Prefacio
Durante la pasantía de dos semanas en el Centro de Capacitación en Ingeniería, me di cuenta profundamente del poder de la tecnología después de experimentar varios tipos de trabajo. Durante las prácticas de instaladores y tornos, después de tres días de arduo trabajo, solo se fabricaron unos pocos productos de calidad inferior en el taller CNC; muchos productos de alta precisión se pueden fabricar fácilmente en una o dos horas de programación; Esto hizo que me interesara en las máquinas herramienta CNC, por lo que comencé a explorar las vidas pasadas de las máquinas herramienta CNC en Internet, lo que aumentó mi comprensión de las máquinas herramienta CNC.
1. Máquina herramienta CNC
Máquina herramienta CNC es la abreviatura de máquina herramienta de control numérico por computadora. Es una máquina herramienta automatizada con un sistema de control de programa. El sistema de control puede utilizar códigos de control u otras instrucciones simbólicas para procesar y decodificar lógicamente el programa para hacer funcionar la máquina herramienta. En el pasado, las máquinas herramienta CNC han experimentado un proceso de simple a diversificado. El rápido desarrollo de las máquinas herramienta CNC es una manifestación importante del desarrollo económico y tecnológico del mundo entero. Las máquinas herramienta CNC ocupan una posición insustituible en la industria moderna y están relacionadas directa o indirectamente con todos los aspectos de nuestras vidas. En el futuro, las máquinas herramienta CNC tendrán un desarrollo sin precedentes. Los principales países industrializados del mundo conceden gran importancia a la investigación y el desarrollo de la tecnología de mecanizado CNC.
2. Historia de las máquinas herramienta CNC
2.1 El nacimiento de la primera máquina herramienta CNC En 1948, la American Parsons Company aceptó el encargo de la Fuerza Aérea de Estados Unidos para desarrollar palas para hélices de avión. Equipo de procesamiento de plantillas de perfil. Debido a las formas complejas y diversas de las plantillas y los requisitos de alta precisión, es difícil que los equipos de procesamiento general se adapten, por lo que se propuso la idea de máquinas herramienta controladas por computadora. En 1949, con la ayuda del Laboratorio de Investigación de Servo Mecanismos del MIT, la empresa comenzó a investigar máquinas herramienta CNC y en 1952 produjo con éxito una prueba de la primera fresadora CNC de tres coordenadas modificada a partir de una gran fresadora copiadora vertical, y pronto comenzó producción formal. 2.2 Historia del desarrollo temprano En 1965, apareció la tercera generación de dispositivos CNC de circuito integrado. No sólo eran de tamaño pequeño y bajo consumo de energía, sino que también tenían una confiabilidad mejorada y precios aún más reducidos, lo que promovió la variedad y el desarrollo de las máquinas herramienta CNC. .
Desarrollo de resultados. A finales de la década de 1960 aparecieron los sistemas de control numérico directo (DNC), también conocidos como sistemas de control de grupo. El sistema de control numérico por computadora (CNC para abreviar) controlado por una pequeña computadora ha llevado el dispositivo CNC a la cuarta generación caracterizada por una pequeña informatización. Desde 65438 hasta 0974, se desarrolló con éxito un dispositivo de control numérico por microcomputadora (MNC) que utiliza un microprocesador y una memoria semiconductora. Este es el sistema de control numérico de quinta generación. En comparación con la tercera generación, las funciones del dispositivo CNC de quinta generación se han duplicado, mientras que el tamaño se ha reducido a 1/20, el precio se ha reducido a 3/4 y la fiabilidad ha mejorado considerablemente. A principios de la década de 1980, con el desarrollo de la tecnología de software y hardware, aparecieron dispositivos CNC que podían programarse automáticamente mediante el diálogo entre persona y computadora. Los dispositivos CNC son cada vez más pequeños y pueden instalarse directamente en las máquinas herramienta; la automatización de las máquinas herramienta CNC se ha mejorado aún más, con funciones como el seguimiento automático de la rotura de herramientas y la detección automática de piezas de trabajo.
3. Situación actual de las máquinas herramienta CNC
3.1 Alta velocidad Con el rápido desarrollo de las industrias del automóvil, la defensa nacional, la aviación, la aeroespacial y otras y la aplicación de nuevos materiales como aleación de aluminio, la demanda de máquinas herramienta CNC de alta velocidad ha aumentado. Los requisitos de procesamiento son cada vez mayores. (1) Velocidad del husillo: la máquina herramienta utiliza un husillo eléctrico (motor de husillo incorporado) y la velocidad máxima del husillo alcanza 200.000 r/min (2) Velocidad de avance: cuando la resolución es de 0,01 μm, la velocidad de avance máxima alcanza; 240 m/min, que puede procesar con precisión superficies curvas complejas; (3) Velocidad de operación: el rápido desarrollo de microprocesadores proporciona garantía para el desarrollo de sistemas CNC en la dirección de alta velocidad y alta precisión. Se desarrollaron sistemas CNC con CPU de 32 y 64 bits y las frecuencias se aumentaron a cientos de megahercios y gigahercios. Debido al aumento sustancial en la velocidad de cálculo, cuando la resolución es de 0,1 μm y 0,01 μm, aún se puede obtener una velocidad de avance de 24 ~ 240 m/min (4) Velocidad de cambio de herramienta: actualmente, el tiempo de cambio de herramienta es avanzado; Los centros de mecanizado extranjeros son generalmente de aproximadamente 1 s, el más alto alcanza los 0,5 s. La empresa alemana Chiron diseñó el almacén de herramientas en forma de cesta, con el husillo como eje y las herramientas están dispuestas en círculo. El cambio de herramienta es de solo 0,9 s, 3,2 máquinas herramienta CNC de alta precisión. Los requisitos de precisión no se limitan a la precisión geométrica estática. Se presta cada vez más atención a la precisión del movimiento, la deformación térmica, el monitoreo de vibraciones y la compensación de las máquinas herramienta.
(1) Mejore la precisión del control del sistema CNC: utilice tecnología de interpolación de alta velocidad para realizar una alimentación continua de pequeños segmentos de programa, refine la unidad de control CNC y utilice dispositivos de detección de posición de alta resolución para mejorar Precisión de detección de posición (Japón ha desarrollado un servomotor de CA con un detector de posición incorporado, 106 pulsos/revolución, y la precisión de detección de posición puede alcanzar 0,01 μm/pulso). (2) Se adopta la tecnología de compensación de errores: se utilizan compensación de juego inverso, compensación de error de paso y compensación de error de herramienta para compensar integralmente el error de deformación térmica y el error espacial del equipo. Los resultados de la investigación muestran que la aplicación de una tecnología integral de compensación de errores puede reducir los errores de mecanizado entre un 60% y un 80%. (3) Utilice el decodificador de cuadrícula para verificar y mejorar la precisión de la trayectoria de movimiento del centro de mecanizado, predecir la precisión del procesamiento de la máquina herramienta mediante simulación, garantizar la precisión de posicionamiento y repetir la precisión del posicionamiento de la máquina herramienta, hacer que su rendimiento sea estable en el a largo plazo y completar diversas tareas en diferentes condiciones de trabajo para garantizar la calidad del procesamiento de las piezas. 3.3 El significado de máquina herramienta compuesta funcional es realizar o completar el procesamiento de varios elementos desde el producto en bruto hasta el producto terminado en una máquina herramienta. Según sus características estructurales, se pueden dividir en dos tipos: compuestos de proceso y compuestos de proceso. Procesamiento de máquinas herramienta compuestas, como centros de mecanizado compuestos de taladrado, fresado y taladrado, centros de torneado y fresado compuestos, centros de mecanizado compuestos de taladrado y fresado, etc. Procesamiento de máquinas herramienta compuestas, como máquinas herramienta compuestas de procesamiento de varillaje multifacético y multieje, centros de torneado de dos ejes, etc. El uso de máquinas herramienta compuestas para el procesamiento puede reducir el tiempo auxiliar para la carga y descarga de piezas de trabajo, el reemplazo y ajuste de herramientas y los errores en el proceso intermedio, mejorar la precisión del procesamiento de las piezas, acortar el ciclo de fabricación de los productos, mejorar la eficiencia de la producción y la capacidad de respuesta al mercado de los fabricantes, y son diferentes de los tradicionales. El método de producción con procesos descentralizados tiene ventajas obvias. La combinación de procesos de mecanizado también ha llevado al desarrollo de máquinas herramienta modulares y multiejes. El último centro de torneado de German Index Company tiene una estructura modular que puede completar torneado, fresado, taladrado, laminado, rectificado, tratamiento térmico con láser y otros procesos, y puede completar todo el procesamiento de piezas complejas. Con la mejora continua de los requisitos de procesamiento modernos, una gran cantidad de máquinas herramienta CNC de ejes múltiples se están volviendo cada vez más populares entre las grandes empresas. En la Exposición Internacional de Máquinas Herramienta de China de 2005 (CIMT2005), los fabricantes nacionales y extranjeros exhibieron varios tipos de máquinas herramienta de procesamiento multieje (incluidos husillos dobles, portaherramientas dobles, control de 9 ejes, etc.), así como máquinas que pueden Logre 4-5 ejes. Centro de mecanizado de pórtico de alta velocidad de cinco ejes vinculado y centro de fresado de alta velocidad de cinco ejes.
3.4 Control inteligente Con el desarrollo de la tecnología de inteligencia artificial, para satisfacer las necesidades de desarrollo de flexibilidad y automatización de la fabricación, el grado de inteligencia de las máquinas herramienta CNC mejora constantemente. Se refleja específicamente en los siguientes aspectos: (1) Tecnología de control adaptativo del proceso de mecanizado: al monitorear la fuerza de corte, la potencia, la corriente y el voltaje del husillo y el motor de alimentación durante el proceso de mecanizado, se utilizan algoritmos tradicionales o modernos para identificar la tensión. desgaste de la herramienta, la estabilidad del procesamiento de la máquina herramienta y el ajuste en tiempo real de los parámetros de procesamiento (velocidad del husillo y velocidad de avance) en función de estas condiciones. (2) Selección de optimización inteligente de parámetros de procesamiento: utilice métodos inteligentes modernos para construir un "selector de optimización inteligente de parámetros de procesamiento" basado en sistemas o modelos expertos, y utilícelo para obtener parámetros de procesamiento optimizados, mejorando así la eficiencia de la programación y el nivel de tecnología de procesamiento. acortando el tiempo de entrega de producción. (3) Tecnología inteligente de autodiagnóstico y autorreparación de fallas: basándose en la información de fallas existente, se aplican métodos inteligentes modernos para lograr una localización de fallas rápida y precisa. (4) Tecnología inteligente de reproducción y simulación de fallas: puede registrar completamente información diversa del sistema, reproducir y simular varios errores y accidentes de las máquinas herramienta CNC, determinando así la causa del error, encontrando formas de resolver el problema y acumulando experiencia en producción. (5) Servoaccionamiento de CA inteligente: un servosistema inteligente que puede identificar automáticamente la carga y ajustar automáticamente los parámetros, incluido el accionamiento de CA del husillo inteligente y el servodispositivo de alimentación inteligente. Este tipo de dispositivo de accionamiento puede identificar automáticamente el momento de inercia del motor y la carga, optimizar y ajustar automáticamente los parámetros del sistema de control y permitir que el sistema de accionamiento funcione de forma óptima. (6) Sistema CNC inteligente 4M: en el proceso de fabricación, la integración del procesamiento y la inspección es una forma eficaz de lograr una fabricación rápida, una detección rápida y una respuesta rápida. Integre la medición, el procesamiento de modelado, la operación de la máquina de fabricación y el manipulador (es decir, 4M) en un solo sistema para compartir información y promover la medición, el modelado y el modelado.
3.5 Apertura del sistema
(1) Apertura a tecnologías futuras: dado que las interfaces de software y hardware siguen protocolos estándar reconocidos, una nueva generación de recursos generales de software y hardware puede adoptarse, absorberse y ser compatible con los sistemas existentes con solo un una pequeña cantidad de rediseño y ajuste, lo que significa que el costo de desarrollo del sistema se reducirá considerablemente, el rendimiento y la confiabilidad del sistema continuarán mejorando y tendrá un ciclo de vida largo (2) Abierto al usuario especial; requisitos: actualizar productos, ampliar funciones, proporcionar diversas combinaciones de productos de software y hardware para cumplir con requisitos de aplicaciones especiales (3) Establecimiento de estándares CNC: la comunidad internacional está estudiando y formulando un nuevo estándar de sistema CNC ISO14649 (STEP-NC), con un con el objetivo de proporcionar un sistema que no dependa de un sistema específico y pueda describir todo el proceso. Un mecanismo neutral para un modelo de datos unificado del ciclo de vida del producto, logrando así la estandarización de la información del producto a lo largo de todo el proceso de fabricación e incluso en diversos campos industriales. . El lenguaje de programación estandarizado no solo es conveniente para los usuarios, sino que también reduce el consumo manual que está directamente relacionado con la eficiencia operativa. 3.6 Las máquinas herramienta cinemáticas paralelas impulsadas superan las deficiencias inherentes de los mecanismos tradicionales de las series de máquinas herramienta, como piezas móviles grandes, baja rigidez del sistema, poca libertad de trabajo y flexibilidad y operatividad de procesamiento de equipos insuficientes. , se utiliza un mecanismo paralelo de varillas múltiples para conducir entre el husillo de la máquina herramienta (generalmente una plataforma móvil) y la base de la máquina (generalmente una plataforma estática). Al controlar la longitud de las varillas en el sistema de varillas, la plataforma soportada por el sistema de varillas puede obtener el grado de libertad correspondiente, lo que puede realizar mecanizado, ensamblaje y medición CNC de vinculación multicoordinada, y puede cumplir mejor con el procesamiento de procesos especiales complejos. regiones. Tiene las ventajas de los robots modernos con un alto grado de modularidad, peso ligero y alta velocidad. Como nuevo tipo de equipo de procesamiento, las máquinas herramienta paralelas se han convertido en una importante dirección de investigación en la tecnología de máquinas herramienta y han recibido gran atención por parte de la industria internacional de máquinas herramienta. Se considera "el progreso más significativo en la industria de las máquinas herramienta desde la invención de la tecnología CNC" y "una nueva generación de equipos de procesamiento CNC en el siglo XXI". Límite (gran escala y miniaturización) 3.7 Límite (gran escala y miniaturización) El desarrollo de equipos de defensa nacional, aviación, aeroespacial y de gran escala en energía y otras industrias básicas requiere el apoyo de máquinas herramienta CNC de gran escala y de buen rendimiento. . La tecnología de procesamiento de ultraprecisión y la micronanotecnología son tecnologías estratégicas en el siglo 265,438+0. Es necesario desarrollar nuevas tecnologías y equipos de fabricación que puedan adaptarse a la precisión del procesamiento de microtamaño y micronano. Por lo tanto, la demanda de micromáquinas herramienta, incluidas máquinas herramienta de microcorte (torneado, fresado y rectificado), máquinas herramienta de procesamiento microeléctrico, máquinas herramienta de procesamiento microláser y microprensas, está aumentando gradualmente. 3.8 Redes de interacción de información
Para las empresas que se enfrentan a una competencia feroz, es muy importante equipar las máquinas herramienta CNC con funciones de comunicación de red bidireccionales y de alta velocidad para garantizar el flujo fluido de información entre los distintos departamentos de la empresa. taller. No solo puede compartir recursos de red, sino también realizar monitoreo, control, capacitación, enseñanza y gestión remota de máquinas herramienta CNC, y también realizar servicios digitales de equipos CNC (diagnóstico y mantenimiento remotos de máquinas herramienta CNC, etc.) Por ejemplo, Japan Mazak Company lanzó el centro de mecanizado de nueva generación equipado con un dispositivo externo llamado e-Tower, que incluye computadoras, teléfonos móviles y cámaras dentro y fuera de la máquina, que pueden realizar funciones como voz, gráficos y video. visualización de alarma de fallo de comunicación de texto y ayuda en línea para la resolución de problemas. Es una unidad de fabricación independiente y autogestionada. 3.9 Nuevos componentes funcionales Para mejorar el rendimiento de las máquinas herramienta CNC en todos los aspectos, la aplicación de nuevos componentes funcionales con alta precisión y alta confiabilidad se ha vuelto inevitable. Los nuevos componentes funcionales representativos son: husillo eléctrico de alta frecuencia: el husillo eléctrico de alta frecuencia es una integración de componentes de motor y husillo de alta frecuencia. Tiene una serie de ventajas como tamaño pequeño, alta velocidad, regulación de velocidad continua, etc. y se ha utilizado ampliamente en varios tipos nuevos de husillos. En máquinas herramienta CNC; en los últimos años, los motores lineales se han utilizado ampliamente. Aunque su precio es más alto que el de los servosistemas tradicionales, debido a la aplicación de tecnologías clave como perturbación de cambio de carga, compensación de deformación térmica, aislamiento y protección magnéticos, la estructura de transmisión mecánica se simplifica y se mejora el rendimiento dinámico de la máquina herramienta. Por ejemplo, los motores lineales síncronos de imán permanente de CA trifásicos de la serie 1FN1 producidos por Siemens se han utilizado ampliamente en fresadoras de alta velocidad, centros de mecanizado, amoladoras, máquinas herramienta paralelas y máquinas herramienta con alto rendimiento dinámico y precisión de movimiento. El centro de mecanizado horizontal XHC de la empresa alemana EX-CELL-O utiliza dos motores lineales para accionamiento de tres vías. Husillo de bolas eléctrico: el husillo de bolas eléctrico es una integración de un servomotor y un husillo de bolas, que puede simplificar enormemente la estructura de las máquinas herramienta CNC. Tiene una serie de ventajas, como menos enlaces de transmisión y una estructura compacta.
Resumen
Al observar el desarrollo de las máquinas herramienta CNC, podemos darnos cuenta claramente de que el desarrollo del CNC no solo representa el desarrollo de toda la industria manufacturera, sino que también representa el progreso de toda la sociedad.
China es un importante país manufacturero, que depende principalmente de sus recursos, su fuerza laboral y sus ventajas de precios. Sin embargo, en términos de investigación y desarrollo de tecnología de productos e innovación independiente, todavía existe una gran brecha entre China y los países extranjeros. La industria CNC de mi país no puede estar satisfecha con el status quo, sino que debe aprovechar las oportunidades y esforzarse por desarrollarse. La tecnología CNC es la base fundamental de la fabricación y un medio importante para modernizar la industria nacional y la industria de defensa nacional. ¡Debemos acelerar el desarrollo y esforzarnos por lograr la transformación de Hecho en China a Creado en China lo antes posible!
Referencias: Referencias: [1] Departamento de Desarrollo Industrial del CMTBA. CIMT2001 Turismo[J]. Mercado mundial de equipos y tecnología de fabricación, 2001 (3): 18-20. [2] Liang Yanyou. Nuevas tendencias en el desarrollo de la tecnología de máquina herramienta. 2001 (3): 21-28. [3] Diseño mecánico e ingeniería de fabricación, volumen 30, número 1, 2001 [4] Wang Ping. Guía de nuevos productos mecánicos y eléctricos, nº 12, 2005