La aplicación de la tecnología de control numérico ha traído cambios cualitativos a la industria de fabricación tradicional, especialmente en los últimos años. El desarrollo de la tecnología microelectrónica y la tecnología informática ha traído nueva vitalidad a la tecnología de control numérico. La tecnología de control numérico y los equipos de control numérico son bases importantes para la modernización industrial en varios países.

Las máquinas herramientas de control numérico son el equipo principal de la industria de fabricación moderna, el equipo necesario para el mecanizado de precisión, un símbolo importante del nivel técnico de las máquinas herramientas modernas y la industria de fabricación de maquinaria moderna, y un material estratégico relacionado con la economía nacional y el sustento de las personas y la construcción de vanguardia de la defensa nacional. Por lo tanto, todos los países industrializados del mundo han tomado medidas importantes para desarrollar su propia tecnología de control numérico y sus industrias.

Mecanizado de control numérico CNC

CNC es la abreviatura de Control Numérico de Computadora en inglés, que significa "control de datos de computadora", que es simplemente "procesamiento de control numérico".

El procesamiento de control numérico es una tecnología de procesamiento avanzada en la fabricación de maquinaria actual. Es un método de procesamiento automatizado con alta eficiencia, alta precisión y alta flexibilidad. Es para ingresar el programa de control numérico de la pieza de trabajo a la máquina herramienta, y la máquina herramienta procesa automáticamente la pieza de trabajo que cumple con los deseos de las personas bajo el control de estos datos para producir productos maravillosos.

La tecnología de procesamiento de control numérico puede resolver eficazmente problemas de procesamiento cambiables de lotes complejos, precisos y pequeños, como moldes, y adaptarse completamente a las necesidades de la producción moderna. El desarrollo enérgico de la tecnología de procesamiento de control numérico se ha convertido en una forma importante para que nuestro país acelere el desarrollo económico y mejore las capacidades de innovación independiente. En la actualidad, el uso de máquinas herramienta de control numérico en nuestro país es cada vez más común, y poder dominar la programación de máquinas de control numérico es una forma importante de aprovechar al máximo sus funciones.

La máquina herramienta de control numérico es un producto mecatrónico típico, que integra tecnología microelectrónica, tecnología informática, tecnología de medición, tecnología de sensores, tecnología de control automático y tecnología de inteligencia artificial y otras tecnologías avanzadas, y se combina estrechamente con la tecnología de mecanizado, es una nueva generación de tecnología de fabricación mecánica y equipos.

Composición de la máquina de control numérico CNC

La máquina de control numérico es un equipo de automatización que integra máquinas herramienta, computadoras, motores y tecnologías como arrastre, control dinámico y detección. Los componentes básicos de las máquinas herramienta de control numérico incluyen medio de control, dispositivo de control numérico, servo sistema, dispositivo de retroalimentación y cuerpo de máquina herramienta, como se muestra en la Figura

1. Medio de control

El medio de control es el medio que almacena toda la herramienta de acción relativa a la información de posición de la pieza de trabajo necesaria para el mecanizado de control numérico. Registra el programa de mecanizado de la pieza. Por lo tanto, el medio de control se refiere al portador de información que transmite la información de mecanizado de la pieza al dispositivo de control numérico. Hay muchas formas de medios de control, que varían con el tipo de dispositivo de control numérico. Los comúnmente utilizados son cinta perforada, tarjeta perforada, cinta magnética, disco magnético, etc. Con el desarrollo de la tecnología de control numérico, cinta perforada y tarjeta perforada tienden a eliminarse. El método de usar software CAD / CAM para programar en una computadora y luego comunicar con el sistema de control numérico para transmitir directamente el programa y los datos al dispositivo de control numérico es cada vez más utilizado.

2, dispositivo de control numérico

El dispositivo de control numérico es el núcleo de la máquina herramienta de control numérico, que se conoce como el "sistema central". Las máquinas herramientas de control numérico modernas utilizan el dispositivo de control numérico por computadora CNC. El dispositivo de control numérico incluye el dispositivo de entrada, el procesador central (CPU) y el dispositivo de salida, etc. El dispositivo de control numérico puede completar la entrada de información, el almacenamiento, la transformación, la operación de interpolación y realizar varias funciones de control.

3. Sistema de servo

El servosistema es una pieza motriz que recibe las instrucciones del dispositivo de control numérico y acciona el movimiento del actuador de la máquina herramienta. Incluye la unidad motriz del husillo, la unidad motriz de alimentación, el motor del husillo y el motor de alimentación. Al trabajar, el servosistema acepta la información de mando del sistema de control numérico y la compara con las señales de retroalimentación de posición y velocidad según los requisitos de la información de mando, acciona las partes móviles o ejecutivas de la máquina herramienta para operar y procesa las partes que cumplen los requisitos de los dibujos.

4. Dispositivo de retroalimentación

El dispositivo de retroalimentación está compuesto por elementos de medición y circuitos correspondientes. Su función es detectar la velocidad y el desplazamiento y retroalimentar la información para formar un control de bucle cerrado. Algunas máquinas herramientas de control numérico con requisitos de baja precisión y ningún dispositivo de retroalimentación se denominan sistemas de bucle abierto.

5. Cuerpo de máquina herramienta

El cuerpo de la máquina es la entidad de la máquina herramienta de control numérico, que es la parte mecánica que completa el proceso de corte real, incluido el cuerpo de la cama, la base, la mesa, el sillín de la cama, el husillo, etc.

Las características de la tecnología de Mecanizado cnc

El proceso de mecanizado de control numérico CNC también sigue la ley de mecanizado, que es más o menos la misma que el proceso de mecanizado de las máquinas herramienta ordinarias. Debido a que es un mecanizado automatizado que aplica tecnología de control por computadora al mecanizado, tiene las características de alta eficiencia de mecanizado y alta precisión. El proceso de mecanizado tiene sus propias características únicas. El proceso es más complicado y la disposición de los pasos de trabajo es más detallada y meticulosa.

El proceso de mecanizado de control numérico CNC incluye la selección de herramientas, la determinación de parámetros de corte y el diseño de la ruta del proceso de corte. El proceso de mecanizado de control numérico CNC es la base y el núcleo de la programación de control numérico. Solo cuando el proceso es razonable se puede compilar un programa de control numérico de alta eficiencia y alta calidad. Los estándares para medir la calidad de los programas de control numérico son: tiempo mínimo de mecanizado, pérdida mínima de herramientas y la mejor pieza de trabajo.

El proceso de mecanizado de control numérico es parte del proceso de mecanizado general de la pieza de trabajo, o incluso un proceso. Debe cooperar con con otros procesos delanteros y traseros para cumplir finalmente con los requisitos de montaje de la máquina o molde en general, para procesar piezas calificadas.

Los procedimientos de procesamiento de control numérico generalmente se dividen en pasos de procesamiento en bruto, procesamiento de ángulo medio y áspero, semiacabado y acabado.

Programación de control numérico CNC

La programación del control numérico es todo el proceso, desde el dibujo de piezas hasta el programa de mecanizado de control numérico. Su tarea principal es calcular el punto de verificación del cortador (punto de ubicación del cortador) en el mecanizado. El punto de verificación del cortador generalmente se toma como la intersección del eje de la herramienta y la superficie de la herramienta, y el vector del eje de la herramienta también se da en el mecanizado multieje.

La máquina herramienta de control numérico se basa en los requisitos del patrón de la pieza de trabajo y el proceso de mecanizado, y la cantidad de movimiento, velocidad y secuencia de acción, velocidad del husillo, dirección de rotación del husillo, sujeción del cabezal de corte, aflojamiento del cabezal de corte y operaciones de enfriamiento de la herramienta utilizada y varios componentes se compilan en una hoja de programa en forma de un código de control numérico específico, que se ingresa en la computadora especial de la máquina herramienta. Luego, después de que el sistema de control numérico compila, calcula y procesa lógicamente de acuerdo con las instrucciones de entrada, emite varias señales e instrucciones, y controla cada parte para procesar varias formas de piezas de trabajo de acuerdo con el desplazamiento y las acciones secuenciales especificadas. Por lo tanto, la programación tiene un gran impacto en la eficacia de la máquina herramienta de control numérico.

La máquina herramienta de control numérico debe introducir los códigos de instrucción que representan varias funciones en el dispositivo de control numérico en forma de programa, y luego el dispositivo de control numérico realiza el procesamiento de cálculo, y luego envía señales de pulso para controlar el funcionamiento de las diversas partes móviles de la máquina herramienta de control numérico, para completar el corte de las piezas.

Actualmente existen dos estándares para programas de control numérico: ISO de la organización internacional de estándares y EIA de la American Electronics Industry Association. Los códigos ISO se utilizan en nuestro país.

Con el avance de la tecnología, la programación de control numérico 3D generalmente rara vez se programa manualmente, y se utiliza software comercial CAD / CAM.

CAD / CAM es el núcleo del sistema de programación asistida por computadora, y sus funciones principales incluyen entrada / salida de datos, cálculo y edición de pistas de mecanizado, ajuste de parámetros de proceso, simulación de mecanizado, post-procesamiento de programas de control numérico y gestión de datos.

En la actualidad, en nuestro país por usuarios como, programación de control numérico poderoso software Mastercam, UG, Cimatron, PowerMILL, CAXA y así sucesivamente. Cada software para principios de programación de control numérico, métodos de procesamiento de gráficos y métodos de procesamiento son similares, pero cada uno tiene sus propias características.

Pasos de control numérico CNC de piezas de mecanizado

1. Analizar los dibujos de las piezas para comprender la situación general de la pieza de trabajo (geometría, material de la pieza de trabajo, requisitos del proceso, etc.)

2. Determine la tecnología de procesamiento de control numérico de las piezas (contenido de procesamiento, ruta de procesamiento)

3, realizar los cálculos numéricos necesarios (punto base, cálculo de coordenadas de nodo)

4. Escriba la hoja de programa (diferentes máquinas herramientas serán diferentes, siga el manual del usuario)

5. Verificación del programa (ingrese el programa en la máquina herramienta y realice una simulación gráfica para verificar la corrección de la programación)

6. Mecanizado de la pieza de trabajo (un buen control del proceso puede ahorrar tiempo y mejorar la calidad del procesamiento)

7. Aceptación de la pieza de trabajo y análisis de errores de calidad (la pieza de trabajo se inspecciona y la calificada fluye hacia la siguiente. Si falla, la causa del error y el método de corrección se encuentran a través del análisis de calidad).

Historial de desarrollo de máquinas herramientas de control numérico

Después de la Segunda Guerra Mundial, la mayor parte de la producción en la industria manufacturera se basó en la operación manual. Después de que los trabajadores leyeron los dibujos, operaron manualmente máquinas herramientas y procesaron piezas. De esta manera, la producción de productos era cara, ineficiente y la calidad no estaba garantizada.

A finales de la década de 1940, un ingeniero en los Estados Unidos, John Parsons, concibió un método de perforar agujeros en una tarjeta de cartón para representar la geometría de las piezas a mecanizar, y usar una tarjeta dura para controlar el movimiento de la máquina herramienta. En ese momento, esto era solo una idea.

En 1948, Parsons mostró su idea a la Fuerza Aérea de EE. UU. Después de verlo, la Fuerza Aérea de EE. UU. expresó gran interés, porque la Fuerza Aérea de EE. UU. buscaba un método de procesamiento avanzado, con la esperanza de resolver el problema de procesamiento de los modelos de formas de aviones. Debido a la forma compleja del modelo, los requisitos de alta precisión y la dificultad para adaptarse al equipo general, la Fuerza Aérea de EE. UU. inmediatamente encargó y patrocinó al Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) para realizar investigaciones y desarrollar esta cardboard-controlled máquina herramienta. Finalmente, en 1952, MIT y Parsons cooperaron y desarrollaron con éxito la primera máquina de demostración. En 1960, la máquina de perforación controlada por puntos relativamente simple y económica y la fresadora de control numérico lineal se habían desarrollado rápidamente, lo que promovió gradualmente la máquina de control numérico en varios sectores de la industria manufacturera.

La historia del mecanizado CNC ha pasado por más de medio siglo, y el sistema de control numérico NC también se ha desarrollado desde el primer control de circuito de señal analógica hasta un sistema de mecanizado integrado extremadamente complejo, y el método de programación también se ha desarrollado manualmente en un inteligente y poderoso sistema integrado CAD / CAM.

En lo que respecta a nuestro país, el desarrollo de la tecnología de control numérico es relativamente lento. Para la mayoría de los talleres en China, el equipo está relativamente atrasado, y el nivel técnico y el concepto de personal están atrasados, lo que se manifiesta en una baja calidad de procesamiento y eficiencia de procesamiento, y a menudo retrasa el tiempo de entrega.

La primera generación del sistema NC fue introducida en 1951, y su Unidad de Control estaba compuesta principalmente de varias válvulas y circuitos analógicos. En 1952, nació la primera máquina herramienta CNC, y se ha desarrollado desde una fresadora o un torno hasta un centro de mecanizado, convirtiéndose en un equipo clave en la fabricación moderna.

El sistema NC de segunda generación fue producido en 1959 y estaba compuesto principalmente de transistores individuales y otros componentes.

En 1965, se presentó el sistema NC de tercera generación, que primero adoptó placas de circuito integrado.

De hecho, en 1964, se desarrolló el sistema NC de cuarta generación, a saber, el sistema de control numérico por computadora (sistema de control CNC) que estamos muy familiarizados con.

En 1975, el sistema NC adoptó un poderoso microprocesador, que era la quinta generación del sistema NC.

6. El sistema NC de sexta generación adopta el actual sistema de fabricación integrado (MIS) + DNC + sistema de mecanizado flexible (FMS).

Tendencia de desarrollo de máquinas herramientas de control numérico

1. Alta velocidad

Con el rápido desarrollo del automóvil, defensa nacional, aviación, aeroespacial y otras industrias y la aplicación de nuevos materiales como aleaciones de aluminio, los requisitos de alta velocidad para el procesamiento de máquinas herramienta de control numérico son cada vez más altos.

A. Velocidad del husillo: la máquina adopta un husillo eléctrico (motor de husillo incorporado), y la velocidad máxima del husillo es de 200000r / min;

B. Velocidad de alimentación: con una resolución de 0,01 micras, la velocidad máxima de alimentación es de 240 m / min y es posible un mecanizado de precisión complejo.

C. Velocidad de cálculo: El rápido desarrollo de los microprocesadores ha proporcionado una garantía para el desarrollo de sistemas de control numérico de alta velocidad y alta precisión. La CPU se ha desarrollado para sistemas de control numérico de 32 bits y 64 bits, y la frecuencia se ha aumentado a varios cientos de MHz y gigahercios. Debido a la gran mejora en la velocidad de cálculo, cuando la resolución es de 0,1 micras y 0,01 micras, la velocidad de alimentación todavía puede ser tan alta como 24 ~ 240 m / min;

D. Velocidad de cambio de herramientas: En la actualidad, el tiempo de intercambio de herramientas de los centros de mecanizado avanzados extranjeros es generalmente de alrededor de 1 s, y el máximo ha alcanzado los 0,5 s. La empresa alemana Chiron diseña el cargador de herramientas como un estilo de cesta, con el husillo como eje y las herramientas están dispuestas en círculo. El tiempo de cambio de herramienta de cuchillo a cuchillo es de solo 0,9 s.

2. Alta precisión

Los requisitos de precisión de la máquina herramienta de control numérico ahora no se limitan a la precisión geométrica estática, y la precisión del movimiento, la deformación térmica y el monitoreo de vibraciones y la compensación de las máquinas herramienta están recibiendo cada vez más atención.

A. Mejore la precisión de control del sistema CNC: utilizando tecnología de interpolación de alta velocidad para lograr alimentación continua con pequeños segmentos de programa, refinando la unidad de control CNC y utilizando dispositivos de detección de posición de alta resolución para mejorar la precisión de detección de posición. El servo sistema de posición utiliza control de avance y métodos de control no lineales.

B. Adopte la tecnología de compensación de errores: uso de compensación de holgura inversa, compensación de errores de paso de tornillo y compensación de errores de herramienta para compensar de manera integral el error de deformación térmica y el error espacial del equipo.

C. Compruebe y mejore la precisión de la pista de movimiento del centro de mecanizado utilizando tecnología de cuadrícula: prediga la precisión de mecanizado de la máquina herramienta a través de la simulación para garantizar la precisión de posicionamiento y la precisión de posicionamiento repetido de la máquina herramienta, para que su rendimiento pueda ser estable durante mucho tiempo, y puede completar una variedad de tareas de procesamiento en diferentes condiciones operativas.

3. Integración funcional

El significado de máquina herramienta compuesta se refiere a la realización o realización de varios elementos desde el producto en bruto hasta el producto terminado en una sola máquina herramienta. De acuerdo con sus características estructurales, se puede dividir en dos categorías: tipo compuesto de proceso y tipo compuesto de proceso. Los centros de mecanizado pueden completar varios procesos como torneado, fresado, perforación, tallado, molienda, tratamiento térmico con láser, etc., y pueden completar todo el procesamiento de piezas complejas. Con la mejora continua de los requisitos de mecanizado modernos, un gran número de máquinas herramientas de control numérico de enlace multieje son cada vez más bienvenidas por las grandes empresas.

4. Control inteligente

Con el desarrollo de la tecnología de inteligencia artificial, con el fin de satisfacer las necesidades de desarrollo de la flexibilidad de producción de fabricación y automatización de fabricación, la inteligencia de las máquinas herramientas de control numérico mejora constantemente. Específicamente reflejado en los siguientes aspectos:

A. Tecnología de control adaptativo de procesos;

B. Optimización inteligente y selección de parámetros de procesamiento;

C. Autodiagnóstico inteligente de fallas y tecnología de autorreparación;

D. Tecnología inteligente de reproducción y simulación de fallas;

E. Dispositivo de servoaccionamiento de CA inteligente;

F. Sistema de control numérico inteligente 4M: en el proceso de fabricación, la medición, el modelado, el mecanizado y la operación de la máquina están integrados en un solo sistema.

5. Sistema abierto

Abierto a tecnologías futuras: Dado que las interfaces de software y hardware se adhieren a protocolos estándar aceptados, pueden ser adoptados, absorbidos y compatibles con una nueva generación de software y hardware de propósito general.

B. Abierto a los requisitos específicos de los usuarios: actualizar productos, expandir funciones y proporcionar varias combinaciones de productos de hardware y software para cumplir con los requisitos específicos de la aplicación.

C. Establecimiento de estándares de control numérico: Lenguaje de programación estandarizado, que es conveniente para los usuarios, usos y reduce el consumo de mano de obra directamente relacionado con la eficiencia de la operación.

6. Conduzca la conexión paralela

Puede realizar múltiples funciones de procesamiento, montaje y medición de control numérico de enlace de coordenadas múltiples, y puede cumplir mejor con el procesamiento de piezas especiales complejas. Las máquinas herramienta paralelas se consideran "el progreso más significativo en la industria de la máquina herramienta desde la invención de la tecnología de control numérico" y "una nueva generación de equipos de procesamiento de control numérico en el siglo XXI".

7. Extremo (grande y miniaturizado)

El desarrollo de las industrias de defensa nacional, aviación y aeroespacial y el desarrollo a gran escala de equipos industriales básicos, como la energía, requieren el apoyo de máquinas herramienta de control numérico a gran escala y de alto rendimiento. La tecnología de mecanizado de ultra precisión y la tecnología micro-nano son tecnologías estratégicas en el siglo XXI, y es necesario desarrollar nuevos procesos y equipos de fabricación que puedan adaptarse a la precisión del mecanizado micro-tamaño y micro-nano.

8. Intercambio de información en red

No solo puede realizar el intercambio de recursos de red, sino también el monitoreo remoto, control, diagnóstico remoto y mantenimiento de máquinas herramientas de control numérico.

9. Procesamiento verde

En los últimos años, han surgido máquinas herramientas que no requieren o usan menos refrigerante para lograr la conservación de energía y la protección del medio ambiente para el corte en seco y el corte semiseco, y la tendencia de la fabricación ecológica ha acelerado el desarrollo de varias máquinas herramientas que ahorran energía y son respetuosas con el medio ambiente.

10. Aplicación de tecnología multimedia

La tecnología multimedia integra la computadora, la imagen de sonido y la tecnología de comunicación, lo que hace que la computadora tenga la capacidad de procesar de manera integral información de sonido, texto, imagen y video. Se puede integrar e inteligente en el procesamiento de información y se aplica al monitoreo en tiempo real, diagnóstico de fallas de sistemas y equipos de campo de producción, monitoreo de parámetros del proceso de producción, etc., por lo que tiene un gran valor de aplicación.