Programación CNC del alimentador automático de placa vibratoria
Autor: Zhang Caihong, Departamento de Ciencia y Tecnología de Baoji Machine Tool Factory, reproducido de: CAD/CAM e informatización de fabricación.
Las máquinas herramienta CNC son productos mecatrónicos que integran tecnologías mecánicas, eléctricas, hidráulicas, neumáticas, microelectrónica y de la información. Es una máquina herramienta con alta precisión, alta eficiencia, alta automatización y alta flexibilidad entre los equipos de fabricación mecánica. El nivel técnico de las máquinas herramienta CNC y su proporción en la producción y propiedad total de las máquinas herramienta para corte de metales es uno de los indicadores importantes para medir el desarrollo económico nacional y el nivel general de fabricación industrial. El torno CNC es uno de los principales tipos de máquinas herramienta CNC y ocupa una posición muy importante en las máquinas herramienta CNC. En las últimas décadas, ha sido muy valorado por países de todo el mundo y se ha desarrollado rápidamente.
Los tornos CNC de China entraron en el mercado a principios de los años 1970. Hasta ahora, gracias a los incansables esfuerzos de los principales fabricantes de máquinas herramienta, la cooperación con famosos fabricantes extranjeros de máquinas herramienta, empresas conjuntas, la introducción de tecnología, la digestión y absorción de prototipos y otras medidas, el nivel de fabricación de máquinas herramienta de mi país ha mejorado enormemente y su La producción ha mejorado significativamente en las máquinas herramienta para cortar metales y ocupa una gran proporción. En la actualidad, los tornos CNC nacionales tienen una gama relativamente completa de variedades y especificaciones, y su calidad es básicamente estable y confiable. Han entrado en una etapa de desarrollo práctico e integral.
Según el diferente posicionamiento y necesidades del mercado, los tornos CNC se pueden dividir en tornos CNC económicos y tornos CNC con todas las funciones. Basado en las décadas de experiencia y práctica de Baoji Machine Tool Factory en el desarrollo y producción de tornos CNC, este artículo analiza la situación actual de los tornos CNC en mi país y la tendencia general de desarrollo de los tornos CNC en el futuro.
1. Estado actual de los tornos CNC
1. Bancada y carriles guía
(1) Bancada
La bancada de la máquina es la Núcleo de toda la máquina herramienta El soporte básico es el cuerpo principal de la máquina herramienta. Generalmente se utiliza para colocar piezas importantes como guías y mesitas de noche. La estructura de la bancada tiene una gran influencia en la disposición de la máquina herramienta. Según la posición relativa de la superficie de la barandilla de la cama y el plano horizontal, la cama tiene cinco formas de distribución, como se muestra en la Figura 1. En términos generales, los tornos inclinados y los tornos planos con placas deslizantes inclinadas se utilizan principalmente en tornos CNC pequeños y medianos. Solo los tornos CNC grandes o los tornos CNC de precisión pequeños utilizan tornos planos, y los tornos verticales rara vez se utilizan. La cama plana tiene buena artesanía y es fácil de procesar y fabricar. Dado que el portaherramientas se coloca horizontalmente, es útil mejorar la precisión del movimiento del portaherramientas, pero el espacio debajo de la plataforma es pequeño y la eliminación de virutas es difícil. El deslizamiento transversal del soporte de herramientas es más largo, lo que aumenta el ancho y el tamaño de la máquina herramienta y afecta la apariencia. Esta cama plana tiene una estructura de placa deslizante inclinada y una cubierta protectora de riel guía inclinada, que no solo mantiene las ventajas de la buena artesanía de la cama plana, sino que el ancho de la cama no es demasiado grande.
Grande. Las estructuras de placa deslizante inclinada de lecho inclinado y de lecho plano se utilizan ampliamente en los tornos CNC modernos porque este diseño tiene las siguientes características:
☆Fácil de lograr la integración electromecánica;
☆La máquina herramienta es limpio y hermoso, ocupa poco espacio;
☆Dispositivo protector cerrado fácil de instalar;
☆Fácil extracción de virutas, instale un dispositivo de extracción automática de virutas;
☆Corte de la pieza de trabajo Las virutas calientes no se acumularán en el riel guía y afectarán la precisión del riel guía
☆Buena comodidad y fácil operación;
☆Fácil de instalar el robot y realizar; Automatización de una sola máquina.
Por ejemplo, la serie CJK6140H de tornos CNC simples diseñados y producidos por Baoji Machine Tool Factory adopta una base plana y una estructura de placa liviana; la serie CK75 de tornos CNC de funciones completas adopta una base trasera inclinada y un Estructura de placa deslizante inclinada. El torno de inversión CNC con todas las funciones CK535D que acabamos de desarrollar adopta una base vertical y una estructura de patineta vertical. La máquina herramienta adopta una estructura de husillo eléctrico incorporada de alta potencia. El husillo puede moverse a lo largo de los ejes X y Z para realizar funciones de carga y descarga automáticas. La máquina herramienta está equipada con un almacén de herramientas giratorio automático para realizar la automatización con una sola máquina, y la máquina herramienta se puede agregar fácilmente a la línea de producción.
a) Cama trasera basculante - corredera basculante b) Cama vertical - tabla corredera vertical
c) Cama plana - tabla lisa d) Cama delantera basculante - tabla lisa
e) Placa deslizante de inclinación plana
Figura 1, diseño de la cama de hospital
(2) Riel guía
El riel guía del torno se puede dividir en placas deslizantes Carril guía y carril guía rodante.
El carril guía deslizante tiene una estructura simple, es fácil de fabricar y tiene una alta rigidez de contacto. El riel guía deslizante tradicional tiene una gran resistencia a la fricción, un desgaste rápido, una gran diferencia en los coeficientes de fricción dinámica y estática y es propenso a arrastrarse a bajas velocidades.
Los tornos CNC actuales no utilizan rieles deslizantes tradicionales, sino rieles deslizantes con cinta resistente al desgaste y nuevos rieles deslizantes de plástico. Buen rendimiento de fricción y larga vida útil.
La rigidez del riel guía, si es simple de fabricar, si se puede ajustar, si la pérdida por fricción es mínima y si se puede mantener la precisión inicial del riel guía depende en gran medida de la Forma de la sección transversal del carril guía. Las formas de la sección transversal de las guías deslizantes del torno a menudo adoptan secciones transversales en forma de montaña y secciones transversales rectangulares. Sección transversal en forma de montaña, como se muestra en la Figura 2 (a). Este tipo de riel guía de sección transversal tiene una alta precisión de guiado y, después del desgaste, el riel guía compensará automáticamente su hundimiento con su propio peso. La forma convexa del riel guía inferior favorece la descarga de aguas residuales, pero no es fácil almacenar aceite. Cambio dinámico rectangular. La mayoría de los sistemas de accionamiento principales de los tornos CNC de función completa adoptan una velocidad continuamente variable. Actualmente existen dos tipos de sistemas de velocidad continuamente variable: sistemas de husillo de frecuencia variable y sistemas de servohusillo. Generalmente, se utiliza un motor de husillo de CC o CA para impulsar la rotación del husillo a través de una transmisión por correa, o mediante una transmisión por correa y un engranaje reductor en la caja del husillo (para obtener un mayor torque). Gracias al amplio rango de velocidades del motor del husillo y a la regulación continua de la velocidad, la estructura de la caja del husillo se simplifica enormemente. El motor del husillo puede generar plena potencia y par máximo a la velocidad nominal.
3. Sistema portaherramientas
El portaherramientas del torno CNC es una parte importante de la máquina herramienta. El portaherramientas se utiliza para sujetar herramientas, por lo que su estructura afecta directamente el rendimiento de corte y la eficiencia de corte de la máquina herramienta. La estructura y el rendimiento del portaherramientas reflejan hasta cierto punto el nivel de tecnología de diseño y fabricación de la máquina herramienta. Con el continuo desarrollo de los tornos CNC, las estructuras de las herramientas también se renuevan constantemente.
El portaherramientas es el componente de ejecución que completa directamente el corte, por lo que el portaherramientas debe tener buena resistencia y rigidez en su estructura para soportar la resistencia al corte durante el mecanizado en desbaste. Dado que la precisión del corte depende en gran medida de la posición de la punta de la herramienta, esto requiere que los tornos CNC elijan soluciones de posicionamiento confiables y estructuras de posicionamiento razonables para garantizar una alta precisión de posicionamiento repetido. Además, el diseño del portaherramientas también debe cumplir con los requisitos de tiempo de cambio de herramienta corto, estructura compacta, seguridad y confiabilidad.
Según los diferentes métodos de cambio de herramientas, el sistema de soporte de herramientas de un torno CNC incluye principalmente un soporte de herramientas giratorio, una fila de soportes de herramientas y un cambiador automático de herramientas con un almacén de herramientas.
(1) Soportes de herramientas en otras partes del mundo
Los soportes de herramientas se utilizan generalmente en pequeños tornos CNC y se utilizan principalmente para procesar piezas de barras o discos. Su forma estructural es que los portaherramientas que sostienen varias herramientas para diferentes propósitos están dispuestos en la placa deslizante transversal a lo largo de la dirección del eje X de la máquina herramienta. En la Figura 4 se muestra una disposición típica de herramientas. Este tipo de portaherramientas es muy conveniente en términos de disposición de herramientas y ajuste de la máquina herramienta. Puede combinar herramientas arbitrariamente para diferentes propósitos de acuerdo con los requisitos del proceso de torneado de piezas de trabajo específicas. Después de que una herramienta completa la tarea de torneado, siempre que el carro horizontal se mueva una distancia preestablecida a lo largo del eje X según el programa, la segunda herramienta alcanzará la posición de procesamiento, completando así la acción de cambio de herramienta de la máquina herramienta. Este método de cambio de herramientas es rápido, ahorra tiempo y contribuye a mejorar la eficiencia de producción de las máquinas herramienta. El torno CNC de función completa CK7620P producido por Baoji Machine Tool Factory está equipado con un portaherramientas.
Figura 4 fila de portaherramientas
(2) Portaherramientas giratorio
El portaherramientas giratorio es un típico portaherramientas de cambio de herramienta comúnmente utilizado en tornos CNC. La acción de cambio automático de herramienta de la máquina herramienta se realiza mediante la rotación y el posicionamiento de indexación del portaherramientas. De acuerdo con los requisitos de procesamiento, se puede diseñar en un portaherramientas cuadrado, hexagonal o en forma de disco, y se pueden instalar 4, 6 o más portaherramientas en consecuencia. La acción de cambio de herramienta del portaherramientas giratorio se puede dividir en varios pasos, como elevación del portaherramientas, indexación del portaherramientas y bloqueo del portaherramientas. Sus acciones se completan con instrucciones emitidas por el sistema CNC. Según la posición relativa del eje giratorio del portaherramientas y la superficie inferior de instalación, el portaherramientas giratorio se puede dividir en un portaherramientas vertical y un portaherramientas horizontal. Los tornos CNC simples de la serie CJK6140H producidos por Baoji Machine Tool Factory están equipados con un soporte de herramientas vertical de cuatro estaciones o un soporte de herramientas horizontal de seis estaciones, y los tornos CNC de función completa de la serie CK75 están equipados con un soporte de herramientas de ocho o 12 estaciones. soporte de herramientas horizontal de la estación, como se muestra en la figura 5.
Figura 5 Portaherramientas giratorio horizontal
(3) Cambiador automático de herramientas con almacén de herramientas
El portaherramientas y el portaherramientas giratorio mencionados anteriormente no se pueden instalar también Mucho. Múltiples herramientas. Incluso con dos portaherramientas el número de herramientas es limitado. Cuando por algún motivo se necesita una gran cantidad de herramientas, se debe utilizar un cambiador automático de herramientas con un almacén de herramientas. El dispositivo de cambio automático de herramientas con almacén de herramientas consta de un almacén de herramientas y un mecanismo de cambio de herramientas.
4. Sistema de transmisión de avance
El sistema de transmisión de avance de los tornos CNC generalmente utiliza servosistemas de avance.
Esta es también la característica especial que distingue a los tornos CNC de los tornos normales.
El servosistema de un torno CNC generalmente consta de una unidad de control de accionamiento, componentes de accionamiento, una pieza de transmisión mecánica, un actuador y un enlace de retroalimentación de detección. La unidad de control de accionamiento y los elementos de accionamiento forman un sistema de servoaccionamiento. La parte de transmisión mecánica y el actuador forman un sistema de transmisión mecánica. El elemento de detección y el circuito de retroalimentación forman un sistema de detección.
Según los diferentes métodos de control, los servosistemas de alimentación se pueden dividir en sistemas de circuito abierto y sistemas de circuito cerrado. El método de control de circuito cerrado suele ser un servosistema con retroalimentación de posición. Según la posición del dispositivo de detección de posición, el sistema de circuito cerrado se divide en un sistema de circuito semicerrado y un sistema de circuito completamente cerrado. Hay dos tipos de sistemas de circuito semicerrado: los dispositivos de detección de posición se instalan en los extremos del husillo y del eje del motor. El primero incluye el tornillo en el anillo de posicionamiento, mientras que el segundo coloca la pieza de transmisión mecánica completamente fuera del anillo de posicionamiento. El dispositivo de detección de posición del sistema de circuito completamente cerrado está instalado en el banco de trabajo y la parte de transmisión mecánica está incluida en el anillo de posicionamiento.
La precisión de posicionamiento del sistema de circuito abierto es menor que la del sistema de circuito cerrado, pero tiene una estructura simple, operación confiable y bajo costo. Los sistemas de circuito abierto tienen poca precisión y velocidad debido al desgaste, la inercia y la holgura de las transmisiones mecánicas que afectan la precisión del posicionamiento.
El sistema de circuito cerrado tiene alta precisión de control y buena velocidad. Sin embargo, dado que la parte de la transmisión mecánica está en el circuito de control, el rendimiento dinámico del sistema depende no sólo de la estructura y los parámetros del dispositivo de accionamiento, sino también de la rigidez, las características de amortiguación, la inercia, el juego y el desgaste de la transmisión mecánica. parte. Por lo tanto, los parámetros estructurales de la parte electromecánica deben considerarse de manera integral para cumplir con los requisitos del sistema. Por lo tanto, el sistema de circuito completamente cerrado tiene mayores requisitos para las máquinas herramienta y mayores costos. Los dispositivos de detección de posición utilizados en sistemas de circuito cerrado incluyen: codificadores de pulsos, resolutores, sincronizadores inductivos, escalas magnéticas, escalas de rejilla e interferómetros láser.
El dispositivo de accionamiento comúnmente utilizado en los servosistemas de alimentación de tornos CNC son los servomotores. Los servomotores se pueden dividir en servomotores de CC y servomotores de CA. Los servomotores de CA son básicamente innecesarios debido a su alta confiabilidad.
Es muy utilizado debido a su bajo coste de mantenimiento.
2. Tendencia de desarrollo de los tornos CNC
La aplicación de la tecnología CNC no sólo ha traído cambios revolucionarios a la industria manufacturera tradicional, convirtiendo a la industria manufacturera en un símbolo de industrialización, sino también en algunas industrias importantes Desempeña un papel cada vez más importante en el desarrollo de las industrias (TI, automóviles, industria ligera, médica, etc.). ) Con el desarrollo continuo de la tecnología CNC y la expansión de los campos de aplicación, la digitalización de los equipos requeridos por estas industrias se ha convertido en una tendencia importante en el desarrollo moderno. En la actualidad, los tornos CNC muestran las siguientes tendencias de desarrollo.
1. Alta velocidad y alta precisión
La alta velocidad y la precisión son los objetivos eternos del desarrollo de máquinas herramienta. Con el rápido desarrollo de la ciencia y la tecnología, la mejora de los productos mecánicos y eléctricos se está acelerando y los requisitos para la precisión del procesamiento y la calidad de la superficie de las piezas son cada vez mayores. Para adaptarse a esta compleja y cambiante demanda del mercado, las máquinas herramienta se están desarrollando hacia el corte de alta velocidad, el corte en seco y el corte cuasi seco, y la precisión del procesamiento mejora constantemente. Por otro lado, la aplicación exitosa de husillos eléctricos y motores lineales, la introducción de rodamientos de bolas cerámicos, enfriamiento interno hueco de plomo grande de alta precisión, pares de husillos de bolas de alta velocidad y baja temperatura con fuerte enfriamiento de tuercas de bolas y lineales. Los pares de guías con jaulas de bolas también crean las condiciones para el desarrollo de alta velocidad y precisión de las máquinas herramienta.
Los tornos CNC utilizan husillos eléctricos, eliminando los eslabones de correas, poleas y engranajes, reduciendo en gran medida el momento de inercia del accionamiento principal, mejorando la velocidad de respuesta dinámica y la precisión de trabajo del husillo, y solucionando por completo el Problema cuando el husillo funciona a alta velocidad. Problemas de vibración y ruido en las transmisiones por correa y polea. La estructura del husillo eléctrico puede hacer que la velocidad del husillo alcance más de 10.000 rpm.
Los motores lineales tienen alta velocidad de conducción, buenas características de aceleración y desaceleración, excelentes características de respuesta y precisión de seguimiento. El motor lineal se utiliza como servoaccionamiento, eliminando el enlace de transmisión intermedio del husillo de bolas, eliminando la holgura de la transmisión (incluida la holgura inversa), la inercia de movimiento pequeño, la buena rigidez del sistema y el posicionamiento preciso a altas velocidades, lo que mejora en gran medida la precisión del servo.
Par de rieles guía rodantes lineales, debido a que su espacio libre en todas las direcciones es cero, la fricción de rodadura es muy pequeña, el desgaste es pequeño, la generación de calor es insignificante y la estabilidad térmica es muy buena, lo que mejora la precisión de posicionamiento y el posicionamiento repetible de todo el proceso.
Mediante la aplicación de motores lineales y pares de guías rodantes lineales, la velocidad de movimiento rápido de las máquinas herramienta se puede aumentar de los actuales 10 ~ 20 m/mim a 60 ~ 80 m/min, o incluso hasta 120 m. /min.
2. Alta confiabilidad
La confiabilidad de las máquinas herramienta CNC es un indicador clave de la calidad del producto de las máquinas herramienta CNC. Que las máquinas herramienta CNC puedan ejercer su alto rendimiento, alta precisión, alta eficiencia y lograr buenos beneficios depende de su confiabilidad.
3. Modularización de CAD y diseño estructural de torno CNC.
Con la popularización de las aplicaciones informáticas y el desarrollo de la tecnología de software, la tecnología CAD se ha desarrollado ampliamente. CAD no sólo puede reemplazar el tedioso trabajo de dibujo manual, sino que, lo que es más importante, puede elegir soluciones de diseño, analizar, calcular, predecir y optimizar las características estáticas y dinámicas de máquinas grandes y puede simular dinámicamente todas las partes de trabajo de la máquina. Sobre la base de la modularidad, el modelo geométrico tridimensional y los colores realistas del producto se pueden ver durante la etapa de diseño. El uso de CAD también puede mejorar en gran medida la eficiencia del trabajo y la tasa de éxito del diseño a la primera, acortando así el ciclo de producción de prueba, reduciendo los costos de diseño y mejorando la competitividad en el mercado.
El diseño modular de los componentes de las máquinas herramienta no solo puede reducir el trabajo repetitivo, sino también responder rápidamente al mercado y acortar el ciclo de diseño y desarrollo del producto.
4. Composición funcional
El propósito de la composición funcional es mejorar aún más la eficiencia de producción de las máquinas herramienta y minimizar el tiempo dedicado a la asistencia no procesada. Mediante la combinación de funciones, se puede ampliar el alcance de uso de la máquina herramienta, se puede mejorar la eficiencia y una máquina se puede utilizar para múltiples propósitos. Es decir, un torno CNC puede realizar funciones de torneado y fresado; Realizar rectificado en una máquina herramienta que es principalmente fresado. Baoji Machine Tool Factory desarrolló con éxito el centro compuesto de torneado y fresado CNC CX25Y, que tiene ejes X, Z, C e Y. A través del eje C y el eje Y, se puede lograr un fresado plano y mecanizado de agujeros y ranuras desplazados. La máquina herramienta también está equipada con un potente portaherramientas y un husillo auxiliar. El subhusillo adopta una estructura de husillo eléctrico incorporada y la sincronización de velocidad del husillo principal y el subhusillo se puede realizar directamente a través del sistema CNC. La pieza de trabajo de esta máquina herramienta se puede procesar en una sola operación de sujeción, lo que mejora enormemente la eficiencia.
5. Los equipos CNC inteligentes, en red, flexibles e integrados del siglo XXI serán algún tipo de sistema inteligente. El contenido inteligente incluye todos los aspectos del sistema CNC: para lograr la eficiencia y la calidad del procesamiento inteligente, como el control adaptativo del proceso de procesamiento y la generación automática de parámetros del proceso para mejorar el rendimiento de conducción y la conexión inteligente, como el control anticipado; , operación adaptativa de parámetros del motor, identificación automática de carga, selección automática de modelo, autocorrección, etc. Simplifique la programación y simplifique las operaciones a través de la inteligencia, como la programación automática inteligente, la interfaz hombre-máquina inteligente, así como el diagnóstico inteligente, el monitoreo inteligente, etc., para facilitar el diagnóstico y mantenimiento del sistema.
Los equipos CNC en red han sido un tema candente en el desarrollo de máquinas herramienta en los últimos años. La conexión en red de equipos CNC satisfará en gran medida las necesidades de integración de información de las líneas de producción, los sistemas de fabricación y las empresas de fabricación. También es la unidad básica para realizar nuevos modelos de fabricación, como la fabricación ágil, las empresas virtuales y la fabricación global.
La tendencia de desarrollo de las máquinas herramienta CNC hacia sistemas de automatización flexibles es: desde el punto (máquina CNC independiente, centro de mecanizado, máquina herramienta de procesamiento compuesto CNC), línea (FMC, FMS, FTL, FML) hasta El desarrollo de superficie (isla de fabricación independiente de taller), FA), cuerpo (CIMS, sistema de fabricación integrado de red distribuida), por otro lado, se centra en la aplicación y la economía. La tecnología de automatización flexible es el principal medio para que la industria manufacturera se adapte a las demandas dinámicas del mercado y actualice rápidamente los productos. Es la tendencia principal en el desarrollo de las industrias manufactureras en varios países y es la tecnología básica en el campo de la fabricación avanzada. Su objetivo es mejorar la confiabilidad y practicidad del sistema, con el objetivo de facilitar la conexión en red y la integración, y fortalecer el desarrollo y la mejora de la tecnología de la unidad. Las máquinas independientes CNC se están desarrollando hacia la alta precisión, alta velocidad y alta flexibilidad. Las máquinas herramienta CNC y sus sistemas de fabricación flexibles se pueden conectar fácilmente a CAD, CAM, CAPP y MTS y se están desarrollando en la dirección de la integración de la información. Los sistemas de red se están desarrollando en la dirección de la apertura, la integración y la inteligencia.