Tecnologia de usinagem de controle numérico CNC para fabricação de precisão de ponta

A aplicação da tecnologia de controle numérico trouxe mudanças qualitativas para a indústria de manufatura tradicional, especialmente nos últimos anos. O desenvolvimento da tecnologia microeletrônica e da tecnologia de computador trouxe nova vitalidade à tecnologia de controle numérico. A tecnologia de controle numérico e os equipamentos de controle numérico são bases importantes para a modernização industrial em vários países.

As máquinas-ferramentas de controle numérico são o equipamento principal da indústria de manufatura moderna, o equipamento necessário para usinagem de precisão, um símbolo importante do nível técnico das máquinas-ferramentas modernas e da indústria de fabricação de máquinas modernas, e um material estratégico relacionado à economia nacional e ao sustento das pessoas e à construção de ponta da defesa nacional. Portanto, todos os países industrializados do mundo tomaram medidas importantes para desenvolver sua própria tecnologia de controle numérico e suas indústrias.

Usinagem de controle numérico CNC

CNC é a abreviatura de Computer Numberical Control em inglês, que significa "controle de dados do computador", que é simplesmente "processamento de controle numérico."

O processamento de controle numérico é uma tecnologia de processamento avançada na fabricação de máquinas de hoje. É um método de processamento automatizado com alta eficiência, alta precisão e alta flexibilidade. É inserir o programa de controle numérico da peça de trabalho na máquina-ferramenta, e a máquina-ferramenta processa automaticamente a peça de trabalho que atende aos desejos das pessoas sob o controle desses dados para produzir produtos maravilhosos.

A tecnologia de processamento de controle numérico pode efetivamente resolver problemas complexos, precisos e de processamento mutável em pequenos lotes, como moldes, e se adaptar totalmente às necessidades da produção moderna. O desenvolvimento vigoroso da tecnologia de processamento de controle numérico tornou-se uma forma importante para o nosso país acelerar o desenvolvimento econômico e melhorar as capacidades de inovação independente. Atualmente, o uso de máquinas-ferramentas de controle numérico em nosso país é cada vez mais comum, e ser capaz de dominar a programação de máquinas de controle numérico é uma forma importante de dar pleno desempenho às suas funções.

A máquina-ferramenta de controle numérico é um produto típico da mecatrônica, integra tecnologia de microeletrônica, tecnologia de computador, tecnologia de medição, tecnologia de sensores, tecnologia de controle automático e tecnologia de inteligência artificial e outras tecnologias avançadas, e é intimamente combinada com a tecnologia de usinagem, é uma nova geração de tecnologia e equipamentos de fabricação mecânica.

Composição da máquina de controle numérico CNC

A máquina de controle numérico é um equipamento de automação que integra máquinas-ferramentas, computadores, motores e tecnologias como arrasto, controle dinâmico e detecção. Os componentes básicos das máquinas-ferramentas de controle numérico incluem meio de controle, dispositivo de controle numérico, sistema servo, dispositivo de feedback e corpo da máquina-ferramenta, conforme mostrado na Figura

1. Meio de controle

O meio de controle é o meio que armazena todas as informações de ação da ferramenta em relação às informações de posição da peça de trabalho necessárias para a usinagem de controle numérico. Ele registra o programa de usinagem da peça. Portanto, o meio de controle refere-se ao portador de informações que transmite as informações de usinagem da peça para o dispositivo de controle numérico. Existem muitas formas de mídia de controle, que variam com o tipo de dispositivo de controle numérico. Os comumente usados são fita perfurada, cartão perfurado, fita magnética, disco magnético, etc. Com o desenvolvimento da tecnologia de controle numérico, fita perfurada e cartão perfurado tendem a ser eliminados. O método de usar o software CAD / CAM para programar em um computador e depois se comunicar com o sistema de controle numérico para transmitir diretamente o programa e os dados para o dispositivo de controle numérico é cada vez mais amplamente utilizado.

2, dispositivo de controle numérico

O dispositivo de controle numérico é o núcleo da máquina-ferramenta de controle numérico, conhecida como "sistema central". As máquinas-ferramentas de controle numérico modernas usam o dispositivo de controle numérico do computador CNC. O dispositivo de controle numérico inclui o dispositivo de entrada, o processador central (CPU) e o dispositivo de saída, etc. O dispositivo de controle numérico pode completar a entrada de informações, armazenamento, transformação, operação de interpolação e realizar várias funções de controle.

3. Sistema de servo

O servo-sistema é uma parte motriz que recebe as instruções do dispositivo de controle numérico e impulsiona o movimento do atuador da máquina-ferramenta. Inclui a unidade de acionamento do fuso, a unidade de acionamento de alimentação, o motor do fuso e o motor de alimentação. Ao funcionar, o servo-sistema aceita as informações de comando do sistema de controle numérico e as compara com os sinais de feedback de posição e velocidade de acordo com os requisitos das informações de comando, impulsiona as partes móveis ou executivas da máquina-ferramenta para operar e processa as peças que atendem aos requisitos dos desenhos.

4. Dispositivo de feedback

O dispositivo de feedback é composto por elementos de medição e circuitos correspondentes. Sua função é detectar a velocidade e o deslocamento e realimentar as informações para formar um controle de loop fechado. Algumas máquinas-ferramentas de controle numérico com requisitos de baixa precisão e nenhum dispositivo de feedback são chamadas de sistemas de loop aberto.

5. Corpo da máquina-ferramenta

O corpo da máquina é a entidade da máquina-ferramenta de controle numérico, que é a parte mecânica que completa o processamento de corte real, incluindo o corpo da cama, a base, a mesa, a sela da cama, o fuso, etc.

As características da tecnologia de usinagem CNC

O processo de usinagem de controle numérico CNC também segue a lei de usinagem, que é aproximadamente a mesma que o processo de usinagem de máquinas-ferramentas comuns. Por ser uma usinagem automatizada que aplica tecnologia de controle por computador à usinagem, ela tem as características de alta eficiência de usinagem e alta precisão. O processo de usinagem tem suas próprias características exclusivas. O processo é mais complicado e a disposição da etapa de trabalho é mais detalhada e meticulosa.

O processo de usinagem de controle numérico CNC inclui a seleção de ferramentas, a determinação dos parâmetros de corte e o projeto da rota do processo de corte. O processo de usinagem de controle numérico CNC é a base e o núcleo da programação de controle numérico. Somente quando o processo é razoável pode ser compilado um programa de controle numérico de alta eficiência e alta qualidade. Os padrões para medir a qualidade dos programas de controle numérico são: tempo mínimo de usinagem, perda mínima de ferramenta e a melhor peça de trabalho.

O processo de usinagem de controle numérico é uma parte do processo de usinagem geral da peça de trabalho, ou mesmo um processo. Deve cooperar com outros processos dianteiros e traseiros para finalmente atender aos requisitos de montagem da máquina ou molde geral, de modo a processar peças qualificadas.

Os procedimentos de processamento de controle numérico são geralmente divididos em processamento bruto, processamento de ângulo médio e áspero, etapas de semi-acabamento e acabamento.

Programação de controle numérico CNC

A programação de controle numérico é todo o processo, desde o desenho da peça até o programa de usinagem de controle numérico. Sua principal tarefa é calcular o ponto de verificação do cortador (ponto de localização do cortador referido como ponto CL) na usinagem. O ponto de verificação do cortador é geralmente tomado como a interseção do eixo da ferramenta e da superfície da ferramenta, e o vetor do eixo da ferramenta também é fornecido na usinagem multieixo.

A máquina-ferramenta de controle numérico é baseada nos requisitos do padrão da peça de trabalho e do processo de usinagem, e a quantidade de movimento, velocidade e sequência de ação, velocidade do eixo, direção de rotação do eixo, fixação da cabeça do cortador, afrouxamento da cabeça do cortador e operações de resfriamento da ferramenta usada e vários componentes são compilados em uma folha de programa na forma de um código de controle numérico especificado, que é inserido no computador especial da máquina-ferramenta. Então, depois que o sistema de controle numérico compila, calcula e processa logicamente de acordo com as instruções de entrada, ele produz vários sinais e instruções e controla cada parte para processar várias formas de peças de acordo com o deslocamento especificado e ações sequenciais. Portanto, a programação tem um grande impacto na eficácia da máquina-ferramenta de controle numérico.

A máquina-ferramenta de controle numérico deve inserir os códigos de instrução que representam várias funções no dispositivo de controle numérico na forma de um programa e, em seguida, o dispositivo de controle numérico executa o processamento de cálculo e, em seguida, envia sinais de pulso para controlar o funcionamento das várias partes móveis da máquina-ferramenta de controle numérico, de modo a completar o corte das peças.

Existem atualmente dois padrões para programas de controle numérico: ISO da organização internacional de padrões e EIA da American Electronics Industry Association. Os códigos ISO são usados em nosso país.

Com o avanço da tecnologia, a programação de controle numérico 3D geralmente raramente é programada manualmente, e software comercial CAD / CAM é usado.

CAD / CAM é o núcleo do sistema de programação auxiliado por computador, e suas principais funções incluem entrada / saída de dados, cálculo e edição da trilha de usinagem, configuração de parâmetros de processo, simulação de usinagem, pós-processamento do programa de controle numérico e gerenciamento de dados.

Atualmente, em nosso país por usuários como, software poderoso de programação de controle numérico Mastercam, UG, Cimatron, PowerMILL, CAXA e assim por diante. Cada software para princípios de programação de controle numérico, métodos de processamento gráfico e métodos de processamento são semelhantes, mas cada um tem suas próprias características.

Etapas de controle numérico CNC de peças de usinagem

1. Analise os desenhos da peça para entender a situação geral da peça (geometria, material da peça, requisitos do processo, etc.)

2. Determinar a tecnologia de processamento de controle numérico das peças (conteúdo de processamento, rota de processamento)

3, realizar os cálculos numéricos necessários (ponto de base, cálculo de coordenadas do nó)

4. Escreva a planilha do programa (máquinas-ferramentas diferentes serão diferentes, siga o manual do usuário)

5. Verificação do programa (insira o programa na máquina-ferramenta e execute simulação gráfica para verificar a correção da programação)

6. Usinagem da peça de trabalho (bom controle do processo pode economizar tempo e melhorar a qualidade do processamento)

7. Aceitação da peça e análise de erros de qualidade (a peça é inspecionada e a qualificada flui para a próxima. Se falhar, a causa do erro e o método de correção são encontrados por meio da análise de qualidade).

Histórico de desenvolvimento de máquinas-ferramentas de controle numérico

Após a Segunda Guerra Mundial, a maior parte da produção na indústria manufatureira dependia da operação manual. Depois que os trabalhadores leram os desenhos, eles operavam manualmente máquinas-ferramentas e peças processadas. Dessa forma, a produção de produtos era cara, ineficiente e a qualidade não era garantida.

No final da década de 1940, um engenheiro nos Estados Unidos, John Parsons, concebeu um método de fazer furos em um cartão de papelão para representar a geometria das peças a serem usinadas e usar um cartão rígido para controlar o movimento da máquina-ferramenta. Naquela época, isso era apenas uma ideia.

Em 1948, Parsons mostrou sua ideia à Força Aérea dos Estados Unidos. Depois de vê-lo, a Força Aérea dos Estados Unidos expressou grande interesse, porque a Força Aérea dos Estados Unidos estava procurando um método de processamento avançado, na esperança de resolver o problema de processamento de modelos de formato de aeronaves. Devido à forma complexa do modelo, requisitos de alta precisão e dificuldade de adaptação ao equipamento geral, a Força Aérea dos Estados Unidos imediatamente encomendou e patrocinou o Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) para realizar pesquisas e desenvolver esta cardboard-controlled máquina-ferramenta. Finalmente, em 1952, o MIT e Parsons cooperaram e desenvolveram com sucesso a primeira máquina de demonstração. Em 1960, a relativamente simples e econômica furadeira de ponto controlado e a fresadora de controle numérico linear foram rapidamente desenvolvidas, o que gradualmente promoveu a máquina de controle numérico em vários setores da indústria manufatureira.

A história da usinagem CNC já passou por mais de meio século, e o sistema de controle numérico NC também se desenvolveu desde o mais antigo controle de circuito de sinal analógico até um sistema de usinagem integrado extremamente complexo, e o método de programação também foi desenvolvido manualmente em um inteligente e poderoso sistema integrado CAD / CAM.

No que diz respeito ao nosso país, o desenvolvimento da tecnologia de controle numérico é relativamente lento. Para a maioria das oficinas na China, o equipamento está relativamente atrasado e o nível técnico e o conceito de pessoal estão atrasados, o que se manifesta como baixa qualidade de processamento e eficiência de processamento, e muitas vezes atrasa o tempo de entrega.

A primeira geração do sistema NC foi introduzida em 1951, e sua Unidade de Controle era composta principalmente por várias válvulas e circuitos analógicos. Em 1952, nasceu a primeira máquina-ferramenta CNC e se desenvolveu de uma fresadora ou torno para um centro de usinagem, tornando-se um equipamento chave na fabricação moderna.

O sistema NC de segunda geração foi produzido em 1959 e era composto principalmente de transistores individuais e outros componentes.

Em 1965, o sistema NC de terceira geração foi introduzido, que primeiro adotou placas de circuito integrado.

Na verdade, em 1964, foi desenvolvido o sistema NC de quarta geração, ou seja, o sistema de controle numérico por computador (sistema de controle CNC) com o qual estamos muito familiarizados.

Em 1975, o sistema NC adotou um poderoso microprocessador, que foi a quinta geração do sistema NC.

6. O sistema NC de sexta geração adota o atual sistema de fabricação integrado (MIS) + DNC + sistema de usinagem flexível (FMS).

Tendência de desenvolvimento de máquinas-ferramentas de controle numérico

1. Alta velocidade

Com o rápido desenvolvimento de automóveis, defesa nacional, aviação, aeroespacial e outras indústrias e a aplicação de novos materiais, como ligas de alumínio, os requisitos de alta velocidade para processamento de máquinas-ferramenta de controle numérico estão ficando cada vez maiores.

A. Velocidade do fuso: A máquina adota um fuso elétrico (motor de fuso embutido), e a velocidade máxima do fuso é de 200000r / min;

B. Taxa de avanço: com uma resolução de 0,01 µm, a taxa de avanço máxima é de 240 m / min e a usinagem de precisão complexa é possível.

C. Velocidade de computação: O rápido desenvolvimento de microprocessadores forneceu uma garantia para o desenvolvimento de sistemas de controle numérico com alta velocidade e alta precisão. A CPU foi desenvolvida para sistemas de controle numérico de 32 e 64 bits, e a frequência foi aumentada para várias centenas de MHz e gigahertz. Devido à grande melhoria na velocidade de computação, quando a resolução é de 0,1 µm e 0,01 µm, a velocidade de alimentação ainda pode ser tão alta quanto 24 ~ 240m / min;

D. Velocidade de mudança de ferramenta: Atualmente, o tempo de troca de ferramentas de centros de usinagem avançados estrangeiros é geralmente em torno de 1s, e a alta atingiu 0,5. A empresa alemã Chiron projeta o carregador de ferramentas como um estilo de cesta, com o fuso como eixo, e as ferramentas estão dispostas em um círculo. O tempo de mudança de ferramenta de faca para faca é de apenas 0,9 s.

2. Alta precisão

Os requisitos de precisão de máquinas-ferramenta de controle numérico agora não se limitam à precisão geométrica estática, e a precisão de movimento, deformação térmica e monitoramento de vibração e compensação de máquinas-ferramentas estão recebendo cada vez mais atenção.

A. Melhorar a precisão do controle do sistema CNC: usando a tecnologia de interpolação de alta velocidade para obter alimentação contínua com pequenos segmentos de programa, tornando a unidade de controle CNC refinada e usando dispositivos de detecção de posição de alta resolução para melhorar a precisão da detecção de posição. O sistema de servo de posição usa controle de avanço e métodos de controle não linear.

B. Adote a tecnologia de compensação de erros: usando compensação de folga reversa, compensação de erro de passo do parafuso e compensação de erro da ferramenta para compensar de forma abrangente o erro de deformação térmica e o erro espacial do equipamento.

C. Verifique e melhore a precisão da trilha de movimento do centro de usinagem usando a tecnologia de grade: preveja a precisão de usinagem da máquina-ferramenta por meio de simulação para garantir a precisão de posicionamento e a precisão de posicionamento repetido da máquina-ferramenta, para que seu desempenho possa ser estável por um longo tempo e possa concluir uma variedade de tarefas de processamento sob diferentes condições operacionais.

3. Integração funcional

O significado de máquina-ferramenta composta refere-se à realização ou conclusão de vários elementos, desde o produto bruto até o produto acabado em uma máquina-ferramenta. De acordo com suas características estruturais, pode ser dividido em duas categorias: tipo de composto de processo e tipo de composto de processo. Os centros de usinagem podem concluir vários processos, como torneamento, fresagem, perfuração, mandrilamento, retificação, tratamento térmico a laser, etc., e podem concluir todo o processamento de peças complexas. Com a melhoria contínua dos requisitos de usinagem modernos, um grande número de máquinas-ferramentas de controle numérico de ligação multieixo são cada vez mais bem-vindas por grandes empresas.

4. Controle inteligente

Com o desenvolvimento da tecnologia de inteligência artificial, a fim de atender às necessidades de desenvolvimento de flexibilidade de produção de fabricação e automação de fabricação, a inteligência das máquinas-ferramentas de controle numérico está constantemente melhorando. Especificamente refletido nos seguintes aspectos:

A. Tecnologia de controle adaptativo de processo;

B. Otimização inteligente e seleção de parâmetros de processamento;

C. Autodiagnóstico inteligente de falhas e tecnologia de autorreparação;

D. Tecnologia inteligente de reprodução e simulação de falhas;

E. Dispositivo de servo acionamento CA inteligente;

F. Sistema de controle numérico 4M inteligente: No processo de fabricação, a medição, modelagem, usinagem e operação da máquina são integradas em um sistema.

5. Sistema aberto

Aberto a tecnologias futuras: Como as interfaces de software e hardware aderem a protocolos padrão aceitos, elas podem ser adotadas, absorvidas e compatíveis com uma nova geração de software e hardware de uso geral.

B. Aberto aos requisitos específicos dos usuários: atualizar produtos, expandir funções e fornecer várias combinações de produtos de hardware e software para atender aos requisitos específicos do aplicativo.

C. Estabelecimento de padrões de controle numérico: Linguagem de programação padronizada, conveniente para usuários, usos e redução do consumo de mão de obra diretamente relacionada à eficiência da operação.

6. Conexão paralela de acionamento

Ele pode realizar várias funções de processamento de controle numérico de ligação multi-coordenada, montagem e medição, e pode atender melhor ao processamento de peças especiais complexas. As máquinas-ferramentas paralelas são consideradas "o progresso mais significativo na indústria de máquinas-ferramenta desde a invenção da tecnologia de controle numérico" e "uma nova geração de equipamentos de processamento de controle numérico no século 21."

7. Extremo (grande e miniaturizado)

O desenvolvimento das indústrias nacionais de defesa, aviação e aeroespacial e o desenvolvimento em larga escala de equipamentos industriais básicos, como energia, exigem o apoio de máquinas-ferramentas de controle numérico de grande escala e alto desempenho. A tecnologia de usinagem de ultra-precisão e a tecnologia micro-nano são tecnologias estratégicas no século 21, e novos processos de fabricação e equipamentos que podem se adaptar à precisão de usinagem de micro e micro-nano precisam ser desenvolvidos.

8. Rede de intercâmbio de informações

Ele pode não só realizar o compartilhamento de recursos de rede, mas também realizar o monitoramento remoto, controle, diagnóstico remoto e manutenção de máquinas-ferramentas de controle numérico.

9. Processamento verde

Nos últimos anos, surgiram máquinas-ferramentas que não exigem ou usam menos refrigerante para alcançar a conservação de energia e a proteção ambiental para corte a seco e corte semi-seco, e a tendência da fabricação verde acelerou o desenvolvimento de várias máquinas-ferramentas que economizam energia e respeitam o meio ambiente.

10. Aplicação da tecnologia multimédia

A tecnologia multimídia integra computador, imagem sonora e tecnologia de comunicação, fazendo com que o computador tenha a capacidade de processar de forma abrangente informações de som, texto, imagem e vídeo. Pode ser integrado e inteligente no processamento de informações e é aplicado ao monitoramento em tempo real, diagnóstico de falhas de sistemas e equipamentos de campo de produção, monitoramento de parâmetros do processo de produção, etc., por isso tem grande valor de aplicação.