История разработки станков с чпу

Станки с чпу впервые родились в США. В 1948 году американская компания Parsons Corporation предложила идею станка с чпу при разработке станка для обработки контурных шаблонов контура вертолетной лопатки. Позже, по заказу ВВС США и в сотрудничестве с массачусетским технологическим институтом, the world' первые три координатные вертикальные фрезерные машины с чпу были испытаны в 1952 году, с его системой с чпу с использованием электронных трубок. С 1960 года Германия, Япония, Китай и другие страны успешно разрабатывают, производят и используют станки с чпу. В 1968 году Китай разработал первый станк с чпу от первого завода станков в пекине. В 1974 году микропроцессоры были непосредственно использованы в станках с чпу, что способствовало широкому применению и быстрому развитию станков с чпу.

Благодаря постоянному развитию микроэлектроники и компьютерной технологии, система станков с чпу постоянно обновляется и претерпела следующие поколения изменений:

Первое поколение чпу (1952-1959 годы): аппаратная система чпу, состоящая из электронных трубок;

Второе поколение чпу (1959-1965): аппаратная система чпу, использующая в основном транзисторные схемы;

Третий алгебраический контроль (с 1965 года): аппаратные системы с чпу, использующие малые и средние интегральные схемы;

Чпу четвертого поколения (с 1970 года): небольшой электронный компьютер общего назначения с чпу, использующий крупные интегральные схемы;

Чпу пятого поколения (с 1974 года): системы чпу, управляемые микрокомпьютерами;

Шестое поколение чпу (с 1990 года): универсальная система чпу с использованием промышленных ПК.

Первые три поколения были первым этапом, и система чпу состояла главным образом из аппаратных соединений, известных как аппаратные чпу; Последние три поколения называются компьютерным числовым управлением, и их функции в основном выполняются с помощью программного обеспечения.

В последние 20 лет, с развитием науки и техники, рост и непрерывная зрелость передовых технологий производства выдвинули более высокие требования к технологии чпу. В настоящее время технология чпу развивается главным образом по следующим направлениям:

1. Развитие в направлении высокой скорости и точности

Скорость и точность являются двумя важными показателями станков с чпу, которые напрямую связаны с качеством и сортностью продукции, циклом производства продукции и ее конкурентоспособностью на рынке.

Что касается точности обработки, то за последние 10 лет точность обработки обычных станков с чпу возросла на 10% до 5 μ m. Точность обработки центров варьируется от 3 до 5 μ Increase m до 1-1.5 μ m. Повышение точности обработки заключается не только в использовании таких компонентов, как пары шаровых винтов, направляющие статического давления, линейные направляющие качения, направляющие магнитной левитации и т.д., что повышает точность управления системой чпу и использует устройства определения положения с высоким разрешением, но и в использовании различных технологий компенсации ошибок, таких как компенсация погрешности винтового поля, компенсация погрешности инструмента, компенсация погрешности термической деформации, И полная компенсация за пространственную ошибку.

С точки зрения скорости обработки, высокоскоростная обработка началась в начале 1990 - х годов, характеризуется применением электрических шпинделей и линейных двигателей, что значительно увеличило скорость шпинделя, скорость подачи более 60 м/мин, ускорение подачи и замедление более 1-2 г, и скорость шпинделя более 100000 об/мин. Высокоскоростная подача данных требует, чтобы числовая система управления обладала быстрой скоростью вычисления, коротким циклом отбора проб и достаточным потенциалом предварительной обработки (обработки вперед) для оптимизации ускорения (замедления) траектории движения. Некоторые системы могут обрабатывать 5000 сегментов программы заранее. Для обеспечения скорости обработки высокопроизводительные системы с чпу могут изменять скорость подачи от 2000 до 10000 раз в секунду.

2. Переход к гибкости и функциональной интеграции

Повышая гибкость отдельных машин, станки с чпу развиваются в направлении гибкости и систематизации агрегатов, таких как появление гибкого и эффективного обрабатывающего оборудования, такого как многоосевые обрабатывающие центры с чпу и обрабатывающие центры коробки для смены инструмента; Гибкая производственная единица (FMC), гибкая производственная система (FMS) и гибкая производственная линия (FML), состоящая из нескольких станков с чпу, стали основным перерабатывающим оборудованием.

В современных станках с чпу основными устройствами стали автоматические устройства смены инструментов, автоматические устройства смены рабочих столов и т.д. С развитием станков с чпу в направлении гибкости функциональная интеграция находит более широкое отражение в: автоматическая погрузка и разгрузка деталей, автоматическое позиционирование деталей, автоматическая регулировка инструментов, автоматическое измерение и компенсация деталей, "универсальная обработка" Это интегрирует бурение, вращение, бурение, фрезерование и шлифование, а также «полную обработку» Это интегрирует погрузку и разгрузку, обработку и измерение.

3. Развитие в направлении разведки

С постоянным проникновением и развитием искусственного интеллекта в компьютерной области, системы чпу развиваются в направлении интеллекта. В новом поколении систем чпу, благодаря использованию таких механизмов управления, как "эволюционные вычисления", "размытая система" и "нервная сеть", производительность значительно улучшается. Она выполняет такие функции, как адаптивное управление процессами обработки, автоматическое распознавание нагрузки, самогенерация параметров процесса, динамическая компенсация параметров движения, интеллектуальная диагностика и интеллектуальный мониторинг.

(1) внедрение адаптивной технологии управления имеет множество факторов, которые влияют на точность обработки в реальных процессах обработки, таких как неравномерное разрешение заготовки, неравномерная твердость материала, износ инструмента, деформация заготовки и термическая деформация станка. Эти факторы трудно прогнозировать заранее, что затрудняет использование оптимальных параметров резки при фактической обработке. Цель внедрения адаптивной технологии управления состоит в Том, чтобы система обработки могла автоматически регулировать параметры резки и другие параметры в соответствии с изменениями в условиях резки, с тем чтобы поддерживать оптимальное рабочее состояние процесса обработки, обеспечивая тем самым более высокую точность обработки и меньшую неровность поверхности. В то же время, это также может улучшить срок службы режущего инструмента и эффективность производства оборудования.

(2) функция самодиагностики неисправностей и саморемонта использует встроенную программу системы чпу для выполнения самодиагностики и самоосмотра самой системы чпу и различных устройств, подключенных к ней в любое время в течение всего рабочего состояния системы. В случае возникновения неисправности должны приниматься безотлагательные меры, такие, как отключение системы, и должна подаваться аварийная тревога для указания места и причины неисправности. "Избыточная мощность" Технология должна использоваться для автоматического отключения неисправного модуля и подключения резервного модуля.

(3) функция автоматического обнаружения срока службы и автоматического изменения инструмента использует инфракрасные, акустические излучения, лазерные и другие методы обнаружения для обнаружения инструментов и деталей. Если установлено, что изделие не выдерживает допуска, износ и повреждение инструмента и т.д., то для обеспечения качества продукции должны быть приняты своевременные предупредительные меры, автоматическая компенсация или замена инструмента.

(4) технология распознавания образов использует технологию распознавания образов и голосового управления, чтобы машина могла распознавать шаблоны и обрабатывать их в соответствии с естественными языковыми кодами.

(5) в настоящее время изучается технология интеллектуального серводвигателя переменного тока для интеллектуальных серводвигателей, которые могут автоматически определять нагрузки и регулировать параметры, включая интеллектуальные устройства привода переменного тока шпинделя и устройства питания серводвигателя, для обеспечения оптимальной работы системы привода.

4. Переход к высокой надежности

Надежность станков с чпу всегда была основным показателем, который больше всего волнует пользователей, что в основном зависит от надежности каждого сервопривода в системе с чпу. Для повышения надежности в настоящее время принимаются следующие меры:

(1) внедрение более высоких интегральных схем и больших или сверхкрупных специализированных и гибридных интегральных схем для сокращения количества компонентов и повышения надежности.

(2) за счет программного обеспечения аппаратных функций в соответствии с требованиями различных контрольных функций, а также за счет модуляризации, стандартизации, обобщения и серизации аппаратных структур повышается производительность и качество аппаратных средств.

(3) усилить функции самодиагностики неисправностей, самоисцеления и защиты, а также выполнить диагностику неисправностей и сигнализацию на аппаратных средствах, программном обеспечении и различных внешних устройствах внутри системы. При возникновении различных аварий, таких как перегрузка, повреждение инструмента, помехи, отключение электроэнергии, автоматически обеспечивается соответствующая защита.

5. Создание сетей

Создание сетей станков с чпу позволит в значительной степени удовлетворить потребности гибких производственных линий, гибких производственных систем и производственных предприятий в области информационной интеграции. Она также является основной единицей для внедрения новых моделей производства, таких как Agile manufacturing (AM), Virtual Enterprise (VE) и Global manufacturing (GM). В настоящее время современные системы чпу обеспечивают пользователям широкие возможности для создания сетей. Помимо RS232C интерфейса, существует также DNC интерфейс с функцией удаленного буфера, который может обеспечить передачу данных между несколькими станками с чпу и непосредственно управлять несколькими станками с чпу. Некоторые из них были оснащены функцией связи с промышленными локальными сетями и сетевыми интерфейсами, содействия интеграции систем и информации, обеспечения возможности дистанционного онлайнового программирования, удаленной визуализации, удаленной эксплуатации, дистанционного мониторинга и дистанционной диагностики неисправностей.

B. самоуправление

6. Переход к стандартизации

Стандарты чпу представляют собой тенденцию в развитии информационных технологий в обрабатывающей промышленности. За последние 50 лет с момента появления технологии чпу обмен информацией осуществлялся на основе стандарта ISO6983, в котором используются коды G и M для описания процессов обработки. Очевидно, что этот ориентированный на процесс метод описания больше не в состоянии удовлетворить потребности быстрого развития современной технологии чпу. С этой целью на международном уровне изучается и разрабатывается новый стандарт системы чпу ISO14649 (степ-нс) с целью создания нейтрального механизма, который не опирается на конкретные системы и может описывать унифицированную модель данных на протяжении всего жизненного цикла продукции, обеспечивая тем самым стандартизацию информации о продукции на протяжении всего производственного процесса и даже в различных промышленных областях.

7. Переход к параллельному вождению

Параллельный станок (также известный как виртуальный осевой станок) является самым революционным прорывом в двигательной структуре станков в xx веке, который привлек широкое внимание. Параллельный станок (см. рис. 1-7) состоит из основания, платформы и нескольких раздвижных стержней. Два конца каждого стержня подсоединены к основанию через сферические опоры, а серво-двигатель и шаровый винт используются для обеспечения телескопического движения в соответствии с инструкциями CNC, в результате чего платформа движения приводит к перемещению элементов шпинделя или рабочего стенда по любой траектории. Параллельные станки имеют простую структуру, но сложную математику, и движение всей платформы требует значительного количества математических операций. Поэтому параллельные станки являются наукоемким механизмом. По сравнению с традиционными серийными станками, параллельные станки обладают такими преимуществами, как высокая прочность, высокая несущая способность, высокая скорость, высокая точность, малый вес, простая механическая структура, низкая себестоимость производства и высокая стандартизация, и успешно применяются во многих областях.

Гибридный станк с чпу, состоящий из параллельного и серийного соединения, не только имеет преимущества параллельных станков, но и имеет более практическую ценность в использовании, что делает его очень перспективным типом станка с чпу.