Describa brevemente las tendencias de desarrollo de las máquinas herramienta CNC.
Introducción
Desde la aparición de la tecnología CNC a mediados del siglo XX, las máquinas herramienta CNC han traído cambios revolucionarios a la industria de fabricación de maquinaria. El mecanizado CNC tiene las siguientes características: buena flexibilidad de procesamiento, alta precisión de procesamiento y alta productividad. Reduce la intensidad de mano de obra del operador, mejora las condiciones de trabajo y favorece la modernización de la gestión de la producción y la mejora de los beneficios económicos. Las máquinas herramienta CNC son productos altamente mecatrónicos que son adecuados para procesar múltiples variedades de piezas en lotes pequeños, piezas con estructuras complejas y requisitos de alta precisión, piezas que requieren modificaciones frecuentes, piezas clave que son costosas y no permiten desguace, y que requieren precisión. Piezas duplicadas, piezas que se necesitan con urgencia y que deben acortar el ciclo de producción y piezas que requieren una inspección 100. Las características y la gama de aplicaciones de las máquinas herramienta CNC las convierten en equipos importantes para el desarrollo de la economía nacional y la construcción de la defensa nacional.
Al entrar en el siglo XXI, la economía de nuestro país se ha integrado plenamente con la comunidad internacional y ha entrado en un nuevo período de vigoroso desarrollo. La industria de fabricación de máquinas herramienta no solo enfrenta buenas oportunidades para el desarrollo de equipos de fabricación causadas por el aumento en el nivel de demanda de la industria de fabricación de maquinaria, sino que también enfrenta la presión de la feroz competencia del mercado internacional después de unirse a la Organización Mundial del Comercio. El desarrollo de máquinas herramienta CNC es la solución clave para el desarrollo sostenible de la industria de fabricación de máquinas herramienta. Con la gran demanda de máquinas herramienta CNC en la industria manufacturera y el rápido avance de la tecnología informática y la tecnología de diseño moderno, el alcance de la aplicación de las máquinas herramienta CNC aún se está expandiendo y desarrollando para satisfacer mejor las necesidades de producción y procesamiento. Este artículo analiza brevemente las tendencias de desarrollo de las máquinas herramienta CNC, como alta velocidad, alta precisión, compuestas, inteligentes, abiertas, en red, multiejes y ecológicas, y propone algunos problemas existentes en el desarrollo de máquinas herramienta CNC en mi país.
La tendencia de desarrollo de las máquinas herramienta CNC
1. Alta velocidad
Con el rápido desarrollo de las industrias del automóvil, la defensa nacional, la aviación, la aeroespacial y otras, como así como nuevos materiales como la aleación de aluminio. La aplicación de máquinas herramienta CNC tiene requisitos cada vez más altos para el procesamiento de alta velocidad.
2. Velocidad del husillo: la máquina herramienta utiliza un husillo eléctrico (motor de husillo incorporado), con una velocidad máxima del husillo de 200000 r/min.
Velocidad de avance: cuando la resolución; es de 0,01 μm, la velocidad de avance máxima alcanza los 240 m/min y se puede lograr un procesamiento preciso de superficies complejas;
3 Velocidad de operación: el rápido desarrollo de los microprocesadores proporciona garantía para el desarrollo de sistemas CNC en la dirección. de alta velocidad y alta precisión El desarrollo de sistemas CNC ha dado lugar a CPU de 32 y 64 bits, y la frecuencia se ha incrementado a cientos de MHz y miles de MHz. Debido a la gran mejora en la velocidad de cálculo, cuando la resolución es de 0,1 μm o 0,01 μm, aún se puede obtener una velocidad de avance de hasta 24-240 m/min;
4. Velocidad de cambio de herramienta: actualmente avanzada. mecanizado extranjero El tiempo de intercambio de herramientas en el centro es generalmente de alrededor de 1 segundo, y el más alto llega a 0,5 segundos. La empresa alemana Chiron diseñó el almacén de herramientas en forma de cesta, con el husillo como eje y las herramientas dispuestas en círculo. El tiempo de cambio de herramienta a herramienta es de sólo 0,9 segundos.
5. Alta precisión
Los requisitos de precisión de las máquinas herramienta CNC ya no se limitan a la precisión geométrica estática. La precisión del movimiento, la deformación térmica y la supervisión y compensación de las vibraciones de las máquinas herramienta son cada vez mayores. cada vez más importante.
6. Mejore la precisión del control del sistema CNC: utilice tecnología de interpolación de alta velocidad para lograr una alimentación continua con pequeños segmentos de programa para refinar la unidad de control CNC y utilice dispositivos de detección de posición de alta resolución para mejorar la posición. precisión de detección (Japón ha desarrollado un servomotor de CA equipado con un detector de posición incorporado con 106 pulsos/revolución, y su precisión de detección de posición puede alcanzar 0,01 μm/pulso. El servosistema de posición adopta control anticipado y métodos de control no lineal;<). /p >
7. Utilice tecnología de compensación de errores: utilice tecnologías como compensación de holgura, compensación de error de paso de tornillo y compensación de error de herramienta para compensar de manera integral 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 %;
Usar un decodificador de cuadrícula para verificar y mejorar la precisión de la trayectoria de movimiento del centro de mecanizado y predecir la precisión del mecanizado. de la máquina herramienta mediante simulación. Para garantizar la precisión de posicionamiento y la precisión de posicionamiento repetido de la máquina herramienta, su rendimiento es estable durante mucho tiempo, capaz de completar una variedad de tareas de procesamiento en diferentes condiciones operativas y garantizar el procesamiento. calidad de las piezas.
1. Compuesto funcional
El significado de máquinas herramienta compuestas es realizar o completar en la medida de lo posible el procesamiento de múltiples elementos desde el producto en bruto hasta el producto terminado en una máquina herramienta. Según sus características estructurales, se puede dividir en dos tipos: tipo compuesto de proceso y tipo compuesto de proceso. Máquinas herramienta de procesos complejos como, por ejemplo, mandrinado, fresado y taladrado de compuestos - centro de mecanizado, torneado y fresado de compuestos - centro de torneado, fresado, mandrinado, taladrado y torneado de compuestos - centro de mecanizado de compuestos, etc.; Máquinas herramienta compuestas de procesamiento de varillaje multieje facetado y centro de torneado de doble husillo, etc. El uso de máquinas herramienta compuestas para el procesamiento reduce el tiempo auxiliar de carga y descarga de piezas, reemplazo y ajuste de herramientas, así como los errores generados en el proceso intermedio, mejora la precisión del procesamiento de piezas, acorta el ciclo de fabricación del producto, mejora la eficiencia de producción y la calidad del fabricante. Capacidad de respuesta del mercado. Tiene ventajas obvias sobre los métodos de producción tradicionales con procesos descentralizados.
La agravación del proceso de mecanizado también ha llevado al desarrollo de las máquinas herramienta hacia la modularización y el multieje. El último centro de mecanizado de torneado lanzado por German Index Company tiene una estructura modular. El centro de mecanizado puede completar una variedad de procesos como torneado, fresado, taladrado, tallado de engranajes, rectificado, tratamiento térmico con láser, etc., y puede completar todos los procesos. de piezas complejas. Con la mejora continua de los requisitos de mecanizado 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 diversas formas de máquinas herramienta de procesamiento multieje (incluidos husillos dobles, portaherramientas dobles, control de 9 ejes, etc.) y puede realizar un centro de mecanizado de pórtico de alta velocidad de cinco ejes con varillaje de 4-5 ejes, un centro de fresado de alta velocidad con varillaje de cinco ejes, etc.
2. Control inteligente
Con el desarrollo de la tecnología de inteligencia artificial, para satisfacer las necesidades de desarrollo de la producción flexible y la automatización de la fabricación en la industria manufacturera, el grado de inteligencia del CNC Las máquinas herramienta están mejorando constantemente. Específicamente reflejado en los siguientes aspectos:
Tecnología de control adaptativo de procesos: mediante el monitoreo de la fuerza de corte durante el proceso de procesamiento, la potencia, corriente, voltaje y otra información del husillo y el motor de alimentación, utilizando el tradicional o moderno. El algoritmo se utiliza para identificar la fuerza, el desgaste, el estado de daño de la herramienta y el estado de estabilidad del procesamiento de la máquina herramienta, y ajustar los parámetros de procesamiento (velocidad del husillo, velocidad de avance) y las instrucciones de procesamiento en tiempo real en función de estos estados para mantener el equipo en su estado óptimo de funcionamiento para mejorar la precisión del procesamiento, reducir la rugosidad de la superficie de procesamiento y mejorar la seguridad de operación del equipo;
Optimización inteligente y selección de parámetros de procesamiento: combine la experiencia de expertos o técnicos en procesos, generales y. conocimiento general del procesamiento de piezas Reglas especiales, utilizar métodos inteligentes modernos para construir una "optimización inteligente y selector de parámetros de procesamiento" basado en sistemas o modelos expertos, y utilizarlos para obtener parámetros de procesamiento optimizados, mejorando así la eficiencia de la programación y el nivel de tecnología de procesamiento, y acortar el tiempo de preparación de la producción Propósito;
Tecnología inteligente de autodiagnóstico y autorreparación de fallas: basándose en la información de fallas existente, aplique métodos inteligentes modernos para lograr una localización de fallas rápida y precisa;
Tecnología inteligente de reproducción y simulación de fallas: puede registrar completamente información diversa del sistema, reproducir y simular diversos errores y accidentes que ocurren en las máquinas herramienta CNC, para determinar las causas de los errores, encontrar soluciones a los problemas y acumular experiencia en producción;
Dispositivo de servoaccionamiento de CA inteligente: un sistema servo inteligente que puede identificar automáticamente la carga y ajustar los parámetros automáticamente, incluido un dispositivo de accionamiento de CA de husillo inteligente y un dispositivo de servoalimentador inteligente.
Este tipo de dispositivo de accionamiento puede identificar automáticamente el momento de inercia del motor y la carga, y optimizar y ajustar automáticamente los parámetros del sistema de control para garantizar el mejor funcionamiento del sistema de accionamiento;
Sistema CNC inteligente 4M: durante El proceso de fabricación, la integración del procesamiento y la inspección es una forma eficaz de lograr una fabricación rápida, una inspección rápida y una respuesta rápida. Integra medición, modelado, procesamiento (Fabricación) y operación de la máquina (Manipulador) en uno. En el sistema, se comparte información. Se realiza y se promueve la integración de medición, modelado, procesamiento, sujeción y operación.
3. Apertura del sistema
Abierto a tecnologías futuras: dado que las interfaces de software y hardware siguen protocolos estándar reconocidos, solo se requiere una pequeña cantidad de rediseño y ajuste, y la nueva generación de El software y el hardware de uso general pueden adoptarse, absorberse y ser compatibles con los sistemas existentes, lo que significa que los costos de desarrollo del sistema se reducirán considerablemente mientras que el rendimiento y la confiabilidad del sistema continuarán mejorando y tendrán un ciclo de vida prolongado;
Requisitos abiertos especiales para usuarios: actualizar productos, ampliar funciones y proporcionar varias combinaciones de productos de hardware y software para cumplir con requisitos de aplicaciones especiales;
Establecimiento de estándares CNC: un nuevo estándar de sistema CNC ISO14649 (ISO14649 ( STEP-NC) para proporcionar un mecanismo neutral que no depende de sistemas específicos y puede describir un modelo de datos unificado a lo largo del ciclo de vida del producto, logrando así la estandarización de la información del producto durante 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 de mano de obra directamente relacionado con la eficiencia operativa.
4. Paralelización de la transmisión
Las máquinas herramienta cinemáticas paralelas superan las grandes piezas móviles del mecanismo tradicional de las máquinas herramienta, la baja rigidez del sistema, las herramientas de corte que solo pueden alimentarse a lo largo de rieles guía fijos y las funciones parciales. La libertad de operación, como la baja flexibilidad de procesamiento del equipo y la maniobrabilidad insuficiente, son impulsadas por un mecanismo de conexión paralela de múltiples varillas entre el husillo de la máquina herramienta (generalmente una plataforma móvil) y la base de la máquina (generalmente una plataforma estática), y la longitud. de la varilla en el sistema de varilla está controlada. La plataforma soportada por el sistema de varilla puede obtener los grados correspondientes de libertad de movimiento, lo que puede realizar funciones de procesamiento, ensamblaje y medición CNC de vinculación multicoordinada, y puede cumplir mejor con el procesamiento de procesos especiales complejos. Tiene el alto grado de modularidad, peso ligero y velocidad de los robots modernos. Ventajas de esperar rápidamente.
Como nuevo tipo de equipo de procesamiento, la máquina herramienta paralela se ha convertido en una importante dirección de investigación en la tecnología actual de máquinas herramienta. Ha recibido gran atención por parte de la industria internacional de máquinas herramienta y se considera "la más". industria avanzada de máquinas herramienta desde la invención de la tecnología CNC." El progreso más significativo" y "una nueva generación de equipos de mecanizado CNC en el siglo XXI".
5. Terminalización (a gran escala y miniaturización)
El desarrollo de la defensa nacional, la aviación, las industrias aeroespaciales y el equipamiento a gran escala de industrias básicas como la energía requieren gran escala. y máquinas herramienta CNC de buen rendimiento de soporte. La tecnología de mecanizado de ultraprecisión y la micronanotecnología son tecnologías estratégicas en el siglo XXI. Es necesario desarrollar nuevos procesos de fabricación y equipos que puedan adaptarse a la precisión del microtamaño y del micronanomecanizado. Por lo tanto, las micromáquinas herramienta incluyen el procesamiento de microcorte. Las máquinas herramienta (torneado, fresado, rectificado), las máquinas herramienta de procesamiento microeléctrico, las máquinas herramienta de procesamiento microláser y las microprensas están aumentando gradualmente en demanda.
6. Red de interacción de información
Para las empresas que enfrentan una competencia feroz, las máquinas herramienta CNC deben tener funciones de comunicación de red bidireccionales y de alta velocidad para garantizar el flujo de información entre varios departamentos. En el taller el acceso sin obstáculos es muy importante. No solo puede compartir recursos de red, sino también realizar monitoreo, control, capacitación, enseñanza y gestión remota de máquinas herramienta CNC. También puede realizar servicios digitales de equipos CNC (diagnóstico y mantenimiento remotos de fallas de máquinas herramienta CNC). etc.). Por ejemplo, la compañía japonesa Mazak ha lanzado una nueva generación de centros de mecanizado equipados con un dispositivo externo llamado torre de información (e-Tower), que incluye computadoras, teléfonos móviles, cámaras internas y externas, etc., que pueden realizar voz, gráficos, vídeo y texto Es una unidad de fabricación independiente y autogestionada con funciones como visualización de alarmas de fallos de comunicación y ayuda en línea para la resolución de problemas.
7. 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 incluyen:
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 características como tamaño pequeño, alta velocidad, y regulación de velocidad continua. Ventajas: se ha utilizado ampliamente en varias máquinas herramienta CNC nuevas;
Motores lineales: en los últimos años, los motores lineales se han utilizado cada vez más, aunque sus precios son más altos que los servosistemas tradicionales. , están sujetos a perturbaciones debido a cambios de carga. Se ha simplificado la aplicación de tecnologías clave como compensación de deformación térmica, aislamiento y protección magnéticos, y se ha mejorado 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 han comenzado a usarse ampliamente en fresadoras de alta velocidad, centros de mecanizado, amoladoras, máquinas herramienta paralelas y máquinas herramienta con altos requisitos de rendimiento dinámico y precisión de movimiento. ; EX-CELL-O de Alemania El centro de mecanizado horizontal XHC de la empresa utiliza dos motores lineales para el 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 estructura compacta.
8. Alta confiabilidad
En comparación con las máquinas herramienta tradicionales, las máquinas herramienta CNC han agregado sistemas CNC y los dispositivos de monitoreo correspondientes, y aplican una gran cantidad de dispositivos eléctricos, hidráulicos y electromecánicos, que son fáciles de Esto conduce a una mayor probabilidad de fallas; las fluctuaciones e interferencias en el voltaje de la red eléctrica industrial son extremadamente perjudiciales para la confiabilidad de las máquinas herramienta CNC, y las piezas procesadas por las máquinas herramienta CNC tienen formas complejas y ciclos de procesamiento largos. requiriendo un tiempo promedio entre fallas de más de 20.000 horas. Para garantizar una alta confiabilidad de las máquinas herramienta CNC, es necesario diseñar cuidadosamente el sistema, fabricar y aclarar estrictamente los objetivos de confiabilidad, analizar los modos de falla e identificar los eslabones débiles mediante el mantenimiento. El tiempo medio sin problemas de los sistemas CNC extranjeros es de más de 70.000 a 100.000 horas, mientras que el tiempo medio sin problemas de los sistemas CNC nacionales es de sólo unas 10.000 horas. El tiempo medio de trabajo sin problemas de las máquinas completas extranjeras es más de 800. horas, mientras que el máximo nacional es de sólo 300 horas.
9. Ecologizar el proceso de procesamiento
Con limitaciones ambientales y de recursos cada vez más estrictas, la ecologización de la fabricación y el procesamiento se está volviendo cada vez más importante, y los problemas ambientales y de recursos de China son particularmente prominentes. . Por lo tanto, en los últimos años, siguen apareciendo y en constante desarrollo máquinas herramienta que utilizan menos o nada de refrigerante, realizan cortes en seco y cortes semisecos, ahorran energía y son respetuosas con el medio ambiente. En el siglo XXI, la tendencia general de la fabricación ecológica acelerará el desarrollo de diversas máquinas herramienta que ahorran energía y son respetuosas con el medio ambiente y ocuparán más mercados mundiales.
10. Aplicación de la tecnología multimedia
La tecnología multimedia integra tecnologías informáticas, de audio y vídeo y de comunicación, dando a las computadoras la capacidad de procesar de forma integral información de sonido, texto, imágenes y vídeo. También presenta requisitos gráficos para la interfaz de usuario. La interfaz de usuario razonable y fácil de usar 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, visualización de gráficos dinámicos estéreo en color tridimensional, simulación de gráficos, seguimiento dinámico de gráficos y. Simulación, diferentes implementaciones de vista direccional y funciones de escala de visualización local. Además, la aplicación de la tecnología multimedia en el campo de la tecnología CNC puede lograr un procesamiento de información integral e inteligente, y puede usarse en sistemas de monitoreo en tiempo real y diagnóstico de fallas de equipos del sitio de producción, monitoreo de parámetros del proceso de producción, etc., por lo que tiene gran valor de aplicación.