Vrhunska CNC obdelovalna orodja

Te šest besed vsebujejo tri plasti konceptov, pobližje si oglejmo vsako plast.

Handtmann PBZ HD petosni CNC rezkalni stroj

Prvič, kaj je "strojno orodje"?

V ozkem smislu se "strojno orodje" običajno nanaša na "strojno orodje za rezanje" (v ozkem smislu je to zato, ker obstajajo tudi dodatna proizvodna strojna orodja, kot je 3D tiskanje ali druga posebna strojna orodja), ki uporabljajo metode rezanja za obdelavo obdelovancev v strojne dele. To pomeni, da so stroji, ki proizvajajo stroje, zato so znani tudi kot "delovni stroji". V japonščini se imenujejo "delovni stroji" (くきい), v angleščini pa se imenujejo "stroji".

Prvi pravi stroj je bil pravzaprav vrtalni stroj, ki ga je izumil britanski industrijalec John Wilkinson leta 1775. Prvotna motivacija za izum tega vrtalnega stroja je bila rešitev praktičnega problema proizvodnje visoko natančnih topovskih sodov v tistem času v vojski.

Strojna obdelava vrtanja je proces rezanja, ki uporablja rezalna orodja za povečanje notranjega premera lukenj ali drugih krožnih kontur na vrtljivih obdelovancih. Ustreza struženju, ki je proces rezanja, ki uporablja orodje za zmanjšanje zunanjega premera vrtečega se obdelovanca ali oblikovanje končne površine. [2]

Postopki vrtanja (levo) in vrtenja (desno)

47-letni Wilkinson je po nenehnih naporih v očetovi tovarni končno ustvaril ta nov stroj, ki lahko izdeluje topovske sode z redko natančnostjo. Načelo delovanja je, da se fiksna gred vrtalnega orodja vrti skozi vodno kolo in ga potisne glede na valjast obdelovanec. Fiksna gred vrtalnega orodja poteka skozi valj in je podprta na obeh koncih. Zaradi relativnega gibanja med orodjem in obdelovancem se material vrti v visoko natančno valjasto luknjo.

Shematski diagram prvega vrtalnega stroja

In vrtalni stroj je bil kasneje uporabljen za obdelavo valjev parnih strojev. Razlog je, da je po tem, ko je James Watt izumil parni stroj, zelo težko izdelati valje parnih strojev z metodami kovanja, zaradi nizke proizvodne natančnosti in hudega uhajanja zraka valjev pa je bila proizvodnja in izboljšanje učinkovitosti parnega stroja omejena. [3] Po sprejetju tega vrtalnega stroja se lahko izdelajo visoko natančni valji več kot 50 palcev, kar močno izboljša kakovost obdelave in učinkovitost proizvodnje valjev parnih strojev ter s tem doseže velik uspeh.

Za zadovoljitev potreb različnih tehnik obdelave so se nato pojavile različne vrste obdelovalnih strojev, kot so stružnice, rezkalni stroji, skoblji, brusilniki, vrtalni stroji itd. [4]

Postopki vrtanja (levo) in rezkanja (desno)

Kaj je potem "CNC strojno orodje"?

Prvi elektronski računalnik se je rodil 14. februarja 1946 na Univerzi v Pennsylvaniji v ZDA. Začetna motivacija za njegov razvoj je bila izdelava "elektronske" računalniške naprave z uporabo elektronskih cevi namesto relejev, kot je zahtevala ameriška vojska v okviru druge svetovne vojne, za izračun poti nabojev.

Šest let kasneje, leta 1952, je Parsons sodeloval z Massachusetts Institute of Technology (MIT) pri razvoju prvega numeričnega krmilnega stroja (znanega tudi kot "digitalni krmilni stroj") z združitvijo numeričnega krmilnega sistema, ki temelji na elektronskih računalnikih, z rezkalnim strojem iz Cincinnatija. Od takrat so tradicionalni stroji doživeli kvalitativno spremembo, kar je označilo začetek obdobja CNC za obdelovalna orodja. [5]

Prvi CNC obdelovalni stroj (rezkalni stroj)

Šest let kasneje, leta 1958, je MIT sodeloval z več podjetji pod pokroviteljstvom ameriške vojske pri razvoju APT (Automatic Programming Tools), računalniškega programskega jezika visoke ravni, ki se uporablja za ustvarjanje delovnih navodil za CNC obdelovalna orodja. Najpogostejša metoda zdaj je uporaba navodil za format RS-274, običajno imenovanih "koda G". [7]

Z nenehnim razvojem računalniške tehnologije so mikroprocesorji uporabljali za digitalno krmiljenje, kar je močno izboljšalo njihove funkcije. Computer Numerical Control）， Strojno orodje, ki uporablja ta sistem, je znano tudi kot CNC obdelovalno orodje, ki je računalniško nadzorovano numerično krmiljenje ali preprosto imenovano "CNC obdelovalno orodje".

Tehnologija numeričnega krmiljenja v CNC obdelovalnih strojih je tehnična metoda, ki uporablja digitalne signale za nadzor gibanja in procesa obdelave obdelovalnega stroja. CNC obdelovalno orodje je obdelovalno orodje, ki uporablja CNC tehnologijo ali je opremljeno s CNC sistemom. Peti tehnični odbor Mednarodne federacije za obdelavo informacij (IFIP) opredeljuje CNC obdelovalno orodje kot obdelovalno orodje, opremljeno s programskim krmilnim sistemom. Ta krmilni sistem lahko logično obdeluje programe s krmilnimi kodami ali drugimi simboličnimi navodili, jih dekodira, jih predstavlja s kodiranimi številkami in jih vnese v CNC sistem prek nosilcev informacij. Po izračunu in obdelavi naprava CNC izda različne krmilne signale za nadzor delovanja obdelovalnega stroja, deli pa se samodejno obdelujejo v skladu z zahtevami.

Postopek obdelave CNC obdelovalnih strojev

CNC obdelava obdelovalnih strojev deli koordinate gibanja orodja in obdelovanca na nekatere minimalne enote, namreč minimalni premik. CNC sistem premika koordinate z več minimalnimi premiki v skladu z zahtevami programa delov (tj. nadzoruje pot gibanja orodja), s čimer doseže relativno gibanje med orodjem in obdelovancem ter dokonča obdelavo dela.

Relativno gibanje orodja vzdolž vsake koordinatne osi se meri v enotah ekvivalenta impulza (mm/impulz). Ko je rezalna pot ravna črta ali lok, naprava CNC izvede "gostitev podatkovne točke" med začetnimi in končnimi koordinatnimi vrednostmi črtnega segmenta ali loka, izračuna niz vmesnih koordinatnih vrednosti točk in nato izvaja impulze na vsako koordinato glede na koordinatne vrednosti vmesne točke, da se zagotovi obdelava želene ravne črte ali obločne konture.

Zgostitev podatkovnih točk, ki jih izvajajo CNC naprave, se imenuje interpolacija, na splošno pa imajo CNC naprave funkcijo interpolacije osnovnih funkcij (kot so linearne in krožne funkcije). Dejansko se obdelava katerega koli krivulje L dela na CNC obdelovalnem orodju približuje osnovnim matematičnim funkcijam, s katerimi lahko CNC naprava upravlja, kot so linije, loki itd. Seveda mora napaka približevanja izpolnjevati zahteve risbe dela.

V primerjavi s tradicionalnimi obdelovalnimi stroji imajo CNC obdelovalni stroji naslednje prednosti:

Visoka natančnost obdelave in stabilna kakovost. Za vsak pulzni izhod sistema CNC se premik gibljivih delov obdelovalnega orodja imenuje impulzni ekvivalent. Impulzni ekvivalent CNC obdelovalnih strojev je običajno 0,001mm, visokonatančni CNC obdelovalni stroji pa lahko dosežejo 0,000mm, z veliko višjo ločljivostjo gibanja kot navadni obdelovalni stroji. Poleg tega imajo CNC obdelovalni stroji naprave za zaznavanje položaja, ki lahko CNC sistemu zagotovijo povratne informacije o dejanskem premiku gibljivih delov ali kotu vijaka in servo motorja ter ga nadomestijo. Zato je mogoče doseči višjo natančnost obdelave kot samo obdelovalno orodje. Kakovost delov, ki jih obdelujejo CNC obdelovalni stroji, zagotavlja strojno orodje in na njo ne vplivajo operativne napake, zato je doslednost velikosti iste serije delov dobra in kakovost stabilna. Sposobnost obdelave kompleksnih delov, ki jih je težko ali nemogoče obdelati z običajnimi obdelovalnimi stroji. CNC obdelovalni stroji, ki uporabljajo dvoosno povezavo ali več kot dvoosno povezavo, lahko na primer obdelajo vrtljive ukrivljene dele telesa, odmične dele in različne kompleksne prostorske ukrivljene dele z ukrivljenim generatriksom. Visoka proizvodna učinkovitost. Hitrost vretena in razpon podajanja CNC obdelovalnih strojev sta večja od običajnih obdelovalnih strojev, dobra strukturna togost pa omogoča CNC obdelovalnim strojem uporabo velikih količin rezanja, kar učinkovito prihrani čas manevriranja. Za obdelavo nekaterih kompleksnih delov, če se uporablja CNC obdelovalni center z napravo za samodejno menjavo orodja, lahko doseže neprekinjeno obdelavo več procesov pod enim vpenjanjem, zmanjša čas obratovanja polizdelkov in bistveno izboljša produktivnost. Močna prilagodljivost na preoblikovanje izdelkov. Po spremenjeni zasnovi obdelanih delov je treba le spremeniti program obdelave delov in prilagoditi parametre orodja na CNC obdelovalnem orodju, da se doseže obdelava spremenjenih delov, kar močno zmanjša cikel priprave proizvodnje. Zato lahko CNC obdelovalna orodja hitro preidejo iz obdelave ene vrste dela v obdelavo druge spremenjene zasnove dela, kar zagotavlja veliko udobja za obdelavo enojnih in majhnih serij novih preskusnih izdelkov in pogoste posodobitve strukture izdelka. Koristno za razvoj proizvodne tehnologije v smeri celovite avtomatizacije. CNC obdelovalni stroji so osnovna oprema za avtomatizacijo mehanske obdelave, integrirani sistemi avtomatizacije, kot so FMC (Flexible Machine Center), FMS (Flexible Manufacturing System), CIMS (Computer Integrated Manufacturing System) itd., zgrajeni na CNC obdelovalnih strojih, omogočajo integracijo, inteligenco in avtomatizacijo mehanske proizvodnje. To je zato, ker krmilni sistem CNC obdelovalnih strojev sprejema digitalne informacije in standardiziran vnos kode ter ima komunikacijske vmesnike, kar omogoča enostavno doseganje podatkovne komunikacije med CNC obdelovalnimi stroji.Najprimernejši je za povezovanje računalnikov v oblikovanje industrijske krmilne mreže, uresničevanje izračuna, upravljanja in nadzora avtomatiziranih proizvodnih procesov. Močna funkcija spremljanja in sposobnost diagnosticiranja napak. Sistem CNC ne samo nadzoruje gibanja obdelovalnega orodja, temveč zagotavlja tudi celovito spremljanje obdelovalnega orodja. Na primer, zgodnje opozarjanje in diagnosticiranje napak se lahko izvede za nekatere dejavnike, ki povzročajo napake, kar močno izboljša učinkovitost vzdrževanja. Zmanjšati delovno intenzivnost delavcev in izboljšati delovne pogoje. Končno, kaj je "vrhunski CNC obdelovalni stroj"?

Opredelitev "high-end" ali "high-end" CNC obdelovalnih strojev: CNC obdelovalni stroji s funkcijami, kot so visoka hitrost, natančnost, inteligenca, kompozit, večosna povezava, omrežna komunikacija itd. Njegov razvoj simbolizira, da sedanja industrija proizvodnje obdelovalnih strojev v državi zavzema napredno stopnjo v razvoju svetovne industrije obdelovalnih strojev, zato se na mednarodni ravni vrhunske tehnologije obdelovalnih strojev, kot je petosna povezava CNC obdelovalna orodja, štejejo za pomemben simbol industrializacije države. [10]

DMG Petosni obdelovalni center

CNC obdelovalna orodja lahko razdelimo na tri stopnje glede na njihovo funkcionalno raven: nizko, srednje in visoko. Ta metoda klasifikacije se na Kitajskem pogosto uporablja. Meje med nizkimi, srednjimi in visokimi razredi so relativne, standardi klasifikacije pa se v različnih obdobjih razlikujejo, glede na trenutno stopnjo razvoja pa jih je mogoče na splošno razlikovati od naslednjih vidikov (ta klasifikacija seveda ne more vključevati vseh kazalnikov):

Primerjava visokih, srednjih in nizkih CNC obdelovalnih strojev

Z razvojem napredne proizvodne tehnologije so sodobna CNC obdelovalna orodja potrebna za razvoj v smeri visoke hitrosti, visoke natančnosti, visoke zanesljivosti, inteligence in bolj popolnih funkcij.