NC
(Controllo Numerico, denominato CNC) 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 ha notevolmente migliorato la produttività della lavorazione degli stampi. Tra questi, la CPU con velocità di elaborazione più elevata è il fulcro dello sviluppo della tecnologia CNC. Il miglioramento della CPU non significa solo il miglioramento della velocità di calcolo, ma la velocità stessa comporta anche il miglioramento della tecnologia CNC sotto altri aspetti. Proprio perché la tecnologia CNC ha subito cambiamenti così grandi negli ultimi anni, vale la pena di esaminare l’attuale applicazione della tecnologia CNC nel settore della produzione di stampi.
Tempo di elaborazione del blocco di programma e altro Con l'aumento della velocità di elaborazione della CPU e i produttori di CNC che applicano CPU ad alta velocità a sistemi CNC altamente integrati, le prestazioni del CNC sono migliorate in modo significativo. Un sistema più reattivo e reattivo ottiene molto più che una semplice velocità di elaborazione del programma più elevata. Infatti, un sistema in grado di elaborare programmi pezzo a una velocità relativamente elevata può anche funzionare come un sistema di elaborazione lento, poiché anche un sistema CNC perfettamente funzionante presenta alcuni potenziali problemi che potrebbero diventare limitazioni. Collo di bottiglia della velocità di elaborazione.
Attualmente, la maggior parte delle fabbriche di stampi si rende conto che la lavorazione ad alta velocità richiede molto più che un semplice tempo di elaborazione del programma di lavorazione. In molti sensi, la situazione è simile alla guida di un’auto da corsa. L’auto più veloce vince sempre la gara? Anche uno spettatore occasionale di una gara automobilistica sa che ci sono molti fattori oltre alla velocità che influenzano l'esito di una gara.
Innanzitutto è importante la conoscenza della pista da parte del pilota: deve sapere dove si trovano le curve strette per rallentare adeguatamente e affrontarle in modo sicuro ed efficiente. Nel processo di lavorazione degli stampi ad alte velocità di avanzamento, la tecnologia di monitoraggio della traiettoria da elaborare nel CNC può ottenere in anticipo informazioni sull'aspetto delle curve strette e questa funzione svolge lo stesso ruolo.
Allo stesso modo, la reattività di un conducente ai movimenti e alle incertezze di altri conducenti è simile alla quantità di feedback del servo in un CNC. Il feedback del servo nel CNC include principalmente feedback di posizione, feedback di velocità e feedback di corrente.
Quando un pilota guida in pista, la coerenza dei suoi movimenti e la capacità di frenare e accelerare abilmente hanno un impatto molto importante sulle prestazioni del pilota sul posto. Allo stesso modo, le funzioni di accelerazione/decelerazione a campana e di monitoraggio della traiettoria da lavorare del sistema CNC utilizzano un'accelerazione/decelerazione lenta invece di improvvisi cambiamenti di velocità per garantire un'accelerazione regolare della macchina utensile.
Inoltre, ci sono altre somiglianze tra le auto da corsa e i sistemi CNC. La potenza del motore da corsa è simile al dispositivo di azionamento e al motore CNC. Il peso dell'auto da corsa è paragonabile al peso dei componenti mobili della macchina utensile. La rigidità e la resistenza dell'auto da corsa sono simili alla resistenza e alla rigidità della macchina utensile. La capacità del CNC di correggere errori specifici del percorso è molto simile alla capacità di un conducente di mantenere un'auto nella sua corsia.
Un'altra situazione simile all'attuale CNC è che le auto da corsa che non sono le più veloci spesso richiedono piloti con competenze complete. In passato, solo il CNC di fascia alta poteva garantire un'elevata precisione di lavorazione durante il taglio ad alta velocità. Oggi, i CNC di fascia media e bassa hanno le capacità per svolgere il lavoro in modo soddisfacente. Sebbene il CNC di fascia alta offra le migliori prestazioni attualmente disponibili, esiste anche la possibilità che il CNC di fascia bassa utilizzato abbia le stesse caratteristiche di lavorazione del CNC di fascia alta in prodotti simili. In passato il fattore che limitava la velocità massima di avanzamento per la lavorazione degli stampi era il CNC, oggi invece è la struttura meccanica della macchina utensile. Quando la macchina utensile è già al limite delle prestazioni, un CNC migliore non migliorerà ulteriormente le prestazioni. Caratteristiche intrinseche dei sistemi Picture CNC
Di seguito sono riportate alcune caratteristiche CNC di base nell'attuale processo di lavorazione degli stampi:
1. Interpolazione razionale non uniforme B-spline (NURBS) di superfici curve
Questa tecnologia utilizza l'interpolazione lungo una curva, invece di utilizzare una serie di brevi linee rette per adattare la curva. L'applicazione di questa tecnologia è diventata abbastanza comune. Molti software CAM attualmente utilizzati nel settore degli stampi offrono un'opzione per generare part program in formato di interpolazione NURBS. Allo stesso tempo, il potente CNC fornisce anche funzioni di interpolazione a cinque assi e caratteristiche correlate. Queste proprietà aumentano la qualità delle finiture superficiali, migliorano il funzionamento più fluido del motore, aumentano le velocità di taglio e consentono programmi di parti più piccole.
2. Unità di istruzioni più piccola
La maggior parte dei sistemi CNC trasmettono istruzioni di movimento e posizionamento al mandrino della macchina utensile in unità non inferiori a 1 micron. Dopo aver sfruttato appieno il miglioramento della potenza di elaborazione della CPU, l'unità di istruzione più piccola di alcuni sistemi CNC può raggiungere anche 1 nanometro (0.000001mm). Dopo aver ridotto l'unità di comando di 1000 volte, è possibile ottenere una maggiore precisione di elaborazione e il motore può funzionare in modo più fluido. Il funzionamento regolare 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
Chiamato anche accelerazione/decelerazione con curva a S o controllo della scansione. Rispetto al metodo dell'accelerazione lineare, questo metodo può ottenere un migliore effetto di accelerazione della macchina utensile. Rispetto ad altri metodi di accelerazione, compresi i metodi lineare ed esponenziale, il metodo della curva a campana può raggiungere errori di posizionamento minori.
4. Monitoraggio delle tracce da elaborare
Questa tecnologia è ampiamente utilizzata e presenta numerose differenze prestazionali che differenziano il modo in cui funziona nei sistemi di controllo di fascia bassa da quello nei sistemi di controllo di fascia alta. In generale, il CNC implementa la preelaborazione del programma attraverso il monitoraggio della traiettoria di lavorazione per 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 minimo di elaborazione del programma pezzo e dalla costante di tempo di accelerazione/decelerazione. In generale, per soddisfare le esigenze di elaborazione, sono necessari almeno quindici blocchi di programma di monitoraggio della traiettoria da elaborare.
5. Servocomando digitale
Lo sviluppo dei servosistemi digitali è così rapido che la maggior parte dei produttori di macchine utensili scelgono questo sistema come sistema di servocontrollo per macchine utensili. Dopo aver utilizzato questo sistema, il CNC può controllare il servosistema in modo più tempestivo e anche il controllo della macchina utensile da parte del CNC diventa più preciso.
Le funzioni del servosistema digitale sono le seguenti:
1) La velocità di campionamento dell'anello di corrente verrà aumentata, insieme al miglioramento del controllo dell'anello di corrente, riducendo così l'aumento di temperatura del motore. In questo modo, non solo è possibile prolungare la vita del motore, ma è anche possibile ridurre il calore trasferito alla vite a ricircolo di sfere, migliorando così la precisione della vite. Inoltre, aumentando la velocità di campionamento è possibile aumentare anche il guadagno dell'anello di velocità, contribuendo a migliorare le prestazioni complessive della macchina utensile.
2) Poiché molti nuovi CNC utilizzano sequenze ad alta velocità per connettersi ai servo loop, il CNC può ottenere maggiori informazioni di funzionamento sul motore e sul dispositivo di azionamento attraverso il collegamento di comunicazione. Ciò migliora le prestazioni di manutenzione della macchina utensile.
3) Il feedback continuo della posizione consente lavorazioni di alta precisione ad alte velocità. L'accelerazione della velocità operativa del CNC fa sì che la velocità di feedback della posizione diventi un collo di bottiglia che limita la velocità di funzionamento delle macchine utensili. Nel metodo di feedback tradizionale, quando cambia la velocità di campionamento dell'encoder esterno del CNC e dell'apparecchiatura elettronica, la velocità di feedback è limitata dal tipo di segnale. Utilizzando il feedback seriale, questo problema sarà ben risolto. Si ottiene una precisione precisa del feedback anche quando la macchina utensile funziona a velocità molto elevate.
6. Motore lineare
Negli ultimi anni le prestazioni e la popolarità dei motori lineari sono migliorate in modo significativo, quindi molti centri di lavoro hanno adottato questo dispositivo. Ad oggi, Fanuc ha installato almeno 1.000 motori lineari. Alcune delle 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 e il peso delle macchine utensili e migliorato notevolmente l'efficienza di raffreddamento. Tutti questi progressi tecnologici offrono ai motori lineari maggiori vantaggi rispetto ai motori rotativi: velocità di accelerazione/decelerazione più elevate; controllo del posizionamento più accurato, maggiore rigidità; maggiore affidabilità; movimento di frenatura dinamica interna.
Funzionalità aggiuntive esterne: Sistema CNC aperto
Le macchine utensili che utilizzano sistemi CNC aperti si stanno sviluppando rapidamente. Le velocità di comunicazione dei sistemi di comunicazione attualmente disponibili sono relativamente elevate, determinando l'emergere di vari 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 vantaggio più grande è che, anche se l’hardware della macchina utensile diventa obsoleto, il CNC aperto consente comunque alle sue prestazioni di cambiare con la tecnologia esistente e i requisiti di lavorazione. Altre funzioni possono essere aggiunte a Open CNC con l'aiuto di altri software. Queste proprietà possono essere strettamente correlate alla lavorazione dello stampo oppure possono avere poco a che fare con la lavorazione dello stampo. In genere, il sistema CNC aperto utilizzato nell'officina stampi presenta le seguenti opzioni di funzioni comuni:
Comunicazioni online economiche;
Ethernet;
Funzione di controllo adattivo;
Interfacce per lettori di codici a barre, lettori di numeri di serie di utensili e/o sistemi di numeri di serie di pallet;
Possibilità di salvare e modificare un gran numero di programmi pezzo;
Raccolta di informazioni di controllo del programma memorizzate;
Funzione di elaborazione file;
Integrazione della tecnologia CAD/CAM e progettazione dell'officina;
Interfaccia operativa universale.
Quest’ultimo punto è estremamente importante. Perché c'è una crescente domanda di CNC semplici da utilizzare nella lavorazione degli stampi. In questo concetto, la cosa più importante è che diversi CNC abbiano la stessa interfaccia operativa. In generale, gli operatori di diverse macchine utensili devono essere formati separatamente perché diversi tipi di macchine utensili, così come macchine utensili prodotte da diversi produttori, utilizzano diverse interfacce CNC. I sistemi CNC aperti creano l'opportunità per l'intera officina di utilizzare la stessa interfaccia di controllo CNC.
Ora i proprietari di macchine utensili possono progettare la propria interfaccia per le operazioni CNC anche se non conoscono il linguaggio C. Inoltre, il controller del sistema aperto consente di impostare diverse modalità di funzionamento della macchina in base alle esigenze individuali. Ciò consente agli operatori, ai programmatori e al personale di manutenzione di configurare le impostazioni in base alle proprie esigenze. Quando sono in uso, sullo schermo vengono visualizzate solo le informazioni specifiche di cui hanno bisogno. L'adozione di questo metodo può ridurre la visualizzazione di pagine non necessarie e contribuire a semplificare le operazioni CNC.
Lavorazione a cinque assi
Nel processo di produzione di stampi complessi, l'applicazione della lavorazione a cinque assi sta diventando sempre più diffusa. Utilizzando la lavorazione a cinque assi, è possibile ridurre il numero di utensili e/o macchine utensili necessari per lavorare un pezzo. Il numero di attrezzature necessarie per il processo di lavorazione sarà ridotto al minimo, mentre anche il tempo di lavorazione totale sarà ridotto. I CNC stanno diventando sempre più capaci, consentendo ai produttori di CNC di offrire più funzionalità a cinque assi.
Le funzioni che prima erano disponibili solo nei CNC di fascia alta ora vengono utilizzate anche nei prodotti di fascia media. Per i produttori che non hanno mai utilizzato la tecnologia di lavorazione a cinque assi, l’applicazione di queste funzionalità semplifica la lavorazione a cinque assi. L'applicazione dell'attuale tecnologia CNC alla lavorazione a cinque assi offre alla lavorazione a cinque assi i seguenti vantaggi:
Ridurre la necessità di strumenti speciali;
Consente di impostare gli offset utensile dopo aver completato il part program;
Supportare la progettazione di programmi universali in modo che i programmi post-elaborati possano essere utilizzati in modo intercambiabile tra diverse macchine utensili;
Migliorare la qualità delle finiture;
Può essere utilizzato per macchine utensili con strutture diverse, per cui non è necessario indicare nel programma se attorno al punto centrale ruota il mandrino o il pezzo. Perché questo sarà risolto dai parametri del CNC.
Utilizzando l'esempio della compensazione della fresa a sfera, possiamo illustrare perché la lavorazione a cinque assi è particolarmente adatta per la lavorazione di stampi. Per compensare con precisione l'offset della fresa sferica quando la parte e l'utensile ruotano attorno all'asse centrale del perno, il CNC deve essere in grado di regolare dinamicamente la quantità di compensazione dell'utensile nelle direzioni X, Y e Z. Garantire la continuità dei punti di contatto di taglio dell'utensile è vantaggioso per migliorare la qualità della finitura.
Inoltre, gli usi CNC a cinque assi includono funzionalità relative alla rotazione dell'utensile attorno al mandrino, funzionalità relative alla rotazione della parte attorno al mandrino e funzionalità che consentono all'operatore di modificare manualmente il vettore dell'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 verrà diviso in componenti nelle direzioni X, Y e Z. Inoltre, anche l'offset del diametro utensile originale nelle direzioni degli assi X e Y è diviso in tre componenti nelle direzioni degli assi X, Y e Z. Poiché nell'ingegneria del taglio, l'utensile può eseguire movimenti di avanzamento lungo la direzione dell'asse di rotazione, tutti questi offset devono essere aggiornati dinamicamente per tenere conto del continuo cambiamento dell'orientamento dell'utensile.
Un'altra funzionalità 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 garantisce che l'utensile si muova secondo il programma attraverso comandi nella direzione dell'asse di rotazione e dell'asse lineare. Questa funzione impedisce che il punto centrale dell'utensile cambi con il cambio dell'utensile. Ciò significa anche che nella lavorazione a cinque assi, l'offset dell'utensile può essere immesso direttamente come nella lavorazione a tre assi, e può anche essere spiegato attraverso un altro post-programma. Modifica della lunghezza dell'utensile. Questa funzionalità di rotazione del mandrino per realizzare l'asse di movimento semplifica la post-elaborazione della programmazione dell'utensile.
Utilizzando la stessa funzione, la macchina utensile può anche ottenere un movimento rotatorio ruotando il pezzo attorno a un asse centrale. Il CNC di nuova concezione può regolare dinamicamente gli offset fissi e gli assi delle coordinate rotanti per adattarli al movimento della parte. Quando gli operatori utilizzano metodi manuali per ottenere un avanzamento lento delle macchine utensili, anche il sistema CNC gioca un ruolo importante. Il sistema CNC di nuova concezione consente inoltre all'asse di avanzare lentamente nella direzione del vettore utensile e consente anche di modificare la direzione del vettore punta utensile senza modificare la posizione della punta utensile (vedere l'illustrazione sopra).
Queste funzionalità consentono agli operatori di utilizzare facilmente il metodo di programmazione 3+2 attualmente ampiamente utilizzato nel settore degli stampi quando si utilizzano macchine utensili a cinque assi. Tuttavia, man mano che nuove capacità di lavorazione a cinque assi vengono gradualmente sviluppate e accettate, le vere macchine per la lavorazione di stampi a cinque assi potrebbero diventare più comuni.
