NC
(Numerical Control, kallad CNC) hänvisar till användningen av diskret digital information för att styra driften av maskiner och andra enheter, som endast kan programmeras av operatören själv
CNC
CNC-teknikapplikation
Utvecklingen av CNC-teknik är ganska snabb, vilket avsevärt har förbättrat produktiviteten för formbearbetning. Bland dem är CPU med snabbare beräkningshastighet kärnan i utvecklingen av CNC-teknik. Förbättringen av CPU är inte bara förbättringen av beräkningshastigheten, utan själva hastigheten innebär också förbättring av CNC-teknik i andra aspekter. Just för att CNC-tekniken har genomgått så stora förändringar de senaste åren är den värd vår granskning av den nuvarande tillämpningen av CNC-tekniken inom formtillverkningsindustrin.
Bearbetningstid för programblock och annat När CPU-behandlingshastigheten ökar och CNC-tillverkare använder höghastighets-CPU:er på högintegrerade CNC-system, har CNC-prestandan förbättrats avsevärt. Ett mer lyhört, lyhört system uppnår mer än bara högre programbehandlingshastigheter. Faktum är att ett system som kan bearbeta delprogram med en relativt hög hastighet också kan fungera som ett långsamt bearbetningssystem, eftersom även ett fullt fungerande CNC-system har några potentiella problem som kan bli begränsningar. Flaskhals av bearbetningshastighet.
För närvarande inser de flesta formfabriker att höghastighetsbearbetning kräver mer än bara kort bearbetningstid för bearbetningsprogram. På många sätt liknar situationen att köra en racerbil. Vinner alltid den snabbaste bilen loppet? Även en enstaka åskådare på en biltävling vet att det finns många faktorer förutom hastighet som påverkar resultatet av en tävling.
Först och främst är förarens kunskap om banan viktig: han måste veta var de skarpa svängarna är för att sakta ner på lämpligt sätt och ta sig fram på ett säkert och effektivt sätt. I processen att bearbeta formar vid höga matningshastigheter kan banaövervakningstekniken som ska bearbetas i CNC få information om utseendet på skarpa kurvor i förväg, och denna funktion spelar samma roll.
På samma sätt liknar en förares lyhördhet för andra förarrörelser och osäkerheter mängden servoåterkoppling i en CNC. Servoåterkoppling i CNC innefattar huvudsakligen positionsåterkoppling, hastighetsåterkoppling och strömåterkoppling.
När en förare kör runt banan har konsistensen i hans rörelser och om han kan bromsa och accelerera skickligt en mycket viktig inverkan på förarens prestanda på plats. På liknande sätt använder CNC-systemets klockformade acceleration/retardation och banaövervakningsfunktioner som ska bearbetas långsam acceleration/retardation istället för plötsliga hastighetsändringar för att säkerställa smidig acceleration av verktygsmaskinen.
Dessutom finns det andra likheter mellan racerbilar och CNC-system. Kraften hos racingmotorn liknar CNC-drivenheten och motorn. Racerbilens vikt är jämförbar med vikten av de rörliga komponenterna i verktygsmaskinen. Styvheten och styrkan hos racerbilen liknar styrkan och styvheten hos verktygsmaskinen. CNC:ns förmåga att korrigera vägspecifika fel är mycket lik en förares förmåga att hålla en bil i sin fil.
En annan situation som liknar nuvarande CNC är att de racingbilar som inte är de snabbaste ofta kräver förare med omfattande kunskaper. Tidigare kunde endast avancerad CNC säkerställa hög bearbetningsnoggrannhet samtidigt som man skär i hög hastighet. Idag har CNC:er i mellan- och lågprissegment förmågan att få jobbet gjort på ett tillfredsställande sätt. Även om high-end CNC har den bästa prestandan som finns tillgänglig för närvarande, finns det också möjligheten att den low-end CNC du använder har samma bearbetningsegenskaper som high-end CNC i liknande produkter. Tidigare var den faktor som begränsade den maximala matningshastigheten för formbearbetning CNC, men idag är det den mekaniska strukturen hos verktygsmaskinen. När verktygsmaskinen redan har nått sin prestandagräns kommer bättre CNC inte att förbättra prestandan ytterligare. Inneboende egenskaper hos bild CNC-system
Följande är några grundläggande CNC-egenskaper i den nuvarande formbearbetningsprocessen:
1. Olikformig rationell B-spline (NURBS) interpolation av krökta ytor
Denna teknik använder interpolation längs en kurva, snarare än att använda en serie korta raka linjer för att passa kurvan. Tillämpningen av denna teknik har blivit ganska vanlig. Många CAM-programvara som för närvarande används i formindustrin ger en möjlighet att generera delprogram i NURBS-interpolationsformat. Samtidigt ger den kraftfulla CNC:n också femaxliga interpolationsfunktioner och relaterade funktioner. Dessa egenskaper ökar kvaliteten på ytfinishen, förbättrar jämnare motordrift, ökar skärhastigheterna och möjliggör mindre delprogram.
2. Mindre instruktionsenhet
De flesta CNC-system överför rörelse- och positioneringsinstruktioner till verktygsmaskinens spindel i enheter på inte mindre än 1 mikron. Efter att ha utnyttjat förbättringen av CPU-processorkraften fullt ut, kan den minsta instruktionsenheten i vissa CNC-system till och med nå 1 nanometer (0.000001 mm). Efter att kommandoenheten reducerats med 1000 gånger kan högre bearbetningsnoggrannhet erhållas och motorn kan gå smidigare. Den mjuka driften av motorn gör att vissa verktygsmaskiner kan köras med högre accelerationer utan att öka bäddvibrationerna.
3. Klockkurvans acceleration/retardation
Kallas även S-kurva acceleration/retardation, eller crawl control. Jämfört med den linjära accelerationsmetoden kan denna metod uppnå bättre accelerationseffekt av verktygsmaskinen. Jämfört med andra accelerationsmetoder, inklusive linjära och exponentiella metoder, kan den klockformade kurvmetoden uppnå mindre positioneringsfel.
4. Övervakning av spår som ska bearbetas
Denna teknik används flitigt och har många prestandaskillnader som skiljer hur den fungerar i low-end styrsystem från hur den fungerar i high-end styrsystem. Generellt sett implementerar CNC programförbearbetning genom övervakning av bearbetningsbana för att säkerställa bättre accelerations-/retardationskontroll. Beroende på prestanda hos olika CNC:er varierar antalet programblock som krävs för att övervaka banan som ska bearbetas från två till hundra, vilket huvudsakligen beror på den minsta bearbetningstiden för delprogrammet och accelerations-/retardationstidskonstanten. Generellt sett behövs minst femton programblock för banaövervakning som ska behandlas för att uppfylla bearbetningskraven.
5. Digital servokontroll
Utvecklingen av digitala servosystem går så snabbt att de flesta tillverkare av verktygsmaskiner väljer detta system som servostyrsystem för verktygsmaskiner. Efter att ha använt detta system kan CNC:n styra servosystemet på ett mer lägligt sätt, och CNC:s styrning av verktygsmaskinen blir också mer exakt.
Det digitala servosystemets funktioner är följande:
1) Strömslingans samplingshastighet kommer att ökas, i kombination med förbättringen av strömslingstyrningen, vilket minskar motorns temperaturökning. På detta sätt kan inte bara motorns livslängd förlängas, utan värmen som överförs till kulskruven kan också minskas, vilket förbättrar skruvens noggrannhet. Dessutom kan en ökning av samplingshastigheten också öka förstärkningen av hastighetsslingan, vilket hjälper till att förbättra verktygsmaskinens totala prestanda.
2) Eftersom många nya CNC:er använder höghastighetssekvenser för att ansluta till servoslingor, kan CNC:n få mer arbetsinformation om motorn och drivenheten via kommunikationslänken. Detta förbättrar verktygsmaskinens underhållsprestanda.
3) Kontinuerlig positionsåterkoppling möjliggör högprecisionsbearbetning vid höga hastigheter. Accelerationen av CNC-drifthastigheten gör att positionsåterkopplingshastigheten blir en flaskhals som begränsar arbetshastigheten för verktygsmaskiner. I den traditionella återkopplingsmetoden, eftersom samplingshastigheten för den externa kodaren för CNC:n och elektronisk utrustning ändras, begränsas återkopplingshastigheten av signaltypen. Med hjälp av seriell feedback kommer detta problem att lösas väl. Exakt återkopplingsnoggrannhet uppnås även när verktygsmaskinen körs med mycket höga hastigheter.
6. Linjärmotor
Under de senaste åren har prestanda och popularitet för linjärmotorer förbättrats avsevärt, så många bearbetningscenter har antagit denna enhet. Hittills har Fanuc installerat minst 1,000 linjärmotor. Några av GE Fanucs avancerade teknologier gör att linjärmotorn på verktygsmaskinen har en maximal uteffekt på 15 500N och en maximal acceleration på 30g. Användningen av andra avancerade teknologier har minskat storleken och vikten på verktygsmaskiner och avsevärt förbättrat kylningseffektiviteten. Alla dessa tekniska framsteg ger linjärmotorer större fördelar än roterande motorer: högre accelerations-/retardationshastigheter; mer exakt positioneringskontroll, högre styvhet; högre tillförlitlighet; inre dynamisk bromsrörelse.
Externa ytterligare funktioner: Öppet CNC-system
Verktygsmaskiner som använder öppna CNC-system utvecklas snabbt. Kommunikationshastigheterna för för närvarande tillgängliga kommunikationssystem är relativt höga, vilket resulterar i uppkomsten av olika typer av öppna CNC-strukturer. De flesta öppna system kombinerar öppenheten hos en vanlig PC med funktionaliteten hos en traditionell CNC. Den största fördelen med detta är att även om verktygsmaskinens hårdvara blir föråldrad, tillåter öppen CNC fortfarande dess prestanda att förändras med befintlig teknik och bearbetningskrav. Andra funktioner kan läggas till i Open CNC med hjälp av annan mjukvara. Dessa egenskaper kan vara nära relaterade till mögelbearbetning, eller så kan de ha lite att göra med mögelbearbetning. Vanligtvis har det öppna CNC-systemet som används i formbutiken följande vanliga funktionsalternativ:
Billig onlinekommunikation;
Ethernet;
Adaptiv kontrollfunktion;
Gränssnitt för streckkodsläsare, verktygsserienummerläsare och/eller pallserienummersystem;
Möjlighet att spara och redigera ett stort antal delprogram;
Insamling av lagrad programkontrollinformation;
Filbehandlingsfunktion;
Integration av CAD/CAM-teknik och verkstadsplanering;
Universellt operativt gränssnitt.
Den sista punkten är oerhört viktig. Eftersom det finns en ökande efterfrågan på enkelmanövrerad CNC vid formbearbetning. I detta koncept är det viktigaste att olika CNC:er har samma operativa gränssnitt. Generellt sett måste operatörer av olika verktygsmaskiner utbildas separat eftersom olika typer av verktygsmaskiner, såväl som verktygsmaskiner tillverkade av olika tillverkare, använder olika CNC-gränssnitt. Öppna CNC-system skapar möjlighet för hela butiken att använda samma CNC-styrgränssnitt.
Nu kan verktygsmaskiner designa sitt eget gränssnitt för CNC-operationer även om de inte kan C-språket. Dessutom tillåter den öppna systemstyrenheten olika maskindriftlägen att ställas in efter individuella behov. Detta gör att operatörer, programmerare och underhållspersonal kan konfigurera inställningar enligt sina egna krav. När de används visas endast den specifika information de behöver på skärmen. Att använda denna metod kan minska onödig sidvisning och hjälpa till att förenkla CNC-operationer.
Femaxlig bearbetning
I processen att tillverka komplexa formar blir tillämpningen av femaxlig bearbetning mer och mer utbredd. Med hjälp av femaxlig bearbetning kan antalet verktyg eller/och verktygsmaskiner som krävs för att bearbeta en del minskas. Antalet utrustning som krävs för bearbetningsprocessen kommer att minimeras, samtidigt som den totala bearbetningstiden också reduceras. CNC:er blir mer och mer kapabla, vilket gör att CNC-tillverkare kan erbjuda fler femaxliga funktioner.
Funktioner som tidigare bara var tillgängliga i high-end CNC används nu även i mellanklassprodukter. För de tillverkare som aldrig har använt femaxlig bearbetningsteknik, gör tillämpningen av dessa funktioner femaxlig bearbetning enklare. Att tillämpa nuvarande CNC-teknik på femaxlig bearbetning ger femaxlig bearbetning följande fördelar:
Minska behovet av specialverktyg;
Tillåter att verktygsoffset ställs in efter att detaljprogrammet är klart;
Stöd utformningen av universella program så att efterbehandlade program kan användas omväxlande mellan olika verktygsmaskiner;
Förbättra kvaliteten på efterbehandling;
Den kan användas för verktygsmaskiner med olika strukturer, så att det inte är nödvändigt att ange i programmet om spindeln eller arbetsstycket roterar runt mittpunkten. Eftersom detta kommer att lösas av parametrarna för CNC.
Vi kan använda exemplet med kulfräskompensation för att illustrera varför femaxlig är särskilt lämplig för formbearbetning. För att korrekt kompensera för förskjutningen av den sfäriska fräsen när detaljen och verktyget roterar runt den centrala svängningsaxeln, måste CNC:n dynamiskt kunna justera verktygets kompensationsmängd i X-, Y- och Z-riktningarna. Att säkerställa kontinuiteten i verktygets skärande kontaktpunkter är fördelaktigt för att förbättra kvaliteten på efterbehandlingen.
Dessutom inkluderar femaxliga CNC-användningar funktioner relaterade till att rotera verktyget runt spindeln, funktioner relaterade till att rotera delen runt spindeln och funktioner som gör att operatören kan ändra verktygsvektorn manuellt.
När verktygets centrala axel används som rotationsaxel, kommer den ursprungliga verktygslängdförskjutningen i Z-axelns riktning att delas upp i komponenter i X-, Y- och Z-riktningarna. Dessutom är den ursprungliga verktygsdiameterförskjutningen i X- och Y-axelriktningarna också uppdelad i tre komponenter i X-, Y- och Z-axelriktningarna. Eftersom verktyget inom skärteknik kan göra matningsrörelser längs rotationsaxelns riktning, måste alla dessa förskjutningar uppdateras dynamiskt för att ta hänsyn till den kontinuerligt förändrade verktygsorienteringen.
En annan CNC-funktion som kallas "verktygets mittpunktsprogrammering" tillåter programmerare att definiera verktygets bana och mittpunktshastighet. CNC:n säkerställer att verktyget rör sig enligt programmet genom kommandon i rotationsaxelns och linjäraxelns riktning. Denna funktion förhindrar att verktygets mittpunkt ändras med verktygsbytet. Detta innebär också att vid femaxlig bearbetning kan verktygets offset matas in direkt som treaxlig bearbetning, och det kan också förklaras genom ett annat efterprogram. Ändring av verktygslängd. Denna egenskap att rotera spindeln för att realisera rörelseaxeln förenklar efterbearbetningen av verktygsprogrammering.
Med samma funktion kan verktygsmaskinen även erhålla rotationsrörelse genom att rotera arbetsstycket runt en central vridaxel. Den nyutvecklade CNC:n kan dynamiskt justera fasta förskjutningar och roterande koordinataxlar för att matcha detaljens rörelse. När operatörer använder manuella metoder för att uppnå långsam matning av verktygsmaskiner spelar CNC-systemet också en viktig roll. Det nyutvecklade CNC-systemet tillåter också att axeln långsamt matas i verktygsvektorns riktning, och tillåter även att verktygsspetsvektorns riktning ändras utan att ändra verktygsspetsens position (se illustrationen ovan).
Dessa funktioner gör det möjligt för operatörer att enkelt använda programmeringsmetoden 3+2 som för närvarande används allmänt inom formindustrin när de använder femaxliga verktygsmaskiner. Men eftersom nya femaxliga bearbetningsmöjligheter gradvis utvecklas och accepteras, kan riktiga femaxliga formbearbetningsmaskiner bli vanligare.
