Estado de la investigación y tendencias de desarrollo de la tecnología CNC
1 Estado de desarrollo de la tecnología CNC en el país y en el extranjero
El mayor logro científico y tecnológico de la sociedad humana en el El siglo XX es la invención y aplicación de las computadoras, la aplicación de la tecnología informática y de control en equipos de fabricación mecánica es el progreso tecnológico más significativo en el desarrollo de la industria manufacturera en el siglo. Han pasado 50 años desde que se introdujo la primera fresadora CNC en los Estados Unidos en 1952. Los equipos CNC incluyen: torneado, fresado, centros de mecanizado, taladrado, rectificado, estampado, mecanizado eléctrico y diversas máquinas especiales, formando una enorme familia de equipos de fabricación CNC. La producción anual en todo el mundo es de 100.000 a 200.000 unidades, con un valor de producción de decenas de unidades. miles de millones de dólares.
Al comienzo del "Décimo Plan Quinquenal", la Comisión de Ciencia, Tecnología e Industria para la Defensa Nacional propuso claramente invertir 680 millones de yuanes en empresas industriales militares para la transformación CNC de 12.000 a 18.000. máquinas herramientas.
Actualmente, el mayor fabricante de sistemas CNC del mundo es la empresa japonesa FANUC, que produce más de 50.000 sistemas al año, lo que representa alrededor del 40% del mercado mundial, seguida por la alemana Siemens, que representa más del 15%, y de nuevo De Heidehain, la española Fagor, la italiana Fidia, la francesa NUM, la japonesa Mitsubishi y Yaskawa. Los fabricantes nacionales de sistemas CNC incluyen principalmente Huazhong CNC, Beijing Aerospace Machine Tool CNC Group, Beijing Kaindi, Beijing Cage, Shenyang Yitian, Guangzhou CNC, Nanjing New Fangda, Chengdu Guangtai, etc. Los fabricantes nacionales de CNC son todos de pequeña escala. no exceda de 300 a 400 juegos. En los últimos 10 años, las máquinas herramienta CNC han logrado grandes avances en los siguientes campos técnicos para adaptarse al desarrollo de la tecnología de procesamiento.
1.1 Alta velocidad
Debido a la popularización de la tecnología de mecanizado de alta velocidad, las máquinas herramienta generalmente aumentan la velocidad en todos los aspectos y la velocidad del husillo del torno aumenta de 3 000 a 4 000 r. / min a 8 000 a 10 000 r/min, la velocidad del husillo de las fresadoras y centros de mecanizado ha aumentado de 4 000 a 8 000 r/min a 12 000 r/min, 24 000 r/min y 40 000 r/min La velocidad de movimiento rápido ha aumentado de 10 a 20 m en el pasado
/min aumentó a 48 m/min, 60 m/min, 80 m/min, 120 m/min. Mientras se aumenta la velocidad, es necesario. Para aumentar la aceleración del arranque de las piezas móviles, que ha aumentado de 0,5 G (aceleración gravitacional) de las máquinas herramienta generales en el pasado a 1 ．5 ~ 2 G, hasta 15 G, los motores lineales están comenzando a usarse en las máquinas herramienta. , y los motores de husillo incorporados se utilizan ampliamente en los husillos.
1.2 Alta precisión
La precisión de posicionamiento de las máquinas herramienta CNC se ha mejorado desde el nivel general de 0,01 ~ 0,02 mm a aproximadamente 0,008 mm, y las máquinas herramienta submicrónicas han alcanzado los 0,008 mm. Alrededor de 0005 mm, las máquinas herramienta a nanoescala alcanzan los 0,005 ~ 0,01 μm, y ya existen productos con sistemas CNC y máquinas herramienta con una resolución mínima de 1 nm (0,000001 mm). La tecnología de interpolación para más de dos ejes en CNC se ha mejorado enormemente. La interpolación de nivel nano permite que el arco producido por los dos ejes alcance una redondez de 1 μ. La lectura previa de múltiples bloques antes de la interpolación mejora en gran medida la calidad de la interpolación y puede realizarse automáticamente. Procesamiento de esquinas, etc.
1.3 Las máquinas herramienta de procesamiento compuesto y nueva estructura aparecen en grandes cantidades
Por ejemplo, máquinas herramienta de procesamiento compuesto de 5 ejes y 5 lados, 5 ejes
Procesamiento de varillaje de 5 ejes de varias piezas de formas especiales. También se han derivado varias estructuras novedosas de máquinas herramienta, incluidas máquinas de eje virtual de 6 ejes, máquinas herramienta de bisagras en serie paralela, etc.
Adopte una estructura mecánica especial, un método de operación CNC especial y requisitos de programación especiales.
1.4 Utilice varias herramientas de alta eficiencia con funciones especiales para hacer que las máquinas herramienta CNC sean "aún más potentes"
Por ejemplo, las brocas de refrigeración interna hacen que el refrigerante a alta presión fluya directamente
p>
Está conectado para enfriar el filo de la broca y eliminar virutas, lo que mejora enormemente la eficiencia al perforar agujeros profundos
. La velocidad de corte para procesar piezas de acero puede alcanzar los 1000 m/min y la velocidad de corte para procesar piezas de aluminio puede alcanzar los 5000 m/min.
1.5 La apertura y gestión de red de las máquinas herramienta CNC
La apertura y gestión de red de las máquinas herramienta CNC han sido
los requisitos básicos para el uso del CNC No es solo un medio necesario
para mejorar la tasa de operación y la productividad de las máquinas herramienta CNC
sino también un método para que las empresas racionalicen y optimicen el uso de estas máquinas herramienta. métodos
. Por lo tanto, varias tecnologías nuevas, como la fabricación integrada por computadora, la fabricación en red, el diagnóstico externo, la fabricación virtual y la ingeniería heterogénea, se utilizan en máquinas CNC
Desarrolladas sobre la base de la industrialización, esto inevitablemente se convertirá en un importante tendencia en el desarrollo de la industria manufacturera en el siglo XXI.
2 Tendencias de desarrollo de la tecnología CNC
2.1 Dirección de desarrollo del rendimiento
(1) Alta velocidad, alta precisión y alta eficiencia. La velocidad, la precisión y la eficiencia son indicadores clave de rendimiento de la tecnología de fabricación mecánica.
Debido al uso de chips de CPU de alta velocidad, chips RISC,
sistemas de control multi-CPU y servosistemas digitales AC con alta resolución absoluta
componentes de detección. Al mismo tiempo, se han tomado medidas efectivas para mejorar las características dinámicas y estáticas de las máquinas herramienta, y se ha mejorado enormemente la alta velocidad, precisión y eficiencia de las máquinas herramienta.
(2) Flexibilidad. La flexibilidad incluye dos aspectos: la flexibilidad del sistema CNC en sí. El sistema CNC adopta un diseño modular, con una gran cobertura funcional, gran adaptabilidad y conveniencia
Para satisfacer las necesidades de diferentes usuarios; el sistema de control de grupo
permite que el mismo sistema de control de grupo mueva automáticamente el flujo de materiales y el flujo de información de acuerdo con los requisitos de diferentes procesos de producción
Ajuste de estado para maximizar la eficacia del sistema de control del grupo
.
(3) Complejidad del proceso y multieje. El mecanizado compuesto, cuyo objetivo principal es reducir los pasos del proceso y el tiempo auxiliar, se está desarrollando hacia funciones de control multiejes y multiseries. El proceso compuesto de las máquinas herramienta CNC significa que después de sujetar la pieza de trabajo una vez en una máquina herramienta, se puede completar mediante diversas medidas, como el cambio automático de herramienta
, la rotación del cabezal del husillo o la plataforma giratoria, etc. /p >
Múltiples procesos y procesamiento de compuestos multisuperficie. Ejes con tecnología CNC, el sistema Siemens 880 puede controlar hasta 24 ejes.
(4) Inteligencia en tiempo real. Los primeros sistemas en tiempo real
generalmente apuntaban a entornos ideales relativamente simples, y su función
era programar tareas para garantizar que se completaran dentro del plazo especificado
<. p>. La inteligencia artificial, por otro lado, intenta utilizar modelos informáticos para realizar diversos comportamientos inteligentes de los humanos.Con el desarrollo actual de la ciencia y la tecnología, los sistemas en tiempo real y la inteligencia artificial se están integrando entre sí. La inteligencia artificial se está desarrollando hacia un campo más realista con respuesta en tiempo real. Y los sistemas en tiempo real también lo están. >desarrollándose hacia aplicaciones más complejas
con comportamiento inteligente, dando como resultado el nuevo campo del control inteligente en tiempo real
.
2.2 Dirección de desarrollo de funciones
2.2.1 Interfaz gráfica de usuario
La interfaz de usuario es la conexión entre el sistema CNC y el usuario
< Dialog interfaz entre p>. Dado que diferentes usuarios tienen diferentes requisitos para las interfaces, la carga de trabajo de desarrollar interfaces de usuario es enorme. Las interfaces de usuario se han convertido en el aspecto más difícil del desarrollo de software informático. INTERNET,realidad virtual, visualización informática científica y multimedia y otras tecnologías
actuales también plantean mayores requisitos para las interfaces de usuario. La interfaz gráfica de usuario facilita enormemente el uso de usuarios no profesionales
Las personas pueden operar a través de ventanas y menús
, lo que facilita la programación de planos y la programación rápida y tridimensional
. p>
visualización de gráficos dinámicos tridimensionales en color, simulación de gráficos, seguimiento y simulación dinámica de gráficos, vistas en diferentes direcciones y
función de escala de visualización local.
2.2.2 Visualización informática científica
La visualización informática científica se puede utilizar para procesar datos
e interpretarlos de manera eficiente, de modo que el intercambio de información ya no esté limitado
Es adecuado para expresar en palabras y lenguaje, pero puede utilizar directamente información visual como gráficos, imágenes, animaciones
. La combinación de tecnología de visualización
con tecnología de entorno virtual ha ampliado aún más
los campos de aplicación, como el diseño sin dibujos, la tecnología de prototipo virtual
, etc. , que ha acortado el ciclo de diseño del producto, mejorando
la calidad del producto y reduciendo el costo del producto son de gran importancia
. En el campo de la tecnología CNC, la tecnología de visualización se puede utilizar en CAD/CAM, como el diseño de programación automática, la configuración automática de parámetros, la compensación de herramientas y la animación de datos de gestión de herramientas
Procesamiento de estado y visualización y visualización del proceso de mecanizado
Demostración de simulación, etc.
2.2.3 Métodos diversificados de interpolación y compensación
Múltiples métodos de interpolación, como interpolación lineal, interpolación de arco
Interpolación e interpolación cilíndrica Interpolación, interpolación de superficie elíptica espacial , hilo
Interpolación, interpolación de coordenadas polares, interpolación en espiral 2D +2,
interpolación NANO, interpolación NURBS (racional no uniforme
p>B-spline interpolación), interpolación spline (A, B, C spline),
interpolación polinomial, etc. Varias funciones de compensación, como compensación de holgura, compensación de perpendicularidad, compensación de error de cuadrante, compensación de error del sistema de medición y paso, avance relacionado con la velocidad
Compensación, compensación de temperatura, compensación del radio de la herramienta con aproximación y salida suaves y cálculo del punto opuesto , etc.
2.3 Desarrollo de la arquitectura
2.3.1 Integración
Adoptar CPU y chips RISC altamente integrados
Y circuitos integrados programables a gran escala FPGA, E-
PLD, CPLD y chips ASIC de circuitos integrados específicos de aplicaciones
pueden mejorar la integración, el software y el hardware del sistema CNC
Velocidad de funcionamiento .
La aplicación de la tecnología de pantalla plana FPD puede
mejorar el rendimiento de la pantalla. Las pantallas planas tienen las ventajas de alto contenido tecnológico, peso ligero, tamaño pequeño, bajo consumo de energía y portabilidad. Pueden realizar pantallas de tamaño ultragrande y convertirse en
tecnología de visualización emergente para competir con CRT. es la corriente principal de la tecnología de visualización en el siglo XXI. Aplique tecnología avanzada de empaque e interconexión para integrar tecnología de semiconductores y montaje en superficie. Reduzca los precios de los productos, mejore
el rendimiento, reduzca el tamaño de los componentes y mejore la confiabilidad del sistema
aumentando la densidad del circuito integrado, reduciendo
la longitud de las interconexiones y la cantidad de sexo.
2.3.2 Modularidad
La modularización del hardware facilita la integración y estandarización de los sistemas CNC.
Según diferentes requisitos funcionales
, módulos básicos, como CPU, memoria, posición
servo, PLC, interfaz de entrada y salida, comunicación y otros módulos,
Cree una serie estándar de productos y utilice bloques de construcción para personalizar funciones y aumentar o disminuir la cantidad de módulos para formar sistemas CNC de diferentes grados.
2.3.3 Conexión en red
La conexión en red de máquinas herramienta puede permitir el control remoto y el funcionamiento no tripulado
. A través de la red de máquinas herramienta, se pueden programar, configurar, operar
y ejecutar otras máquinas herramienta en cualquier
máquina herramienta, y las pantallas de diferentes máquinas herramienta se pueden mostrar al mismo tiempo.
En la pantalla de cada máquina herramienta.
3 Sistema CNC PCNC inteligente de nueva generación
Sistema
El desarrollo y la investigación actuales son adecuados para procesos de fabricación complejos
con sistema cerrado. control de bucle Se ha hecho posible una nueva generación de sistema de control numérico PCNC con una estructura arquitectónica e inteligente.
El sistema inteligente de control numérico PCNC de nueva generación combina tecnología de inteligencia informática, tecnología de red, CAD/CAM, servocontrol, control adaptativo, gestión dinámica de datos y
compensación dinámica de herramientas, simulación dinámica. y otras tecnologías nuevas y avanzadas se integran
en un estricto sistema de control de circuito cerrado del proceso de fabricación
.
4 Perspectivas
Formular una estrategia general de desarrollo que esté en línea con las condiciones nacionales de China
, establecer un camino de desarrollo que esté en línea con los estándares internacionales y prepararse para el siglo XXI
es crucial para el desarrollo de la tecnología y la industria CNC de China
. Este capítulo analiza las tendencias de desarrollo de la tecnología y la industria CNC
y estudia los problemas existentes en el campo del CNC en mi país
sobre la base del análisis del CNC en mi país en el Siglo XXI
Se discutieron los caminos de desarrollo de la tecnología y la industria, y se propuso que la innovación científica y tecnológica debería ser la guía, la comercialización debería ser el foco principal, la gestión y el marketing deberían ser el foco, y la tecnología debe ser el foco. La estrategia general de desarrollo está respaldada por apoyo
y servicios y se adhiere al camino del desarrollo sostenible. Sobre esta base, se estudiaron enfoques técnicos específicos para el desarrollo de nuevos sistemas CNC, componentes funcionales CNC, máquinas herramienta CNC completas, etc.
Espero sinceramente que los círculos científicos y tecnológicos, los círculos industriales y
los círculos educativos de China trabajen juntos para aprovechar las raras oportunidades que brinda la economía del conocimiento
y Bienvenido a la globalización de la competencia. Los graves desafíos planteados por la epidemia han llevado la tecnología y la industria CNC de mi país a la vanguardia del mundo.