NC
(Controllo numerico, controllo digitale, indicato come controllo numerico), si riferisce all'uso di informazioni digitali discrete per controllare il funzionamento di macchinari e altri dispositivi, che possono essere programmati solo dall'operatore stesso.
CNC
Applicazione della tecnologia CNC
Lo sviluppo della tecnologia CNC è piuttosto rapido, il che migliora notevolmente la produttività della lavorazione degli stampi e la CPU con una maggiore velocità operativa è il fulcro dello sviluppo della tecnologia CNC. Il miglioramento della CPU non è solo il miglioramento della velocità di calcolo, ma la velocità stessa comporta anche il miglioramento della tecnologia CNC in altri aspetti. È proprio a causa di tali grandi cambiamenti nella tecnologia CNC negli ultimi anni che vale la pena per noi fare una revisione dell'attuale applicazione della tecnologia CNC nell'industria della produzione di stampi.
immagine
Tempo di elaborazione del blocco di programma e altro A causa dell'aumento della velocità di elaborazione della CPU e dell'applicazione di CPU ad alta velocità a sistemi CNC altamente integrati da parte dei produttori di CNC, le prestazioni del CNC sono state notevolmente migliorate. I sistemi più veloci e più reattivi consentono molto più di velocità di elaborazione del programma più elevate. Infatti, un sistema in grado di elaborare un part program a una velocità piuttosto elevata può comportarsi come un sistema di elaborazione a bassa velocità perché anche un sistema CNC perfettamente funzionante presenta alcuni potenziali problemi che possono diventare un collo di bottiglia che limita la velocità di elaborazione.
Attualmente, la maggior parte delle fabbriche di stampi si rende conto che la lavorazione ad alta velocità richiede tempi di elaborazione più brevi dei programmi di lavorazione. Per molti versi, la situazione è simile alla guida di un'auto da corsa. L'auto più veloce vince sempre la gara? Anche uno spettatore occasionale sa che ci sono molti fattori oltre alla velocità che influenzano l'esito di una gara.
Prima di tutto, la conoscenza della pista da parte del pilota è molto importante: deve sapere dove ci sono curve strette, in modo da poter rallentare adeguatamente per superare la curva in modo sicuro ed efficiente. Nel processo di lavorazione degli stampi ad alte velocità di avanzamento, la tecnologia di monitoraggio della traccia da elaborare in CNC può ottenere in anticipo le informazioni sulle curve strette e questa funzione svolge lo stesso ruolo.
Allo stesso modo, la sensibilità del conducente alle azioni e alle incertezze di altri conducenti è simile al numero di feedback del servo nel CNC. Il servo feedback nel CNC include principalmente feedback di posizione, feedback di velocità e feedback di corrente.
Quando il pilota guida in pista, la consistenza dell'azione, se i freni e l'accelerazione possono essere abili, ecc. hanno un impatto molto importante sulle prestazioni sul posto del pilota. Allo stesso modo, le funzioni di accelerazione/decelerazione a campana e monitoraggio da traccia a processo del sistema CNC utilizzano un'accelerazione/decelerazione lenta invece di improvvisi cambi di velocità per garantire un'accelerazione regolare della macchina utensile.
Oltre a ciò, ci sono altre somiglianze tra auto da corsa e sistemi CNC. La potenza del motore dell'auto da corsa è simile al dispositivo di guida e al motore del CNC, il peso dell'auto da corsa può essere confrontato con il peso dei componenti mobili nella macchina utensile e la rigidità e la resistenza dell'auto da corsa sono simile alla forza e alla rigidità della macchina utensile. La capacità di un CNC di correggere determinati errori di percorso è molto simile alla capacità di un conducente di mantenere un'auto all'interno della corsia.
Un'altra situazione simile all'attuale CNC è che quelle auto che non sono le più veloci spesso richiedono piloti a tutto tondo. In passato, solo i CNC di fascia alta potevano garantire un'elevata precisione di lavorazione durante il taglio ad alta velocità. Oggi, i CNC di fascia media e bassa hanno la capacità di svolgere il lavoro in modo soddisfacente. Mentre il CNC di fascia alta ha le migliori prestazioni oggi disponibili, c'è anche la possibilità che il CNC di fascia bassa che stai utilizzando abbia le stesse caratteristiche di elaborazione di un CNC di fascia alta nella sua classe. In passato il fattore che limitava la velocità massima di avanzamento della lavorazione dello stampo era il CNC, ma oggi è la struttura meccanica della macchina utensile. Laddove una macchina utensile è già al limite delle sue prestazioni, un CNC migliore non la migliorerà.
Caratteristiche intrinseche del sistema CNC
Di seguito sono riportate alcune caratteristiche di base del CNC nell'attuale processo di lavorazione degli stampi:
1. Interpolazione B-spline razionale non uniforme (NURBS) di curve e superfici
La tecnica utilizza l'interpolazione lungo una curva piuttosto che una serie di brevi linee rette per adattarsi alla curva. L'applicazione di questa tecnologia è abbastanza comune. Molti dei software CAM attualmente in uso nel settore degli utensili offrono un'opzione per generare part program in formato di interpolazione NURBS. Allo stesso tempo, il potente CNC fornisce anche la funzione di interpolazione a cinque assi e le relative funzionalità. Queste proprietà migliorano la qualità della finitura superficiale, migliorano l'uniformità del funzionamento del motore, aumentano le velocità di taglio e consentono programmi per pezzi più piccoli.
2. Unità di istruzione più piccola
La maggior parte dei sistemi CNC trasmette comandi di movimento e posizionamento al mandrino della macchina utensile in unità non inferiori a 1 micron. Dopo aver sfruttato appieno i vantaggi del miglioramento della potenza di elaborazione della CPU, l'unità di istruzione minima di alcuni sistemi CNC può raggiungere anche 1 nanometro (0.000001 mm). Dopo che l'unità di comando è stata ridotta di 1000 volte, è possibile ottenere una maggiore precisione di lavorazione, che può far funzionare il motore in modo più fluido. Il buon funzionamento del motore consente ad alcune macchine utensili di funzionare ad accelerazioni più elevate senza aumentare le vibrazioni del letto.
3. Accelerazione/decelerazione della curva a campana
Conosciuto anche come accelerazione/decelerazione della curva a S o controllo dello scorrimento. Rispetto all'utilizzo del metodo di accelerazione lineare, questo metodo può far sì che la macchina utensile ottenga un migliore effetto di accelerazione. Rispetto ad altri metodi di accelerazione, compresi i metodi lineari ed esponenziali, il metodo della curva a campana può ottenere errori di posizionamento minori.
4. Traccia il monitoraggio da elaborare
Questa tecnica è ampiamente utilizzata e presenta numerose differenze di prestazioni che differenziano il modo in cui funziona nei sistemi di controllo di basso livello da come funziona nei sistemi di controllo di alto livello. In generale, il CNC realizza la preelaborazione del programma monitorando la traiettoria di elaborazione, in modo da garantire un migliore controllo dell'accelerazione/decelerazione. A seconda delle prestazioni dei diversi CNC, il numero di blocchi di programma necessari per monitorare la traiettoria da elaborare varia da due a centinaia, che dipende principalmente dal tempo di elaborazione più breve del programma pezzo e dalla costante di tempo di accelerazione/decelerazione. In generale, per soddisfare i requisiti di elaborazione, sono necessari almeno quindici blocchi di programma di monitoraggio del binario da elaborare.
5. Servocomando digitale
Lo sviluppo del servosistema digitale è così rapido che la maggior parte dei produttori di macchine utensili sceglie questo sistema come sistema di servocontrollo delle macchine utensili. Dopo aver utilizzato questo sistema, il CNC può controllare il servosistema in modo più tempestivo e il controllo della macchina utensile da parte del CNC è diventato più preciso.
Il ruolo del servosistema digitale è il seguente:
1) La velocità di campionamento dell'anello di corrente verrà aumentata, il che, insieme al miglioramento del controllo dell'anello di corrente, ridurrà l'aumento di temperatura del motore. In questo modo, non solo si può prolungare la vita del motore, ma si può anche ridurre il calore trasferito alla vite a ricircolo di sfere, migliorando così la precisione della vite. Inoltre, velocità di campionamento più elevate possono anche aumentare il guadagno del loop di velocità, il che può contribuire a migliorare le prestazioni complessive della macchina utensile.
2) Poiché molti nuovi CNC utilizzano sequenze ad alta velocità per connettersi al servo loop, attraverso il collegamento di comunicazione, il CNC può ottenere maggiori informazioni di funzionamento del motore e dell'azionamento. Ciò migliora la manutenibilità della macchina utensile.
3) Il feedback di posizione continuo consente una lavorazione di alta precisione a velocità di avanzamento elevate. L'accelerazione della velocità operativa del CNC fa sì che la velocità del feedback di posizione diventi il collo di bottiglia che limita la velocità di funzionamento delle macchine utensili. Nel metodo di retroazione tradizionale, al variare della velocità di campionamento dell'encoder esterno del CNC e dell'apparecchiatura elettronica, la velocità di retroazione è limitata dal tipo di segnale. Usando il feedback seriale, questo problema sarà ben risolto. La sofisticata precisione del feedback viene raggiunta anche quando la macchina utensile funziona a velocità elevate.
6. Motore lineare
Negli ultimi anni, le prestazioni di lavoro e la popolarità dei motori lineari sono state notevolmente migliorate, quindi molti centri di lavoro hanno adottato questo dispositivo. Finora, Fanuc ha installato almeno 1,000 motori lineari. Alcune tecnologie avanzate di GE Fanuc consentono al motore lineare della macchina utensile di avere una forza di uscita massima di 15.500 N e un'accelerazione massima di 30 g. L'applicazione di altre tecnologie avanzate ha ridotto le dimensioni della macchina utensile, ridotto il suo peso e notevolmente migliorato la sua efficienza di raffreddamento. Tutti questi progressi tecnologici offrono ai motori lineari maggiori vantaggi rispetto ai motori rotativi: tassi di accelerazione/decelerazione più elevati; controllo di posizionamento più accurato, maggiore rigidità; maggiore affidabilità; frenatura dinamica interna.
Funzionalità aggiuntive esterne: sistema CNC aperto
Le macchine utensili che utilizzano sistemi CNC aperti si stanno sviluppando molto rapidamente. Al momento, la velocità di comunicazione del sistema di comunicazione alternativo è relativamente elevata, quindi esistono molti tipi di strutture CNC aperte. La maggior parte dei sistemi aperti combina l'apertura di un PC standard con la funzionalità di un CNC tradizionale. Il più grande vantaggio di questo è che anche se l'hardware della macchina utensile è obsoleto, il CNC aperto consente comunque alle sue prestazioni di cambiare con la tecnologia esistente e i requisiti di elaborazione. Ulteriori funzionalità possono anche essere aggiunte a Open CNC con l'aiuto di altri software. Queste proprietà possono essere strettamente correlate alla lavorazione dello stampo o avere poco a che fare con la lavorazione dello stampo. In genere, un sistema CNC aperto utilizzato in un'officina stampi presenta le seguenti opzioni funzionali comuni:
Comunicazione di rete economica;
Ethernet;
Funzione di controllo adattativo;
Interfacce disponibili per lettori di codici a barre, lettori di numeri di serie di utensili e/o sistemi di numeri di serie di pallet;
La possibilità di salvare e modificare un gran numero di part program;
Il programma memorizzato controlla la raccolta delle informazioni;
funzioni di elaborazione file;
Integrazione della tecnologia CAD/CAM e pianificazione dell'officina;
Interfaccia operativa comune.
Quest'ultimo punto è estremamente importante. Perché la domanda di CNC facili da usare è in aumento nella lavorazione degli stampi. In questo concetto, la cosa più importante è che diversi CNC abbiano la stessa interfaccia operatore. Come regola generale, gli operatori di diverse macchine utensili devono essere addestrati separatamente perché diversi tipi di macchine utensili, così come macchine di diversi produttori, utilizzano diverse interfacce CNC. I sistemi CNC aperti creano l'opportunità di utilizzare la stessa interfaccia di controllo CNC per l'intera officina.
Ora, i proprietari di macchine utensili possono progettare la propria interfaccia per il funzionamento CNC anche se non conoscono il linguaggio C. Inoltre, il controller di sistema aperto consente di impostare diverse modalità di funzionamento della macchina in base alle esigenze individuali. In questo modo, operatori, programmatori e manutentori possono configurare secondo le proprie esigenze. Quando è in uso, sullo schermo vengono visualizzate solo le informazioni specifiche di cui hanno bisogno. L'utilizzo di questo metodo può ridurre la visualizzazione di pagine non necessarie e contribuire a semplificare il funzionamento del CNC.
Lavorazione a cinque assi
Nel processo di realizzazione di stampi complessi, l'applicazione della lavorazione a cinque assi sta diventando sempre più diffusa. Utilizzando la lavorazione a cinque assi, è possibile ridurre al minimo il numero di utensili e/o macchine utensili necessarie per lavorare un pezzo, il numero di attrezzature necessarie per il processo di lavorazione e anche il tempo di lavorazione totale. I CNC stanno diventando più potenti, consentendo ai produttori di CNC di offrire più funzioni a cinque assi.
Le funzioni che in passato avevano solo i CNC di fascia alta sono ora utilizzate anche nei prodotti di fascia media. Per quei produttori che non hanno mai utilizzato la 5-tecnologia di lavorazione degli assi, l'applicazione di queste funzionalità semplifica la 5-lavorazione degli assi. L'utilizzo dell'attuale tecnologia CNC per la lavorazione a cinque assi consente alla lavorazione a cinque assi di avere i seguenti vantaggi:
Ridurre la necessità di strumenti specializzati;
È consentito impostare l'offset dell'utensile dopo aver completato il part program;
Supportare la progettazione di programmi generali, in modo che i programmi post-elaborati possano essere utilizzati in modo intercambiabile tra diverse macchine utensili;
Migliorare la qualità della finitura;
Può essere utilizzato su macchine utensili di diverse strutture, in modo che non sia necessario specificare nel programma se il mandrino o il pezzo stanno ruotando attorno al punto centrale. Perché sarà risolto dai parametri CNC.
Possiamo utilizzare l'esempio della compensazione di una fresa sferica per illustrare perché il cinque assi è particolarmente adatto per la lavorazione dello stampo. Quando i pezzi e gli utensili ruotano attorno all'asse di rotazione, per compensare con precisione l'offset della fresa sferica, il CNC deve essere in grado di regolare dinamicamente l'entità della compensazione dell'utensile nelle tre direzioni di X, Y e Z. Garantire la continuità del punto di taglio dell'utensile contribuisce a migliorare la qualità della finitura.
Inoltre, i CNC a cinque assi sono utili per funzioni associate alla rotazione di un utensile attorno a un mandrino, funzioni associate alla rotazione di una parte attorno a un mandrino e funzioni che consentono all'operatore di modificare manualmente il vettore utensile.
Quando l'asse centrale dell'utensile viene utilizzato come asse di rotazione, l'offset della lunghezza dell'utensile originale nella direzione dell'asse Z sarà diviso in tre componenti nelle direzioni X, Y e Z. Inoltre, anche l'offset del diametro dell'utensile originale nelle direzioni degli assi X e Y è suddiviso in tre componenti nelle direzioni degli assi X, Y e Z. Poiché nell'ingegneria del taglio l'utensile può essere alimentato lungo l'asse di rotazione, tutti questi offset devono essere aggiornati dinamicamente per tenere conto del continuo cambiamento dell'orientamento dell'utensile.
Un'altra caratteristica del CNC chiamata "programmazione del punto centrale dell'utensile" consente ai programmatori di definire il percorso e la velocità del punto centrale dell'utensile. Il CNC assicura che l'utensile si muova secondo il programma tramite comandi nella direzione dell'asse rotativo e dell'asse lineare. Questa caratteristica fa sì che il punto centrale dell'utensile non cambi più con il cambio dell'utensile, il che significa anche che nella lavorazione a cinque assi, l'offset dell'utensile può essere immesso direttamente come la lavorazione a tre assi, e il cambio di la lunghezza dell'utensile può anche essere spiegata nuovamente dalla post-programmazione. Questa cinematica dell'asse rotante ruotando il mandrino semplifica la post-elaborazione della programmazione degli utensili.
Utilizzando la stessa funzione, la macchina utensile può anche ottenere un movimento rotatorio ruotando il pezzo attorno all'asse centrale. Il CNC di nuova concezione è in grado di seguire il movimento del pezzo regolando dinamicamente gli offset fissi e ruotando gli assi coordinati. Il sistema CNC gioca un ruolo importante anche quando l'operatore implementa manualmente l'avanzamento lento della macchina utensile. Il sistema CNC di nuova concezione consente inoltre di muovere lentamente gli assi lungo la direzione del vettore utensile e anche di modificare la direzione del vettore punta utensile senza modificare la posizione della punta utensile (vedere l'illustrazione sopra).
Queste caratteristiche consentono agli operatori di utilizzare facilmente il metodo di programmazione 3 più 2 ampiamente utilizzato nell'industria degli stampi quando si utilizzano utensili di lavorazione a cinque assi. Tuttavia, man mano che le nuove capacità di lavorazione a cinque assi vengono gradualmente sviluppate e accettate, le vere macchine per la produzione di stampi a cinque assi potrebbero diventare più comuni.
