Circuito integrado de programación CNC
1 actuación. El controlador CNC se mejora aún más con más funciones.
(1) Control multisistema de coordenadas múltiples
Por ejemplo, el último sistema de controlador avanzado 11S30i-Modelo A de FANUC tiene un número máximo de sistemas de control (canales) de 10, y El número máximo de ejes y la configuración del husillo es 40, incluidos 32 ejes de alimentación, 8 husillos y 24 ejes/sistema controlados sincrónicamente. El sistema PMC máximo es de 3 sistemas. El número máximo de puntos de E/S es 4096/4096 y la velocidad de comando básica de PMC es 25 ns. Segmentos de programa máximos legibles: 1000 segmentos. Este es el sistema CNC más alto del mundo. Por su configuración multieje y multisistema es especialmente adecuado para máquinas herramienta automatizadas de gran tamaño, máquinas herramienta compuestas, máquinas herramienta multicabezal, etc.
(2) Funciones de procesamiento de alta precisión y alta velocidad
Esta es la función más importante del sistema CNC. Con esta característica, la tecnología de fabricación se ha desarrollado enormemente. Las máquinas herramienta CNC están controladas por computadoras, lo que puede garantizar una alta precisión y repetibilidad de las piezas procesadas. Sin embargo, para obtener una determinada función, la señal de entrada al controlador debe pasar por una serie de procesamientos, que inevitablemente producirán distorsión y retraso. Por lo tanto, en el mecanizado de alta velocidad, para mantener una alta precisión del mecanizado, se deben tomar ciertas medidas para reducir la distorsión y el retraso. En el mecanizado de alta precisión y alta velocidad, además del diseño mecánico y la fabricación para garantizar que se puedan alcanzar los objetivos, los principales requisitos para los sistemas CNC son una velocidad de procesamiento rápida y una alta precisión de control. El control anticipado se utiliza para compensar los errores causados por el retraso del servo y mejorar la precisión del procesamiento. El control adecuado de la velocidad de alimentación y las curvas de aceleración y desaceleración apropiadas pueden reducir los errores causados por el retraso en la aceleración y la desaceleración. El control "mirar hacia adelante" calcula, procesa y almacena datos de movimiento antes de la ejecución del programa, controlando así el movimiento de alta velocidad de la herramienta con errores muy pequeños. Para un control de contorno de alta precisión de máquinas herramienta que funcionan sin problemas, se utiliza el reconocimiento en tiempo real de los formularios de instrucciones para controlar de manera óptima la velocidad, la aceleración y la sacudida, de modo que el procesamiento se mantenga siempre en el mejor estado. Para evitar interferencias, se utiliza tecnología de filtrado digital para eliminar la resonancia mecánica y mejorar la ganancia de posición del servosistema. Los servosistemas de avance y husillo de alta precisión son esenciales para lograr alta velocidad, alta precisión y alta eficiencia. En la actualidad, su rendimiento se mejora principalmente en los siguientes aspectos. Reduzca el tamaño del motor, el controlador y la unidad de control y mejore la resolución del codificador; el eje de movimiento lineal puede ser impulsado por un servomotor lineal; reduzca la cadena de transmisión mecánica, aumente la rigidez y mejore la precisión. Cuando el motor del husillo utiliza un motor síncrono, es muy adecuado para sistemas de máquinas herramienta con engranajes. Las máquinas herramienta con engranajes a veces requieren velocidades de husillo muy bajas pero alta precisión.
Por ejemplo, los servomotores FANUC están diseñados con un tamaño pequeño y un alto control de ganancia. El servomotor es un motor sin engranajes y tiene un codificador con resolución de pulso/rotación de 1,6 X10'. El servocontrol adopta un servocontrol digital de CA y la precisión de detección de corriente es alta. Con el hardware correspondiente, se puede producir el llamado "nanocontrol", es decir, cuando la resolución de detección del sistema es de 1 cresta m, la resolución de interpolación puede alcanzar 1 nm, lo que minimiza el error de cálculo en el CNC, cada vez que se realizan cálculos internos; se realizan en unidades de nanómetros o menos, lo que mejora enormemente la calidad del procesamiento. Para controlar motores lineales, los filtros digitales están diseñados para evitar la resonancia multipunto causada por la maquinaria de accionamiento directo. Combinado con estas funciones, el movimiento de la máquina herramienta se puede ejecutar exactamente según las instrucciones. Para mecanizar moldes con superficies de forma libre, aparecerán franjas entre los segmentos del programa. Para solucionar este problema, FANUC desarrolló la función "Nano Smoothing", que redondea las tolerancias de las instrucciones del CNC, evalúa la curva original en "nanómetros" e interpola mediante NURBS. Estas propiedades cumplen con los requisitos de "alta velocidad y alta precisión" y "baja velocidad y alta precisión" de las máquinas herramienta.
(3) Mecanizado de ejes y funciones de mecanizado complejas
Debido a la razonable tecnología de mecanizado de cinco ejes, en comparación con el mecanizado de superficies tridimensionales, la geometría óptima de la herramienta puede ser completamente Se utiliza para cortar y en situaciones complejas. La eficiencia y la planitud se pueden mejorar en el mecanizado de formas a alta velocidad y alta precisión. Por tanto, las aplicaciones están cada vez más extendidas. La configuración del mecanizado de cinco ejes incluye principalmente el modo de rotación de herramienta, el modo de rotación de mesa y un modo mixto de estos dos modos. Por lo tanto, la función de mecanizado de 5 ejes debe cumplir los requisitos de diversas configuraciones. De acuerdo con las características del mecanizado de cinco ejes, funciones como TCP (Control del centro de herramientas) y compensación del radio de la herramienta se aplican a máquinas herramienta de mecanizado de cinco ejes con diferentes configuraciones mecánicas.
(4) Función de repetición CNC
Con el fin de mejorar la productividad, el desarrollo y la fabricación de máquinas herramienta de procesamiento de compuestos CNC se ha convertido en la tendencia de desarrollo de las máquinas herramienta CNC. Las máquinas herramienta de procesamiento compuesto se refieren al procesamiento que puede realizar múltiples procesos en la misma máquina herramienta, como torneado, fresado, martillado, etc. en una máquina herramienta. Por ejemplo, es necesario girar un cilindro en la superficie cilíndrica y se necesita un martillo L para fresar ranuras en la superficie cilíndrica. Todo esto debe completarse en la misma máquina herramienta CNC. Esto puede mejorar enormemente la productividad. Por lo tanto, para las máquinas herramienta compuestas CNC, es necesario agregar un sistema de control que pueda realizar el procesamiento compuesto. Por ejemplo, las fresadoras necesitan agregar funciones como espirales, espirales, arcos tridimensionales y control del punto central de la herramienta. Además, la función de compensación de herramienta también requiere funciones de torneado y fresado. Además, estas máquinas herramienta suelen requerir un procesamiento a alta velocidad.
(5) Función de comunicación de acceso a la red
Para monitorear y administrar de manera centralizada múltiples máquinas herramienta a través de una PC o el propio sistema CNC, el sistema necesita comunicarse a través de la red. Para transmitir el programa y monitorear el estado del procesamiento. Además, la función de red también puede transmitir datos de mantenimiento, controlar, operar y diagnosticar remotamente el sistema; transmitir datos CAD/CAM; A través de la función de red de comunicación de campo, el CNC puede transmitir datos de control, monitoreo y diagnóstico entre el CNC y los servos y entre el CNC y los controladores de E/S. Actualmente se utilizan principalmente Ethernet y bus de campo. Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, también ha aparecido la aplicación de la tecnología inalámbrica. La tecnología inalámbrica permite que la información llegue a casi cualquier lugar.
(6) Funciones de alta confiabilidad y seguridad
El sistema CNC y las máquinas herramienta CNC trabajan juntos en el taller inferior y se ven afectados por entornos hostiles como temperatura, humedad, vibración, aceite. niebla y polvo, mientras que requiere un funcionamiento continuo, por lo que la confiabilidad es particularmente alta. Además de la confiabilidad del diseño y la tecnología de fabricación, la confiabilidad de los sistemas CNC modernos adopta principalmente las siguientes medidas: ① Utilice fibras ópticas para reducir las conexiones de cables. Por ejemplo, el sistema CNC de FANUC conecta el CNC y los servoamplificadores a través de fibras ópticas, transmitiendo grandes cantidades de datos desde el CNC a múltiples servoamplificadores en serie a alta velocidad. ② ECC: el código de corrección de errores (ECC) se utiliza para transmitir datos. A medida que el software procesa grandes cantidades de datos a altas velocidades, los requisitos de velocidad de procesamiento para microprocesadores, memorias y LSI también aumentan considerablemente. Dado que estos componentes electrónicos de alta velocidad montados en placas impresas CNC leen, escriben y transmiten datos a alta velocidad, la forma de onda de la señal del controlador IC se retrasa. En este caso, la señal digital no se puede transmitir correctamente sin un procesamiento del circuito analógico. Además, cuando los componentes electrónicos más modernos se alimentan a bajos voltajes, se reduce el rango operativo de los circuitos con resistencias de bajo ruido. Por lo tanto, los circuitos CNC utilizarán códigos de corrección de errores más avanzados para transmitir datos. ECC es una tecnología líder de alta confiabilidad. Al agregar ECC a los datos para transferir diferentes tipos de datos, el sistema es más confiable. ②Adopte medidas de seguridad de doble parada (cilindro Y de Sa de doble parada). "Double Check Safety" cumple con las normas de seguridad europeas (EN 954-1). El principio es integrar múltiples procesadores en el CNC para monitorear de manera redundante los servomotores y motores de husillo, así como las señales de E/S relacionadas con la seguridad, y utilizar paradas de emergencia y circuitos de E/S relacionados para hacer que el sistema funcione y se detenga de manera segura.
2. Apertura del controlador
Cuando aparezcan las máquinas herramienta CNC, los fabricantes esperan abrir la caja negra del sistema CNC y reemplazar parcial o totalmente el cerebro de los diseñadores y operadores de máquinas herramienta. , con ciertas capacidades de inteligencia, tecnología de procesamiento especial, experiencia de gestión y habilidades operativas en el sistema CNC, y también esperamos que tenga interacción gráfica y funciones de diagnóstico. Esto requiere que los sistemas CNC comerciales tengan interfaces hombre-máquina amigables y plataformas de desarrollo orientadas al usuario. Los controles NC deben ser transparentes para que los fabricantes de máquinas herramienta y los usuarios finales puedan implementar libremente sus propias ideas. Por lo tanto, el sistema CNC de estructura abierta surgió como los tiempos lo requieren.
El "Comité Técnico de Sistemas Abiertos" de IEEE define "arquitectura abierta" como: "Las aplicaciones ejecutadas por un sistema abierto pueden ejecutarse en diferentes plataformas de muchos proveedores; puede interoperar con aplicaciones de otros sistemas e interactuar y colaborar con los usuarios (1 eeelo03.0) “Las siguientes métricas de rendimiento también se pueden utilizar para evaluar la apertura del controlador. Por ejemplo, el módulo de aplicación es AM: ①Portabilidad: manteniendo las funciones del módulo de aplicación (AM), se puede aplicar a diferentes plataformas sin ningún cambio. ② Escalabilidad: se pueden ejecutar diferentes AM en una plataforma sin conflictos. ③Interoperabilidad: cuando los AM trabajan juntos, cooperan entre sí y pueden intercambiar datos de acuerdo con la definición. ④Escalabilidad: las funciones, el rendimiento y la escala del hardware de AM se pueden ampliar según las necesidades del usuario.
El controlador de arquitectura abierta (oAC) permite a los proveedores de controladores, fabricantes de máquinas herramienta y usuarios finales beneficiarse de una producción flexible y ágil. Su principal objetivo es utilizar interfaces abiertas en un entorno estandarizado para facilitar la operación, reducir costos y aumentar la flexibilidad. Esta capacidad del sistema es ampliamente aceptada. El software es reutilizable y los usuarios pueden diseñar el controlador según una configuración determinada.
Debido a los estrictos requisitos de tiempo real y confiabilidad del sistema de control, la arquitectura abierta es un sistema altamente complejo. Se caracteriza por estar basado en PC y las estructuras clave vinculadas entre sí son componentes del sistema y las interfaces. Los componentes del sistema están compuestos por módulos de software y módulos de hardware. En un sistema abierto, cada componente e interfaz también puede aprovechar los beneficios de una mayor inteligencia en el proceso de fabricación. El hardware y el software de estos sistemas son herramientas esenciales para controlar la complejidad. Las interfaces controladas se pueden dividir en dos grupos: interfaces internas e interfaces externas.
①Interfaces externas: Estas interfaces conectan el sistema y las unidades de monitoreo, así como las subunidades y los usuarios. Se pueden dividir en interfaces de programación e interfaces de comunicación. La interfaz de programación entre NC y PI'c adopta estándares nacionales o internacionales, como RS-274, DIN66025 o IEC6L131-3. Las interfaces de comunicación también están fuertemente influenciadas por los estándares. Como accionamientos e interfaces de E/S se utilizan sistemas de bus de campo como SERCOS, P-ribbed us o Device Net. 1. Red de área local y sistema de monitoreo basado en interfaces Ethernet y TCP/IP.
② Interfaz interna: se utiliza para la interacción y el intercambio de datos entre componentes, formando el núcleo del sistema de control. En este sentido, una característica importante es la compatibilidad con mecanismos en tiempo real. Para obtener un control reconfigurable y adaptativo, la estructura interna del sistema de control se basa en el concepto de plataforma. Debido a que los detalles del hardware específico no se conocen dentro de los componentes del software, el objetivo principal es establecer un medio de comunicación definible pero flexible entre los componentes del software. La interfaz de programación de aplicaciones (APl) garantiza estos requisitos. Todas las funciones del sistema de control están divididas en varios paquetes y los componentes de software modulares interactúan entre sí a través de API definidas.
Los datos del Foro de la Industria de Robots de EE. UU. de 1999 muestran que el sistema total instalado de robots estadounidenses es de 3 a 5 veces el valor del robot en sí, es decir, si existe un mercado de robots con un valor de 100 millones de dólares estadounidenses. , el valor añadido aumentará entre 20 y 4 mil millones de dólares. Si el 25% de esto se debe a la integración de software, entonces a través del desarrollo y la aplicación estandarizados, utilizando controladores de arquitectura abierta, se puede considerar una reducción del 50%. Al adoptar controladores abiertos, se pueden lograr ahorros potenciales de entre 250 y 500 millones de dólares al año.
En la actualidad, existen tres formas principales de estructuras de sistemas CNC abiertos:
(1) sistema CNC basado en PC, que desarrolla diversas funciones del sistema CNC en la plataforma de PC y utiliza servo La tarjeta transmite datos y controla el movimiento del motor del eje de coordenadas. Este tipo de sistema a veces se denomina NC suave y es fácil de abrir en todas las direcciones.
②Sistema integrado de PC: la estructura básica del sistema es: CNC y placa base de PC, es decir, se inserta una placa CNC en la PC tradicional. El CNC ejecuta principalmente el control en tiempo real con el movimiento del eje de coordenadas. la función principal, o El CNC opera como una función de control numérico y la placa de PC sirve como plataforma de interfaz hombre-máquina del usuario.
③PC y CNC: en la actualidad, los principales fabricantes de sistemas CNC creen que el rendimiento más importante de los sistemas CNC es la confiabilidad y no se permiten fallas de PC. La primera búsqueda de la función del sistema sigue siendo el procesamiento de alta precisión y alta velocidad. Además, estos fabricantes han producido una gran cantidad de sistemas CNC durante mucho tiempo; los cambios en la arquitectura tendrán un impacto negativo en los servicios de mantenimiento y la confiabilidad de sus sistemas originales. Por lo tanto, la estructura abierta no se considera el producto principal y todavía se producen en grandes cantidades sistemas CNC con la estructura original.
Para aumentar la apertura, los principales fabricantes de sistemas CNC a menudo agregan una placa de PC sin cambiar la estructura básica del sistema original y proporcionan un teclado para permitir a los usuarios conectar la PC y el CNC, lo que mejora en gran medida la funcionalidad de la interfaz hombre-máquina. , como el sistema 150 I/160 I/180 I/210J de FANUC. Algunos fabricantes también llaman a este dispositivo sistema de fusión. Debido a su funcionamiento fiable y su interfaz abierta, se está volviendo cada vez más popular entre los fabricantes de máquinas herramienta. Conviértase en la dirección de desarrollo de la tecnología CNC.
3. CNC por pasos
Se basa en STEP y extiende STEP a NC para formar "paso-NC". El objetivo principal de desarrollar y promover este estándar es permitir el intercambio de datos entre diferentes sistemas CAx a través de archivos de personalidad estándar. En la actualidad, la tendencia a una división especializada del trabajo entre empresas se está volviendo cada vez más evidente. Una planta de ensamblaje de automóviles suele tener cientos de proveedores de repuestos. Estas empresas pueden utilizar diferentes sistemas CAD y la carga de trabajo del intercambio de datos es enorme. No es apropiado utilizar el intercambio punto a punto entre sistemas CAD. Sólo expresando datos en forma estadística e ingresando y emitiendo datos en formatos de archivos estadísticos se puede lograr una gran cantidad de intercambio de datos. La arquitectura STEP se puede resumir como el lenguaje ExPRESS (ExPRESS es un lenguaje de modelado de información), que tiene tres capas (capa de aplicación, capa lógica y capa física). También se puede considerar que el núcleo de STEP es una base de datos definida por ingeniería, que puede formar diferentes protocolos de aplicación y usarse para módulos de productos requeridos por diversas industrias1. La base de datos incluye geometría, topología, tolerancias, relaciones, propiedades, ensamblajes, configuraciones y otras características. Y se pueden agregar continuamente nuevos módulos de productos cuando sea necesario.
El "modelo de datos del controlador CNC" (en adelante, step-NC) es un modelo de datos CNC de CAM a CNC, que soluciona el problema de la falta de versatilidad y portabilidad de los programas CNC actuales. El uso de datos del modelo de producto "step-NC" como entrada para dirigir máquinas herramienta ha evolucionado hasta adquirir importancia práctica. Este "step-NC" es un NC sin código g ni código M, y sin postprocesamiento. Los objetivos del estándar ISOl4649 son: (1) Mejorar la conexión entre los sistemas CAD/CAM y los controladores CNC para garantizar que el "paso-NC" pueda transferir datos entre CAD/CAM; En lugar de utilizar el movimiento de herramientas, se adopta el concepto de pasos de trabajo orientados a objetos para mejorar las deficiencias de IS06893. Los pasos de trabajo corresponden a funciones y parámetros de alto nivel del proceso. El CNC puede descomponer los pasos de trabajo en movimiento coordinado y movimiento de herramienta. (2) El módulo de datos debe incluir todos los niveles de complejidad (desde datos de geometría CAD ordenados durante el mecanizado hasta movimientos de eje simples con valores discretos). (3) El programa CNC se puede colocar en un controlador CNC recientemente desarrollado, pero también se puede colocar en un sistema separado de alto nivel (que incluye varias redes) que admite y mejora los controladores CNC existentes. (4) El nuevo estándar para programas CNC proporcionará a los operadores de máquinas herramienta más flexibilidad, funciones, definición de programación de tablas estadísticas y control y modificación relacionados de procesos geométricos. (5) La nueva norma permite a los operadores de bicicletas de montaña realizar funciones especiales debido a sus máquinas herramienta y tecnología especiales. (6) Proporcionar nuevos estándares para los usuarios finales con programación unificada, preparación de programas más rápida y económica y bajos costos debido a un formato de programación unificado. (7) Menos posprocesamiento y más estandarización. A nivel de programación CNC, el intercambio de datos entre sistemas CAD/CAM y sistemas CNC será más conveniente.