Una breve discusión sobre las tendencias de desarrollo de las máquinas herramienta CNC.

Desde la aparición de la tecnología CNC a mediados del siglo XX, las máquinas herramienta CNC han traído cambios revolucionarios a la industria de fabricación de maquinaria. El mecanizado CNC tiene las siguientes características: buena flexibilidad de procesamiento, alta precisión de procesamiento y alta productividad, lo que reduce la intensidad de mano de obra del operador, mejora las condiciones de trabajo y favorece la modernización de la gestión de la producción y la mejora de los beneficios económicos. Las máquinas herramienta CNC son productos con un alto grado de integración electromecánica. Son adecuadas para procesar una variedad de lotes pequeños de piezas, piezas con estructuras complejas y requisitos de alta precisión, piezas que requieren modificaciones frecuentes, piezas clave que son demasiado caras para ser desechadas. y piezas que requieren una replicación de precisión, piezas que necesitan acortar el ciclo de producción y piezas que requieren una inspección del 100%. Las características y ámbito de aplicación de las máquinas herramienta CNC las convierten en un equipo importante para el desarrollo de la economía y la defensa nacional.

En el siglo XXI, la economía de China se ha integrado plenamente en la comunidad internacional y ha entrado en una nueva era de vigoroso desarrollo. La industria de fabricación de máquinas herramienta no sólo enfrenta las oportunidades para el desarrollo de equipos de fabricación que brinda el creciente nivel de demanda de la industria de fabricación de maquinaria, sino que también enfrenta la presión de una feroz competencia en el mercado internacional después de la adhesión de China a la Organización Mundial del Comercio. Acelerar el desarrollo de máquinas herramienta CNC es la clave para resolver el desarrollo sostenible de la industria de fabricación de máquinas herramienta. Con la demanda masiva de máquinas herramienta CNC en la industria manufacturera y el rápido avance de la tecnología informática y la tecnología de diseño moderno, el alcance de la aplicación de las máquinas herramienta CNC aún se está expandiendo y desarrollando para satisfacer las necesidades de producción y procesamiento. Este artículo analiza brevemente las tendencias de desarrollo de las máquinas herramienta CNC, como alta velocidad, alta precisión, compuestas, inteligentes, abiertas, en red, multiejes y ecológicas, y plantea algunos problemas existentes en el desarrollo de máquinas herramienta CNC en mi país.

La tendencia de desarrollo de las máquinas herramienta CNC

1. Alta velocidad

Con el rápido desarrollo de las industrias del automóvil, la defensa nacional, la aviación, la aeroespacial y otras. Con la introducción de nuevos materiales, como la aplicación de aleaciones de aluminio, los requisitos para el procesamiento de alta velocidad de las máquinas herramienta CNC son cada vez mayores.

2. Velocidad del husillo: la máquina herramienta utiliza un husillo eléctrico (motor de husillo incorporado) y la velocidad máxima del husillo alcanza 200000 r/min.

Velocidad de avance: cuando el la resolución es de 0,01 μm, la velocidad máxima de avance alcanza los 240 m/min, lo que puede procesar con precisión superficies curvas complejas;

3. Velocidad de operación: el rápido desarrollo de los microprocesadores proporciona garantía para el desarrollo de sistemas CNC en el sector. Dirección de alta velocidad y alta precisión. Se desarrollaron sistemas CNC con CPU de 32 y 64 bits y las frecuencias se aumentaron a cientos de megahercios y gigahercios. Debido a la gran mejora en la velocidad de cálculo, cuando la resolución es de 0,1 μm y 0,01 μm, la velocidad de avance aún puede llegar a 24 ~ 240 m/min;

4. Velocidad de cambio de herramienta: actualmente la más alta. entre los centros de mecanizado avanzados extranjeros, el tiempo de cambio de herramienta es generalmente de aproximadamente 1 segundo, y el más alto alcanza los 0,5 segundos. La empresa alemana Chiron diseñó el almacén de herramientas en forma de cesta, con el husillo como eje y las herramientas están dispuestas en una. círculo y el tiempo de cambio de herramienta es de solo 0,9 segundos

5. Alta precisión

Los requisitos de precisión de las máquinas herramienta CNC ya no se limitan a la precisión geométrica estática, la precisión del movimiento. La deformación, el control de vibraciones y la compensación de máquinas herramienta también reciben cada vez más atención.

6. Mejore la precisión del control del sistema CNC: utilice tecnología de interpolación de alta velocidad para realizar una alimentación continua de pequeños segmentos del programa, refine la unidad de control CNC y utilice dispositivos de detección de posición de alta resolución para mejorar la posición. precisión de detección (Japón Se ha desarrollado un servomotor de CA con un detector de posición incorporado, 106 pulsos/revolución, y la precisión de detección de posición puede alcanzar 0,01 μm/pulso. El servosistema de posición adopta control anticipativo y control no lineal).

7. Utilice tecnología de compensación de errores: utilice compensación de holgura, compensación de error de paso y compensación de error de herramienta para compensar de manera integral el error de deformación térmica y el error espacial del equipo. Los resultados de la investigación muestran que la aplicación de una tecnología integral de compensación de errores puede reducir los errores de mecanizado entre un 60% y un 80%.

Utilice el decodificador de cuadrícula para verificar y mejorar la precisión de la trayectoria del centro de mecanizado, predecir la precisión de mecanizado de la máquina herramienta mediante simulación, garantizar la precisión de posicionamiento y repetir la precisión de posicionamiento de la máquina herramienta, mejorar su rendimiento. estable a largo plazo y complete las tareas en diferentes condiciones de trabajo. Diversas tareas de procesamiento para garantizar la calidad del procesamiento de las piezas.

1. Compuesto funcional

El significado de máquina herramienta compuesta es realizar o completar el procesamiento de varios elementos desde el producto en bruto hasta el producto terminado en una máquina herramienta. Según sus características estructurales, se pueden dividir en dos tipos: compuestos de proceso y compuestos de proceso. Procesamiento de máquinas herramienta compuestas, como centros de mecanizado compuestos de mandrinado, fresado y taladrado, centros de mecanizado compuestos de torneado y fresado, centros de mecanizado compuestos de fresado, mandrinado y taladrado, etc. Procesamiento de máquinas herramienta compuestas, como máquinas herramienta compuestas de procesamiento de varillaje multifacético y multieje, centros de torneado de dos ejes, etc.

El uso de máquinas herramienta compuestas para el procesamiento reduce el tiempo auxiliar para la carga y descarga de piezas de trabajo, el reemplazo y ajuste de herramientas, reduce los errores en el proceso intermedio, mejora la precisión del procesamiento de las piezas, acorta el ciclo de fabricación del producto y mejora la eficiencia de producción y el fabricante. capacidad de respuesta del mercado, lo que tiene ventajas obvias en comparación con el método de producción tradicional con procesos dispersos.

La combinación de procesos de mecanizado también ha llevado al desarrollo de máquinas herramienta modulares y multiejes. El último centro de torneado de German Index Company tiene una estructura modular, que puede completar varios procesos como torneado, fresado, taladrado, laminado, rectificado, tratamiento térmico con láser, etc., y puede completar todo el procesamiento de piezas complejas. Con la mejora continua de los requisitos de procesamiento modernos, una gran cantidad de máquinas herramienta CNC de ejes múltiples se están volviendo cada vez más populares entre las grandes empresas.

En la Exposición Internacional de Máquinas Herramienta de China de 2005 (CIMT2005), los fabricantes nacionales y extranjeros exhibieron varias máquinas herramienta de procesamiento multieje (incluidos husillos dobles, portaherramientas dobles, control de 9 ejes, etc.), así como así como un centro de mecanizado tipo pórtico de alta velocidad de cinco ejes y un centro de fresado de alta velocidad de cinco ejes que realizan un varillaje de 4 a 5 ejes.

2. Control inteligente

Con el desarrollo de la tecnología de inteligencia artificial, para satisfacer las necesidades de desarrollo de flexibilidad y automatización de la fabricación, el grado de inteligencia de las máquinas herramienta CNC también aumenta. mejorando constantemente. Específicamente reflejado en los siguientes aspectos:

Tecnología de control adaptativo del proceso de mecanizado: Al monitorear la fuerza de corte, la potencia, la corriente y el voltaje del husillo y el motor de alimentación durante el proceso de mecanizado, se utilizan algoritmos tradicionales o modernos para identificar el estado de tensión, desgaste y daño de la herramienta, así como el estado estable del procesamiento de la máquina herramienta, y ajustar los parámetros de procesamiento (velocidad del husillo y velocidad de alimentación) y las instrucciones de procesamiento en tiempo real en función de estos estados para mantener el equipo en un estado operativo óptimo, de ese modo mejorando la precisión del procesamiento y reduciendo el grado de rugosidad de la superficie mecanizada y la velocidad de procesamiento.

Optimización inteligente y selección de parámetros de procesamiento: basándose en la experiencia de expertos o técnicos en procesos, y de acuerdo con las reglas generales y especiales del procesamiento de piezas, utilice métodos inteligentes modernos para construir un "parámetro de procesamiento" basado en un sistema experto o modelo "Optimización y selector inteligentes", utilícelo para obtener parámetros de procesamiento optimizados para mejorar la eficiencia de la programación y el nivel de tecnología de procesamiento, y acortar el tiempo de preparación de la producción;

Autodiagnóstico y autorreparación de fallas inteligentes tecnología: basada en la información de fallas existente, aplique métodos inteligentes modernos para lograr una ubicación de fallas rápida y precisa;

Tecnología inteligente de reproducción y simulación de fallas: puede registrar completamente diversa información del sistema, reproducir y simular varios errores y accidentes de máquinas herramienta CNC, determinando así Encuentre la causa del error, descubra cómo resolver el problema y acumule experiencia en producción;

Servoaccionamiento de CA inteligente: un servosistema inteligente que puede identificar automáticamente la carga y ajustar parámetros, incluido el accionamiento de CA del husillo inteligente y el servo de alimentación inteligente. Este tipo de dispositivo de accionamiento puede identificar automáticamente el momento de inercia del motor y la carga, optimizar y ajustar automáticamente los parámetros del sistema de control, para que el sistema de accionamiento pueda funcionar de forma óptima;

Sistema CNC inteligente 4M: En el proceso de fabricación, la inspección de la máquina está integrada. La quimización es una forma eficaz de lograr una fabricación rápida, una detección rápida y una respuesta rápida. Integre los operadores de medición, modelado, fabricación y máquinas (es decir, 4M) en un solo sistema para permitir el intercambio de información y facilitar la medición, el modelado y los manipuladores.

3. Sistema abierto.

Abierto a tecnologías futuras: dado que las interfaces de software y hardware siguen protocolos estándar reconocidos, se puede adoptar, absorber y hacer compatible una nueva generación de recursos generales de software y hardware con los sistemas existentes con solo una pequeña cantidad de rediseño. y ajuste significa que el costo de desarrollo del sistema se reducirá considerablemente, el rendimiento y la confiabilidad del sistema se mejorarán continuamente y tendrá un ciclo de vida largo;

Abierto a los requisitos especiales de los usuarios. : actualice productos, amplíe funciones y proporcione diversos productos de software y hardware para satisfacer necesidades de aplicaciones especiales;

Establecimiento de estándares CNC: la comunidad internacional está estudiando y formulando un nuevo estándar de sistema CNC ISO14649 (STEP-NC ), con miras a proporcionar un mecanismo neutral que no dependa de un sistema específico, un modelo de datos unificado que pueda describir todo el ciclo de vida del producto, logrando así la estandarización de la información del producto a lo largo de todo el proceso de fabricación e incluso en varios campos industriales. El lenguaje de programación estandarizado no solo es conveniente para los usuarios, sino que también reduce el consumo manual que está directamente relacionado con la eficiencia operativa.

4. Accionamiento paralelo

Las máquinas herramienta de movimiento paralelo superan las deficiencias inherentes del mecanismo en serie de las máquinas herramienta tradicionales, como la gran masa de piezas móviles, la baja rigidez del sistema y el bajo grado de libertad de trabajo y flexibilidad en el procesamiento del equipo y operatividad insuficiente, etc.

El mecanismo paralelo de varillas múltiples se utiliza para impulsar el husillo de la máquina herramienta (generalmente una plataforma móvil) y la base de la máquina herramienta (generalmente una plataforma estática). La plataforma soportada por el sistema de varillas puede obtener el movimiento libre correspondiente controlando la longitud de la. varillas en el sistema de varillas. Puede realizar mecanizado, ensamblaje, medición y otras funciones CNC de varillaje de múltiples coordenadas, y puede cumplir mejor con el procesamiento de piezas especiales complejas. Tiene las ventajas de los robots modernos con un alto grado de modularidad, peso ligero y alta velocidad.

Como nuevo tipo de equipo de procesamiento, las máquinas herramienta paralelas se han convertido en una importante dirección de investigación en la tecnología de máquinas herramienta y han recibido gran atención por parte de la industria internacional de máquinas herramienta. Se considera "el progreso más significativo en la industria de las máquinas herramienta desde la invención de la tecnología CNC" y "una nueva generación de equipos de procesamiento CNC en el siglo XXI".

5. Terminales (grandes y pequeñas)

El desarrollo de defensa nacional, aviación, aeroespacial y equipamiento a gran escala en industrias básicas como la energía requieren el apoyo de empresas de gran escala. Máquinas herramienta CNC con buen rendimiento. La tecnología de procesamiento de ultraprecisión y la micronanotecnología son tecnologías estratégicas en el siglo 265,438+0. Es necesario desarrollar nuevas tecnologías y equipos de fabricación que puedan adaptarse a la precisión del procesamiento de microtamaño y micronano. Por lo tanto, la demanda de micromáquinas herramienta, incluidas máquinas herramienta de microcorte (torneado, fresado y rectificado), máquinas herramienta de procesamiento microeléctrico, máquinas herramienta de procesamiento microláser y microprensas, está aumentando gradualmente.

6. Red de interacción de información

Para las empresas que enfrentan una competencia feroz, las máquinas herramienta CNC deben estar equipadas con funciones de comunicación de red bidireccionales de alta velocidad para garantizar la información entre varios departamentos de la empresa. taller El flujo fluido es muy importante. No solo puede realizar el intercambio de recursos de red, sino también realizar monitoreo, control, capacitación, enseñanza y gestión remota de máquinas herramienta CNC, y también realizar servicios digitales de equipos CNC (diagnóstico remoto y mantenimiento de fallas de máquinas herramienta CNC, etc. ). Por ejemplo, Japón Mazak El centro de mecanizado de nueva generación lanzado por la empresa está equipado con un dispositivo externo llamado e-Tower, que incluye computadoras, teléfonos móviles y cámaras dentro y fuera de la máquina. , puede realizar visualización de alarmas de fallas de comunicación de voz, gráficos, video y texto, ayuda en línea para la resolución de problemas y otras funciones. Es una unidad de fabricación independiente y autogestionada.

7. Nuevos componentes funcionales

Para mejorar el rendimiento de las máquinas herramienta CNC en todos los aspectos, la aplicación de nuevos componentes funcionales con alta precisión y alta confiabilidad se ha vuelto inevitable. Los nuevos componentes funcionales representativos incluyen:

Husillo eléctrico de alta frecuencia: el husillo eléctrico de alta frecuencia es una integración de componentes de motor y husillo de alta frecuencia. Tiene una serie de ventajas como tamaño pequeño, alta velocidad, y regulación de velocidad continua se ha utilizado ampliamente en varias máquinas herramienta CNC nuevas;

Motor lineal: en los últimos años, los motores lineales se han utilizado ampliamente. Aunque su precio es más alto que el de los servosistemas tradicionales, debido a la aplicación de tecnologías clave como perturbación de cambio de carga, compensación de deformación térmica, aislamiento y protección magnéticos, la estructura de transmisión mecánica se simplifica y se mejora el rendimiento dinámico de la máquina herramienta. Por ejemplo, los motores lineales síncronos de imán permanente de CA trifásicos de la serie 1FN1 producidos por Siemens se han utilizado ampliamente en fresadoras de alta velocidad, centros de mecanizado, amoladoras, máquinas herramienta paralelas y máquinas herramienta con alto rendimiento dinámico y precisión de movimiento. El centro de mecanizado horizontal XHC de la empresa alemana EX-CELL-O utiliza dos motores lineales para accionamiento de tres vías.

Husillo de bolas eléctrico: el husillo de bolas eléctrico es una integración de servomotor y husillo de bolas, que puede simplificar enormemente la estructura de las máquinas herramienta CNC y tiene una serie de ventajas como menos enlaces de transmisión y estructura compacta.

8. Alta confiabilidad

En comparación con las máquinas herramienta tradicionales, las máquinas herramienta CNC han agregado sistemas CNC y los dispositivos de monitoreo correspondientes, y utilizan una gran cantidad de equipos eléctricos, hidráulicos y electromecánicos, que puede conducir fácilmente a un aumento de la probabilidad de fallos. Las fluctuaciones de voltaje y las interferencias en las redes eléctricas industriales son extremadamente perjudiciales para la confiabilidad de las máquinas herramienta CNC. Las piezas procesadas por las máquinas herramienta CNC tienen superficies complejas y ciclos de procesamiento largos, y el tiempo promedio requerido entre fallas es de más de 20.000 horas. Para garantizar la alta confiabilidad de las máquinas herramienta CNC, el sistema debe diseñarse cuidadosamente, fabricarse estrictamente, los objetivos de confiabilidad deben ser claros y los modos de falla deben analizarse mediante mantenimiento para identificar los eslabones débiles. El tiempo medio sin problemas de los sistemas CNC extranjeros es de más de 70 a 654,38+ millones de horas, mientras que el tiempo medio sin problemas de los sistemas CNC nacionales es de sólo unas 10.000 horas. El tiempo medio de trabajo sin problemas de las máquinas extranjeras es de más de 800 horas, mientras que el más alto en China es de sólo 300 horas.

9. Procesamiento ecológico

A medida que las limitaciones ambientales y de recursos se vuelven cada vez más estrictas, la fabricación y el procesamiento ecológicos se vuelven cada vez más importantes, y los problemas ambientales y de recursos de mi país son particularmente prominentes. . Por lo tanto, en los últimos años han seguido apareciendo y desarrollándose máquinas herramienta de corte en seco y semiseco que ahorran energía y son respetuosas con el medio ambiente.

En el siglo XXI, la tendencia general de la fabricación ecológica acelerará el desarrollo de diversas máquinas herramienta que ahorran energía y son respetuosas con el medio ambiente y ocuparán más mercados mundiales.

Aplicación de la tecnología multimedia.

La tecnología multimedia integra tecnologías informáticas, audiovisuales y de comunicación, dando a las computadoras la capacidad de procesar de manera integral información de sonido, texto, imágenes y video. Por lo tanto, también plantea requisitos gráficos para las interfaces de usuario. La interfaz de usuario razonable y fácil de usar facilita enormemente el uso de usuarios no profesionales. Las personas pueden operar a través de ventanas y menús, lo que facilita la programación de planos y la programación rápida, visualización de gráficos dinámicos tridimensionales en color, simulación de gráficos, gráficos dinámicos. seguimiento y simulación, vistas en diferentes direcciones y funciones de zoom para visualizaciones locales. Además, la aplicación de tecnología multimedia en el campo de la tecnología CNC puede hacer que el procesamiento de información sea integral e inteligente, y puede aplicarse a sistemas de monitoreo en tiempo real, diagnóstico de fallas de equipos del sitio de producción y monitoreo de parámetros del proceso de producción, por lo que tiene grandes ventajas. valor de la aplicación.