Cómo utilizar correctamente el sistema de control de moldeo tridimensional CNC
Configurar el sistema CNC y el sistema de selección de funciones es una parte importante de la máquina herramienta CNC. Qué tipo de sistema CNC configurar y qué tipo de funciones CNC elegir. Decisiones entre el fabricante de la máquina herramienta y el usuario final. Cuestiones que preocupan a los usuarios. Configuración del sistema CNC Selección de unidad de servocontrol Método de control de posición del sistema CNC, sistema de control de bucle abierto: utiliza motores paso a paso como componentes impulsores, sin dispositivos de retroalimentación de posición y velocidad, por lo que el control es simple y de bajo precio, pero su capacidad de carga es pequeña y control de posición Tiene poca precisión y baja velocidad de avance, y se utiliza principalmente para dispositivos CNC económicos;
Sistemas de control de posición de circuito semicerrado y de circuito cerrado: se utilizan servomotores de CC o CA como componentes de accionamiento, y se puede instalar un codificador de pulsos en el motor, el resolutor se usa como un dispositivo de detección de posición/velocidad para formar un sistema de control de posición de circuito semicerrado, o se usa una rejilla o un sincronizador inductivo instalado directamente en el banco de trabajo. Dispositivo de detección de posición para formar un sistema de control de posición de circuito completamente cerrado de alta precisión.
Debido a la existencia de un error de paso, el cambio en el ángulo de rotación del tornillo retroalimentado por el detector de posición del sistema de circuito semicerrado no puede reflejar con precisión la posición lineal del eje de alimentación. Sin embargo, después de que el sistema de control numérico compensa el error de paso, también puede lograr una precisión de control de posición bastante alta. En comparación con los sistemas de circuito completamente cerrado,
sus precios son más bajos, el dispositivo de retroalimentación de posición instalado dentro del motor tiene un buen sellado, el trabajo es más estable y confiable y casi no requiere mantenimiento, por lo que son Ampliamente utilizado en varios tipos de máquinas herramienta CNC.
El control del servomotor de CC es relativamente simple y el precio es bajo. Su principal desventaja es que hay un dispositivo de conmutación mecánico dentro del motor, las escobillas de carbón son fáciles de usar y la carga de trabajo de mantenimiento es grande. Las chispas se generan fácilmente durante el funcionamiento, lo que aumenta la dificultad de la velocidad y la potencia del motor.
Los servomotores de CA tienen una estructura sin escobillas, casi no requieren mantenimiento, son de tamaño relativamente pequeño y favorecen el aumento de velocidad y potencia. Han reemplazado a los servomotores de CC en una amplia gama de aplicaciones.
Tipos de unidades de servocontrol
Las unidades de servocontrol separadas se caracterizan por el hecho de que el sistema CNC y la unidad de servocontrol son relativamente independientes, es decir, se pueden combinar con varios Sistemas CNC.
Las instrucciones dadas por el sistema CNC son voltajes de CC (como 0-10 V) relacionados con la velocidad de movimiento del eje, y se devuelven desde la máquina herramienta al sistema CNC para que coincida con el movimiento del eje. detección de posición
Señales (como codificación de señal de salida del sensor, sincronizador del sensor, etc.). Los datos del servo se configuran y ajustan en el lado de la unidad de control del servo (mediante ajuste del potenciómetro o entrada digital
).
La característica de la unidad de servocontrol del tipo de transmisión de datos en serie es la transmisión de datos bidireccional entre el sistema CNC y la unidad de servocontrol. Los datos de comando, los datos de los servos y las señales de alarma relacionadas con el movimiento del eje se transmiten a través de las líneas de señal de reloj correspondientes, los números de señal del selector, las líneas de envío de datos, las líneas de recepción de datos y las líneas de señal de alarma. El codificador de posición devuelve información como la posición real y el estado del eje de movimiento a la unidad NC.
La unidad de servocontrol del tipo de transmisión de datos en red se caracteriza por el hecho de que las unidades de control de ejes están densamente instaladas juntas y alimentadas por una unidad de fuente de alimentación de CC común. El dispositivo CNC está conectado en serie con los puntos SR y ST de cada unidad de control de eje (subestación) del módulo de procesamiento de datos de red a través de los puntos de conexión SR y ST del módulo de procesamiento de datos de red en la placa FCP para formar un bucle de servocontrol. . El codificador de posición de cada eje está conectado a la unidad de control del eje a través de dos líneas de comunicación de alta velocidad. La información de retroalimentación incluye la posición del eje de movimiento y la información de estado relacionada.
Los parámetros de los servoparámetros de las unidades de servocontrol del tipo de transmisión de datos en serie y del tipo de transmisión de datos en red se configuran digitalmente en el equipo CNC y se cargan en la unidad de servocontrol durante la inicialización del encendido, por lo que la modificación y el ajuste son muy difícil.
Las unidades de servocontrol de transmisión de datos en red (como los sistemas Okuma OSP-U10/U100) se pueden ajustar en tiempo real a través del software de control correspondiente. Por ejemplo, en la función de aceleración y desaceleración de posicionamiento Hi-G, la función correspondiente se puede derivar en función de las características de velocidad y par del motor, y luego esta función se puede usar para controlar la velocidad de aceleración y desaceleración durante el posicionamiento de alta velocidad. , suprimiendo así las vibraciones que pueden ocurrir durante el posicionamiento a alta velocidad.
Esto suprime las vibraciones que pueden ocurrir durante el posicionamiento a alta velocidad. El aumento de la velocidad de posicionamiento puede acortar el tiempo sin corte y mejorar la eficiencia del procesamiento. Para otro ejemplo, en la función de control de velocidad de avance de corte alto, después de leer el programa de procesamiento de la pieza, el sistema puede identificar automáticamente la forma de la pieza (arco, borde, etc.) que debe procesarse mediante el comando CNC.
y ajusta automáticamente la velocidad de procesamiento para lograr el estado óptimo para lograr un procesamiento de alta velocidad y alta precisión.
Aparecieron servosistemas de CA totalmente digitales que utilizaban microprocesadores de alta velocidad y procesadores de señales digitales (DSP) dedicados, el servocontrol por hardware se transformó en servocontrol por software y se implementaron en gran medida algunos algoritmos avanzados de la teoría de control moderna. Mejora el rendimiento de control del servosistema.
La unidad de servocontrol es un componente mecánico directamente relacionado con el sistema CNC. Su rendimiento está estrechamente relacionado con la velocidad de corte y la precisión de posición de la máquina herramienta, y su precio también representa una gran parte del precio. Sistema CNC. En términos relativos, la tasa de fallas de los servocomponentes también es muy alta y representa aproximadamente el 70% de las fallas eléctricas, por lo que la selección de las unidades de servocontrol es muy importante.
Además de la confiabilidad de la unidad de servocontrol, las fallas de los servos también están estrechamente relacionadas con el entorno de uso, las condiciones mecánicas y las condiciones de corte de la máquina herramienta. Por ejemplo, si la temperatura ambiente es demasiado alta, es fácil provocar sobrecalentamiento y daños al equipo; la protección laxa puede provocar que entre agua en el motor, lo que provocará un cortocircuito en la lubricación del riel guía y el tornillo o un corte excesivo; La carga provocará que el motor tenga una sobrecorriente. Si el mecanismo de transmisión mecánica está atascado, causará daños al dispositivo de potencia. Aunque la unidad de servocontrol en sí tiene ciertas capacidades de protección contra sobrecargas, si la falla es grave o ocurre varias veces, el dispositivo aún se dañará. Algunos sistemas CNC tienen una función de visualización de carga en tiempo real para el husillo y el eje de alimentación (por ejemplo, la página "Posición actual" del sistema Okuma OSP no solo muestra los datos de posición en tiempo real del movimiento del eje, sino que también muestra la porcentaje de carga en tiempo real de cada eje al mismo tiempo). Los usuarios pueden utilizar esta información para tomar medidas para evitar que ocurran accidentes.
Selección del servomotor de alimentación
El par de salida es un indicador de la capacidad de carga del motor de alimentación. Como se muestra en la Figura 2, durante el funcionamiento continuo, el par de salida disminuirá a medida que aumenta la velocidad. Cuanto mejor sea el rendimiento del motor, menor será el valor de reducción. La configuración del motor del eje de alimentación debe cumplir con el par de salida a la velocidad de corte más alta. Aunque no hay corte y la carga es pequeña durante el avance rápido, también se debe considerar el par de arranque a la velocidad más alta de avance rápido. Una caída excesiva del par de salida a alta velocidad también afectará las características de control del eje de alimentación.
Selección del servomotor del husillo.
La potencia de salida es una medida de la capacidad de carga del motor del husillo. Se puede ver en la Figura 3 que la potencia nominal del motor del husillo se refiere a la potencia de salida cuando se opera en la zona de potencia constante (velocidad N1 ~ N2). Si la velocidad es menor que la velocidad N1, la potencia nominal básicamente no será. cuanto menor sea la velocidad, menor será la potencia de salida. Para satisfacer los requisitos de potencia del husillo a baja velocidad, generalmente se utiliza una caja de cambios para regular la velocidad, de modo que la velocidad del motor esté por encima de la velocidad básica N1 cuando el husillo está a baja velocidad. En este momento, la estructura mecánica está. más complejo y el costo aumentará en consecuencia. En las máquinas herramienta CNC donde el husillo y el servomotor están conectados directamente, existen dos métodos para satisfacer los requisitos de potencia del husillo a bajas velocidades. Uno es elegir un motor de husillo con una velocidad básica más baja o una potencia nominal más alta, y el otro. Otra es utilizar un servo de husillo con motores de conmutación de devanado especiales (como el motor de husillo tipo YMF de Okuma Corporation de Japón), los devanados trifásicos de este tipo de motor forman una estrella cuando funcionan a baja velocidad y se vuelven. uno cuando funciona a alta velocidad. Esto no solo mejora las características de potencia a baja velocidad del motor del husillo, sino que también reduce el costo de las piezas de la maquinaria del husillo.
Cabe señalar aquí que, aunque el mecanizado de alta velocidad es una forma eficaz de mejorar la productividad de las máquinas herramienta CNC, el corte de alta velocidad y alta precisión planteará mayores requisitos para los servoaccionamientos y los componentes de la computadora. , lo que inevitablemente aumentará el número de máquinas herramienta CNC y el coste del sistema, y otra área de aplicación importante del mecanizado de alta velocidad es el procesamiento de piezas de metal ligero y de paredes delgadas, por lo que la velocidad del husillo y el avance. El husillo y el motor de alimentación deben seleccionarse de acuerdo con las necesidades reales de la máquina herramienta.
Selección del dispositivo de detección de posición
El origen mecánico es el punto de referencia de todos los sistemas de coordenadas de las máquinas herramienta CNC. La estabilidad del origen mecánico es un indicador técnico extremadamente importante de la máquina CNC. herramientas y también un procesamiento estable Para garantizar la precisión básica, hay dos formas de establecer el origen mecánico:
Cuando se utiliza un codificador de posición relativa, un sincronizador inductivo o una rejilla como dispositivo de retroalimentación de posición
Cuando se utiliza un codificador de posición relativa En máquinas herramienta CNC que utilizan sincronizadores inductivos o rejillas como dispositivos de retroalimentación de posición, el sistema CNC utiliza la primera señal de marca cero generada por el dispositivo de retroalimentación de posición después del interruptor (o marca) de desaceleración cero de cada avance. eje como punto de referencia. Este tipo de máquina herramienta debe volver a poner a cero cada eje de alimentación después de cada corte de energía o parada de emergencia. De lo contrario, la posición real puede desplazarse y la posición relativa del interruptor de desaceleración de retorno a cero y su bloque de colisión puede ajustarse incorrectamente. Hará que la posición de origen mecánico sea inestable.
Esto debe tomarse en serio;
En las máquinas herramienta CNC que utilizan codificadores de posición absoluta como dispositivos de retroalimentación de posición, los codificadores de posición absoluta. puede memorizar automáticamente la posición de cada eje de alimentación, y el codificador de posición absoluta puede memorizar automáticamente la posición de cada eje de alimentación. El codificador de posición absoluta puede memorizar automáticamente la posición de cada punto dentro de la carrera completa de cada eje de alimentación. No es necesario un interruptor de retorno a cero y no es necesario restablecer el punto de referencia cada vez que hay un corte de energía o una emergencia. detener. La posición del punto de referencia se establece y memoriza permanentemente mediante la memoria especial del codificador de posición absoluta. Es especialmente adecuado para el ajuste de la posición cero del plato giratorio de posicionamiento de la placa de dientes de rata. No solo es estable, sino que también es muy conveniente de operar y ajustar.
Selección del esquema de diseño mecánico
Las máquinas herramienta se componen de partes mecánicas y eléctricas. Los aspectos electromecánicos deben considerarse al diseñar el esquema general para la realización de las diversas funciones de la máquina herramienta. Debe considerarse desde ambos aspectos electromecánicos. Teniendo en cuenta que los requisitos mecánicos de las máquinas herramienta CNC y las funciones de los sistemas CNC son muy complejos, se debe realizar más comunicación mecánica y eléctrica para maximizar las fortalezas y evitar debilidades. A continuación se muestran algunos ejemplos.
Ejemplo 1 Hay dos formas de ajustar la velocidad del husillo: servomotor o motor de frecuencia variable para lograr una regulación automática continua de la velocidad, accionamiento de motor asíncrono trifásico ordinario, cambio de velocidad mecánico por pasos y cambio de marchas manual. .
Las máquinas herramienta de los centros de mecanizado utilizan una variedad de herramientas de corte para diferentes tipos de corte continuo (fresado, taladrado, taladrado y roscado, etc.), por lo que la velocidad del husillo cambia con frecuencia, lo que debe ser realizado automáticamente por el El comando S del programa de procesamiento. El cambio automático de herramienta también debe apuntar al husillo, por lo que se debe utilizar una regulación automática de velocidad continua con función direccional.
Para las fresadoras CNC comunes que no requieren altas velocidades de husillo, el reemplazo de herramientas se realiza manualmente. Durante el proceso de mecanizado, no es raro que la misma herramienta elija diferentes velocidades al cambiar manualmente las herramientas. Los cambios de velocidad tienen poco impacto en la eficiencia de la producción, por lo que a menudo se utilizan cambios de velocidad mecánicos y cambios de marcha manuales. En comparación con la solución de utilizar servomotores para la regulación continua de la velocidad, puede reducir en gran medida los costos de producción, ahorrar energía y simplificar el mantenimiento. Es una opción muy práctica.
Ejemplo 2: cuando se utiliza un centro de mecanizado horizontal para procesar piezas en múltiples lados, a menudo es necesario cambiar los accesorios e instalar abrazaderas varias veces, lo que consume un valioso tiempo de funcionamiento de la máquina herramienta. Se selecciona el dispositivo cambiador de paletas (APC). El centro de mecanizado horizontal puede ahorrar en gran medida el tiempo ocupado por el montaje de piezas, mejorando así la eficiencia de producción de la máquina herramienta. Además, el control de esta función está controlado por el programa de control PLC. Después de completar, el control de esta función está controlado por el programa de control PLC, excepto por algunos puntos de control de entrada/salida más, el costo del sistema CNC no ha aumentado mucho, lo que lo convierte en una opción con una alta relación función/precio. .
Ejemplo 3 El tiempo de cambio de herramienta de una máquina herramienta de centro de mecanizado tiene un gran impacto en la productividad, y la velocidad de cambio de herramienta tiene una gran relación con la estructura mecánica. Por ejemplo, el tiempo de cambio de herramienta de un manipulador controlado por un cilindro es generalmente de más de 10 segundos. Un manipulador que puede completar la acción de cambio de herramienta en 2 a 3 segundos generalmente es impulsado por un servomotor y está equipado con una leva y una herramienta. Mecanismo de liberación de cilindros internos y externos. No es equivalente a la velocidad de cambio de herramienta del mecanismo, lo que puede aumentar la tasa de fallas. Elegir una ruta de corte razonable, utilizar herramientas de alta calidad y optimizar las condiciones de corte también son medios importantes para mejorar la productividad y deben considerarse de manera integral.
Selección de funciones CNC
Además de las funciones básicas, el sistema CNC también proporciona a los usuarios una variedad de funciones opcionales de los sistemas CNC de varios conocidos. Las marcas no son muy diferentes, por lo que es razonable elegir funciones opcionales que sean adecuadas para la máquina herramienta, abandonar las funciones opcionales o poco prácticas y mejorar la eficiencia de la relación función/precio del producto.
Función de visualización de animación/trayectoria
Esta función se utiliza para simular el proceso de procesamiento de la pieza y mostrar la trayectoria de corte real de la herramienta en la pieza en bruto. Dos planos diferentes del sistema de coordenadas cartesianas. Se puede seleccionar para que se muestre simultáneamente, también puede elegir una visualización tridimensional con diferentes ángulos de visión. Puede mostrarse en tiempo real durante el procesamiento o puede representar rápidamente el proceso de procesamiento de forma bloqueada mecánicamente. Esta es una herramienta eficaz para comprobar los programas de procesamiento de piezas, mejorar la eficiencia de la programación y el seguimiento en tiempo real.
Unidad de disquete
A través de esta herramienta de transferencia de datos, el programa de procesamiento que se ha depurado en el sistema se puede colocar en el disquete y archivar, o se puede utilizar para generar el programa de procesamiento en otras computadoras El programa de mecanizado se almacena en el sistema CNC, lo que reduce el tiempo necesario para ingresar el programa de mecanizado. También se puede utilizar como copia de seguridad o almacenamiento para varios datos de la máquina herramienta, brindando una gran comodidad a los programadores y. operadores.
DNC es una forma poderosa y eficiente de crear y mantener programas de alta calidad.
Función de comunicación DNC-B
Como todos sabemos, es difícil programar piezas que constan de curvas o superficies no circulares. El método habitual es utilizar un ordenador de uso general. para subdividirlos es un pequeño segmento de línea recta tridimensional, y luego se escribe el programa de procesamiento, por lo que la capacidad del programa es muy grande. En el procesamiento de moldes, a menudo se encuentran programas de procesamiento de hasta varios cientos de K bytes (4 K bytes equivalen a la longitud de 10 metros de cinta de papel), y la capacidad básica de almacenamiento de programas proporcionada por el sistema CNC general es de 64 a 128 K. palabras, lo que trae grandes dificultades al procesamiento del molde.
La función de comunicación de DNC-B tiene dos modos de trabajo. Uno es realizar una transmisión de programa bidireccional entre la computadora personal y el área de almacenamiento del programa de procesamiento del sistema CNC; transferir el programa de procesamiento de la computadora personal sección por sección. Se almacena en la memoria intermedia de ejecución del sistema CNC y se transmite durante el procesamiento hasta el final del procesamiento. Esto resuelve por completo el problema del procesamiento de piezas con programas de gran volumen. Aunque optar por esta característica aumentará el costo, de hecho es una opción con una relación alta entre características y precio.
Por supuesto, optar por ampliar la capacidad de la memoria también es una forma eficaz de resolver el procesamiento de moldes de superficies curvas. Por ejemplo, la capacidad máxima de memoria intermedia en ejecución del sistema Okuma OSP es de 512 Kbytes. La capacidad de la memoria del programa se puede ampliar a 4096 Kbytes, lo que puede satisfacer las necesidades de una gran parte del procesamiento de moldes. En comparación con el método DNC-B, su ventaja es que elimina la necesidad de una computadora personal, lo que simplifica la operación. Fiable y más fácil.
Funciones de programación simplificadas
Para mejorar la eficiencia de la programación, acortar la duración de los programas de mecanizado y liberar el potencial de la memoria del programa, el sistema CNC proporciona una variedad de métodos de programación simplificados.
Ciclo fijo
Compile procesos de procesamiento comunes (como taladrado, taladrado, roscado, procesamiento de cavidades y periféricos, etc.) en programas de ciclo fijo parametrizados que los usuarios pueden completar al programar. los datos correspondientes (como superficie base, profundidad del orificio, cantidad de corte, velocidad del husillo y velocidad de avance, etc.) para completar el proceso de procesamiento predeterminado y se pueden reutilizar varias veces.
Función de cálculo de coordenadas
Utilizando la función de cálculo en tiempo real del sistema CNC, el proceso de mecanizado de agujeros de varias distribuciones regulares (como diagonal, circunferencial y cuadrícula) se puede programar en Programa de ciclo fijo parametrizado, el usuario solo necesita completar los datos correspondientes (como ángulo, radio, número de agujeros, número de filas, número de columnas, etc.) para programar y completar el proceso de procesamiento predeterminado.
Función de subrutina
Los usuarios pueden acortar la duración de los programas de mecanizado programando una subrutina para el mismo proceso de mecanizado y luego llamando a la subrutina desde la pieza correspondiente.
Macros de usuario
Los usuarios pueden utilizar varios operadores aritméticos, lógicos y funcionales y varias declaraciones de rama proporcionadas por el sistema para formar expresiones matemáticas que describen la forma de las piezas mecanizadas. El sistema CNC calcula y genera resultados al mismo tiempo, y puede realizar el procesamiento de curvas y superficies especiales con un programa muy corto.
Función de roscado rígido
La función de roscado rígido debe utilizar un servomotor para accionar el husillo, lo que no solo requiere un sensor de posición en el husillo, sino que también tiene requisitos estrictos en cuanto al espacio libre. e inercia del mecanismo de accionamiento del husillo, por lo que no se puede ignorar el costo de esta característica. Para los usuarios, si no hay requisitos especiales (como alta velocidad, alta precisión, materiales especiales o procesamiento de orificios de gran diámetro, etc.), se puede utilizar un mandril telescópico elástico para realizar roscados flexibles en un husillo ordinario para cumplir con los requisitos de procesamiento. No es necesario elegir la función de roscado rígido.
Función de gestión de la vida de la herramienta
La selección de la función de gestión de la vida de la herramienta en un centro de mecanizado debe tener en cuenta factores como el tamaño del lote de las piezas procesadas, la consistencia de la herramienta y el espacio en blanco. calidad y la capacidad del almacén de herramientas. De lo contrario, no solo provocará un gran error humano y afectará la producción normal, sino que también la ocupación de herramientas de repuesto reducirá en gran medida la capacidad efectiva del almacén de herramientas, lo que hará que algunas piezas complejas no puedan funcionar. a procesar debido a posiciones de herramienta insuficientes. Las piezas complejas no se pueden mecanizar debido a que las ranuras para herramientas son insuficientes.
Medición automática del radio/longitud de la herramienta y de la pieza de trabajo
La trayectoria de la herramienta en el programa de mecanizado generalmente se escribe en unidades de centro y punta de la herramienta, por lo que el radio y la longitud de la herramienta correspondientes son muy importante, especialmente para centros de mecanizado.
El radio y la longitud de la herramienta se pueden medir manualmente utilizando herramientas de medición comunes o herramientas de medición especiales. El operador puede utilizar la diferencia de posición de cada punta de herramienta en la dirección del eje Z con respecto a la misma "cara" de la máquina herramienta como valor de compensación para la compensación de longitud, y utilizar la función de "medición de longitud de herramienta semiautomática" proporcionada por el propio sistema CNC para introducir los datos de las "Herramientas estándar". El sistema CNC proporciona la función de "medición de longitud de herramienta semiautomática" para ingresar el valor de compensación de longitud en relación con la "herramienta estándar".
La medición automática del radio/longitud de la herramienta y de la pieza de trabajo requiere sensores de contacto, sondas láser y receptores de señal dedicados. Conviene dejar claros los siguientes puntos a la hora de seleccionar esta función:
Los sensores de contacto y los receptores de señales se instalan en el área de trabajo de la máquina herramienta, y su protección es muy importante en máquinas herramienta con grandes volúmenes de corte. y la limpieza por aspersión no son adecuados para la instalación.
La realización de las mediciones anteriores requiere tiempo de procesamiento de la máquina herramienta, lo que puede afectar la eficiencia del trabajo de la máquina herramienta;
El propósito general de La función de medición de la pieza de trabajo es medir la posición de la pieza en bruto. El propósito general de la función de medición de la pieza de trabajo es medir el centro del orificio de referencia u otros puntos de referencia en la pieza en bruto como origen de programación, en lugar del "ajuste de herramienta" manual, y su precisión no será mayor que la precisión de posicionamiento de la propia máquina herramienta.