La historia del desarrollo y las tendencias de las máquinas herramienta CNC.
Las máquinas herramienta CNC han atraído la atención mundial por su excelente rendimiento de automatización flexible, precisión excelente y estable y funciones ágiles y diversas. Fue pionera en el desarrollo de productos mecánicos hacia la mecatrónica y se convirtió en una tecnología central avanzada en la fabricación. tecnología. El rápido desarrollo de la tecnología de sistemas CNC proporciona las condiciones para el progreso tecnológico de las máquinas herramienta CNC. En la actualidad, el desarrollo de las máquinas herramienta CNC se refleja principalmente en los siguientes aspectos:
1 Alta velocidad y alta eficiencia
El desarrollo de máquinas herramienta en la dirección de alta velocidad no puede Solo mejora en gran medida la eficiencia del procesamiento y reduce los costos de procesamiento. También puede mejorar la calidad del procesamiento de la superficie y la precisión de las piezas. La tecnología de procesamiento de velocidad ultraalta tiene una amplia aplicabilidad en la industria manufacturera para lograr una producción eficiente, de alta calidad y de bajo costo. Desde la década de 1990, países de Europa, Estados Unidos y Japón se han apresurado a desarrollar y aplicar una nueva generación de máquinas herramienta CNC de alta velocidad para acelerar el desarrollo de máquinas herramienta de alta velocidad. Unidad de husillo de alta velocidad (husillo eléctrico, velocidad 15000-100000r/min), piezas móviles de alimentación de alta velocidad y alta aceleración/desaceleración (velocidad de desplazamiento rápido 60~120m/min, velocidad de alimentación de corte de hasta 60m/min), alta velocidad CNC de rendimiento Se han producido nuevos avances en los servosistemas y sistemas de herramientas CNC, alcanzando nuevos niveles técnicos. Con mecanismos de corte de ultra alta velocidad, materiales de herramientas y herramientas abrasivas súper duras, resistentes al desgaste y de larga duración, husillos eléctricos de alta velocidad y alta potencia, componentes de alimentación impulsados por motor lineal de alta aceleración/desaceleración y alto rendimiento. sistemas de control (incluidos sistemas de monitoreo) y dispositivos de protección La solución de tecnologías clave en una serie de campos técnicos ha proporcionado una base técnica para el desarrollo y la aplicación de una nueva generación de máquinas herramienta CNC de alta velocidad. En la actualidad, en el mecanizado de velocidad ultraalta, la velocidad de corte del torneado y fresado ha alcanzado más de 5000 ~ 8000 m/min; la velocidad de rotación del husillo es de más de 30000 rpm (algunas hasta 100000 r/min en movimiento); velocidad del banco de trabajo (velocidad de procesamiento) Velocidad de avance): Cuando la resolución es de 1 micrón, es superior a 100 m/min (algunos alcanzan 200 m/min cuando la resolución es de 0,1 m, es superior a 24 m/min); la velocidad de cambio es de 1 segundo; pequeña La velocidad de alimentación de interpolación del segmento de línea alcanza los 12 m/min.
2 Alta precisión
El desarrollo del mecanizado de precisión al mecanizado de ultraprecisión es la dirección de desarrollo de las potencias industriales del mundo. Su precisión varía desde el nivel micrométrico hasta el nivel submicrónico e incluso el nivel nanométrico (#lt;10nm), y su rango de aplicación está cada vez más extendido. Actualmente, bajo el requisito de alta precisión en el mecanizado, la precisión de mecanizado de las máquinas herramienta CNC ordinarias se ha incrementado de ±10 m a ±5 m; la precisión de mecanizado de los centros de mecanizado de precisión se ha incrementado de ±3~5 m a ±1; ~1,5 m, o incluso más; la precisión del mecanizado de ultraprecisión ha entrado en el nivel nanométrico (0,001 m), se requiere que la precisión de rotación del husillo alcance 0,01 ~ 0,05 m, la redondez del procesamiento es de 0,1 m y la rugosidad de la superficie de procesamiento Ra = 0,003 micras, etc. Estas máquinas herramienta generalmente utilizan husillos eléctricos con accionamiento de frecuencia variable controlados por vectores (el motor y el husillo están integrados, el descentramiento radial del husillo es inferior a 2 m, el movimiento axial es inferior a 1 m y el desequilibrio del eje). El sistema alcanza el nivel G0.4. Hay dos tipos principales de accionamientos de alimentación para máquinas de mecanizado de alta velocidad y alta precisión: servomotor rotativo más husillo de bolas de precisión de alta velocidad y motor lineal de accionamiento directo. Además, las máquinas herramienta paralelas emergentes también son fáciles de lograr con avance de alta velocidad. Muchas máquinas herramienta de procesamiento de alta velocidad todavía utilizan husillos de bolas debido a su tecnología madura y su amplia aplicación. No solo pueden lograr una alta precisión (nivel ISO34081), sino que el costo de lograr una alta velocidad también es relativamente bajo. La velocidad de movimiento máxima de las máquinas herramienta de procesamiento de alta velocidad actualmente impulsadas por husillos de bolas es de 90 m/min y la aceleración es de 1,5 g.
El husillo de bolas es una transmisión mecánica, y la deformación elástica, la fricción y el juego son inevitables durante el proceso de transmisión, lo que en consecuencia provoca retrasos en el movimiento y otros errores no lineales. Para eliminar el impacto de estos errores en la precisión del mecanizado, en 1993. Como es una "transmisión cero" sin eslabones intermedios, no solo tiene una pequeña inercia de movimiento, una alta rigidez del sistema, una respuesta rápida y puede alcanzar velocidades y aceleraciones muy altas. En teoría, su longitud de carrera no tiene limitación, la precisión de posicionamiento puede alcanzar fácilmente un nivel más alto bajo la acción del sistema de retroalimentación de posición de alta precisión. Es un método de conducción ideal para máquinas herramienta de mecanizado de alta velocidad y alta precisión. Máquinas herramienta medianas y grandes. En la actualidad, la velocidad máxima de avance rápido de las máquinas herramienta de mecanizado de alta velocidad y alta precisión que utilizan motores lineales ha alcanzado los 208 m/min y la aceleración es de 2 gy todavía hay margen de desarrollo.
3 Alta confiabilidad
Con el desarrollo de aplicaciones en red de máquinas herramienta CNC, la alta confiabilidad de las máquinas herramienta CNC se ha convertido en el objetivo perseguido por los fabricantes de sistemas CNC y los fabricantes de máquinas herramienta CNC. Para una fábrica sin personal que trabaja dos turnos al día, si se requiere trabajar continuamente dentro de 16 horas y la tasa sin fallas es superior a P (t) = 99, entonces el MTBF de la máquina herramienta CNC debe ser superior a 3000 horas. . Solo estamos hablando de una máquina herramienta CNC. Por ejemplo, la relación de tasa de falla de la máquina principal y el sistema CNC es de 10:1 (la confiabilidad de la máquina CNC es un orden de magnitud mayor que la de la máquina principal). En este momento, el MTBF del sistema CNC debe ser superior a 33333,3 horas, y el MTBF del dispositivo CNC, el husillo y el variador debe ser superior a 100.000 horas. En la actualidad, el valor MTBF de los dispositivos CNC extranjeros ha alcanzado más de 6.000 horas y el dispositivo de accionamiento ha alcanzado más de 30.000 horas. Sin embargo, se puede ver que todavía hay una brecha con respecto al objetivo ideal.
4 Compuesto
En el proceso de procesamiento de piezas, se consume mucho tiempo inútil en el transporte de la pieza, carga y descarga, instalación y ajuste, cambio de herramienta y aceleración y disminución del husillo. Para reducir al máximo estos tiempos perdidos, la gente espera integrar diferentes funciones de procesamiento en la misma máquina herramienta. Por lo tanto, las máquinas herramienta con múltiples funciones se han convertido en un tipo de máquina en rápido desarrollo en los últimos años. El concepto de procesamiento compuesto de máquina herramienta en el campo de la fabricación flexible significa que después de sujetar la pieza de trabajo una vez, la máquina herramienta puede realizar automáticamente un procesamiento multiproceso del mismo tipo de proceso o diferentes tipos de métodos de proceso de acuerdo con el programa de mecanizado CNC. para completar las partes principales e iguales de una pieza de forma compleja. Todos los procesos de torneado, fresado, taladrado, taladrado, rectificado, roscado, escariado y escariado y otros procesos. En lo que respecta a piezas prismáticas, los centros de mecanizado son las máquinas herramienta más típicas que realizan procesamiento compuesto multiproceso del mismo método de proceso. Los hechos han demostrado que el procesamiento compuesto de máquinas herramienta puede mejorar la precisión y la eficiencia del procesamiento, ahorrar espacio y, especialmente, acortar el ciclo de procesamiento de las piezas.
5 ejes múltiples
Con la popularidad de los sistemas CNC de varillaje de 5 ejes y el software de programación, los centros de mecanizado de control de varillaje de 5 ejes y las fresadoras CNC se han convertido en un punto de desarrollo actual. Al procesar superficies de forma libre, el control de varillaje de 5 ejes hace que la programación CNC de las fresas con punta de bola sea relativamente simple y puede permitir que la fresa con punta de bola mantenga siempre una velocidad de corte razonable durante el fresado de superficies curvas tridimensionales. mejorando así significativamente la calidad de la rugosidad de la superficie mecanizada y mejorando en gran medida la eficiencia del mecanizado. Sin embargo, la máquina herramienta controlada por varillaje de 3 ejes no puede evitar que el extremo de la fresa de extremo de bola con una velocidad de corte cercana a cero participe en el corte. Por lo tanto, la máquina herramienta con varillaje de 5 ejes ya se ha convertido en el foco de desarrollo activo y competencia entre los principales fabricantes de máquinas herramienta. Recientemente, países extranjeros todavía están estudiando centros de mecanizado que utilizan control de varillaje de 6 ejes y herramientas no giratorias. Aunque la forma de mecanizado no está limitada y la profundidad de corte puede ser muy delgada, la eficiencia del mecanizado es demasiado baja y es difícil. ponerlo en práctica.
6 Inteligencia
La inteligencia es una dirección general para el desarrollo de la tecnología de fabricación en el siglo XXI. El procesamiento inteligente es un tipo de procesamiento basado en el control de redes neuronales, el control difuso, la tecnología y la teoría de redes digitales. Su objetivo es simular las actividades inteligentes de los expertos humanos durante el proceso de procesamiento para resolver muchas incertidumbres en el proceso de procesamiento que requieren intervención manual. resuelto.
El contenido inteligente incluye todos los aspectos del sistema CNC: inteligencia para lograr la eficiencia y la calidad del procesamiento, como el control adaptativo y la generación automática de parámetros de proceso para mejorar el rendimiento de conducción y el uso y la conexión convenientes, como el control anticipativo y el cálculo adaptativo del motor; parámetros, reconocimiento automático de carga, selección automática de modelo, autoajuste, etc., inteligencia que simplifica la programación y las operaciones, como programación automática inteligente, interfaz hombre-máquina inteligente, etc., diagnóstico inteligente, monitoreo inteligente, conveniente para el diagnóstico del sistema y mantenimiento. Hay muchos sistemas de procesamiento de corte inteligente que se están investigando en el mundo, entre los cuales es representativa la solución de procesamiento inteligente para perforación de la Asociación de Investigación de Dispositivos CNC Inteligentes de Japón.
7 Conexión en red
La conexión en red de máquinas herramienta CNC se refiere principalmente a la conexión de red y el control de red de máquinas herramienta con otros sistemas de control externos u computadoras host a través del sistema CNC equipado. Las máquinas herramienta CNC generalmente se orientan primero al sitio de producción y a la LAN interna de la empresa, y luego al exterior de la empresa a través de Internet. Esta es la llamada tecnología de Internet/Intranet. Con la madurez y el desarrollo de la tecnología de redes, la industria ha propuesto recientemente el concepto de fabricación digital. La fabricación digital, también conocida como e-manufacturing, es uno de los símbolos de la modernización de las empresas de fabricación de maquinaria y es también el método de suministro estándar para los fabricantes internacionales de máquinas herramienta avanzadas en la actualidad. Con la adopción generalizada de la tecnología de la información, cada vez más usuarios domésticos requieren servicios de comunicación remota y otras funciones al importar máquinas herramienta CNC. Debido al uso generalizado de CAD/CAM, las empresas de fabricación de maquinaria utilizan cada vez más equipos de procesamiento CNC. El software de aplicación CNC es cada vez más rico y "humanizado". El personal técnico y de ingeniería busca cada vez más tecnologías de alta gama, como el diseño virtual y la fabricación virtual. Reemplazar hardware complejo con inteligencia de software se está convirtiendo en una tendencia importante en el desarrollo de máquinas herramienta contemporáneas. Bajo el objetivo de la fabricación digital, a través de la reingeniería de procesos y la transformación de la información, han pasado a primer plano una serie de software de gestión empresarial avanzado, como el ERP, creando mayores beneficios económicos para las empresas.
8 Flexibilidad
La tendencia de las máquinas herramienta CNC hacia sistemas de automatización flexibles es: desde el punto (máquina CNC independiente, centro de mecanizado y máquina herramienta de procesamiento compuesto CNC) hasta la línea ( FMC, FMS, FTL, FML) se está desarrollando en la dirección de cara (isla de fabricación independiente de taller de sección, FA) y entidad (CIMS, sistema de fabricación integrado de red distribuida) y, por otro lado, se está desarrollando en la dirección de centrándose 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; se centra en fortalecer el desarrollo y la mejora de la tecnología unitaria y el desarrollo de máquinas independientes CNC en la dirección de alta precisión y alta; velocidad y alta flexibilidad máquinas herramienta CNC y sus El sistema de fabricación flexible se puede conectar fácilmente con CAD, CAM, CAPP y MTS, y se desarrolla en la dirección de la integración de la información; inteligencia.
9 Ecologización
En el siglo XXI, las máquinas herramienta para cortar metales deben poner la protección del medio ambiente y el ahorro de energía en una posición importante, es decir, deben lograr la ecologización del proceso de corte. En la actualidad, esta tecnología de procesamiento ecológico se centra principalmente en no utilizar fluido de corte. Esto se debe principalmente a que el fluido de corte no solo contamina el medio ambiente y daña la salud de los trabajadores, sino que también aumenta el consumo de recursos y energía. El corte en seco generalmente se realiza en una atmósfera atmosférica, pero también incluye el corte realizado en una atmósfera de gas especial (en nitrógeno, aire frío o usando tecnología de enfriamiento electrostático seco) sin usar fluido de corte. Sin embargo, para ciertos métodos de mecanizado y combinaciones de piezas de trabajo, el corte en seco sin utilizar fluido de corte es actualmente difícil de aplicar en la práctica, por lo que ha surgido el corte casi en seco utilizando una cantidad mínima de lubricación (MQL). Actualmente, el corte en seco y cuasi seco se utiliza en entre 10 y 15 de las operaciones de mecanizado de gran volumen en Europa. Para máquinas herramienta, como centros de mecanizado para diversos métodos de procesamiento/combinaciones de piezas de trabajo, se utiliza principalmente el corte casi en seco, lo que generalmente permite rociar una cantidad muy pequeña de mezcla de aceite de corte y aire comprimido a través del husillo de la máquina herramienta y el canal hueco en el herramienta de corte. Entre los diversos tipos de máquinas herramienta para corte de metales, las máquinas talladoras de engranajes son las más utilizadas para el corte en seco.
En resumen, el avance y desarrollo de la tecnología de máquinas herramienta CNC ha proporcionado buenas condiciones para el desarrollo de la industria manufacturera moderna, promoviendo el desarrollo de la industria manufacturera en la dirección de alta eficiencia, alta calidad y humanización. Es previsible que con el desarrollo de la tecnología de máquinas herramienta CNC y la aplicación generalizada de las máquinas herramienta CNC, la industria manufacturera marque el comienzo de una profunda revolución que revolucionará el modelo de fabricación tradicional.