Características y tecnologías clave de los sistemas CNC integrados

1. Introducción

En los sistemas de fabricación modernos, debido a la aparición de Internet y la tecnología informática distribuida, el diseño y la fabricación de productos están cada vez más dispersos y La fabricación colaborativa se está convirtiendo cada vez más en un modelo eficiente para producir productos de alta calidad de forma más rápida y rentable. En la actualidad, los sistemas CNC se están desarrollando hacia la integración, con el propósito de proporcionar un entorno de trabajo colaborativo eficaz para cada departamento independiente en el proceso de producción del producto. La tecnología CIMS tradicional es grande, completa y difícil de implementar en pequeñas y medianas empresas comunes, por lo que surgió INC.

2. Concepto de empresa y tecnologías clave.

2.1 El concepto de INC

CNC integrado (INC) abstrae la implementación funcional en CIMS (como CADPCAMPCAPPPNCP) en una serie de módulos funcionales independientes y luego integra estos módulos funcionales juntos , formando un sistema de control numérico específico.

Tomemos como ejemplo el flujo de trabajo general del sistema INC utilizado en máquinas herramienta de chorro de agua (consulte la Figura 1). Todo el sistema se basa en la base de datos de ingeniería, incluida la base de datos de gráficos, la base de datos de parámetros de corte, la base de datos de accesorios, la base de datos de boquillas, la base de datos de procesos, la base de datos de códigos CNC, etc. Se integran a través de Intranet/Internet para formar una base de datos de ingeniería. El sistema INC se puede dividir en seis módulos de subcomponentes: diseño auxiliar (CAD), proceso auxiliar (CAPP), toma de decisiones de optimización, mecanizado por control numérico (CNC), monitoreo del sistema y planificación general.

Figura 1 Diagrama de flujo de trabajo del sistema Water Jet Company

2.2 La diferencia entre Inc, ONC y DNC

En comparación con los sistemas CNC tradicionales, el CNC abierto El núcleo radica en su apertura, que debe permitir que diferentes aplicaciones se ejecuten en la plataforma del sistema. Proporcionar herramientas de reorganización dinámica orientadas a funciones; proporcionar una interfaz de usuario de aplicaciones unificada y estandarizada. Muchos países del mundo han puesto en marcha planes de investigación CNC abiertos, entre los que tiene gran influencia el plan estadounidense OMAC (Open Modular Architecture Controller). Osaca (Arquitectura de sistema abierto para control de automatización) de Europa y OSEC (Entorno de sistema abierto para controladores) de Japón [3]. El objetivo principal de los sistemas de control numérico directo (DNC) y control numérico distribuido (DNC) es controlar de manera más eficiente la producción de un grupo de máquinas herramienta CNC o de una fábrica completa, que en realidad es un tipo de fabricación distribuida.

A diferencia de ONC y DNC, INC toma el CNC como núcleo, todos los módulos están orientados al CNC y todo el trabajo sirve para el procesamiento CNC. Por ejemplo, los sistemas CAM generales se enfocan en el reconocimiento de características, establecimiento de modelado geométrico de piezas y definición de trayectorias de procesamiento de piezas, mientras que el módulo CAM de INC se enfoca en la simulación de procesos de procesamiento de piezas y la generación de códigos de procesamiento CNC, con el propósito de facilitar la verificación. de programación manual de piezas o Corrección de programas de mecanizado CNC programados automáticamente. En comparación con la fabricación distribuida, INC está más cerca de la fabricación colaborativa.

2.3 Las tecnologías clave de la empresa

La empresa cuenta con tres tecnologías clave: tecnología CAD para CNC; tecnología CAPP para CNC y tecnología CNC basada en la integración de información CAD/CAPP.

La tecnología CAD para CNC incluye preprocesamiento de imágenes, reconocimiento inteligente, vectorización de imágenes y tecnología de integración CAD/CAPP. La tecnología CAPP para CNC incluye optimización de trayectoria, optimización de pasos, integración CAPP/CAM, establecimiento de bases de datos de procesos y tecnología de gestión.

La tecnología CNC basada en la integración de información CAD/CAPP incluye principalmente tecnología de interfaz e interacción con el sistema integrado CAD/CAPP (tecnología de interfaz e interacción basada en la extensión estándar STEP), tecnología de desarrollo de dispositivos integrados y tecnología en tiempo real.

Este artículo discutirá e investigará la interfaz y la tecnología de interacción basada en la integración de información CAD/CAPP.

3. Tecnología de interfaz y interacción entre el sistema CNC y CAD/CAPP.

Actualmente, el modelo de programación CNC utilizado en aplicaciones industriales sigue basándose en el estándar ISO 6983 (código GPM). Con el rápido desarrollo y la aplicación generalizada de la tecnología CAX y la tecnología de integración de sistemas, este estándar es cada vez más incapaz de cumplir con los requisitos de los sistemas CNC modernos y se ha convertido en un cuello de botella que restringe el desarrollo de la tecnología CNC e incluso la fabricación automatizada.

En 1997, el *** europeo propuso la solución óptima para extender la tecnología STEP a los equipos subyacentes de fabricación automatizada, desarrollar un modelo de datos orientado a objetos (llamado STEP2NC) que cumpliera con los estándares STEP e integrar los datos de modelos de productos en El estándar de conversión se extiende al campo CNC, y se restablece la interfaz entre CAD/CAPP y CNC para lograr una conexión perfecta de CAD/CAPP/CNC, logrando así un CNC verdaderamente completamente abierto.

El intercambio de datos entre el sistema CNC tradicional y CAD/CAPP es una transmisión unidireccional. Cualquier modificación del programa CNC en el sitio no puede retroalimentarse directamente al sistema CAD/CAPP. Se ha perdido la información registrada al generar el programa CNC. El uso de STEP-NC puede reducir el problema de la fácil pérdida de información de procesamiento, realizar un flujo de datos bidireccional, guardar las modificaciones y enviar oportunamente el programa de pieza y la descripción de procesamiento optimizada al departamento de diseño (CAD), para que el departamento de diseño pueda actualizar los datos oportunamente. Obtener archivos de datos de tecnología de procesamiento completos y coherentes.

La Figura 2 muestra el modelo de datos basado en el estándar STEP-NC, que contiene todas las tareas para mecanizar piezas. El principio básico es programar en función de características de fabricación como agujeros, cavidades, roscas, chaflanes, etc. ), en lugar de programar directamente el movimiento relativo de la herramienta y la pieza de trabajo. De esta manera, el sistema CNC puede leer directamente el archivo de datos STEP desde el sistema CAD, eliminando el problema de reducción de precisión que puede causar la conversión del tipo de datos.

Figura 2. Modelo de datos basado en STEP-NC

La Figura 3 muestra el modelo estructural del sistema CNC utilizando el estándar STEP-NC, incluidos los tres modos actuales de combinar STEP-NC con el sistema CNC. 1 modo es una forma de transición. El sistema CAD/CAPP de la capa superior que cumple con los estándares STEP realiza un flujo de datos bidireccional con la interfaz STEP-NC. La capa inferior convierte códigos de datos STEP-NC en códigos GPM agregando una interfaz de conversión de códigos que cumple con los estándares STEP-NC. realizando el sistema CNC actual. El Modo 2 es un modo relativamente simple y elemental. La diferencia con el Modo 1 es que la capa inferior utiliza un nuevo controlador STEP-NC para leer directamente los archivos de procesamiento en formato de datos STEP. El Modo 3 es el desarrollo y mejora del Modo 2, haciendo que el sistema esté más integrado, volviendo a dividir las funciones de la capa de diseño y la capa de taller, y logrando la integración de la macroplanificación del sistema CAPP y el sistema CAD, las microfunciones y la capa de taller. En vista de la amplia aplicación del estándar ISO6983 en el campo del CNC, no es realista reemplazarlo completamente con el estándar ISO14649 en poco tiempo, por lo que antes de que el controlador STEP-NC se utilice ampliamente, se conservará 1 modo en el sistema. durante mucho tiempo [5].

Figura 3 Modelo estructural del sistema CNC basado en el estándar STEP

Se realizará una conexión perfecta entre CAD/CAPP/CNC basada en el estándar STEP-NC, y la conexión entre CAD/CAPP y Se implementará el CNC. El flujo de datos bidireccional permitirá al departamento de diseño comprender claramente el procesamiento real y realizar ajustes rápidos y oportunos al plan de producción en función de la información devuelta por la programación en el sitio, lo que mejorará en gran medida la eficiencia de la producción. Además, las funciones entre CAD, CAPP y CNC se redividirán en la macro planificación del sistema CAPP y la integración del sistema CAD, y las micro funciones e integración del CNC.

4. Ejemplos de aplicación

La máquina herramienta de chorro de agua AWJ (producto patentado a nivel nacional) forma un chorro de agua a alta presión o un chorro abrasivo a través de una tubería de alta presión para lograr el corte y pulido. piezas de trabajo. La condición inicial es una imagen digital de la pieza de trabajo, que es procesada por el sistema integrado CAD/CAPP de INC. Los datos se transmiten directamente al submódulo CNC, que genera la simulación de mecanizado. El sistema INC se basa en la plataforma Windows y se utiliza para el procesamiento CNC integrado de máquinas de corte por chorro de agua.

La figura 4 muestra el módulo de preprocesamiento de imágenes del sistema INC. La imagen digital inicial se encuentra en la esquina superior izquierda y luego de una serie de procesos se obtiene la línea de contorno en la esquina inferior derecha.

Figura 4 Módulo de preprocesamiento de imágenes

La Figura 5 muestra el diseño del software CAPP que ingresa el contorno procesado en el software CAD para una ligera modificación y luego lo integra en la tecnología de procesamiento CAD. Finalmente, ingrese el código NC generado en el software de simulación, como se muestra en la Figura 6, y simule el corte. Esto completa una serie de trabajos en el sistema INC, desde imágenes digitales hasta el procesamiento del producto terminado.

Figura 5 Módulo CAD/CAPP

Figura 6 Interfaz de ejecución del módulo de mecanizado CNC

5. Conclusión

El sistema de fabricación moderno requiere diseño, Transmisión dinámica de datos en tiempo real entre tecnología, fabricación y otros departamentos y operación colaborativa en un solo entorno. La tecnología CNC basada en STEP-NC puede integrar eficazmente CAD/CAPP/CNC y mejorará enormemente la eficiencia de la producción. Durante todo el proceso de procesamiento, se podrá acceder y disfrutar rápidamente del flujo de datos de procesamiento en varios departamentos, empresas e incluso a nivel internacional. El efecto de cuello de botella entre CAD/CAPP y CNC ya no existirá y el ciclo de producción del producto se acortará considerablemente. Según datos de investigación de STEP Tools, la aplicación de STEP-NC reducirá el tiempo de preparación de datos antes del procesamiento en un 75 %, el tiempo de planificación del proceso en un 35 % y el tiempo de procesamiento en un 50 %.

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