Diseño y aplicación de alimentación rápida y de alta precisión de máquinas herramienta CNC.

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Prólogo

El nivel técnico y el grado de modernización de la industria de equipos determinan el nivel y el grado de modernización de toda la economía nacional. La tecnología y los equipos CNC son importantes para el desarrollo de industrias emergentes de alta tecnología e industrias de vanguardia (como la tecnología de la información y su industria). , biotecnología y su industria, aviación, aeroespacial y otras industrias de defensa) tecnologías habilitadoras y el equipo más básico. Marx dijo una vez que "la diferencia entre las distintas eras económicas no radica en lo que se produce, sino en cómo se produce y qué medios de trabajo se utilizan para la producción". La tecnología y los equipos de fabricación son los medios de producción más básicos para las actividades de producción humana, y la tecnología CNC es la tecnología central de la tecnología y los equipos de fabricación avanzados de hoy. Hoy en día, la tecnología CNC se utiliza ampliamente en las industrias manufactureras de todo el mundo para mejorar las capacidades y los niveles de fabricación, y para mejorar la adaptabilidad y la competitividad a mercados dinámicos y cambiantes. Además, varios países industrializados del mundo han incluido la tecnología CNC y los equipos CNC como materiales estratégicos nacionales. No solo toman medidas importantes para desarrollar su propia tecnología e industria CNC, sino que también contribuyen a las tecnologías clave CNC de "alta precisión" de nuestro país. y equipos. Implementar políticas de bloqueo y restricción. En resumen, el desarrollo vigoroso de tecnología de fabricación avanzada con tecnología CNC como núcleo se ha convertido en una forma importante para que los países desarrollados del mundo aceleren el desarrollo económico y mejoren la fortaleza nacional integral y el estatus nacional.

La tecnología CNC es una tecnología que utiliza información digital para controlar el movimiento mecánico y los procesos de trabajo. Los equipos CNC son una integración mecatrónica formada por la penetración de nuevas tecnologías representadas por la tecnología CNC en las industrias manufactureras tradicionales y las industrias manufactureras emergentes. Los productos, los llamados equipos digitales, tienen un alcance técnico que abarca muchos campos: (1) tecnología de fabricación mecánica; (2) tecnología de procesamiento, transmisión y procesamiento de información; (3) tecnología de control automático (4) tecnología de servoaccionamiento; ) Tecnología de sensores; (6) Tecnología de software, etc.

1. El estado de desarrollo de la tecnología CNC en el país y en el extranjero

La industria manufacturera mundial ha experimentado varias iteraciones en los últimos diez años a finales del siglo XX. , casi se convirtió en una industria en extinción, por lo que Americans First se propuso revitalizar la fabricación moderna. En la década de 1990, la industria de fabricación de máquinas herramienta CNC en todo el mundo experimentó una importante reestructuración. Los principales fabricantes, como Estados Unidos y Alemania, han experimentado cambios importantes y han experimentado un repunte significativo desde principios de la década de 1990, formando una nueva ola de actualizaciones tecnológicas en la industria manufacturera de todo el mundo. Por ejemplo, la industria alemana de máquinas herramienta lleva desde el año 2000 recibiendo pedidos desde hace tres meses o más y sus tareas de producción están completas.

El mayor logro científico y tecnológico de la sociedad humana en el siglo XX fue la invención y aplicación de las computadoras. La aplicación de las computadoras y la tecnología de control en equipos de fabricación mecánica fue el progreso tecnológico más significativo en el desarrollo de la fabricación. industria en el siglo. Han pasado 50 años desde que se introdujo la primera fresadora CNC en los Estados Unidos en 1952. Los equipos CNC incluyen: torneado, fresado, centros de mecanizado, mandrinado, rectificado, estampado, mecanizado eléctrico y diversas máquinas especiales, formando una enorme familia de equipos de fabricación CNC. La producción anual en todo el mundo es de 100.000 a 200.000 unidades, con un valor de producción de. decenas de miles de millones de dólares.

La industria manufacturera mundial ha experimentado varias iteraciones en la última década, aproximadamente a finales del siglo XX. Estaba casi convirtiéndose en una industria en decadencia, por lo que los estadounidenses propusieron por primera vez revitalizar la fabricación moderna. En la década de 1990, la industria de fabricación de máquinas herramienta CNC en todo el mundo experimentó una importante reestructuración. Los principales fabricantes, como Estados Unidos y Alemania, han experimentado cambios importantes y han experimentado un repunte significativo desde principios de la década de 1990, formando una nueva ola de actualizaciones tecnológicas en la industria manufacturera de todo el mundo. Por ejemplo, la industria alemana de máquinas herramienta lleva desde el año 2000 recibiendo pedidos desde hace tres meses o más y sus tareas de producción están completas.

La industria de fabricación de máquinas herramienta CNC de mi país experimentó un período de rápido desarrollo en la década de 1980. Muchas fábricas de máquinas herramienta se transformaron de productos tradicionales a productos CNC. Pero, en general, el nivel técnico no era alto y la calidad era mala. Por lo tanto, a principios de la década de 1990, la economía nacional enfrentó la transición de una economía planificada a una economía de mercado y atravesó el período de depresión más difícil en varios años. En ese momento, la capacidad de producción cayó al 50 %, en stock durante más de 4 meses.

Desde el "Noveno Plan Quinquenal" en 1995, el país ha lanzado el mercado de máquinas herramienta mediante la expansión de la demanda interna, ha reforzado las restricciones a la aprobación de equipos CNC importados y ha realizado grandes inversiones para respaldar la investigación de tecnologías, equipos y sistemas CNC clave. que ha desempeñado un gran papel en la promoción de la producción de equipos CNC, especialmente después de 1999, el estado invirtió una gran cantidad de fondos de transformación técnica en la industria de defensa nacional y sectores industriales civiles clave, haciendo próspero el mercado de fabricación de equipos CNC. Desde la Exposición de Máquinas Herramienta CNC de Shanghai en agosto de 2000 y la Exposición Internacional de Máquinas Herramienta de Beijing en abril de 2001, también podemos ver la prosperidad de muchas variedades de productos. Pero también refleja los siguientes problemas:

(1) Los productos de baja tecnología compiten ferozmente y los demás dependen de precios más bajos para su promoción.

(2) Alta tecnología, completa; -Los productos destacados son principalmente importados;

(3) Los componentes funcionales de soporte de alta calidad y los accesorios del sistema CNC son principalmente importados.

(4) El nivel de tecnología de aplicación es bajo y; la tecnología de redes no se ha promovido ni utilizado plenamente;

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(5) Los productos con poca capacidad de autodesarrollo y niveles técnicos relativamente altos se basan principalmente en dibujos importados, producción conjunta o ensamblaje de productos importados. regiones.

La propiedad de máquinas herramienta CNC en los países industriales del mundo actual refleja las capacidades económicas y la fuerza de defensa nacional del país. En la actualidad, nuestro país es el país con mayor número de máquinas herramienta del mundo (casi 3 millones de unidades), pero nuestra tasa de máquinas herramienta CNC sólo alcanza alrededor del 1,9%, muy por detrás del 20% que se puede alcanzar en Occidente. países industriales. Japón tiene menos de 800.000 máquinas herramienta, pero tiene casi 10 veces la capacidad de fabricación de nuestro país. La tasa de CNCización es baja y la tasa de utilización y puesta en marcha de las máquinas herramienta CNC existentes son bajas. Este es el problema más importante que debe resolverse primero para desarrollar la industria manufacturera de mi país en el siglo XXI. Cada año, producimos en el país entre 3.000 y 4.000 máquinas herramienta CNC con todas las funciones. Cada año, gastamos más de mil millones de dólares estadounidenses para importar entre 7.000 y 9.000 máquinas herramienta CNC. Es difícil para la industria manufacturera de mi país incorporar el CNC a la industria. La tasa de conversión ha mejorado enormemente. Por lo tanto, la Comisión Estatal de Planificación y la Comisión Económica y Comercial han propuesto la política de transformación del control numérico desde el "Octavo Plan Quinquenal" y el "Noveno Plan Quinquenal" durante el período del "Noveno Plan Quinquenal". , nuestra asociación también llevó a cabo investigaciones. En ese momento, se propuso que el equipo para la transformación CNC podría llegar a 80.000 a 100.000 unidades, lo que requeriría una inversión de 8 a 10 mil millones, pero los beneficios económicos serían de 5 a 10 veces mayores que la inversión. Por lo tanto, en los últimos dos años, ha surgido un gran número de empresas para emprender la transformación CNC, e incluso se han sumado empresas estadounidenses. Al comienzo del "Décimo Plan Quinquenal", la Comisión de Ciencia, Tecnología e Industria para la Defensa Nacional propuso claramente invertir 680 millones de yuanes en empresas industriales militares para la transformación CNC de 12.000 a 18.000 máquinas herramienta.

La tecnología CNC se ha desarrollado en 2 etapas y 6 generaciones a lo largo de 50 años:

Fase 1: Hardware CNC (NC)

Primera generación: 1952 Tubos en 1965

Segunda generación: componentes de transistores discretos en 1959

Generación 3: circuitos integrados de pequeña escala en 1965

Fase 2: control numérico por software (CNC)

4ta Generación: Minicomputadora en 1970

5ta Generación: Microprocesador en 1974

6ta Generación: 1990 basado en PC Personal (PC-BASEO)

Las principales ventajas del sistema de sexta generación son:

(1) Alta integración de componentes, buena confiabilidad, alto rendimiento y confiabilidad Puede alcanzar más de 50,000 horas

(2) Basada en una plataforma de PC, la tecnología avanza rápidamente y es fácil de actualizar.

(3) Proporciona una base abierta y software disponible, ricos recursos de hardware, lo que permite extender las funciones del CNC a una amplia gama de áreas (como como CAD, CAM, CAPP, conexión de tarjetas de red, tarjetas de sonido, impresoras, cámaras, etc.

(4) Para los fabricantes de sistemas CNC, proporciona un excelente entorno de desarrollo y simplifica el hardware.

En la actualidad, el mayor fabricante de sistemas CNC del mundo es la empresa japonesa FANUC, que produce más de 50.000 sistemas al año, lo que representa alrededor del 40% del mercado mundial, seguida por la alemana Siemens, que representa más del 15%, de nuevo De Heidehain, la española Fagor, la italiana Fidia, la francesa NUM, la japonesa Mitsubishi y Yaskawa.

Los fabricantes nacionales de sistemas CNC incluyen principalmente Huazhong CNC, Beijing Aerospace Machine Tool CNC Group, Beijing Kaindi, Beijing Cage, Shenyang Yitian, Guangzhou CNC, Nanjing New Fangda, Chengdu Guangtai, etc. CNC nacionales Los fabricantes son todos De pequeña escala, con una producción anual que no excede de 300 a 400 juegos.

En los últimos 10 años, las máquinas herramienta CNC han logrado grandes avances en los siguientes campos técnicos para adaptarse al desarrollo de la tecnología de procesamiento.

(1) Alta velocidad

Debido a la popularización de la tecnología de procesamiento de alta velocidad, las máquinas herramienta generalmente han aumentado su velocidad en todos los aspectos. La velocidad del husillo de los tornos ha aumentado de 3000. de 4000 r/min a 8000 a 10000 r/min, y la velocidad de las fresadoras ha aumentado de 3000 a 4000 r/min. La velocidad del husillo del centro de mecanizado ha aumentado de 4000 a 8000 r/min a 12000 r/min, 24000 r/min. y 40000 r/min. La velocidad de movimiento rápido se ha aumentado de 10 a 20 m/min en el pasado a 48 m/min, 60 m/min y 80 m/min, 120 m/min. aumentar la aceleración del arranque de las piezas móviles. Se ha aumentado de 0,5 G (aceleración de la gravedad) de las máquinas herramienta en el pasado a 1,5 ~ 2 G, hasta 15 G comenzaron a aparecer en las máquinas herramienta. En el husillo se utilizan una gran cantidad de motores de husillo integrados.

(2) Alta precisión

La precisión de posicionamiento de las máquinas herramienta CNC se ha mejorado desde el nivel general de 0,01 ~ 0,02 mm a aproximadamente 0,008 mm, y las máquinas herramienta submicrónicas han alcanzado 0,008 Alrededor de 0005 mm, las máquinas herramienta a nanoescala alcanzan los 0,005 ~ 0,01 μm, y ya existen productos con sistemas CNC y máquinas herramienta con una resolución mínima de 1 nm (0,000001 mm).

La tecnología de interpolación para más de dos ejes en CNC se ha mejorado enormemente. La interpolación a nanoescala permite que los arcos producidos por los dos ejes alcancen una redondez de 1 μ en gran medida. mejora la eficiencia de la interpolación. Complementa la calidad y realiza el procesamiento automático de esquinas, etc.

(3) Las máquinas herramienta de procesamiento compuesto y de nueva estructura aparecen en grandes cantidades

Por ejemplo, máquinas herramienta de procesamiento compuesto de 5 ejes y 5 lados, procesamiento de 5 ejes y 5 enlaces de varias piezas con formas especiales. También se han derivado varias estructuras novedosas de máquinas herramienta, incluidas máquinas herramienta de eje virtual de 6 ejes, máquinas herramienta de bisagras en serie paralela, etc. Adopta una estructura mecánica especial, un método de cálculo de control numérico especial y requisitos de programación especiales.

(4) Utilice varias herramientas de alta eficiencia con funciones especiales para hacer que las máquinas herramienta CNC sean "aún más potentes". Por ejemplo, las brocas con refrigeración interna permiten que el refrigerante a alta presión enfríe directamente el filo de la broca y elimine las virutas, lo que mejora enormemente la eficiencia al perforar agujeros profundos. La velocidad de corte para procesar piezas de acero puede alcanzar los 1000 m/min y la velocidad de corte para procesar piezas de aluminio puede alcanzar los 5000 m/min.

(5) La apertura y la gestión en red de las máquinas herramienta CNC son requisitos básicos para el uso de máquinas herramienta CNC. No solo es un medio necesario para mejorar la tasa de operación y la productividad de las máquinas herramienta CNC, sino también. también la racionalización y optimización de las empresas. Utilizar estos métodos de fabricación. Por lo tanto, se han desarrollado varias tecnologías nuevas, como la fabricación integrada por computadora, la fabricación en red, el diagnóstico externo, la fabricación virtual y la ingeniería externa, sobre la base de las máquinas herramienta CNC, que inevitablemente se convertirán en una tendencia importante en el desarrollo de la fabricación. en el siglo XXI.

2. La tendencia de desarrollo de la tecnología CNC

La aplicación de la tecnología CNC no solo ha traído cambios revolucionarios a la industria manufacturera tradicional, convirtiendo a la industria manufacturera en un símbolo de la industrialización. El continuo desarrollo de la tecnología y la expansión de los campos de aplicación, desempeña un papel cada vez más importante en el desarrollo de algunas industrias importantes (TI, automóviles, industria ligera, médica, etc.) que son importantes para la economía nacional y el sustento de las personas, porque el La digitalización de los equipos requeridos por estas industrias se ha convertido en una tendencia de desarrollo moderna. A juzgar por las tendencias actuales de desarrollo de la tecnología y los equipos CNC en el mundo, sus principales puntos de investigación incluyen los siguientes aspectos [1 ~ 8].

2.1 Nuevas tendencias en tecnología y equipos de mecanizado de alta velocidad y alta precisión.

La eficiencia y la calidad son la encarnación de la tecnología de fabricación avanzada. La tecnología de mecanizado de alta velocidad y alta precisión puede mejorar en gran medida la eficiencia, mejorar la calidad y el grado del producto, acortar los ciclos de producción y mejorar la competitividad del mercado. Por esta razón, el Instituto de Investigación de Tecnología Avanzada de Japón la incluye como una de las cinco principales tecnologías de fabricación modernas, y la Sociedad Internacional de Ingeniería de Producción (CIRP) la identifica como una de las direcciones centrales de investigación en el siglo XXI.

En el campo de la industria del automóvil, el ciclo de producción de una producción anual de 300.000 vehículos es de 40 segundos/vehículo, y el procesamiento de variedades múltiples es una de las cuestiones clave que deben resolverse para los equipos de automóviles; En el campo de la industria aeronáutica y aeroespacial, su procesamiento La mayoría de las piezas tienen paredes delgadas y nervaduras delgadas, con muy poca rigidez. Los materiales son aluminio o aleaciones de aluminio. Estas nervaduras y paredes solo se pueden procesar a altas velocidades de corte y con pequeñas. fuerzas de corte. Recientemente, el método de "vaciar" grandes palanquillas de aleación de aluminio se utiliza para fabricar piezas grandes, como alas y fuselajes, en lugar de ensamblar varias piezas mediante numerosos remaches, tornillos y otros métodos de conexión, de modo que la resistencia, rigidez y confiabilidad de Los componentes se mejoran. Estos han planteado requisitos de alta velocidad, alta precisión y alta flexibilidad para los equipos de procesamiento.

A juzgar por la exposición EMO2001, la velocidad de avance de los centros de mecanizado de alta velocidad puede alcanzar los 80 m/min, o incluso más, y la velocidad de funcionamiento en seco puede alcanzar unos 100 m/min. En la actualidad, muchas fábricas de automóviles en el mundo, incluida la Shanghai General Motors Company de mi país, han reemplazado parcialmente las máquinas herramienta modulares con líneas de producción compuestas por centros de mecanizado de alta velocidad. La máquina herramienta HyperMach de la empresa CINCINNATI en Estados Unidos tiene una velocidad de avance máxima de 60 m/min, una velocidad rápida de 100 m/min, una aceleración de 2 gy una velocidad de husillo de 60.000 r/min. Solo se necesitan 30 minutos para procesar una pieza de avión de paredes delgadas, mientras que la misma pieza tarda 3 horas en procesarse en una fresadora general de alta velocidad y 8 horas en una fresadora ordinaria. La velocidad del husillo y la aceleración del doble husillo. Los tornos de la compañía alemana DMG alcanzan respectivamente 12*!000r/mm y 1g.

En términos de precisión de mecanizado, en los últimos 10 años, la precisión de mecanizado de las máquinas herramienta CNC comunes ha aumentado de 10 μm a 5 μm, y el centro de mecanizado de precisión ha aumentado de 3 a 5 μm a 1 a 1,5 μm y es ultrapreciso. La precisión del procesamiento ha comenzado a alcanzar el nivel nanométrico (0,01 μm).

En términos de confiabilidad, el valor MTBF de los dispositivos CNC extranjeros ha alcanzado más de 6.000 h, y el valor MTBF de los servosistemas ha alcanzado más de 30.000 h, lo que muestra una confiabilidad muy alta.

Para lograr un mecanizado de alta velocidad y alta precisión, se han desarrollado rápidamente componentes funcionales de soporte, como husillos eléctricos y motores lineales, y sus campos de aplicación se han ampliado aún más.

2.2 Mecanizado de varillaje de 5 ejes bsp;

Utilizando el varillaje de 5 ejes para procesar piezas de superficie curva tridimensional, se puede utilizar la mejor forma geométrica de la herramienta para cortar, lo que no sólo tiene una gran suavidad, sino que también mejora enormemente la eficiencia. En general, se cree que la eficiencia de una máquina herramienta de varillaje de 5 ejes puede ser igual a la de dos máquinas herramienta de varillaje de 3 ejes, especialmente cuando se utilizan fresas de materiales superduros como el nitruro de boro cúbico para el fresado de alta velocidad de materiales endurecidos. Piezas de acero, el mecanizado de varillaje de 5 ejes se puede comparar con el procesamiento de varillaje de 3 ejes que produce una mayor eficiencia. Sin embargo, en el pasado, debido a razones como el sistema CNC de varillaje de 5 ejes y la compleja estructura del host, su precio era varias veces mayor que el de las máquinas herramienta CNC de varillaje de 3 ejes. Además, la tecnología de programación era difícil. lo que restringió el desarrollo de máquinas herramienta con varillaje de 5 ejes.

En la actualidad, debido a la aparición de los husillos eléctricos, la estructura del cabezal de husillo compuesto para el procesamiento simultáneo de 5 ejes se ha simplificado enormemente, su dificultad y coste de fabricación se han reducido considerablemente y la diferencia de precios de los sistemas CNC se ha reducido. Por lo tanto, se promueve el desarrollo de máquinas herramienta de varillaje de 5 ejes de tipo cabezal de husillo compuesto y máquinas herramienta de procesamiento de compuestos (incluidas máquinas herramienta de procesamiento de 5 lados).

En la exposición EMO2001, la máquina herramienta de procesamiento de 5 lados de New Nippon Koki adopta un cabezal de husillo compuesto, que puede realizar el procesamiento de 4 planos verticales y el procesamiento en cualquier ángulo, logrando procesamiento de 5 lados y 5 ejes. Posibilidad de mecanizado Implementado en la misma máquina herramienta, también puede procesar superficies inclinadas y agujeros cónicos invertidos. La empresa alemana DMG exhibió el centro de mecanizado de la serie DMUVoution, que puede procesar 5 lados y 5 ejes simultáneos en una sola sujeción, y puede controlarse directa o indirectamente mediante un sistema CNC o CAD/CAM.

2.3 Inteligente, abierto y en red se han convertido en las principales tendencias en el desarrollo de sistemas CNC contemporáneos

Los equipos CNC del siglo XXI serán un sistema con cierta inteligencia The content of. la inteligencia incluye En todos los aspectos del sistema CNC: para buscar inteligencia en la eficiencia y la calidad del procesamiento, como el control adaptativo del proceso de mecanizado y la generación automática de parámetros del proceso para mejorar el rendimiento de conducción y facilitar el uso de la inteligencia; como control anticipado, cálculo adaptativo de los parámetros del motor, reconocimiento automático de carga, selección automática de modelo, autoajuste, etc., inteligencia en programación y operación simplificadas, como programación automática inteligente, interfaz hombre-máquina inteligente, etc.; también diagnóstico inteligente, contenido de monitoreo inteligente, diagnóstico y mantenimiento conveniente del sistema, etc.

Con el fin de solucionar los problemas existentes en el carácter cerrado de los sistemas CNC tradicionales y en la producción industrial de software de aplicación CNC. En la actualidad, muchos países están realizando investigaciones sobre sistemas CNC abiertos, como NGC (The Next Generation Work-Station/Machine Control) en los Estados Unidos, OSACA (Op

y máquinas herramienta de procesamiento compuesto en Europa System Arquitectura para el Control dentro de Sistemas de Automatización), OSEC (Entorno de Sistema Abierto para Controlador) de Japón, ONC (Sistema de Control Numérico Abierto) de China, etc. La apertura de los sistemas CNC se ha convertido en el futuro de los sistemas CNC. El llamado sistema CNC abierto significa que el desarrollo de sistemas CNC se puede serializar en una plataforma operativa unificada para fabricantes de máquinas herramienta y usuarios finales cambiando, agregando o adaptando objetos estructurales (funciones CNC), y puede integrar fácilmente las aplicaciones especiales del usuario. y el conocimiento técnico se integran en el sistema de control para realizar rápidamente sistemas CNC abiertos de diferentes variedades y grados, formando productos de marcas famosas con personalidades distintivas. En la actualidad, las especificaciones de arquitectura, especificaciones de comunicación, especificaciones de configuración, plataformas operativas, bibliotecas de funciones del sistema CNC y herramientas de desarrollo de software funcional del sistema CNC de sistemas CNC abiertos son el núcleo de la investigación actual.

Los equipos CNC en red son un nuevo punto culminante de la famosa exposición internacional de máquinas herramienta de los últimos dos 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. Algunas empresas de fabricación de máquinas herramienta y sistemas CNC reconocidas en el país y en el extranjero han lanzado nuevos conceptos y prototipos relacionados en los últimos dos años. Por ejemplo, en la exposición EMO2001, el "Centro de producción inteligente" exhibido por Japón. el Centro de Control de la Compañía Yamazaki Mazak (CPC); la Compañía de Máquinas Herramienta Okuma de Japón exhibió la "plaza de TI" (Plaza de Tecnología de la Información, conocida como Plaza de TI), la Siemens (Siemens) de Alemania exhibió el Entorno de Fabricación Abierto (OME) etc., lo que refleja la tendencia del procesamiento de máquinas herramienta CNC hacia la creación de redes.

2.4 Preste atención al establecimiento de nuevos estándares y especificaciones tecnológicas

2.4.1 Respecto a las especificaciones de diseño y desarrollo del sistema CNC

Como se mencionó anteriormente, los sistemas CNC abiertos tener más Con buena versatilidad, flexibilidad y adaptabilidad, los países han implementado planes de desarrollo estratégico uno tras otro y han llevado a cabo investigaciones y formulación de especificaciones de sistemas CNC de arquitectura abierta (OMAC, OSACA, OSEC Las tres economías más grandes del mundo han llevado a cabo casi lo mismo). implementación en un corto período de tiempo. La formulación de planes y especificaciones científicas presagia la llegada de un nuevo período de cambio en la tecnología CNC. En el año 2000, nuestro país también comenzó a investigar y formular el marco normativo del sistema de control numérico ONC de China.

2.4.2 Acerca de los estándares CNC

Los estándares CNC son una tendencia en el desarrollo de la informatización en la industria manufacturera.

El intercambio de información en los 50 años transcurridos desde el nacimiento de la tecnología CNC se ha basado en el estándar ISO6983, que utiliza códigos G y M para describir cómo procesar. Su característica esencial es que está orientado al proceso de procesamiento. incapaz de cumplir con los requisitos de alta velocidad de la tecnología CNC moderna. Para ello, se está estudiando y formulando a nivel internacional un nuevo estándar de sistema CNC ISO14649 (STEP-NC). Su propósito es proporcionar un mecanismo neutral que no dependa del sistema específico y pueda describir un modelo de datos unificado durante todo el ciclo de vida del producto. , logrando así la estandarización de todo el proceso de fabricación e incluso la información del producto en diversos campos industriales.

La aparición de STEP-NC puede ser una revolución en el campo de la tecnología CNC, que tendrá un profundo impacto en el desarrollo de la tecnología CNC e incluso en toda la industria manufacturera. En primer lugar, STEP-NC propone un nuevo concepto de fabricación. En el concepto de fabricación tradicional, los programas de mecanizado NC se concentran en un único ordenador. Según el nuevo estándar, los programas NC se pueden distribuir en Internet, que es la dirección del desarrollo abierto y en red de la tecnología CNC. En segundo lugar, el sistema de control numérico STEP-NC también puede reducir en gran medida el procesamiento de dibujos (alrededor del 75%), el tiempo de preparación del programa de procesamiento (alrededor del 35%) y el tiempo de procesamiento (alrededor del 50%).

En la actualidad, los países europeos y americanos conceden gran importancia a la investigación de STEP-NC, y Europa lanzó el plan STEP-NC IMS (1999.1.1 ~ 2001.12.31). En este programa participan 20 usuarios de CAD/CAM/CAPP/CNC, fabricantes e instituciones académicas de Europa y Japón. La empresa estadounidense STEP Tools es un desarrollador mundial de software de intercambio de datos de fabricación. Ha desarrollado un supermodelo (Super Model) para el intercambio de información de procesamiento de máquinas herramienta CNC. Su objetivo es utilizar especificaciones unificadas para describir todos los procesos de procesamiento. Actualmente, este nuevo formato de intercambio de datos ha sido verificado en prototipos equipados con sistemas CNC SIEMENS, FIDIA y europeo OSACA-NC.

2.5 La flexibilidad incluye dos aspectos: la flexibilidad del sistema CNC en sí. El sistema CNC adopta un diseño modular con una gran cobertura funcional y una gran adaptabilidad para satisfacer las necesidades de los diferentes usuarios; Sistema de control, el mismo sistema de control de grupo puede ajustar automática y dinámicamente el flujo de materiales y el flujo de información de acuerdo con los requisitos de diferentes procesos de producción, maximizando así la efectividad del sistema de control de grupo.

2.6 Complejidad del proceso y procesamiento compuesto multieje, con el objetivo principal de reducir los procesos y el tiempo auxiliar, se está desarrollando en la dirección de funciones de control multieje y multiseries. El proceso compuesto de las máquinas herramienta CNC significa que después de sujetar la pieza de trabajo una vez en una máquina herramienta, puede completar el procesamiento compuesto de múltiples procesos y superficies múltiples a través de diversas medidas, como el cambio automático de herramientas, la rotación del cabezal del husillo o la plataforma giratoria. Ejes con tecnología CNC, sistema Siemens 880 controla hasta 24 ejes. (4) Inteligencia en tiempo real Los primeros sistemas en tiempo real generalmente estaban destinados a entornos ideales relativamente simples y su función era programar tareas para garantizar que se completaran dentro del plazo especificado. La inteligencia artificial intenta utilizar modelos computacionales para realizar diversos comportamientos inteligentes de los humanos. Con el desarrollo actual de la ciencia y la tecnología, los sistemas en tiempo real y la inteligencia artificial se combinan entre sí. La inteligencia artificial se está desarrollando hacia campos más realistas con respuesta en tiempo real, mientras que los sistemas en tiempo real también se están desarrollando hacia aplicaciones más complejas con inteligencia. comportamiento, lo que ha dado como resultado un control inteligente en tiempo real de este nuevo campo. En el campo de la tecnología CNC, la investigación y aplicación del control inteligente en tiempo real se están desarrollando en varias ramas principales: control adaptativo, control difuso, control de redes neuronales, control experto, control de aprendizaje, control anticipado, etc. Por ejemplo, el sistema CNC está equipado con sistemas de ajuste adaptativo, como sistema experto en programación, sistema experto en diagnóstico de fallas, configuración automática de parámetros, gestión y compensación automática de herramientas, etc., y se introducen funciones avanzadas de predicción y presupuesto y avance dinámico en el sistema integral. Control de movimiento durante el mecanizado de alta velocidad. Función, el control difuso se utiliza en presión, temperatura, posición, control de velocidad, etc., lo que mejora en gran medida el rendimiento del control del sistema CNC, logrando así el propósito de un control óptimo.

2.7 Dirección de desarrollo de funciones

(1) Interfaz gráfica de usuario La interfaz de usuario es la interfaz de diálogo entre el sistema CNC y el usuario.

Dado que diferentes usuarios tienen diferentes requisitos para la interfaz, la carga de trabajo de desarrollar la interfaz de usuario es enorme y la interfaz de usuario se ha convertido en una de las partes más difíciles del desarrollo de software informático. Las tecnologías actuales como INTERNET, la realidad virtual, la visualización informática científica y los multimedia también plantean mayores requisitos para las interfaces de usuario. La interfaz gráfica de usuario 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 y simulación dinámica de gráficos, vistas en. diferentes direcciones e implementación de la función de escala de visualización local.

(2) Visualización informática científica La visualización informática científica se puede utilizar para procesar e interpretar datos de manera eficiente, de modo que el intercambio de información ya no se limite a la expresión del texto y el lenguaje, sino que pueda utilizar directamente gráficos, imágenes, animaciones y otra información visual. La combinación de tecnología de visualización y tecnología de entorno virtual ha ampliado aún más los campos de aplicación, como el diseño sin dibujos, la tecnología de prototipos virtuales, etc., lo cual es de gran importancia para acortar el ciclo de diseño del producto, mejorar la calidad del producto y reducir los costos del producto. . En el campo de la tecnología CNC, la tecnología de visualización se puede utilizar en CAD/CAM, como el diseño de programación automática, la configuración automática de parámetros, el procesamiento dinámico y la visualización de datos de compensación y gestión de herramientas, y la demostración de simulación visual del proceso de mecanizado.

(3) Métodos diversificados de interpolación y compensación, que incluyen interpolación lineal, interpolación de arco, interpolación cilíndrica, interpolación de superficie elíptica espacial, interpolación de hilos e interpolación de coordenadas polares, interpolación 2D de 2 espirales, interpolación NANO, interpolación NURBS (interpolación B-spline racional no uniforme), interpolación spline (splines A, B, C), interpolación polinómica, etc. Varias funciones de compensación, como compensación de holgura, compensación de perpendicularidad, compensación de error de cuadrante, compensación de error del sistema de medición y paso, compensación anticipada relacionada con la velocidad, compensación de temperatura, compensación del radio de la herramienta con aproximación y salida suaves y cálculo del punto opuesto, etc.

(4) PLC integrado de alto rendimiento El sistema CNC está equipado con un módulo de control PLC de alto rendimiento, que se puede programar directamente con un diagrama de escalera o un lenguaje de alto nivel, y tiene una depuración intuitiva en línea. y funciones de ayuda en línea. La herramienta de programación contiene ejemplos de programas de usuario de PLC estándar para tornos y fresadoras. Los usuarios pueden editar y modificar según el programa de usuario de PLC estándar para crear fácilmente sus propias aplicaciones.

(5) 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. En el campo de la tecnología CNC, la aplicación de la tecnología multimedia puede lograr un procesamiento de información integral e inteligente y tiene un gran valor de aplicación en sistemas de monitoreo en tiempo real y diagnóstico de fallas de equipos del sitio de producción, y monitoreo de los parámetros del proceso de producción.

2.8 Desarrollo de arquitectura

(1) La integración utiliza CPU altamente integradas, chips RISC y circuitos integrados programables a gran escala FPGA, EPLD, CPLD y circuitos integrados de aplicaciones específicas. Los chips ASIC pueden Mejorar la integración de los sistemas CNC y la velocidad de ejecución del software y hardware. La aplicación de la tecnología de pantalla plana FPD puede mejorar el rendimiento de la pantalla. Las pantallas planas tienen las ventajas de alto contenido tecnológico, peso ligero, tamaño pequeño, bajo consumo de energía y portabilidad. Pueden lograr pantallas de tamaño ultragrande y se han convertido en una tecnología de visualización emergente que compite con CRT y la corriente principal de la tecnología de visualización. en el siglo XXI. Aplique tecnologías avanzadas de empaquetado e interconexión para integrar tecnologías de semiconductores y montaje en superficie. Reduzca los precios de los productos, mejore el rendimiento, reduzca el tamaño de los componentes y mejore la confiabilidad del sistema aumentando la densidad de los circuitos integrados y reduciendo la longitud y cantidad de las interconexiones.

(2) Modularización La modularización del hardware facilita la integración y estandarización de los sistemas CNC. De acuerdo con los diferentes requisitos funcionales, los módulos básicos, como CPU, memoria, servo de posición, PLC, interfaz de entrada y salida, comunicación y otros módulos, se convierten en productos en serie estándar. Las funciones se adaptan y el número de módulos aumenta o disminuye. a través de bloques de construcción para formar diferentes sistemas CNC de alta calidad.

(3) Conexión en red: la conexión en red de la máquina herramienta permite el control remoto y la operación no tripulada. A través de la red de máquinas herramienta, se pueden programar, configurar, operar y ejecutar otras máquinas herramienta en cualquier máquina herramienta, y las imágenes de diferentes máquinas herramienta se pueden mostrar en la pantalla de cada máquina herramienta al mismo tiempo.

(4) El modo de control universal de circuito cerrado abierto utiliza una computadora de uso general para formar una arquitectura modular, abierta e integrada de tipo bus, que es fácil de cortar, expandir y actualizar. y puede estar compuesto por diferentes grados, diferentes tipos, sistemas CNC con diferentes niveles de integración. El modo de control de bucle cerrado se propone para el único modo de control de bucle cerrado dedicado a una sola máquina del sistema CNC tradicional. Dado que el proceso de fabricación es un proceso complejo con control de múltiples variables y el efecto integral de la tecnología de procesamiento, incluidos varios factores cambiantes como el tamaño del procesamiento, la forma, la vibración, el ruido, la temperatura y la deformación térmica, por lo tanto, para lograr una optimización multiobjetivo de Durante el proceso de procesamiento, se debe utilizar un control de bucle cerrado multivariable para ajustar dinámicamente las variables del proceso de procesamiento durante el procesamiento en tiempo real. Durante el proceso de mecanizado se adopta el modo de control de circuito cerrado dinámico en tiempo real abierto y universal, lo que facilita la integración de tecnología inteligente en tiempo real de computadora, tecnología de red, tecnología multimedia, CAD/CAM, servocontrol, control adaptativo, gestión dinámica de datos, compensación dinámica de herramientas, simulación dinámica, etc. La integración de altas y nuevas tecnologías forma un estricto sistema de control de circuito cerrado para el proceso de fabricación, logrando así integración, inteligencia y conexión en red.

3. Sistema CNC inteligente

3. 1 Descripción general del desarrollo de sistemas CNC en el país y en el extranjero

Con el rápido desarrollo de la tecnología informática, la fabricación tradicional ha comenzado Frente a cambios fundamentales, los países industrializados han invertido mucho en investigación y desarrollo de tecnologías de fabricación modernas y han propuesto nuevos modelos de fabricación. Hecho en los tiempos modernos