La historia del desarrollo de las máquinas herramienta CNC

Máquinas herramienta CNC

Las máquinas herramienta CNC son máquinas herramienta que utilizan información (instrucciones de programa) en forma de códigos digitales para controlar la herramienta y realizar un procesamiento automático de acuerdo con un programa de trabajo determinado. , velocidad de movimiento y trayectoria. Conocidas como máquinas herramienta CNC.

Características

Las máquinas herramienta CNC tienen una amplia adaptabilidad. Cuando el objeto de procesamiento cambia, solo es necesario cambiar las instrucciones del programa de entrada, el rendimiento del procesamiento es mayor que el de las máquinas herramienta automáticas ordinarias. Y las formas complejas se pueden procesar con precisión. Por lo tanto, es adecuado para procesar piezas de trabajo con lotes pequeños y medianos, modificaciones frecuentes, requisitos de alta precisión y formas complejas, y puede lograr buenos resultados económicos.

Con el desarrollo de la tecnología CNC, los tipos de máquinas herramienta que utilizan sistemas CNC aumentan día a día, incluidos tornos, fresadoras, mandrinadoras, taladradoras, amoladoras, máquinas herramienta de procesamiento de engranajes y máquinas herramienta de electroerosión. .

Además, existen centros de mecanizado y centros de torneado que pueden cambiar automáticamente las herramientas y realizar procesamientos multiproceso con una sola sujeción.

Breve historia del desarrollo

En 1948, la Fuerza Aérea de Estados Unidos encargó a la American Parsons Company el desarrollo de equipos de procesamiento para plantillas de perfiles de palas de hélices de aviones.

Debido a las formas complejas y diversas de las plantillas y los requisitos de alta precisión, es difícil que los equipos de procesamiento general se adapten, por lo que se propuso la idea de máquinas herramienta controladas por computadora.

En 1949, con la ayuda del Laboratorio de Investigación de Servo Mecanismos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), la empresa comenzó a investigar sobre máquinas herramienta CNC y produjo con éxito la primera fresadora copiadora vertical a gran escala. máquina en 1952. La fresadora CNC de tres coordenadas modificada comenzó pronto su producción formal y se puso oficialmente en uso en 1957.

Este es un gran avance en el desarrollo de la tecnología de fabricación y marca el comienzo de la era del mecanizado CNC en el campo de la fabricación.

El mecanizado CNC es la base de la tecnología de fabricación moderna. Esta invención tiene una importancia histórica y un impacto de gran alcance en la industria manufacturera.

Los principales países industrializados del mundo conceden gran importancia a la investigación y el desarrollo de la tecnología de mecanizado CNC.

En aquella época, los dispositivos CNC utilizaban componentes de tubos electrónicos, que eran voluminosos y caros. Sólo se utilizaban para procesar piezas de formas complejas en unos pocos departamentos con necesidades especiales, como la industria de la aviación en 1959; los componentes de transistores y las placas de circuitos de impresión han llevado los dispositivos CNC a la segunda generación, con tamaños más pequeños y costos más bajos. Después de 1960, las perforadoras CNC de control de puntos relativamente simples y económicas y las fresadoras CNC de control lineal se han desarrollado rápidamente, lo que ha convertido a las máquinas herramienta CNC en el; industria mecánica Poco a poco se están promoviendo diversos sectores de la industria manufacturera.

Mi país comenzó a desarrollar máquinas herramienta CNC en 1958 y probó con éxito máquinas herramienta CNC equipadas con sistemas CNC de tubos de electrones. En 1965, comenzó la producción en masa de fresadoras CNC de tres coordenadas equipadas con CNC de transistores. sistemas.

En 1965, apareció la tercera generación de dispositivos CNC de circuito integrado, que no solo eran pequeños en tamaño y bajo consumo de energía, sino que también mejoraban en confiabilidad y reducían aún más su precio, promoviendo el desarrollo de máquinas CNC. Variedades de herramientas y rendimiento.

A finales de la década de 1960, surgieron los sistemas de control numérico directo (DNC para abreviar), también conocidos como sistemas de control de grupo, en los que una computadora controla directamente múltiples máquinas herramienta (CNC para abreviar) controladas por; pequeñas computadoras, llevando el dispositivo CNC a la cuarta generación caracterizada por una pequeña informatización.

En 1974, se desarrolló con éxito un dispositivo de control numérico por microordenador (MNC para abreviar) que utilizaba un microprocesador y una memoria semiconductora. Se trata del sistema de control numérico de quinta generación.

En comparación con la tercera generación, las funciones del dispositivo CNC de quinta generación se han duplicado, mientras que el tamaño se ha reducido a 1/20 del original, el precio se ha reducido a 3/4 y el La confiabilidad también ha mejorado enormemente.

A principios de la década de 1980, con el desarrollo de la tecnología de software y hardware, aparecieron dispositivos CNC capaces de programar automáticamente a través del diálogo hombre-máquina; los dispositivos CNC se miniaturizaron cada vez más y podían instalarse directamente en las máquinas herramienta; Se ha mejorado aún más el grado de automatización de las máquinas herramienta CNC, con funciones como el control automático de rotura de herramientas y la detección automática de piezas.

Clasificación

Tras décadas de desarrollo, las máquinas herramienta CNC actuales han conseguido el control por ordenador y han sido ampliamente utilizadas en la industria, especialmente en la industria de fabricación de moldes.

Se han desarrollado varios tipos de máquinas herramienta de procesamiento CNC para satisfacer las necesidades de los procesos de corte de metales como torneado, fresado, rectificado, taladrado y cepillado, así como procesos de procesamiento especiales como el mecanizado eléctrico y el procesamiento láser. .

Existen muchos tipos de máquinas herramienta CNC. Las máquinas herramienta CNC generalmente se dividen en 16 categorías:

Tornos CNC (centros de torneado con funciones de fresado)

CNC. fresadoras (incluido centro de fresado)

Fresadora CNC

Un centro de mecanizado enfocado principalmente al fresado.

Amoladora CNC (incluido centro de rectificado)

Taladradora CNC (incluido centro de perforación)

Brochadora CNC

Cepilladora CNC

Máquinas herramienta de corte CNC

Máquinas herramienta de procesamiento de engranajes CNC

Máquinas herramienta de procesamiento láser CNC

Máquinas herramienta de electroerosión por hilo CNC

Máquinas herramienta de conformado CNC EDM (incluidos centros de mecanizado eléctricos)

Máquinas herramienta de conformado CNC Bancun

Máquinas herramienta de conformado de tubos CNC

Otras máquinas herramienta CNC p>

Composición

Las máquinas herramienta CNC suelen constar de sistemas de control, servosistemas, sistemas de detección, sistemas de transmisión mecánica y otros sistemas auxiliares.

El sistema de control se utiliza para el cálculo, gestión y control de máquinas herramienta CNC. Obtiene datos a través de medios de entrada, interpreta y calcula estos datos y produce efectos en la máquina herramienta. herramienta de acuerdo con las instrucciones del sistema de control, y controla la máquina herramienta. Las señales de pulso del dispositivo CNC se convierten en instrucciones de movimiento para las partes móviles de la máquina herramienta, de modo que las herramientas y piezas ejecuten los movimientos especificados por el CNC. el código se utiliza para detectar el desplazamiento y los cambios de velocidad de las piezas de ejecución de la máquina herramienta (mesa de trabajo, plataforma giratoria, corredera, etc.). El resultado de la detección se retroalimenta al extremo de entrada, en comparación con el comando de entrada, y la máquina. el movimiento de la herramienta se ajusta de acuerdo con la diferencia; el sistema de transmisión de la máquina herramienta es un dispositivo de transmisión de alimentación mecánica entre el componente de servoaccionamiento de alimentación y el actuador de la máquina herramienta. Hay muchos tipos de sistemas auxiliares, tales como: ciclo fijo (puede realizar varias repeticiones); procesamiento), cambio automático de herramientas (puede intercambiar herramientas designadas), compensación de espacio de transmisión para compensar el error de espacio causado por el sistema de transmisión mecánica), etc.

Control numérico

El dispositivo de control numérico incluye un dispositivo de lectura de programas y una parte de entrada, una parte aritmética, una parte de control y una parte de salida compuesta por circuitos electrónicos.

Los dispositivos CNC se dividen en tres categorías según las funciones de control que pueden realizar: control puntual, control lineal y control de trayectoria continua.

El control de puntos solo controla el posicionamiento preciso de la herramienta o mesa de trabajo de un punto a otro, y luego realiza el procesamiento de puntos fijos, y no es necesario controlar la ruta entre puntos.

Las taladradoras CNC, las taladradoras CNC y las taladradoras por coordenadas CNC utilizan este tipo de control.

El control lineal no solo controla el posicionamiento preciso del punto inicial y final de la trayectoria lineal, sino que también controla el corte lineal a una velocidad de alimentación específica entre estos dos puntos.

Los usuarios de este tipo de control incluyen fresadoras CNC para fresado de superficies, así como tornos CNC y rectificadoras CNC para torneado y rectificado de ejes escalonados.

El control continuo de trayectoria (o control de contorno) puede controlar continuamente el movimiento conjunto de dos o más direcciones coordinadas.

Para que la herramienta procese el contorno curvo de la pieza de trabajo de acuerdo con la trayectoria prescrita, el dispositivo CNC tiene la función de operación de interpolación, de modo que la trayectoria de movimiento de la herramienta se acerque a la curva de contorno prescrita con el error mínimo y coordina las coordenadas de cada dirección de movimiento de coordenadas para que la velocidad de avance especificada siempre se mantenga durante el proceso de corte.

Este tipo de control utilizan fresadoras CNC, tornos CNC, rectificadoras CNC y centros de mecanizado que pueden procesar superficies curvas.

Mecanismo servo

El mecanismo servo se divide en tres tipos: bucle abierto, bucle semicerrado y bucle cerrado.

El servomecanismo de bucle abierto está compuesto por un circuito de accionamiento de motor paso a paso y un motor paso a paso.

Cada señal de pulso hace que el motor paso a paso gire un cierto ángulo y empuje el banco de trabajo para moverse una cierta distancia a través del husillo de bolas.

Este tipo de servomecanismo es relativamente simple, de funcionamiento estable y fácil de dominar y usar, pero la mejora de la precisión y la velocidad es limitada.

El servomecanismo de bucle semicerrado está compuesto por un circuito de comparación, un circuito servoamplificador, un servomotor, un detector de velocidad y un detector de posición.

El detector de posición se instala en el extremo del tornillo o servomotor, y utiliza el ángulo de rotación del tornillo para medir indirectamente la posición del banco de trabajo.

Los servomotores de uso común incluyen motores de CC de gran velocidad, motores de CA de gran velocidad y servomotores electrohidráulicos.

Los detectores de posición incluyen transformadores rotativos, generadores de impulsos fotoeléctricos y rejillas circulares.

La precisión, velocidad y características dinámicas que este tipo de servomecanismo puede lograr son mejores que las de los servomecanismos de circuito abierto, y es utilizado por la mayoría de las máquinas herramienta CNC pequeñas y medianas.

El principio de funcionamiento y la composición del servomecanismo de circuito cerrado son los mismos que los del servomecanismo de circuito semicerrado, excepto que el detector de posición está instalado en el banco de trabajo y puede medir directamente la posición real. posición del banco de trabajo, por lo que la precisión de la retroalimentación es mayor que la del control de circuito semicerrado, pero es más difícil de dominar y depurar, y a menudo se usa en máquinas herramienta CNC de alta precisión y gran escala.

El servomotor utilizado en el servomecanismo de circuito cerrado es el mismo que el del circuito semicerrado, y el detector de posición utiliza una rejilla larga, un sincronizador inductivo largo o una rejilla magnética larga.

Componentes clave

Para garantizar que la máquina herramienta tenga una gran adaptabilidad del proceso y la capacidad de trabajar de forma continua y estable, el diseño estructural de las máquinas herramienta CNC se caracteriza por una rigidez suficiente. precisión y resistencia a la vibración, estabilidad térmica y retención de precisión.

La cadena de transmisión mecánica del sistema de alimentación utiliza husillos de bolas, husillos hidrostáticos y pares de engranajes sin juego para minimizar el juego.

La máquina herramienta utiliza rieles guía de plástico antifricción, rieles guía rodantes o rieles guía hidrostáticos para mejorar la suavidad del movimiento y evitar el arrastre durante el movimiento a baja velocidad.

Debido al uso de un servomotor de alimentación de amplia velocidad y un motor de husillo de amplia velocidad, la transmisión de engranajes y los cambios de velocidad de engranaje se pueden eliminar o reducir, lo que simplifica el mecanismo de transmisión de la máquina herramienta.

La disposición de la máquina herramienta facilita la extracción de virutas y la carga y descarga de piezas. Algunas máquinas herramienta CNC están equipadas con transportadores automáticos de virutas y dispositivos automáticos de intercambio de piezas.

La mayoría de las máquinas herramienta CNC utilizan controladores programables con microprocesadores para reemplazar una gran cantidad de relés en gabinetes de alta corriente, mejorando la confiabilidad y flexibilidad del control de alta corriente de las máquinas herramienta.

Con el rápido desarrollo de la tecnología microelectrónica, la tecnología informática y la tecnología de software, el sistema de control de las máquinas herramienta CNC se está volviendo cada vez más miniaturizado y multifuncional, con funciones completas de autodiagnóstico y la confiabilidad también ha mejorado enormemente; ; El propio sistema CNC generalmente implementará la programación automática.

Dirección de desarrollo

En el futuro, los tipos de máquinas herramienta CNC serán más diversificados y habrá cada vez más tipos de máquinas herramienta CNC para el procesamiento centralizado de múltiples procesos; el procesamiento láser y otras tecnologías se aplicarán a las máquinas herramienta de corte, ampliando así el alcance del proceso concentrado multiproceso, se mejorará aún más el grado de automatización de las máquinas herramienta CNC y tendrá una variedad de funciones de monitoreo, formando así un sistema flexible. unidad de fabricación, que se incorpora más fácilmente a un sistema de fabricación flexible altamente automatizado.