinilor-unelte CNC

Prelucrarea mașinilor-unelte CNC împarte coordonatele de mișcare ale uneltei și piesei de prelucrat în unele unități minime, și anume deplasarea minimă. Sistemul CNC mută coordonatele cu mai multe deplasări minime în funcție de cerințele programului pieselor (adică controlează traiectoria mișcării sculei), obținând astfel mișcarea relativă între scula și piesa de prelucrat și finalizarea prelucrării piesei.

Mișcarea relativă a uneltei de-a lungul fiecărei axe de coordonate este măsurată în unități de echivalent impuls (mm/impuls). Atunci când calea de tăiere este o linie dreaptă sau arc, dispozitivul CNC efectuează "densificarea punctelor de date" între valorile coordonatelor de început și final ale segmentului de linie sau arcului, calculează o serie de valori intermediare ale coordonatelor punctelor și apoi emite impulsuri către fiecare coordonată în funcție de valorile coordonatelor punctelor intermediare pentru a asigura procesarea liniei drepte sau a conturului arcului dorit.

Densificarea punctelor de date efectuată de dispozitivele CNC se numește interpolație, iar în general dispozitivele CNC au funcția de interpolare a funcțiilor de bază (cum ar fi funcțiile liniare și circulare). De fapt, prelucrarea oricărei piese curbe L pe o mașină unealtă CNC este aproximată de funcțiile matematice de bază pe care dispozitivul CNC le poate gestiona, cum ar fi linii, arcuri etc. Desigur, eroarea de apropiere trebuie să îndeplinească cerințele desenului pieselor.

Comparativ cu mașinile-unelte tradiționale, mașinile-unelte CNC au următoarele avantaje:

Precizie ridicată de procesare și calitate stabilă. Pentru fiecare ieșire de impuls de către sistemul CNC, deplasarea părților în mișcare ale mașinii unelte este numită echivalentul impulsului.Echivalentul impulsului mașinilor unelte CNC este în general de 0,001mm, iar mașinile unelte CNC de înaltă precizie pot ajunge la 0,000mm, cu o rezoluție mult mai mare a mișcării decât mașinile unelte obișnuite. În plus, mașinile-unelte CNC au dispozitive de detectare a poziției care pot oferi feedback sistemului CNC cu privire la deplasarea reală a pieselor în mișcare sau unghiul șurubului și servomotorului și pot compensa acest lucru. Prin urmare, se poate obține o precizie mai mare de prelucrare decât mașina-unelte în sine. Calitatea pieselor prelucrate de mașini-unelte CNC este garantată de mașina-unelte și nu este afectată de erori operaționale, astfel încât consistența dimensiunii aceluiași lot de piese este bună și calitatea este stabilă. Capabil să prelucreze piese complexe dificil sau imposibil de prelucrat cu mașini-unelte obișnuite. De exemplu, mașinile-unelte CNC care utilizează legătura cu două axe sau legătura cu mai mult de două axe pot prelucra piese curbate ale corpului rotativ, piese cu came și diverse piese curbate spațiale complexe cu generatrice curbată. Eficienţă ridicată a producţiei. Viteza axului și gama de alimentare a mașinilor-unelte CNC sunt mai mari decât cele ale mașinilor-unelte obișnuite, iar rigiditatea structurală bună permite mașinilor-unelte CNC să utilizeze cantități mari de tăiere, economisind eficient timp de manevrare. Pentru prelucrarea anumitor piese complexe, dacă se utilizează un centru de Prelucrare CNC cu un dispozitiv de schimbare automată a sculelor, acesta poate realiza prelucrarea continuă a mai multor procese sub o singură prindere, poate reduce timpul de rulare a produselor semifinite și poate îmbunătăți productivitatea mai mult. Adaptabilitate puternică la reproiectarea produselor. După proiectarea modificată a pieselor prelucrate, este necesar doar să se schimbe programul de prelucrare a pieselor și să se regleze parametrii sculelor pe mașina unealtă CNC pentru a realiza prelucrarea pieselor modificate, reducând considerabil ciclul de pregătire a producției. Prin urmare, mașinile-unelte CNC pot tranziționa rapid de la prelucrarea unui tip de piesă la prelucrarea unui alt design modificat al piesei, ceea ce oferă un mare confort pentru prelucrarea de produse de testare noi și mici loturi și actualizări frecvente ale structurii produsului. Beneficial pentru dezvoltarea tehnologiei de fabricație spre automatizare completă. Sistemele de automatizare integrate, cum ar fi FMC (Flexible Machine Center), FMS (Flexible Manufacturing System), CIMS (Computer Integrated Manufacturing System), etc., construite pe mașini-unelte CNC, permit integrarea, inteligența și automatizarea producției mecanice. Acest lucru se datorează faptului că sistemul de control al mașinilor-unelte CNC adoptă informații digitale și introducerea codului standardizat și are interfețe de comunicare, făcând ușor realizarea comunicării datelor între mașinile-unelte CNC. Este cel mai potrivit pentru conectarea computerelor pentru a forma o rețea de control industrial, realizând calculul, managementul și controlul proceselor de producție automatizate. Funcție de monitorizare puternică și capacitatea de a diagnostica defectele. Sistemul CNC nu numai că controlează mișcarea mașinii unelte, ci oferă, de asemenea, monitorizarea cuprinzătoare a mașinii unelte. De exemplu, avertizarea timpurie și diagnosticarea defectelor pot fi efectuate pentru unii factori care cauzează defecte, îmbunătățind considerabil eficiența întreținerii. Reducerea intensității muncii lucrătorilor și îmbunătățirea condițiilor de muncă. În cele din urmă, ce este o "mașină-unelte CNC high-end"?

Definiția mașinilor-unelte CNC "high-end" sau "high-end": mașini-unelte CNC cu funcții precum viteză mare, precizie, inteligență, compozit, legătură cu mai multe axe, comunicare în rețea etc. Dezvoltarea sa simbolizează faptul că industria actuală de fabricare a mașinilor-unelte din țară ocupă o etapă avansată în dezvoltarea industriei de mașini-unelte din lume. Prin urmare, la nivel internațional, tehnologiile de mașini-unelte high-end, cum ar fi mașinile-unelte CNC de legătură cu cinci axe sunt considerate ca un simbol important al industrializării unei țări. [10]

Centru de prelucrare DMG cu cinci axe

Mașinile-unelte CNC pot fi împărțite în trei niveluri în funcție de nivelul lor funcțional: scăzut, mediu și ridicat. Această metodă de clasificare este utilizată pe scară largă în China. Limitele dintre jos, mediu și high end sunt relative, iar standardele de clasificare variază în diferite perioade. Pe baza nivelului actual de dezvoltare, se poate distinge în general de următoarele aspecte (desigur, această clasificare nu poate include toți indicatorii):

Compararea mașinilor-unelte CNC de înaltă, medie și joasă calitate

Odată cu dezvoltarea tehnologiei avansate de producție, mașinile-unelte CNC moderne sunt necesare pentru a se dezvolta spre viteză ridicată, precizie ridicată, fiabilitate ridicată, inteligență și funcții mai complete.