Selección del sistema CNC
El sistema de configuración y selección de funciones del sistema CNC
El sistema de configuración y selección de funciones del sistema CNC es una parte importante de la máquina herramienta CNC. ¿Qué tipo de sistema CNC debe? ¿Qué funciones deben configurarse y qué funciones del CNC deben seleccionarse? Estos son temas que preocupan a los fabricantes de máquinas herramienta y a los usuarios finales. Configuración del sistema CNC, selección de la unidad de servocontrol, método de control de posición del sistema CNC, sistema de control de bucle abierto: utilizando motores paso a paso como componentes impulsores, sin dispositivos de retroalimentación de posición y velocidad, por lo que el control es simple y de bajo precio, pero su capacidad de carga es pequeño, la precisión del control de posición es deficiente y la velocidad de avance es baja. Se utiliza principalmente en dispositivos CNC económicos;
Sistemas de control de posición de circuito semicerrado y de circuito cerrado: utilice servomotores de CC o CA como. Los componentes de accionamiento, que pueden incorporarse al motor, el codificador de pulso interno y el transformador giratorio, se utilizan como dispositivos de detección de posición/velocidad para formar un sistema de control de posición de circuito semicerrado. Un sincronizador de rejilla o de inducción instalado directamente en el banco de trabajo. También se puede utilizar como dispositivo de detección de posición para formar un sistema de control de posición de circuito completamente cerrado de alta precisión.
Debido a la existencia de un error de paso, el cambio en el ángulo de rotación del tornillo retroalimentado por el detector de posición del sistema de circuito semicerrado no puede reflejar con precisión la posición del movimiento lineal del eje de alimentación. Sin embargo, después de que el sistema de control numérico compensa el error de paso, también pueden lograr una precisión de control de posición bastante alta. En comparación con los sistemas de circuito completamente cerrado,
sus precios son más bajos, el dispositivo de retroalimentación de posición instalado dentro del motor tiene un buen sellado, el trabajo es más estable y confiable y casi no requiere mantenimiento, por lo que son Ampliamente utilizado en varios tipos de máquinas herramienta CNC.
El control del servomotor de CC es relativamente simple y el precio es bajo. Su principal desventaja es que el motor tiene un dispositivo de conmutación mecánico en su interior, las escobillas de carbón son fáciles de usar y la carga de trabajo de mantenimiento es pesada. . Es fácil que se produzcan chispas durante el funcionamiento, lo que dificulta aumentar la velocidad y la potencia del motor.
Los servomotores de CA tienen una estructura sin escobillas, casi no requieren mantenimiento, son de tamaño relativamente pequeño y permiten aumentar la velocidad y la potencia. Ahora han reemplazado a los servomotores de CC en una amplia gama de aplicaciones.
Tipos de unidades de servocontrol
Las unidades de servocontrol independientes se caracterizan por el hecho de que el sistema CNC y la unidad de servocontrol son relativamente independientes, es decir, se pueden utilizar con una variedad de sistemas CNC,
Las instrucciones dadas por el sistema NC son voltajes de CC (como 0-10 V) relacionados con la velocidad de movimiento del eje, y lo que devuelve la máquina herramienta es el movimiento del eje. detección de posición que coincide con la señal del sistema NC (como codificador, sincronizador de inducción, etc. señal de salida). La configuración y el ajuste de los datos del servo se realizan en el lado de la unidad de servocontrol (ajustado con un potenciómetro o entrada a través de medios digitales).
La característica de la unidad de servocontrol del tipo de transmisión de datos en serie es que la transmisión de datos entre el sistema NC y la unidad de servocontrol es bidireccional. Los datos de comando, datos de servo y señales de alarma relacionados con el movimiento del eje se transmiten a través de las líneas de señal de reloj correspondientes, números de señal estroboscópica, líneas de envío de datos, líneas de recepción de datos y líneas de señal de alarma. La información devuelta por el codificador de posición al dispositivo NC incluye la posición real y el estado del eje de movimiento.
La unidad de servocontrol del tipo de transmisión de datos en red se caracteriza por el hecho de que las unidades de control de ejes están densamente instaladas juntas y alimentadas por una unidad de fuente de alimentación de CC común. El dispositivo NC se conecta en serie a través de los puntos de conexión SR y ST del módulo de procesamiento de datos de red en la placa FCP y los puntos SR y ST del módulo de procesamiento de datos de red de cada unidad de control de eje (subestación) para formar un bucle de servocontrol. . El codificador de posición de cada eje está conectado a la unidad de control del eje a través de dos líneas de comunicación de alta velocidad. La información de retroalimentación incluye la posición del eje de movimiento y la información de estado relacionada.
Los parámetros de servo de las unidades de servo control de tipo de transmisión de datos en serie y de tipo de transmisión de datos de red se configuran digitalmente en el dispositivo NC y se cargan en la unidad de servo control durante la inicialización del encendido. conveniente.
La unidad de servocontrol del tipo de transmisión de datos en red (como el sistema Okuma OSP-U10/U100) tiene capacidades de ajuste en tiempo real con la cooperación del software de control correspondiente, por ejemplo, en la aceleración de posicionamiento Hi-G y. Función de desaceleración. La función correspondiente se puede obtener en función de las características de velocidad y par del motor, y luego la aceleración y desaceleración durante el posicionamiento a alta velocidad se pueden controlar mediante su función, suprimiendo así la vibración que puede ser causada durante el posicionamiento a alta velocidad. posicionamiento. El aumento de la velocidad de posicionamiento puede acortar el tiempo sin corte y mejorar la eficiencia del procesamiento. Otro ejemplo es la función de control de velocidad de alimentación del tipo Hi-Cut. Después de leer el programa de procesamiento de la pieza, el sistema puede identificar automáticamente la forma de la pieza (arco, borde, etc.) que las instrucciones del CNC deben procesar.
Ajuste y optimice automáticamente la velocidad de procesamiento para lograr un procesamiento de alta velocidad y alta precisión.
Después de la aparición de servosistemas de CA totalmente digitales que utilizan microprocesadores de alta velocidad y procesadores de señales digitales (DSP) dedicados, el servocontrol por hardware ha cambiado al servocontrol por software, y se han desarrollado algunos algoritmos avanzados de la teoría de control moderna. implementado y luego mejorar enormemente el rendimiento de control del servosistema.
Las unidades de servocontrol son componentes del sistema CNC que están directamente relacionados con la maquinaria. Su rendimiento está estrechamente relacionado con la velocidad de corte y la precisión de posición de la máquina herramienta, y su precio también representa una gran parte. del sistema CNC. En términos relativos, la tasa de fallas de los servocomponentes también es alta y representa más del 70% de las fallas eléctricas, por lo que es muy importante seleccionar una unidad de servocontrol.
Además de la confiabilidad de la unidad de servocontrol, las fallas de los servos también están estrechamente relacionadas con el entorno de uso, las condiciones mecánicas y las condiciones de corte de la máquina herramienta. Por ejemplo, si la temperatura ambiente es demasiado alta, el dispositivo puede sobrecalentarse y dañarse, si la protección no es estricta, puede entrar agua al motor, provocando un cortocircuito si el riel guía y el tornillo no están bien lubricados; La carga de corte es demasiado pesada, el motor puede sobrecorriente. Un mecanismo de transmisión mecánica atascado causará daños a los dispositivos de potencia. Aunque la unidad de servocontrol en sí tiene ciertas capacidades de protección contra sobrecargas, cuando la falla es grave o ocurre varias veces, el dispositivo aún se dañará. Algunos sistemas CNC tienen una función de visualización de carga en tiempo real para el husillo y el eje de alimentación (por ejemplo, la página "Posición actual" del sistema Okuma OSP no solo puede mostrar los datos de posición en tiempo real del movimiento del eje, sino también mostrar el porcentaje de carga en tiempo real de cada eje al mismo tiempo. Con esta información, se pueden tomar medidas para evitar accidentes.
Selección del servomotor de alimentación
La salida. El par es un indicador de la capacidad de carga del motor de alimentación. Como se puede ver en la Figura 2, en funcionamiento continuo, el par de salida disminuye a medida que aumenta la velocidad de rotación. Valor de reducción Al configurar el motor para el eje de alimentación, se debe alcanzar el par de salida a la velocidad de corte más alta. No hay corte durante la alimentación y la carga es pequeña, pero también se debe considerar el par de arranque a la velocidad de alimentación rápida más alta. La caída excesiva del par de salida a alta velocidad también afectará las características de control del servo del husillo.
Selección del motor
La potencia de salida es un indicador de la capacidad de carga del motor del husillo. Se puede ver en la Figura 3 que la potencia nominal del motor del husillo se refiere a la potencia de salida cuando se opera en la zona de potencia constante (velocidad N1 a N2), que es menor que la potencia nominal del motor del husillo. se alcanza a la velocidad básica N1, cuanto menor es la velocidad, menor es la potencia de salida. Para satisfacer los requisitos de potencia del husillo a baja velocidad, generalmente se utiliza una caja de cambios para hacer que la velocidad del motor a baja velocidad del husillo sea superior. la velocidad básica N1 En las máquinas herramienta CNC donde el husillo está conectado directamente al servomotor, la estructura mecánica es más compleja y el costo aumentará en consecuencia. Hay dos formas de satisfacer los requisitos de potencia del husillo a bajas velocidades. Es elegir una velocidad básica más baja o una potencia nominal más alta. El motor de husillo de primera velocidad, y el segundo utiliza un servomotor de husillo de conmutación de bobinado especial (como el motor de husillo YMF de Okuma, Japón). Los devanados de este motor están conectados en forma de estrella cuando funciona a baja velocidad y cuando funciona a alta velocidad, conectados en forma de triángulo, mejorando así las características de potencia a baja velocidad del motor del husillo y reduciendo el costo de los componentes mecánicos del husillo.
Cabe señalar aquí que, aunque el mecanizado de alta velocidad es una forma eficaz de mejorar la eficiencia de producción de las máquinas herramienta CNC, el corte de alta velocidad y alta precisión planteará mayores requisitos para los servoaccionamientos y las computadoras. componentes, lo que inevitablemente aumentará el número de máquinas CNC y el costo del sistema, y otra área de aplicación importante del mecanizado de alta velocidad es el procesamiento de piezas de metal ligero y de paredes delgadas, por lo tanto, la velocidad del husillo y. El motor de alimentación debe seleccionarse de acuerdo con las necesidades reales de la máquina herramienta.
Selección de dispositivos de detección de posición
El origen mecánico es el punto de referencia de todos los sistemas de coordenadas de las máquinas herramienta CNC. La estabilidad del origen mecánico es un indicador técnico extremadamente importante para la máquina CNC. herramientas y también estabiliza la precisión del mecanizado. Hay dos formas de establecer el origen mecánico:
En las máquinas herramienta CNC que utilizan codificadores de posición relativa, sincronizadores de inducción o rejillas como dispositivos de retroalimentación de posición, el sistema CNC devolverá la retroalimentación. de cada eje de alimentación. La primera señal de marca cero generada por el dispositivo de realimentación de posición después del interruptor (o marca) de desaceleración cero se utiliza como punto de referencia. Este tipo de máquina herramienta debe rehacer la operación de retorno a cero de cada eje de alimentación después de cada corte de energía o parada de emergencia. De lo contrario, la posición real puede desviarse y la posición relativa del interruptor de desaceleración de retorno a cero y su bloque de impacto puede no ajustarse correctamente. Provoca la inestabilidad de la posición de origen mecánica
, lo cual debe tomarse en serio;
En las máquinas herramienta CNC que utilizan codificadores de posición absoluta como dispositivos de retroalimentación de posición, el codificador de posición absoluta puede automáticamente. Memoriza la posición de cada punto en la carrera completa de cada eje de alimentación sin necesidad de un interruptor de retorno a cero. Después de cada corte de energía o parada de emergencia, no es necesario restablecer el punto de referencia. La posición del punto de referencia no cambia permanentemente después de configurarse y se memoriza mediante la memoria especialmente utilizada para codificadores de posición absoluta. Es especialmente adecuado para configurar la posición del punto cero de la mesa giratoria para el posicionamiento de la placa del mouse. pero también facilita la operación y el ajuste. Aporta una gran comodidad.
Selección de soluciones de diseño mecánico
Las máquinas herramienta se componen de partes mecánicas y eléctricas A la hora de diseñar la solución global, se debe considerar la implementación de diversas funciones de la máquina herramienta desde ambas partes mecánicas. y aspectos eléctricos de las máquinas herramienta CNC Los requisitos mecánicos y las funciones del sistema CNC son muy complejos, por lo que la comunicación mecánica y eléctrica debería ser más importante para maximizar las fortalezas y evitar las debilidades. A continuación se muestran algunos ejemplos.
Ejemplo 1: Hay dos formas de ajustar la velocidad del husillo: usar un servomotor o un motor de frecuencia variable para lograr una regulación automática de velocidad continua, usar un motor asíncrono trifásico ordinario para conducir, cambio de paso de engranaje mecánico; y cambio de marchas manual.
Las máquinas herramienta de los centros de mecanizado utilizan una variedad de herramientas de corte para realizar procesos de corte continuo de diferentes tipos (fresado, taladrado, taladrado y roscado, etc.), por lo que la velocidad del husillo cambia con frecuencia y debe estar determinada por el S del programa de procesamiento Las instrucciones se realizan automáticamente y el husillo debe orientarse durante el cambio automático de herramienta, por lo que se debe utilizar el método de regulación automática de velocidad continua con función de orientación.
Para las fresadoras CNC comunes que no requieren altas velocidades de husillo, el reemplazo de herramientas se realiza manualmente y, durante el proceso de procesamiento, hay pocas oportunidades para seleccionar diferentes velocidades para la misma herramienta mientras se cambia manualmente. El cambio de herramientas tiene poco impacto en la eficiencia de la producción, por lo que a menudo se utiliza el método de control de cambio de velocidad de paso de engranaje mecánico y cambio de engranaje manual. En comparación con la solución de utilizar servomotores para la regulación continua de la velocidad, puede reducir significativamente los costos de producción, ahorrar energía y simplificar el mantenimiento. Es una opción muy práctica.
Ejemplo 2: cuando se utiliza un centro de mecanizado horizontal para procesar piezas en múltiples lados, a menudo es necesario cambiar los accesorios e instalar abrazaderas varias veces, lo que consume un valioso tiempo de funcionamiento de la máquina herramienta. Se selecciona el cambiador automático de paletas (APC) de la estación. El centro de mecanizado horizontal del dispositivo puede ahorrar mucho tiempo a la máquina para la instalación de piezas, mejorando así la eficiencia de producción de la máquina herramienta. Además, el control de esta función lo completa el PLC. programa de control, además de utilizar varios puntos de control de entrada/salida más, el coste del sistema CNC no aumenta mucho y es una opción con una alta relación función/precio.
Ejemplo 3 El tiempo de cambio de herramienta de la máquina herramienta del centro de mecanizado tiene un gran impacto en la eficiencia de producción, y la velocidad de cambio de herramienta tiene una gran relación con la estructura mecánica. Por ejemplo, el tiempo de cambio de herramienta de un manipulador controlado por un cilindro de aceite es generalmente de más de 10 segundos. Un manipulador que puede completar la acción de cambio de herramienta en 2 a 3 segundos generalmente es impulsado por un servomotor y está equipado con una leva y un. Mecanismo de liberación de herramientas del cilindro de aceite interno y externo.
Una velocidad de cambio de herramienta que no sea comparable a la del mecanismo puede aumentar la tasa de fallas. Seleccionar una ruta de corte razonable, utilizar herramientas de alta calidad y optimizar las condiciones de corte también son medios importantes para mejorar la eficiencia de la producción y deben considerarse de manera integral.
Selección de funciones CNC
Además de las funciones básicas, los sistemas CNC también proporcionan a los usuarios una variedad de funciones opcionales. Las funciones básicas de los sistemas CNC de varias marcas conocidas no lo son. muy diferente, por lo que seleccionar razonablemente funciones opcionales que sean adecuadas para máquinas herramienta y renunciar a funciones opcionales o poco prácticas será de gran beneficio para mejorar la relación función/precio del producto. Aquí hay algunos ejemplos como referencia.
Función de visualización de animación/trayectoria
Esta función se utiliza para simular el proceso de procesamiento de la pieza y mostrar la ruta de corte de la herramienta real en la pieza en bruto. Dos planos diferentes en el sistema de coordenadas cartesianas. Se puede seleccionar al mismo tiempo o se puede seleccionar una visualización tridimensional con diferentes ángulos de visión. Puede proporcionar una visualización en tiempo real durante el procesamiento y también puede realizar una descripción rápida del proceso de procesamiento en el modo de bloqueo mecánico. Esta es una herramienta eficaz para comprobar los programas de procesamiento de piezas, mejorar la eficiencia de la programación y el seguimiento en tiempo real.
Unidad de disquete
A través de esta herramienta de transferencia de datos, los programas de procesamiento depurados en el sistema se pueden almacenar en el disquete y archivarse, y los programas de procesamiento generados por otras computadoras también pueden guardarse a través de él en el sistema NC, lo que reduce el tiempo de la máquina ocupado al ingresar programas de mecanizado. También se puede utilizar para realizar copias de seguridad o almacenar varios datos de la máquina herramienta, lo que brinda una gran comodidad a los programadores y operadores.
Función de comunicación DNC-B
Como todos sabemos, es muy difícil preparar programas de procesamiento de piezas compuestos por curvas o superficies no circulares, el método habitual es subdividirlas con. con la ayuda de una computadora de uso general. El programa de procesamiento está escrito para pequeños segmentos rectos tridimensionales, por lo que la capacidad del programa es enorme. En el procesamiento de moldes, a menudo se encuentra este tipo de programa de procesamiento con una longitud de varios cientos de K bytes (4 K bytes equivalen aproximadamente a la longitud de 10 metros de cinta de papel), y la capacidad básica de almacenamiento de programas proporcionada por el sistema CNC general es 64 a 128 K bytes. Esto trae grandes dificultades al procesamiento del molde.
La función de comunicación DNC-B tiene dos modos de trabajo. Uno es realizar una transmisión de programa bidireccional entre la computadora personal y el área de almacenamiento del programa de procesamiento del sistema CNC. el programa de procesamiento de la computadora personal a un segmento se transfiere a la memoria intermedia de ejecución del sistema CNC segmento por segmento, y se transfiere durante el procesamiento hasta el final del procesamiento. Esto resuelve completamente el problema del procesamiento de partes de programas de gran volumen. Aunque existe un cierto coste adicional por utilizar esta función, efectivamente es una opción con una alta relación función/precio.
Por supuesto, optar por ampliar la capacidad de la memoria también es un método eficaz para resolver el problema del procesamiento de moldes de superficies curvas. Por ejemplo, la capacidad máxima de memoria intermedia en ejecución del sistema Okuma OSP es de 512 Kbytes. La capacidad de la memoria del programa se puede ampliar a 4096 Kbytes, lo que puede satisfacer las necesidades de la mayoría de procesamiento de moldes. En comparación con el método DNC-B, su ventaja es que elimina la necesidad de una computadora personal, lo que hace que la operación sea más confiable y más fácil. Operar más conveniente.
Funciones para simplificar la programación
Para mejorar la eficiencia de la programación, acortar la duración de los programas de mecanizado y liberar el potencial de la memoria del programa, el sistema CNC proporciona algunos métodos para simplificar la programación.
Ciclo fijo
Compile procedimientos de procesamiento comunes (como taladrado, taladrado, roscado, procesamiento de cavidades y periféricos, etc.) en programas paramétricos de ciclo fijo. Al programar, el usuario completa el. datos correspondientes (como superficie base, profundidad del orificio, cantidad de cada corte, velocidad del husillo y velocidad de avance, etc.) para completar el proceso de procesamiento predeterminado, y se pueden reutilizar varias veces.
Función de cálculo de coordenadas
Utilice la capacidad de cálculo en tiempo real del sistema CNC para programar varios procedimientos de procesamiento de orificios distribuidos regularmente (como líneas oblicuas, círculos, cuadrículas, etc.) en parámetros Es un programa de ciclo fijo Al programar, el usuario completa los datos correspondientes (como ángulo, radio, número de agujeros, número de filas y columnas, etc.) para completar el proceso de procesamiento predeterminado.
Función de subrutina
Los usuarios pueden compilar el mismo proceso de mecanizado utilizado en varias piezas en subrutinas y llamarlas en las piezas correspondientes, acortando así la duración del programa de mecanizado.
Programa de macros de usuario
Los usuarios pueden utilizar varios operadores aritméticos, lógicos y funcionales y varias declaraciones de rama proporcionadas por el sistema para formar expresiones matemáticas que describen la forma de las piezas mecanizadas durante la ejecución de. El sistema CNC realiza cálculos y genera resultados. Puede procesar curvas y superficies especiales con un programa muy corto.
Función de roscado rígido
La función de roscado rígido debe utilizar un servomotor para accionar el husillo, lo que no solo requiere agregar un sensor de posición al husillo, sino que también afecta la holgura y la inercia. del mecanismo de transmisión del husillo. Los requisitos son estrictos, por lo que no se puede ignorar el costo de esta característica. Para los usuarios, si no hay requisitos especiales (como alta velocidad, alta precisión, materiales especiales o procesamiento de orificios de gran diámetro, etc.), se puede utilizar un mandril telescópico elástico para realizar roscados flexibles en un husillo general para cumplir con los requisitos de procesamiento. No es necesario elegir una función de roscado rígida.
Función de gestión de la vida útil de la herramienta
El uso de la función de gestión de la vida útil de la herramienta en un centro de mecanizado debe tener en cuenta el tamaño del lote de piezas procesadas, la consistencia de la calidad de la herramienta y la pieza en bruto, y la capacidad. del almacén de herramientas, etc. De lo contrario, no solo causará muchos errores humanos y afectará la producción normal, sino que también las posiciones de herramientas ocupadas por las herramientas de repuesto reducirán en gran medida la capacidad efectiva del almacén de herramientas, haciendo que algunas piezas complejas no puedan ser procesados debido a posiciones insuficientes de la herramienta.
Función automática de medición de radio/longitud de herramienta y pieza de trabajo
La trayectoria de movimiento de la herramienta en el programa de mecanizado generalmente se escribe de acuerdo con el centro y la punta de la herramienta, por lo que el radio de herramienta correspondiente debe ser introducido antes de ejecutar el programa y la longitud, lo cual es especialmente importante para los centros de mecanizado.
El radio y la longitud de la herramienta se pueden medir manualmente con herramientas de medición comunes o con un instrumento de medición de herramientas especializado. El operador puede utilizar la diferencia de posición de cada punta de la herramienta en la dirección del eje Z en relación con la misma "superficie de ajuste de la herramienta" en la máquina herramienta como un valor de compensación de longitud para compensación, utilizando la función "medición semiautomática de la longitud de la herramienta" proporcionada. por el propio sistema CNC. Introduzca el valor de compensación de longitud relativo a la "Herramienta Estándar".
Las funciones automáticas de medición de radio/longitud de herramienta y pieza de trabajo requieren sensores de contacto, sondas láser y receptores de señal dedicados. A la hora de seleccionar esta función se deben tener claros los siguientes puntos:
El sensor de contacto y el receptor de señal están instalados en la zona de trabajo de la máquina herramienta. Su protección es muy importante. El volumen de corte es grande y no es adecuado. para instalarlo en máquinas herramienta que utilizan limpieza por pulverización
La realización de las mediciones anteriores requiere tiempo de procesamiento de la máquina herramienta, lo que puede afectar la eficiencia de la máquina herramienta
El propósito general de la máquina; La función de medición de la pieza de trabajo es medir el centro del orificio de referencia en la pieza en bruto como origen de programación u otro. La posición del punto de referencia reemplaza la "configuración de herramienta" manual y su precisión no será mayor que la precisión de posicionamiento de la máquina herramienta. sí mismo.