La historia de las máquinas herramienta CNC

Historia del desarrollo de las máquinas herramienta CNC

Resumen

"La ciencia y la tecnología son las principales fuerzas productivas" se ha convertido en la verdad suprema en el desarrollo de la sociedad actual. Quien pueda dominar la vanguardia y quien tenga la ciencia y la tecnología más avanzadas puede tomar la iniciativa en el desarrollo y lograr grandes avances y logros.

La tecnología de fabricación avanzada con tecnología CNC como núcleo es uno de los símbolos importantes que refleja la fortaleza nacional integral de un país.

Este artículo presenta principalmente la definición, la etapa de desarrollo y la historia de las máquinas herramienta CNC, las potencias de las máquinas herramienta en el mundo y el desarrollo de las máquinas herramienta en mi país. También describe brevemente la dirección de desarrollo futuro de las máquinas herramienta CNC. , explicando el papel de las máquinas herramienta CNC en la importancia del desarrollo de la sociedad actual.

A través de la búsqueda de información relevante, he profundizado mi conocimiento de la profesión mecánica, especialmente de las máquinas herramienta CNC, y al mismo tiempo he aclarado la tendencia de desarrollo de la mecatrónica en la sociedad actual y el dirección futura de futuros estudios.

Palabras clave Historia del desarrollo Potencia de la máquina herramienta Tendencia de desarrollo

1. Descripción del sustantivo

CNC, es decir, control numérico (Control numérico, abreviado como NC).

La tecnología de control numérico, o tecnología NC, se refiere a la tecnología que utiliza información digital (cantidades y caracteres digitales) para emitir instrucciones y realizar un control automático.

Es una tecnología de control automático desarrollada en los tiempos modernos.

En la actualidad, la tecnología CNC se ha convertido en el soporte básico de la tecnología de fabricación moderna. La tecnología CNC y los equipos CNC son una base importante para la modernización de la industria manufacturera.

La solidez de esta base afecta directamente el desarrollo económico y la fortaleza nacional integral de un país, y está relacionado con la posición estratégica de un país.

Por lo tanto, todos los países industrializados del mundo han tomado medidas importantes para desarrollar su propia tecnología e industria CNC.

Las máquinas herramienta CNC (máquinas herramienta de control numérico) se refieren a un tipo de máquinas herramienta que utilizan tecnología de control digital para controlar automáticamente el proceso de procesamiento de la máquina herramienta.

El Quinto Comité Técnico de la Unión Internacional de Procesamiento de Información define las máquinas herramienta CNC como: "Una máquina herramienta CNC es una máquina herramienta equipada con un sistema de control de programas que puede procesar lógicamente instrucciones utilizando códigos u otros códigos". Integra tecnología de fabricación de maquinaria moderna, tecnología de control automático y tecnología de la información informática, y utiliza dispositivos CNC o computadoras para reemplazar parcial o completamente diversas acciones de máquinas herramienta de uso general al procesar piezas (como arranque, procesamiento Control manual de secuencia, cambio de corte cantidad, cambio de velocidad del husillo, selección de herramientas, arranque y parada de refrigerante, etc.) es un equipo CNC con alta eficiencia, alta precisión, alta flexibilidad y alta automatización que integra luz, máquina y electricidad.

2. Etapa de desarrollo del sistema de control numérico

La primera computadora electrónica del mundo nació en 1946, lo que demuestra que el ser humano ha creado herramientas que pueden potenciar y reemplazar parcialmente el trabajo mental.

En comparación con aquellas herramientas creadas por los humanos en las sociedades agrícolas e industriales que solo mejoran el trabajo físico, ha dado un salto cualitativo y ha sentado las bases para que los humanos entren en la sociedad de la información.

Seis años después, en 1952, la tecnología informática se aplicó a las máquinas herramienta y nació la primera máquina herramienta CNC en Estados Unidos.

Desde entonces, las máquinas herramienta tradicionales han experimentado cambios cualitativos.

En el último medio siglo, los sistemas CNC han experimentado dos etapas y seis generaciones de desarrollo.

1. Etapa de control numérico (NC) (1952-1970)

La velocidad de computación de las primeras computadoras era baja y tuvo poco impacto en la computación científica y el procesamiento de datos en ese momento, pero no pudo adaptar los requisitos para el control en tiempo real de las máquinas herramienta.

La gente tiene que utilizar circuitos lógicos digitales para "construir" una computadora específica de máquina herramienta como un sistema CNC, lo que se llama HARD-WIRED NC, o CNC para abreviar.

Con el desarrollo de componentes, esta etapa ha pasado por tres generaciones, a saber, la primera generación en 1952 - tubo de electrones; la segunda generación en 1959 - transistor; la tercera generación en 1965 - circuitos integrados a pequeña escala.

2. Etapa de Control Numérico por Computador (CNC) (1970-presente)

En 1970 habían aparecido los miniordenadores de uso general, que se producían por lotes.

Así que fue trasplantado como el componente central del sistema CNC y entró en la etapa de control numérico por computadora (CNC) (se omitió la palabra "universal" delante de la computadora).

En 1971, la empresa estadounidense INTEL fue la primera en el mundo en integrar los dos componentes centrales de una computadora (la unidad aritmética y el controlador) en un solo chip utilizando tecnología de circuito integrado a gran escala. es un microprocesador (MICROPROCESADOR), también conocido como unidad central de procesamiento (CPU para abreviar).

En 1974, los microprocesadores se utilizaban en sistemas de control numérico.

Esto se debe a que las computadoras pequeñas son demasiado poderosas y tienen una capacidad limitada para controlar una máquina herramienta (por lo que en ese momento se usaban para controlar varias máquinas herramienta, lo que se llamaba control de grupo. No es tan económico). y razonable utilizar un microprocesador.

Además, la fiabilidad de los miniordenadores de aquella época no era la ideal.

Aunque la velocidad y funcionalidad de los primeros microprocesadores no eran lo suficientemente altas, podían solucionarse mediante una arquitectura multiprocesador.

Debido a que el microprocesador es el componente central de una computadora de propósito general, todavía se le llama control numérico por computadora.

En 1990, el rendimiento de las PC (computadoras personales, comúnmente conocidas como microcomputadoras en China) se había desarrollado a un nivel muy alto y podía cumplir con los requisitos como componente central de los sistemas CNC.

Desde entonces, el sistema CNC ha entrado en la etapa basada en PC.

En definitiva, la etapa del control numérico por ordenador también ha pasado por tres generaciones.

Es decir, la cuarta generación en 1970 - computadora pequeña; la quinta generación en 1974 - microprocesador y la sexta generación en 1990 - basada en PC (llamada PC-BASED en el extranjero).

También cabe señalar que aunque a los países extranjeros se les ha llamado durante mucho tiempo control numérico por computadora (es decir, CNC), nuestro país todavía está acostumbrado a llamarlo control numérico (NC).

Así que el "CNC" del que hablamos todos los días en realidad se refiere al "control numérico por computadora".

3. Historia del desarrollo de las máquinas herramienta CNC

A mediados del siglo XX, con el desarrollo de la tecnología electrónica, la aparición del procesamiento automático de información, el procesamiento de datos y las computadoras electrónicas trajeron nuevas Innovaciones en la tecnología de automatización. El concepto de utilizar señales digitales para controlar el movimiento de las máquinas herramienta y sus procesos de procesamiento ha promovido el desarrollo de la automatización de las máquinas herramienta.

El uso de tecnología digital para el mecanizado fue implementado por primera vez a principios de la década de 1940 por Parsons Corporation, un pequeño contratista de la industria aeronáutica en North Mytkin, EE. UU.

Cuando estaban fabricando la estructura del avión y las alas giratorias del helicóptero, utilizaron una computadora totalmente digital para procesar datos sobre la ruta de procesamiento del ala y tuvieron en cuenta el impacto del diámetro de la herramienta en la ruta de procesamiento, haciendo que el procesamiento La precisión alcanzó ±0,0381 mm (±0,0015 pulgadas), alcanzando el nivel más alto en ese momento.

En 1952, el MIT instaló un sistema CNC experimental en una fresadora vertical y controló con éxito el movimiento de tres ejes simultáneamente.

Esta máquina herramienta CNC es denominada la primera máquina herramienta CNC del mundo.

Esta máquina herramienta era una máquina herramienta experimental. En noviembre de 1954, basándose en la patente de Parsons, se produjo oficialmente la primera máquina herramienta CNC industrial fabricada por la American Bendix Company (Bendix-Cooperation).

Después de eso, a partir de 1960, algunos otros países industriales, como Alemania y Japón, desarrollaron, produjeron y utilizaron sucesivamente máquinas herramienta CNC.

Entre las máquinas herramienta CNC, aparecieron y se utilizaron por primera vez las fresadoras CNC, porque las máquinas herramienta CNC pueden resolver piezas de superficie curva o curva que requieren procesamiento de contornos que son difíciles de manejar para las máquinas herramienta comunes.

Sin embargo, debido a que el sistema CNC en ese momento usaba tubos electrónicos, que eran voluminosos y tenían un alto consumo de energía, no se usaron ampliamente en otras industrias, excepto en el sector militar.

Después de 1960, las máquinas herramienta CNC de control de puntos se desarrollaron rápidamente.

Porque el sistema CNC de control de puntos es mucho más sencillo que el sistema CNC de control de contorno.

Por lo tanto, las fresadoras CNC, punzonadoras y mandrinadoras por coordenadas se han desarrollado en grandes cantidades. Según las estadísticas, de las aproximadamente 6.000 máquinas herramienta CNC realmente utilizadas en 1966, 85 eran máquinas herramienta controladas por puntos. .

En el desarrollo de máquinas herramienta CNC cabe destacar el centro de mecanizado.

Se trata de una máquina herramienta CNC con un cambiador automático de herramientas, que puede procesar la pieza de trabajo en múltiples procesos a la vez.

Este producto fue desarrollado originalmente por Keaney & Trecker Corp. en Estados Unidos en marzo de 1959.

Este tipo de máquina herramienta está equipada con machos de roscar, taladros, escariadores, fresas y otras herramientas en el almacén de herramientas. Selecciona automáticamente las herramientas de acuerdo con las instrucciones de la cinta perforadora y las instala. el husillo a través del manipulador para procesar la pieza de trabajo.

Puede acortar el tiempo de carga y descarga de piezas en la máquina herramienta y el tiempo de cambio de herramientas.

Los centros de mecanizado se han convertido ahora en un tipo muy importante de máquinas herramienta CNC. No solo hay centros de mecanizado de fresado y mandrinado vertical y horizontal para el procesamiento de piezas de cajas, sino también centros de torneado y centros de rectificado. , etc.

En 1967, el Reino Unido conectó por primera vez varias máquinas herramienta CNC en un sistema de procesamiento flexible, el llamado Sistema de Fabricación Flexible (FMS). Después, Estados Unidos, Europa, Japón, etc. El desarrollo y la aplicación también se han llevado a cabo uno tras otro.

Después de 1974, con el rápido desarrollo de la tecnología microelectrónica, los microprocesadores se utilizaron directamente en las máquinas herramienta CNC, lo que mejoró las funciones del software del CNC y se convirtieron en máquinas herramienta de control numérico por computadora (denominadas máquinas herramienta CNC). Promovió la popularización, aplicación y desarrollo vigoroso de las máquinas herramienta CNC.

En los años 80 aparece en el mundo una célula de fabricación flexible (FMC) con 1 a 4 centros de mecanizado o centros de torneado como cuerpo principal y dotada de dispositivos automáticos de carga y descarga de piezas y de seguimiento e inspección.

Este tipo de unidad tiene una baja inversión y resultados rápidos. Puede funcionar sola durante mucho tiempo con pocas personas, o puede integrarse en FMS o sistemas de fabricación integrados de nivel superior.

En la actualidad, FMS también se ha expandido desde el procesamiento de corte hasta el trabajo en frío de placas, la soldadura, el ensamblaje y otros campos, y ha evolucionado desde el procesamiento de lotes pequeños y medianos hasta el procesamiento de lotes grandes.

Por lo tanto, la tecnología CNC de máquina herramienta se considera la tecnología básica de la automatización mecánica moderna.

4. Los países poderosos del mundo y el estado de desarrollo de las máquinas herramienta CNC en mi país

Estados Unidos, Alemania y Japón son los países tecnológicamente más avanzados del mundo en términos de investigación científica, diseño, fabricación y uso de máquinas herramienta CNC. El país con mayor experiencia.

Debido a las diferentes condiciones sociales, cada uno tiene sus propias características.

Estados Unidos: el desarrollo de máquinas herramienta se basa principalmente en la investigación científica básica.

La característica de Estados Unidos es que *** concede gran importancia a la industria de máquinas herramienta. El Departamento de Defensa y otros departamentos continúan proponiendo máquinas herramienta debido a sus necesidades de desarrollo militar, tareas de investigación científica, proporcionan fondos suficientes y reclutan talentos de todo el mundo, prestan especial atención a la eficiencia y la innovación y se centran en la ciencia básica. investigación.

Como resultado, seguimos innovando en la tecnología de máquinas herramienta, como la primera máquina herramienta CNC del mundo en 1952, el centro de mecanizado en 1958, el FMS a principios de los años 1970 y el primer sistema CNC abierto. en 1987.

Desde que Estados Unidos combinó por primera vez las necesidades de producción de automóviles y rodamientos y desarrolló por completo una gran cantidad de líneas automáticas necesarias para la automatización de la producción en masa, y es el líder mundial en electrónica y tecnología informática, su máquina herramienta CNC diseño, fabricación y CNC de host Con una base de sistema sólida y un énfasis constante en la investigación científica y la innovación, su tecnología de máquina herramienta CNC de alto rendimiento siempre ha sido líder en el mundo.

Hoy en día, Estados Unidos no solo produce máquinas herramienta CNC de alto rendimiento utilizadas en la industria aeroespacial y otras industrias, sino que también produce máquinas herramienta CNC económicas y prácticas para pequeñas y medianas empresas.

Como Haas, Fadal Company, etc.

Las lecciones aprendidas en el desarrollo de máquinas herramienta CNC en los Estados Unidos son que se centra en la investigación científica básica e ignora la tecnología de aplicación. En la década de 1980, *** una vez relajó su orientación, lo que resultó en una lentitud. aumento de la producción de máquinas herramienta CNC En 1982 Fue superado por Japón, que llegó tarde e importó una gran cantidad.

Desde la década de 1990, se han corregido los prejuicios del pasado, las máquinas herramienta CNC se han vuelto técnicamente prácticas y la producción ha aumentado gradualmente.

Alemania: El desarrollo de máquinas herramienta se centra en la practicidad

Alemania*** siempre ha concedido gran importancia a la importante posición estratégica de la industria de las máquinas herramienta, prestando especial atención a la practicidad y la eficacia. Insistir en estar orientado a las personas, pasar de maestro a aprendiz y mejorar constantemente la calidad del personal.

Sobre la base del desarrollo de la automatización de la producción a gran escala, después de desarrollar la primera máquina herramienta CNC en 1956, siempre se ha adherido al espíritu de buscar la verdad a partir de los hechos y ha seguido avanzando de forma constante.

Alemania presta especial atención a los experimentos científicos, combina la teoría con la práctica y presta igual atención a la investigación científica básica y a la investigación tecnológica aplicada.

La empresa coopera estrechamente con el departamento de investigación científica de la universidad para realizar investigaciones en profundidad sobre los productos del usuario, la tecnología de procesamiento, la estructura de diseño de la máquina herramienta y la precisión y características de las máquinas herramienta CNC, y se esfuerza por la excelencia en la calidad.

Las máquinas herramienta CNC alemanas son de buena calidad y rendimiento, avanzadas y prácticas, genuinas y asequibles. Se exportan a todo el mundo, especialmente las máquinas herramienta CNC grandes, pesadas y de precisión.

Alemania concede especial importancia a los avanzados y prácticos hosts y accesorios de máquinas herramienta CNC. Sus herramientas mecánicas, eléctricas, hidráulicas, de gas, ópticas, de corte, sistemas de medición, CNC y diversos componentes funcionales ocupan el primer lugar en el mercado. Vanguardia en términos de calidad y rendimiento.

Por ejemplo, el sistema CNC de Siemens y la rejilla de precisión de Heidenhain son mundialmente famosos y están siendo adoptados por muchos.

Japón: El desarrollo de la máquina herramienta comienza con la imitación y luego la creación

Japón *** concede gran importancia al desarrollo de la industria de la máquina herramienta, a través de la planificación, regulaciones (como la vibración de las máquinas método, método electromecánico, método de información de la máquina), etc.) propuso la dirección de desarrollo de la industria de máquinas herramienta CNC de Japón y proporcionó suficientes fondos de I + D para alentar a las instituciones y empresas de investigación científica a desarrollar vigorosamente máquinas herramienta CNC.

Japón aprende de Alemania en términos de dar importancia a los talentos y combinar componentes de máquinas herramienta, y aprende de Estados Unidos en términos de gestión de calidad y tecnología de máquinas herramienta CNC. dos países, y obtuvo muy buenos resultados, incluso el verde viene del azul y es mejor que el azul.

Japón también es similar a Estados Unidos y Alemania en el desarrollo completo de la automatización de la producción a gran escala y luego en el desarrollo completo de máquinas herramienta CNC para la automatización de la producción flexible de lotes pequeños y medianos.

Desde que se desarrolló la primera máquina herramienta CNC en 1958, su producción (7342 unidades) superó a la de Estados Unidos (5688 unidades) en 1978, y su producción y exportaciones siempre han ocupado el primer lugar en el mundo ( en 2001, su producción fue de 46.604 unidades y sus exportaciones de 27.409 unidades, lo que representa 59).

Imitando estratégicamente primero y creando después, el Sr. Xian produce una gran cantidad de máquinas herramienta CNC de gama media y las exporta en grandes cantidades, ocupando un vasto mercado en el mundo.

En la década de 1980, comenzamos a fortalecer aún más la investigación científica y desarrollarnos hacia máquinas herramienta CNC de alto rendimiento.

En términos de estrategia, primero aprendemos de la gestión de calidad total estadounidense y la convertimos en una actividad consciente para todos los empleados para garantizar la calidad del producto, y luego aceleramos el desarrollo de la tecnología electrónica e informática a la vanguardia del mundo, allanando el camino para el desarrollo de máquinas herramienta CNC mecatrónicas.

En el proceso de desarrollo de máquinas herramienta CNC, Japón presta mucha atención a los puntos clave y destaca el desarrollo de sistemas CNC.

La empresa japonesa FANUC tiene una estrategia correcta, que combina imitación e innovación, y el desarrollo específico de diversos sistemas CNC de gama baja, media y alta que requiere el mercado. Es tecnológicamente líder y ocupa el primer lugar en el mundo. términos de producción.

La empresa cuenta actualmente con 3.674 empleados, más de 600 investigadores científicos y una capacidad de producción mensual de 7.000 equipos. Sus ventas representan el 50% del mercado mundial y aproximadamente el 70% del mercado nacional. Es muy importante acelerar Japón y el desarrollo de máquinas herramienta CNC en el mundo ha desempeñado un papel importante en la promoción.

Estado de desarrollo de mi país

El desarrollo de la tecnología CNC de mi país comenzó en la década de 1950. China desarrolló la primera máquina herramienta CNC en 1958. El proceso de desarrollo se puede dividir a grandes rasgos en dos principales. etapas.

El período de 1958 a 1979 fue la primera etapa, y el período de 1979 a la actualidad es la segunda etapa.

En la primera etapa, hubo una falta de comprensión de las características y condiciones de desarrollo de las máquinas herramienta CNC. En circunstancias de mala calidad del personal, bases débiles y equipos de soporte deficientes, se apresuraron y se apresuraron. nuevamente hubo tres casos. Falló tres veces y finalmente se detuvo debido al bajo rendimiento y la falta de disponibilidad para la producción.

El principal problema es la ceguera y la falta de espíritu científico para buscar la verdad a partir de los hechos.

En la segunda etapa, se introdujo la tecnología del sistema CNC desde Japón, Alemania, Estados Unidos y España, y la tecnología del sistema CNC se introdujo desde Japón, Estados Unidos, Alemania, Italia, Gran Bretaña, Francia, Suiza, Hungría, Austria, Corea del Sur y la provincia de Taiwán** *11 países (regiones) introdujeron tecnología avanzada y cooperación y producción conjunta de máquinas herramienta CNC, lo que resolvió los problemas de confiabilidad y estabilidad de las máquinas herramienta CNC. producido y utilizado, y gradualmente avanzó.

A través de la introducción de la tecnología CNC durante el período del "Sexto Plan Quinquenal" y la organización, digestión y absorción de la "investigación científica y tecnológica" durante el período del "Séptimo Plan Quinquenal", la economía de mi país La tecnología CNC y la industria CNC han logrado resultados considerables.

Especialmente en los últimos años, la industria CNC de mi país se ha desarrollado rápidamente. De 1998 a 2004, las tasas de crecimiento anual promedio de la producción y el consumo de máquinas herramienta CNC nacionales fueron 39,3 y 34,9 respectivamente.

A pesar de esto, el impulso de desarrollo de las máquinas herramienta importadas sigue siendo fuerte. A partir de 2002, China se ha convertido en el mayor consumidor mundial de máquinas herramienta y el mayor importador de máquinas herramienta durante tres años consecutivos. El consumo de máquinas herramienta de China alcanzó los 9,46 mil millones de dólares estadounidenses, la brecha entre las empresas nacionales de fabricación de máquinas herramienta CNC y los países extranjeros en la investigación y el desarrollo de máquinas herramienta CNC de gama media a alta y de gran escala es aún más obvia. Más del 70% de dichos equipos y la gran mayoría de los componentes funcionales dependen de las importaciones.

Se puede ver que las máquinas herramienta CNC nacionales, especialmente las máquinas herramienta CNC de gama media a alta, todavía carecen de competitividad en el mercado. La razón principal es que la profundidad de la investigación y el desarrollo de las máquinas herramienta CNC nacionales es. no es suficiente, el nivel de fabricación aún está atrasado y la conciencia y capacidad del servicio Falta de CNC, mala promoción de la producción y aplicación del sistema y falta de talentos de CNC, etc.

Debemos ver la situación con claridad, comprender plenamente las deficiencias de las máquinas herramienta CNC nacionales, esforzarnos por desarrollar tecnología avanzada y aumentar la innovación tecnológica y los servicios de capacitación para acortar la brecha con los países desarrollados.

En más de 20 años, la tecnología de diseño y fabricación de máquinas herramienta CNC ha mejorado enormemente, principalmente en tres aspectos principales: formar a un grupo de talentos de diseño, fabricación, uso y mantenimiento a través de la cooperación en el; producción de máquinas herramienta CNC avanzadas, que ha mejorado enormemente el nivel de diseño, fabricación y uso, reduciendo la brecha con la tecnología avanzada del mundo mediante el uso de componentes extranjeros avanzados y sistemas CNC, podemos comenzar a diseñar y fabricar alta velocidad, alta; -Las máquinas herramienta CNC de rendimiento, de cinco lados o de cinco ejes satisfacen las necesidades del mercado interno, pero las pruebas, la digestión, el dominio y la innovación de las tecnologías clave son deficientes.

Hasta ahora, muchos componentes funcionales importantes, herramientas automatizadas y sistemas CNC dependen del soporte técnico extranjero y no pueden desarrollarse de forma independiente. Básicamente, se encuentran en la etapa de pasar de la imitación al autodesarrollo, y existe una etapa. gran brecha con el nivel de las máquinas herramienta CNC japonesas.

Los principales problemas existentes incluyen: falta de orientación como la Ley Electromecánica y la Ley de Maquinaria de Japón; falta grave de expertos y trabajadores calificados en diversos campos; falta de investigación científica profunda y sistemática; sistemas de control Hay una falta de cooperación entre empresas y profesionales, y básicamente trabajan solos. Aunque hay mucha gente en la fábrica, no hay sinergia.

Desde 2003, China se ha convertido en el mayor consumidor mundial de máquinas herramienta y el mayor importador mundial de máquinas herramienta CNC.

La tasa de control numérico de los equipos de procesamiento mecánico se está incrementando actualmente. En 1999, la tasa de control numérico de los equipos de procesamiento mecánico en nuestro país era del 5 al 8%, y actualmente se estima que está entre el 15 y el 8%. 20%.

En la actualidad, el país ha formulado algunas políticas para alentar a los ciudadanos a utilizar máquinas herramienta CNC nacionales, y varios fabricantes también están trabajando arduamente para ponerse al día.

Los mayores compradores nacionales de máquinas herramienta son empresas industriales militares. En un plan de compra, el 80% son importadas y las máquinas herramienta nacionales no pueden satisfacer las necesidades.

Esta tendencia no cambiará en los próximos cinco años.

Sin embargo, en términos de las necesidades internas actuales, las máquinas herramienta CNC de mi país actualmente pueden satisfacer pedidos de productos de gama media a baja.

5. Tendencias de desarrollo futuro del 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 continua. Con el 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 la digitalización de 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. Nuevas tendencias en tecnología y equipos de mecanizado de alta velocidad y alta precisión.

La eficiencia y la calidad son los pilares 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 en el mercado.

Por esta razón, el Instituto de Investigación de Tecnología Avanzada de Japón la cataloga 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, para reemplazar múltiples piezas que se ensamblan mediante numerosos remaches, tornillos y otros métodos de conexión, lo que hace que Los componentes son más rígidos. Se mejora la resistencia, la rigidez y la fiabilidad.

Estos han planteado requisitos de alta velocidad, alta precisión y alta flexibilidad para los equipos de procesamiento.

A juzgar por la situación de 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 americana CINCINNATI tiene una velocidad máxima de avance de 60m/min, una velocidad rápida de 100m/min, una aceleración de 2g y una velocidad de husillo de 60.000r/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 normal. y la aceleración del torno de dos husillos de la compañía alemana DMG son respectivamente de hasta 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.

2. El rápido desarrollo de las máquinas herramienta de procesamiento compuesto y mecanizado vinculado a ejes

Utilizando un varillaje de 5 ejes para procesar piezas de superficie curva tridimensional, se puede lograr la mejor geometría de la herramienta. Se puede utilizar para cortar, que no solo tiene una gran suavidad, sino que también se ha mejorado enormemente la eficiencia.

En general, se cree que la eficiencia de una máquina herramienta de 5 ejes puede ser igual a la de dos máquinas herramienta de 3 ejes, especialmente cuando se utilizan fresas de materiales superduros como el nitruro de boro cúbico para alta velocidad. fresado de piezas de acero endurecido. El mecanizado de varillaje de 5 ejes puede lograr una mayor eficiencia que el mecanizado de varillaje de 3 ejes.

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. , la tecnología de programación era difícil, lo que restringió el uso de máquinas herramienta con varillaje de 5 ejes.

Debido a la aparición de los husillos eléctricos, la estructura del cabezal de husillo compuesto para el mecanizado 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.

Esto ha promovido el desarrollo de máquinas herramienta con varillaje de 5 ejes de tipo cabezal de husillo compuesto y máquinas herramienta de procesamiento compuesto (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 simultáneamente en una sola sujeción. Puede controlarse directa o indirectamente mediante un sistema CNC o CAD/CAM.

3. La inteligencia, la apertura y la creación de redes se han convertido en las principales tendencias en el desarrollo de los sistemas CNC contemporáneos.

Los equipos CNC del siglo XXI serán un sistema con cierta inteligencia y contenido inteligente Incluyendo todos los aspectos del sistema CNC: para lograr 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 la comodidad de uso, inteligencia como la alimentación directa. control, cálculo adaptativo de parámetros del motor, identificación automática de carga, selección automática de modelo, autoajuste, etc. inteligencia en programación simplificada y operación simplificada, como programación automática inteligente, interfaz hombre-máquina inteligente, etc.; Diagnóstico, 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.

Actualmente muchos países

están realizando investigaciones sobre sistemas abiertos.

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 y los conocimientos técnicos de los usuarios en el sistema de control, realizar rápidamente sistemas CNC abiertos de diferentes variedades y grados y formar productos de marcas famosas con personalidad distintiva.

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. manufactura mundial.

Algunas conocidas empresas de fabricación de máquinas herramienta y sistemas CNC 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, la empresa japonesa Yamazaki Mazak exhibió ". CyberProduction Center" (Centro de control de producción inteligente, denominado CPC); Okuma Machine Tool Company de Japón exhibió "IT plaza" (Plaza de tecnología de la información, conocida como IT Plaza); Siemens (Siemens) de Alemania exhibió Open Manufacturing Environment (entorno de fabricación abierto) , denominado OME), etc., reflejan la tendencia del procesamiento de máquinas herramienta CNC hacia la interconexión en red.

4. Preste atención al establecimiento de nuevos estándares y especificaciones tecnológicas.

(1) Con respecto a las especificaciones de diseño y desarrollo del sistema CNC.

Como se mencionó anteriormente, CNC abierto Los sistemas tienen Para una mayor versatilidad, flexibilidad, adaptabilidad y escalabilidad, los Estados Unidos, la Unión Europea, Japón y otros países han implementado planes de desarrollo estratégico y llevado a cabo investigación y desarrollo sobre especificaciones de sistemas CNC de arquitectura abierta (OMAC, OSACA, OSEC). Las tres economías más grandes del mundo han llevado a cabo la formulación de planes y especificaciones científicos casi idénticos en un corto período de tiempo, lo que 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) 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 procesamiento. El proceso obviamente se ha vuelto cada vez más difícil de satisfacer las necesidades del rápido desarrollo de la tecnología CNC moderna.

Para ello, se está estudiando y formulando a nivel internacional una nueva norma de sistema CNC ISO14649 (STEP-NC) que tiene como objetivo proporcionar un mecanismo neutral que no dependa del sistema específico y pueda describir el conjunto. producto Un modelo de datos unificado dentro del ciclo de vida, 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 suponer 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 de software de intercambio de datos de fabricación a nivel mundial. Ha desarrollado un supermodelo para el intercambio de información de procesamiento de máquinas herramienta CNC. Su objetivo es utilizar especificaciones unificadas para describir todos los procesos de mecanizado.

Actualmente, este nuevo formato de intercambio de datos ha sido verificado en prototipos equipados con sistemas CNC SIEMENS, FIDIA y europeo OSACA-NC.