Características y tecnologías clave de los sistemas CNC integrados
Características y tecnologías clave de los sistemas CNC integrados
1. Introducción
En los sistemas de fabricación modernos, debido a la aparición de Internet y la tecnología informática distribuida, el producto el diseño y la fabricación están cada vez más descentralizados, y la fabricación colaborativa se ha convertido cada vez más en un modelo eficaz para producir productos de alta calidad de forma más rápida y económica. El sistema CNC actual se está desarrollando en la dirección de la integración, cuyo objetivo es proporcionar un entorno de trabajo colaborativo eficaz para varios departamentos independientes en el proceso de producción del producto. La tecnología CIMS tradicional es grande, completa y difícil de implementar en pequeñas y medianas empresas comunes, por lo que surgió INC.
2. El concepto y las tecnologías clave de INC
2.1 El concepto de INC
El control numérico integrado (INC) realiza las funciones en CIMS (como CADPCAMPCAPPPNCP , etc.) se abstraen en una serie de módulos funcionales independientes, y luego estos módulos funcionales se integran entre sí para formar un sistema CNC específico.
Tome como ejemplo el flujo de trabajo general del sistema INC utilizado en máquinas herramienta de chorro de agua (consulte la Figura 1). Todo el sistema se basa en una base de datos de ingeniería. La base de datos incluye una biblioteca de patrones y una biblioteca de cantidades de corte. y accesorios, biblioteca, biblioteca de boquillas, biblioteca de procesos, biblioteca de códigos NC, etc., se integran a través de Intranet/Internet para formar una base de datos de ingeniería. El sistema INC se puede dividir en 6 módulos de subcomponentes: diseño auxiliar (CAD), proceso auxiliar (CAPP), toma de decisiones de optimización, mecanizado por control numérico (CNC), monitoreo del sistema y planificación general.
Figura 1 Diagrama de flujo de trabajo del sistema INC de chorro de agua
2.2 La diferencia entre INC, ONC y DNC
Control numérico abierto (ONC) y comparación con el tradicional En los sistemas CNC, el núcleo de ONC radica en su apertura. Debe proporcionar la capacidad de ejecutar diferentes aplicaciones en la plataforma del sistema; proporcionar herramientas de reorganización dinámica orientadas a funciones y proporcionar una interfaz de usuario de aplicaciones unificada y estandarizada; Países de todo el mundo han lanzado muchos planes de investigación sobre CNC abierto. Entre ellos, los más influyentes son el plan estadounidense OMAC (Open Modular Architecture Controller), OSACA (Open System Architecture for Control Within Automation) de la Comunidad Europea y OSEC de Japón (. Plan de entorno de sistema abierto para controlador), etc.[3]. El objetivo principal de los sistemas de control numérico directo (DNC) y control numérico distribuido (DNC) es controlar de manera más efectiva la producción de un grupo de máquinas herramienta CNC o de toda la fábrica.
A diferencia de ONC y DNC, INC toma el CNC como núcleo, sus diversos módulos están orientados al CNC y todo su trabajo sirve al procesamiento CNC. Por ejemplo, los sistemas CAM generales se centran en el reconocimiento de características, el establecimiento de la geometría de la pieza y la definición de trayectorias de procesamiento de piezas, etc., mientras que el módulo CAM de INC se centra en simular el proceso de procesamiento de piezas y generar código de procesamiento CNC, con el propósito de facilitar la inspección de Si el programa de mecanizado CNC de programación manual o automática es correcto.
En comparación con la fabricación distribuida, INC está más cerca de la fabricación colaborativa.
2.3 Tecnologías clave de INC
INC tiene tres tecnologías clave: tecnología CAD para CNC; tecnología CAPP para CNC y tecnología CNC basada en la integración de información CAD/CAPP.
La tecnología CAD orientada al CNC incluye preprocesamiento de imágenes, reconocimiento inteligente, vectorización de imágenes y tecnología de integración CAD/CAPP. La tecnología CAPP para CNC incluye optimización de trayectoria, optimización de pasos, integración CAPP/CAM, establecimiento de bases de datos de procesos y tecnología de gestión, etc.
La tecnología CNC basada en la integración de información CAD/CAPP es principalmente la tecnología de interfaz e interacción con el sistema integrado CAD/CAPP (tecnología de interfaz e interacción basada en la expansión estándar STEP), tecnología de desarrollo de dispositivos integrados y en tiempo real. Tecnología, etc.
Este artículo discutirá e investigará la interfaz y la tecnología de interacción basada en la integración de información CAD/CAPP.
3. Tecnología de interfaz y interacción entre CNC y CAD/CAPP
El método de programación actual utilizado por NC en aplicaciones industriales todavía se basa en el estándar ISO 6983 (código GPM). Con el rápido desarrollo y la aplicación generalizada de la tecnología CAX del sistema asistido por computadora y la tecnología de integración de sistemas, este estándar es cada vez más incapaz de cumplir con los requisitos de los sistemas NC modernos y se ha convertido en un cuello de botella que restringe el desarrollo de la tecnología CNC e incluso la fabricación automatizada.
En 1997, la Comunidad Europea propuso el plan OPTIMAL, extendiendo la tecnología STEP a los equipos subyacentes de fabricación automatizada, y desarrolló un modelo de datos orientado a objetos (llamado STEP2NC) que cumple con los estándares STEP y El producto El estándar de conversión de datos de modelo se ha extendido al campo CNC y se ha reformulado la interfaz entre CAD/CAPP y CNC, sentando las bases para lograr una conexión perfecta entre CAD/CAPP/CNC y lograr un sistema CNC verdaderamente completamente abierto. 4].
El intercambio de datos entre el sistema CNC tradicional y CAD/CAPP es una transmisión unidireccional. Cualquier modificación del programa NC en el sitio no se puede enviar directamente al sistema CAD/CAPP al generar el programa NC. , se registran los requisitos de procesamiento inicial. Se ha perdido información. El uso de STEP-NC puede reducir el problema de la fácil pérdida de información de procesamiento, realizar un flujo de datos bidireccional y poder guardar las modificaciones, de modo que el programa de pieza y la descripción de procesamiento optimizada puedan enviarse al departamento de diseño ( CAD) de manera oportuna para que el departamento de diseño pueda realizar el procesamiento de datos de manera oportuna. Actualización para obtener archivos de datos de procesamiento completos y consistentes.
La Figura 2 muestra un modelo de datos basado en el estándar STEP-NC, que incluye todas las tareas para el procesamiento de piezas de trabajo. El principio básico se basa en las características de fabricación (como agujeros, cavidades, roscas, chaflanes, etc.). ) Programe en lugar de programar directamente el movimiento relativo entre la herramienta y la pieza de trabajo. De esta manera, el sistema CNC puede leer directamente el archivo de datos STEP desde el sistema CAD, eliminando el problema de reducción de precisión que puede ser causado por la conversión del tipo de datos.
Figura 2 Modelo de datos basado en STEP-NC
La Figura 3 muestra un modelo estructural de un sistema CNC utilizando el estándar STEP-NC. El modelo estructural incluye los modos actuales de STEP - 3 para combinar. Los sistemas NC y CNC son una forma de transición. El sistema CAD/CAPP de la capa superior que cumple con los estándares STEP realiza un flujo de datos bidireccional con la interfaz STEP-NC. La capa inferior agrega una interfaz de conversión de código que cumple con los estándares STEP-NC. Convierta códigos de datos STEP-NC en GPM y otros códigos para lograr el control del sistema CNC actual. El Modo 2 es un modo relativamente simple y elemental. La diferencia con el Modo 1 es que la capa inferior utiliza un nuevo controlador STEP-NC para leer directamente los archivos de procesamiento de formato de datos STEP. El Modo 3 es el desarrollo y mejora del Modo 2. Hace que el sistema esté más integrado, vuelve a dividir las funciones entre la capa de diseño y la capa de taller, y realiza la integración de la macroplanificación del sistema CAPP y el sistema CAD, y la integración de micro funciones y capa de taller. En vista de la amplia aplicación del estándar ISO6983 en el campo del CNC, no es realista reemplazarlo completamente con el estándar ISO14649 en el corto plazo. Por lo tanto, antes de que el controlador STEP-NC se utilice ampliamente, el Modo 1 permanecerá en el. sistema durante mucho tiempo [5].
Figura 3 Modelo estructural del sistema CNC basado en el estándar STEP
Se logrará una conexión perfecta entre CAD/CAPP/CNC basado en el estándar STEP-NC y la conexión entre CAD/CAPP y Se implementará CNC. El flujo de datos bidireccional permitirá al departamento de diseño comprender claramente el estado de procesamiento real y podrá realizar ajustes rápidos y oportunos al plan de producción en función de la información devuelta por la programación en el sitio, mejorando así en gran medida la eficiencia de la producción. Además, las funciones entre CAD, CAPP y CNC se volverán a dividir. La planificación macro del sistema CAPP se integra con el sistema CAD y las microfunciones se integran con CNC.
4. Ejemplos de aplicaciones
La máquina herramienta de chorro de agua AWJ (producto patentado a nivel nacional) utiliza tuberías de alta presión para formar chorros de agua a alta presión o chorros abrasivos para lograr operaciones como corte y pulir piezas de trabajo. La condición inicial es una imagen digital de la pieza de trabajo, después de ser procesada por el sistema integrado CAD/CAPP de INC, los datos se transmiten directamente al submódulo CNC, que genera una simulación de mecanizado. El sistema INC se basa en la plataforma Windows y se aplica al procesamiento CNC integrado de máquinas de corte por chorro de agua.
La Figura 4 muestra el módulo de preprocesamiento de imágenes del sistema INC. La esquina superior izquierda es la imagen digital inicial. Después de una serie de procesamiento, se obtiene la línea de contorno en la esquina inferior derecha.
Figura 4 Módulo de preprocesamiento de imágenes
La Figura 5 muestra que el contorno procesado se ingresa en el software CAD, se modifica ligeramente y luego se diseña mediante el software CAPP integrado en el software CAD. tecnología de procesamiento. Finalmente, el código NC se genera y se ingresa en el software de simulación, como se muestra en la Figura 6, y se puede realizar el procesamiento de corte de simulación. Esto completa una serie de trabajos en el sistema INC, desde imágenes digitales hasta el procesamiento del producto terminado.
Figura 5 Módulo CAD/CAPP
Figura 6 Interfaz de ejecución del módulo de mecanizado CNC
5. Conclusión
Diseño de requisitos del sistema de fabricación moderno, Realice una transmisión dinámica de datos oportuna entre los departamentos de proceso, fabricación y otros y coordine las operaciones en un entorno con tecnología CNC basada en STEP-NC para lograr una integración efectiva entre CAD/CAPP/CNC y mejorará enormemente la eficiencia de la producción. Se puede acceder rápidamente al flujo de datos de procesamiento y compartirlo entre varios departamentos, empresas e incluso a nivel internacional durante todo el proceso de procesamiento. El efecto de cuello de botella entre CAD/CAPP y CNC ya no existe y el ciclo de producción del producto se acortará considerablemente.
Según datos de investigación de STEP Tools Company, la aplicación de STEP-NC reducirá el tiempo actual de preparación de datos de preprocesamiento en un 75 %, el tiempo de planificación del proceso en un 35 % y el tiempo de procesamiento en un 50 %. ;