¿Cuál es el origen y los antecedentes de desarrollo de NC?
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.
1.1, etapa NC (1952 ~ 1970)
Las primeras computadoras tenían una velocidad de computación baja y tenían poco impacto en los cálculos científicos y el procesamiento de datos en ese momento, pero no podían cumplir con los requisitos. de control en tiempo real de máquinas herramienta. La gente tiene que utilizar circuitos lógicos digitales para "construir" una computadora dedicada a máquinas herramienta como un sistema CNC. Esto se llama HARD-WIRED NC, o NC para abreviar. Con el desarrollo de componentes, esta etapa pasó por tres generaciones, a saber, la primera generación en 1952, tubos electrónicos, la segunda generación en 1959, transistores y la tercera generación en 1965, circuitos integrados de pequeña escala.
1.2, banco de trabajo CNC (1970 ~ presente)
En 1970, aparecieron y se produjeron en masa minicomputadoras de uso general. Por lo tanto, fue trasplantado como el componente central del sistema CNC y entró en la etapa de control numérico por computadora (CNC) (se omite la palabra "universal" delante de la computadora). En 1971, Intel Corporation de Estados Unidos 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, llamado microprocesador o unidad central de procesamiento (CPU).
En 1974, los microprocesadores se utilizaban en los sistemas CNC. Esto se debe a que las computadoras pequeñas son demasiado poderosas y tienen muchas capacidades para controlar una máquina herramienta (por lo que se usaban para controlar múltiples máquinas herramienta en ese momento, lo que se llamaba control de grupo), por lo que es más económico y razonable usar un microprocesador. Y la confiabilidad de las minicomputadoras en ese momento no era la ideal. Aunque la velocidad y funcionalidad de los primeros microprocesadores no eran lo suficientemente altas, podían resolverse con una estructura 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 la PC (computadora personal, comúnmente conocida como microcomputadora en China) se había desarrollado a un nivel muy alto y podía cumplir con los requisitos como componente central del sistema 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. A saber, la cuarta generación (1970) - minicomputadora; la quinta generación (1974) - microprocesador y la sexta generación (1990) - basada en PC.
También cabe señalar que, aunque durante mucho tiempo pasó a llamarse control numérico por computadora (CNC) en el extranjero, todavía se llama control numérico (NC) en China. Entonces, el "CNC" del que hablamos todos los días en realidad se refiere al "control numérico por computadora".
1.3, la futura tendencia de desarrollo de CNC
1.3.1 continúa desarrollándose hacia la sexta generación abierta basada en PC.
Basado en la apertura, el bajo costo, la alta confiabilidad y los abundantes recursos de software y hardware de las PC, más fabricantes de sistemas CNC se embarcarán en este camino. Al menos la PC sirve como computadora frontal, manejando la interfaz hombre-máquina, la programación, la comunicación de red y otras cuestiones, mientras que el sistema original asume la tarea de control numérico. La interfaz hombre-máquina compatible con PC se ampliará a todos los sistemas CNC. La comunicación remota, el diagnóstico remoto y el mantenimiento serán cada vez más comunes.
1.3.2 Desarrollar hacia la alta velocidad y la alta precisión.
Esto es para satisfacer las necesidades de las máquinas herramienta que se desarrollan hacia la alta velocidad y la alta precisión.
1.3.3 Desarrollar hacia la inteligencia.
Con la continua penetración y desarrollo de la inteligencia artificial en el campo informático, la inteligencia de los sistemas CNC seguirá aumentando.
(1) Adaptarse a la aplicación de la tecnología de control
El sistema CNC puede detectar información importante en el proceso y ajustar automáticamente los parámetros relevantes del sistema para mejorar el estado operativo de el sistema.
(2) Introducir un sistema experto para guiar el procesamiento.
El sistema almacena la experiencia de trabajadores calificados y expertos, las reglas generales y reglas especiales de procesamiento, y establece un sistema experto con inteligencia artificial con el apoyo de la base de datos de parámetros del proceso.
(3) Introducir un sistema experto de diagnóstico de fallos.
(4) Dispositivo de servoaccionamiento digital inteligente
Ajusta automáticamente los parámetros identificando automáticamente la carga, para que el sistema de accionamiento pueda funcionar de manera óptima.
2. La necesidad de la transformación CNC de las máquinas herramienta
2.1 La necesidad de la transformación por microvisión
Desde una perspectiva micro, las máquinas herramienta CNC tienen ventajas. sobre las máquinas herramienta tradicionales Las siguientes son las ventajas sobresalientes, y todas estas ventajas provienen del poder de la computadora contenida en el sistema CNC.
2.1.1 Puede procesar curvas, superficies curvas y otras piezas complejas que las máquinas herramienta tradicionales no pueden procesar.
Debido a que las computadoras tienen una gran potencia de cálculo, pueden calcular de manera instantánea y precisa el movimiento instantáneo de cada eje de coordenadas, por lo que pueden combinarse en curvas o superficies complejas.
2.1.2 La automatización del procesamiento se puede realizar y es una automatización flexible, por lo que la eficiencia se puede aumentar de 3 a 7 veces en comparación con las máquinas herramienta tradicionales.
Debido a que la computadora tiene memoria y capacidades de almacenamiento, puede recordar y almacenar el programa de entrada y luego ejecutarlo automáticamente en el orden especificado por el programa, logrando así la automatización. Siempre que se cambie un programa, la máquina herramienta CNC puede realizar la automatización del procesamiento de otra pieza de trabajo, logrando así la automatización de la producción de una sola pieza y de lotes pequeños, por lo que se denomina "automatización flexible".
2.1.3 Las piezas a procesar tienen alta precisión, pequeña dispersión de tamaño, fácil montaje y no necesitan "reparación".
2.1.4 puede realizar la concentración de múltiples procesos y reducir el transporte frecuente de piezas entre máquinas herramienta.
2.1.5 tiene muchas funciones de autodisciplina, como alarma automática, monitoreo automático y compensación automática, y puede lograr un procesamiento desatendido a largo plazo.
2.1.6 Ingresos derivados de los cinco conceptos anteriores.
Por ejemplo, reduce la intensidad laboral de los trabajadores, ahorra mano de obra (una persona puede manejar múltiples máquinas herramienta), reduce el uso de herramientas, acorta el ciclo de producción de prueba y el ciclo de producción de nuevos productos, y puede responder rápidamente a demanda del mercado.
Estas ventajas son inimaginables para nuestros predecesores y suponen un avance extremadamente significativo. Además, el control numérico de las máquinas herramienta es la base para la transformación de la información de empresas como FMC (Flexible Manufacturing Cell), FMS (Flexible Manufacturing System) y CIMS (Computer Integrated Manufacturing System). La tecnología CNC se ha convertido en la tecnología central y la tecnología básica de la automatización de la fabricación.
2.2. La necesidad de transformación desde una perspectiva macro.
Desde una perspectiva macro, las industrias de maquinaria militar y civil de los países industrializados comenzaron a aplicar máquinas herramienta CNC a gran escala a finales de los años 1970 y principios de los 1980. Su esencia es utilizar la tecnología de la información para transformar las industrias tradicionales (incluidas las industrias de maquinaria militar y civil). Además de utilizar máquinas herramienta CNC, FMC y FMS en el proceso de fabricación, también incluye la promoción de CAD, CAE, CAM, la fabricación virtual en el desarrollo de productos y la promoción de MIS (Management Information System) y CIMS en la gestión de la producción. Y agregar contenido de tecnología de la información, incluida la inteligencia artificial, a los productos que produce. Debido a la profunda transformación de las industrias extranjeras de maquinaria militar y civil que utilizan tecnología de la información (llamada informatización), la competitividad de sus productos en los mercados militares y civiles internacionales ha aumentado considerablemente. En términos de uso de la tecnología de la información para transformar las industrias tradicionales, estamos unos 20 años por detrás de los países desarrollados. Por ejemplo, entre los propietarios de máquinas herramienta en China, la proporción de máquinas herramienta CNC (tasa CNC) fue sólo del 1,9 por ciento en 1995, mientras que el Japón alcanzó el 20,8 por ciento en 1994, por lo que cada año se importa un gran número de productos mecánicos y eléctricos. Esto también ilustra la necesidad de la transformación CNC de las máquinas herramienta desde una perspectiva macro.
3. Mercado de transformación CNC de máquinas herramienta y líneas de producción
3.1 Mercado de transformación de máquinas herramienta CNC
Actualmente, el número total de máquinas herramienta en mi país. Es más de 3,8 millones de unidades, de las cuales El número total de máquinas herramienta CNC es de solo 113.400, lo que significa que la tasa de máquinas herramienta CNC en mi país es inferior al 3%. En los últimos 10 años, la producción anual de máquinas herramienta CNC de mi país ha sido de aproximadamente 0,6 a 8.000 unidades, con un valor de producción anual de aproximadamente 180 millones de yuanes. La tasa anual CNC de máquinas herramienta es del 6%. En nuestro país la vida útil de las máquinas herramienta es superior a los 10 años, representando más del 60% de las máquinas herramienta con menos de 10 años, menos del 20% son automáticas/semiautomáticas, y sólo existen un puñado de ellas; líneas de producción automatizadas como FMC/FMS (máquinas herramienta automáticas y semiautomáticas en Estados Unidos y Japón que representan más del 60%). Se puede ver que la gran mayoría de los equipos de producción y procesamiento en la mayoría de las industrias y empresas manufactureras de mi país son máquinas herramienta tradicionales, y más de la mitad de ellas son máquinas herramienta antiguas con una vida útil de más de 10 años. Los productos procesados por este tipo de equipo generalmente tienen mala calidad, pocas variedades, bajos grados, altos costos y largos tiempos de entrega. Como resultado, carecen de competitividad en los mercados nacionales e internacionales, lo que afecta directamente los productos, el mercado y la producción de una empresa. y beneficios, así como su supervivencia y supervivencia. Por lo tanto, la velocidad del CNC de las máquinas herramienta debe mejorarse considerablemente.
3.2. Mercado de transformación CNC de equipos y líneas de producción importados.
Desde la reforma y apertura, muchas empresas han introducido tecnología, equipos y líneas de producción del extranjero para la transformación tecnológica. Según estadísticas incompletas, entre 1979 y 1988-10 se introdujeron en todo el país 18.446 proyectos de transformación tecnológica, por un monto total aproximado de 165.800 millones de dólares.
La mayoría de estos proyectos han desempeñado el papel que les corresponde en la construcción económica de China. Sin embargo, en algunos proyectos importados, por diversas razones, los equipos o líneas de producción no pueden funcionar normalmente o incluso paralizarse, lo que afecta la eficiencia de la empresa y la pone en graves dificultades. Luego de que algunos equipos y líneas de producción fueron importados del exterior, no fueron digeridos y absorbidos adecuadamente, tenían repuestos incompletos y recibieron un mantenimiento inadecuado, lo que resultó en un mal funcionamiento, algunos solo se centraron en la introducción de equipos, instrumentos y líneas de producción, ignorando; software, tecnología, gestión, etc. , lo que resultó en proyectos incompletos y la imposibilidad de aprovechar el potencial de los equipos; algunas ni siquiera pudieron comenzar a funcionar y no desempeñaron su función debida; algunas líneas de producción se vendieron bien, pero no pudieron cumplir con los estándares de producción debido a fallas en los equipos; alto consumo de energía, producto La tasa de aprobación es baja y se producen pérdidas; algunos se lanzaron durante mucho tiempo y deben actualizarse; Por diversas razones, algunos equipos no sólo no crean riqueza, sino que la consumen.
Estos equipos y líneas de producción inutilizables son una carga y una gran cantidad de activos en stock. Restaurarlos es riqueza. Siempre que identifiquemos las principales dificultades técnicas y resuelvamos los problemas técnicos clave, podremos activar los mayores activos en stock con la menor inversión y esforzarnos por obtener los mayores beneficios económicos y sociales. Este es también un enorme mercado de transformación.
4. Contenidos, ventajas y desventajas de la transformación CNC
4.1, el auge de las industrias de transformación extranjeras
En países desarrollados como Estados Unidos, Japón, y Alemania, sus máquinas herramienta Como nueva industria en crecimiento económico, la renovación está en su época dorada. Debido al continuo avance de las máquinas herramienta y la tecnología, la transformación de las máquinas herramienta es un tema "eterno". La industria de transformación de máquinas herramienta de China también ha entrado en una nueva industria basada en la tecnología CNC de una industria antigua. En Estados Unidos, Japón y Alemania existe un amplio mercado para el uso de la tecnología CNC para transformar máquinas herramienta y líneas de producción, y se ha formado una nueva industria de transformación CNC de máquinas herramienta y líneas de producción. En los Estados Unidos, la industria de modificación de máquinas herramienta se denomina industria de remanufactura de máquinas herramienta. Entre las empresas conocidas que participan en la industria del reciclaje se incluyen Bertsche Engineering Company, Ayton Machine Tool Company, Devlieg-Bullavd Service Group, American Equipment Company, etc. American Debao Company estableció una empresa en China. En Japón, la industria de modificación de máquinas herramienta se denomina industria de modificación de máquinas herramienta. Las empresas famosas dedicadas a la industria de la modificación incluyen: Dawei Engineering Group, Okasan Machinery Company, Chiyoda Company, Nozaki Engineering Company, Hamada Engineering Company, Yamamoto Engineering Company, etc.
4.2. Contenidos de la transformación CNC
Los principales contenidos de la transformación CNC de máquinas herramienta y líneas de producción son los siguientes:
Uno es restaurar las funciones originales. y mejorar el rendimiento de las máquinas herramienta y líneas de producción. Diagnosticar y restaurar piezas defectuosas;
El segundo es CNC, es decir, agregar un dispositivo de visualización digital o sistema CNC a una máquina herramienta ordinaria y transformarla en una. Máquina herramienta CNC y máquina herramienta CNC;
El tercero es la renovación, con el fin de mejorar la precisión, la eficiencia y la automatización, renovar las piezas mecánicas y eléctricas, volver a ensamblar las piezas mecánicas y restaurar la precisión original; sistema que no cumple con los requisitos de producción con el último sistema CNC;
IV Es actualización o innovación tecnológica, que se refiere a una actualización o innovación tecnológica a gran escala sobre la base original para mejorar el rendimiento o la calidad. , o adoptar nuevos procesos y nuevas tecnologías, y el nivel y la calificación mejoran enormemente.
4.3. Ventajas y desventajas de la transformación CNC
4.3.1 Reducir la inversión y acortar el tiempo de entrega.
En comparación con la compra de máquinas herramienta nuevas, generalmente puede ahorrar entre un 60% y un 80% del costo y el costo de modificación es bajo. Máquinas herramienta especialmente grandes y especiales. Generalmente, la transformación de máquinas herramienta a gran escala solo requiere 65438 + 0/3 del costo de compra de nuevas máquinas herramienta y el tiempo de entrega es corto. Sin embargo, en algunos casos especiales, como la producción e instalación de husillos de alta velocidad y el cambio automático de paletas, que requiere demasiada mano de obra y costos, el costo de transformación a menudo aumenta de 2 a 3 veces, y solo alrededor del 50%. Se puede ahorrar una parte de la inversión en comparación con la compra de una nueva máquina herramienta.
4.3.2 Las propiedades mecánicas son estables y confiables, y la estructura es limitada.
Los componentes básicos, como la cama y las columnas, son componentes de fundición sólidos y pesados en lugar de componentes soldados. Las máquinas herramienta modificadas tienen alto rendimiento y buena calidad y pueden usarse como equipos nuevos durante muchos años. Sin embargo, debido a las limitaciones de la estructura mecánica original, no es adecuado llevar a cabo una transformación radical.
4.3.3 Estar familiarizado con el equipo y que sea fácil de operar y mantener.
Al comprar equipos nuevos, no se sabe si estos pueden cumplir con sus requisitos de procesamiento. Este no es el caso de la transformación. La capacidad de procesamiento de la máquina herramienta se puede calcular con precisión. Además, debido a años de uso, los operadores han comprendido durante mucho tiempo las características de la máquina herramienta y el tiempo de entrenamiento en su uso; y el mantenimiento es breve y eficaz. Una vez instaladas, las máquinas herramienta modificadas pueden funcionar a plena capacidad.
4.3.4 Aprovechar al máximo las condiciones existentes.
Puede aprovechar al máximo la base existente y no necesita construir una base nueva como cuando se compra equipo nuevo.
4.3.5 puede adoptar la última tecnología de control.
De acuerdo con la velocidad de desarrollo de la innovación tecnológica, mejorar oportunamente el nivel de automatización y la eficiencia de los equipos de producción, mejorar la calidad y el grado de los equipos y convertir las máquinas herramienta antiguas en las máquinas herramienta horizontales de hoy.
5. Selección del sistema CNC
Hay tres tipos principales de sistemas CNC, y deben seleccionarse de acuerdo con la situación específica durante la transformación.
5.1, sistema de circuito abierto impulsado por motor paso a paso
Los dispositivos de servoaccionamiento del sistema incluyen principalmente motores paso a paso, motores paso a paso de potencia, motores de pulso electrohidráulicos, etc. El pulso de comando de alimentación emitido por el sistema CNC es controlado por el circuito de accionamiento y se amplifica mediante energía para hacer girar el motor paso a paso e impulsar el componente de ejecución a través del par de engranajes y el par de husillos de bolas. Siempre que se controle el número, la frecuencia y la secuencia de activación de los pulsos de comando, se puede controlar el desplazamiento, la velocidad y la dirección del movimiento del actuador. Este tipo de sistema no necesita retroalimentar la posición y velocidad reales medidas al extremo de entrada, por lo que se denomina sistema de bucle abierto. La precisión del desplazamiento de este sistema depende principalmente de la precisión del desplazamiento angular del motor paso a paso y de la precisión del paso de los componentes de la transmisión, como los tornillos del engranaje, por lo que la precisión del desplazamiento del sistema es baja.
El sistema tiene las ventajas de una estructura simple, depuración y mantenimiento convenientes, operación confiable, bajo costo y fácil modificación.
5.2. Motor asíncrono o motor DC, sistema CNC de circuito cerrado de retroalimentación de medición de rejilla.
La diferencia entre este sistema y el sistema de bucle abierto es que la señal de retroalimentación de posición real medida en cualquier momento a través de dispositivos de detección de posición como rejillas y sincronizadores de inducción se compara con el valor dado, y la diferencia entre los dos se amplifican, impulsan el actuador para que se mueva en la dirección de eliminar la desviación a una velocidad determinada hasta que la diferencia entre la posición dada y la posición de retroalimentación real sea igual a cero. El sistema de alimentación de circuito cerrado tiene una estructura más compleja y un costo más alto que el sistema de alimentación de circuito abierto, y tiene requisitos estrictos en cuanto a la temperatura ambiente. El diseño y la depuración son más difíciles que los sistemas de bucle abierto.
Sin embargo, puede lograr mayor precisión, mayor velocidad y mayor potencia motriz que el sistema de alimentación de circuito abierto. Dependiendo de los requisitos técnicos del producto, podrá decidir si adopta este sistema.
5.3. Sistema CNC de circuito semicerrado de accionamiento de servomotor AC/DC y retroalimentación de codificador.
El elemento de detección del sistema de bucle semicerrado se instala en la parte intermedia de transmisión para medir indirectamente la posición de la parte de ejecución. Solo puede compensar los errores de algunos componentes en el bucle del sistema, por lo que su precisión es menor que la del sistema de bucle cerrado, pero su estructura y depuración son más simples que las del sistema de bucle cerrado. Cuando el elemento de detección de desplazamiento angular, el elemento de detección de velocidad y el servomotor se integran en un todo, no es necesario considerar la instalación del dispositivo de detección de posición.
Actualmente existen muchas empresas productoras de sistemas CNC, como la alemana Siemens y la japonesa FANUC. Empresas nacionales como China Everest Corporation, Beijing Aerospace Machine Tool CNC System Group Corporation, Huazhong CNC Corporation y el Centro Nacional de Investigación de Ingeniería CNC de alta gama de Shenyang.
La selección del sistema CNC se basa principalmente en la precisión de la máquina herramienta después de la transformación CNC, la potencia del motor de accionamiento y los requisitos del usuario.
Los verbos intransitivos hablan brevemente sobre la modificación de las principales piezas mecánicas en la transformación CNC.
Las nuevas máquinas herramienta CNC deben diseñarse para tener una alta rigidez estática y rigidez dinámica entre las cinemáticas; los pares son pequeños, transmisión sin espacio; alta potencia; fácil de operar y mantener. Los requisitos anteriores deben cumplirse en la medida de lo posible durante la transformación CNC de máquinas herramienta. No podemos pensar que conectar dispositivos CNC con máquinas herramienta ordinarias pueda cumplir con los requisitos de las máquinas herramienta CNC. Los componentes principales deben transformarse en consecuencia para cumplir con ciertos requisitos de diseño para lograr el propósito de transformación esperado.
6.1, Par de rieles guía deslizantes
Para tornos CNC, los rieles guía no solo deben tener la precisión de guía y la mano de obra de los tornos comunes, sino que también deben tener buenas características antifricción y desgaste. para reducir la fricción. Zona muerta causada por la resistencia. Al mismo tiempo, debe haber suficiente rigidez para reducir el impacto de la deformación del riel guía en la precisión del mecanizado, y una protección y lubricación razonables del riel guía.
6.2. Par de engranajes
Generalmente, los engranajes de las máquinas herramienta se concentran principalmente en el cabezal y la caja de cambios. Para garantizar la precisión de la transmisión, las máquinas herramienta CNC utilizan engranajes con niveles de precisión más altos que las máquinas herramienta comunes. Estructuralmente, es necesario lograr una transmisión perfecta, por lo que el engranaje principal de la máquina herramienta debe cumplir con los requisitos de las máquinas herramienta CNC para garantizar la precisión del procesamiento de la máquina herramienta.
6.3. Husillo deslizante y husillo de bolas
La transmisión por tornillo está directamente relacionada con la precisión de la cadena de transmisión. La selección del tornillo depende principalmente de los requisitos de precisión y de par de arrastre de la pieza de trabajo. Se pueden usar tornillos deslizantes cuando la precisión de la pieza de trabajo no es alta, pero se debe verificar el desgaste del tornillo original, como el error de paso, el error de paso acumulado, la holgura de la tuerca coincidente, etc. En términos generales, el tornillo deslizante no debe ser inferior al nivel 6. Si la holgura de la tuerca es demasiado grande, reemplace la tuerca. El precio del husillo deslizante es más bajo que el del husillo de bolas, pero es difícil cumplir con los requisitos del procesamiento de piezas de alta precisión.
El husillo de bolas tiene baja pérdida por fricción, alta eficiencia y la eficiencia de transmisión puede alcanzar más del 90%; tiene alta precisión y larga vida útil; el par de arranque es cercano al par durante el movimiento; puede reducir el par de arranque del motor. Por lo tanto, puede cumplir con los requisitos del procesamiento de piezas de alta precisión.
6.4. Protección de la Seguridad
La eficiencia debe estar basada en la seguridad. En la transformación de máquinas herramienta, se deben tomar las medidas correspondientes según la situación real y no se deben ignorar. El par de husillos de bolas es un componente de precisión y es necesario evitar que entre polvo, especialmente virutas y arena dura, en la pista de rodadura durante el funcionamiento. Al tornillo longitudinal también se le puede añadir una protección completa de hierro. Las dos superficies extremas en contacto entre el carro grande y el riel guía deslizante deben sellarse para evitar absolutamente que materias extrañas granulares duras entren en la superficie deslizante y dañen el riel guía.
7. Principales pasos de la transformación CNC de máquinas herramienta
7.1 Determinación del plan de conversión
Una vez superado el análisis de viabilidad de la transformación de una o más máquinas herramienta. Se puede Determinar el plan de transformación acorde a la situación actual, que generalmente incluye: