L'application de la technologie CNC a entraîné un changement qualitatif dans l'industrie manufacturière traditionnelle, notamment ces dernières années. Le développement de la technologie microélectronique et de la technologie informatique a apporté une nouvelle vitalité à la technologie CNC. La technologie CNC et les équipements CNC constituent des fondements importants pour la modernisation industrielle dans divers pays.
Les machines-outils CNC sont des équipements courants dans la fabrication moderne et des équipements essentiels pour l'usinage de précision. Ce sont des symboles importants du niveau technique des machines-outils modernes et du niveau technologique de la fabrication de machines modernes. Il s'agit de matériaux stratégiques liés à l'économie nationale, aux moyens de subsistance de la population et à la construction de défense nationale de pointe. Par conséquent, tous les pays industrialisés du monde ont pris des mesures majeures pour développer leur propre technologie CNC et son industrie.
CNC est l'abréviation de Computer Numberical Control en anglais, qui signifie « contrôle des données informatiques ». En termes simples, il s'agit de « usinage CNC ». Dans la région du delta de la rivière des Perles, les gens l'appellent « gong informatique ».
L'usinage CNC est une technologie d'usinage avancée dans la fabrication mécanique actuelle. Il s'agit d'une méthode d'usinage automatisée à haute efficacité, haute précision et grande flexibilité. Il s'agit de saisir le programme CNC de la pièce à usiner dans la machine-outil. Sous le contrôle de ces données, la machine-outil traite automatiquement la pièce qui répond aux souhaits des utilisateurs pour créer de merveilleux produits.
La technologie d'usinage CNC peut résoudre efficacement des problèmes d'usinage complexes, précis, en petits lots et variables comme les moules, et s'adapter pleinement aux besoins de la production moderne. Le développement vigoureux de la technologie d'usinage CNC est devenu un moyen important pour mon pays d'accélérer le développement économique et d'améliorer ses capacités d'innovation indépendantes. À l'heure actuelle, les machines-outils CNC sont de plus en plus courantes dans mon pays. Être capable de maîtriser la programmation des machines-outils CNC est un moyen important de faire jouer pleinement leurs fonctions.
Les machines-outils CNC sont des produits mécatroniques typiques. Ils intègrent une variété de technologies avancées telles que la technologie microélectronique, la technologie informatique, la technologie de mesure, la technologie des capteurs, la technologie de contrôle automatique et la technologie de l'intelligence artificielle, et sont étroitement intégrées à la technologie de traitement mécanique. Il s'agit d'une nouvelle génération d'équipements de technologie de fabrication mécanique.
Les machines-outils CNC sont des équipements automatisés qui intègrent des machines-outils, des ordinateurs, des moteurs et des technologies telles que la traînée, le contrôle dynamique et la détection. Les composants de base des machines-outils CNC comprennent les supports de commande, les dispositifs CNC, les systèmes d'asservissement, les dispositifs de rétroaction et les corps de machines-outils.
Le support de contrôle est un support qui stocke toutes les informations de position de l'outil de mouvement par rapport à la pièce requise pour l'usinage CNC. Il enregistre le programme d'usinage des pièces. Par conséquent, le support de contrôle fait référence au support d'informations qui transmet les informations d'usinage de la pièce au dispositif CNC. Il existe de nombreuses formes de supports de contrôle, qui varient selon le type de périphérique CNC. Ceux couramment utilisés comprennent les bandes perforées, les cartes perforées, les bandes magnétiques, les disques, etc. Avec le développement de la technologie CNC, les bandes perforées et les cartes perforées deviennent obsolètes, et la méthode consistant à utiliser un logiciel de CAO/FAO pour programmer des ordinateurs, puis communiquer avec eux. le système CNC via l'ordinateur pour transmettre directement des programmes et des données au dispositif CNC est de plus en plus largement utilisé.
Le dispositif CNC est le cœur des machines-outils CNC, et les gens l'appellent le « système central ». Les machines-outils CNC modernes utilisent toutes des dispositifs de commande numérique par ordinateur CNC. Le dispositif CNC comprend un dispositif d'entrée et une unité centrale de traitement (CPU) et un dispositif de sortie, etc. Le dispositif CNC peut effectuer l'entrée, le stockage, la transformation, le calcul d'interpolation d'informations et réaliser diverses fonctions de commande.
Le système d'asservissement est un composant d'entraînement qui reçoit les instructions du dispositif CNC et entraîne le mouvement de l'actionneur de la machine-outil. Il comprend une unité d'entraînement de broche, une unité d'entraînement d'alimentation, un moteur de broche et un moteur d'alimentation. Lors du travail, le système d'asservissement reçoit les informations de commande du système CNC et, après avoir comparé les informations de commande avec les signaux de retour de position et de vitesse, il entraîne les pièces mobiles ou les pièces d'exécution de la machine-outil pour traiter les pièces qui répondent aux exigences du dessins.
Le dispositif de rétroaction est composé d'éléments de mesure et de circuits correspondants. Sa fonction est de détecter la vitesse et le déplacement et de renvoyer les informations pour former un contrôle en boucle fermée. Certaines machines-outils CNC ayant des exigences de précision faibles ne disposent pas de dispositifs de rétroaction, appelés systèmes en boucle ouverte.
Le corps de la machine-outil est l'entité de la machine-outil CNC et la pièce mécanique qui complète le processus de coupe proprement dit. Il comprend le lit, la base, l'établi, la selle, la broche, etc.
La technologie de traitement CNC suit également les règles de coupe du traitement mécanique, qui sont à peu près les mêmes que la technologie de traitement des machines-outils ordinaires. Puisqu'il s'agit d'un traitement automatisé qui applique la technologie de contrôle informatique au traitement mécanique, il présente les caractéristiques d'une efficacité de traitement élevée et d'une haute précision. La technologie de traitement a ses propres caractéristiques uniques, le processus est relativement complexe et la disposition des étapes de travail est relativement détaillée et soignée.
Le processus d'usinage CNC comprend la sélection des outils, la détermination des paramètres de coupe et la conception du parcours d'outil. Le processus d'usinage CNC est la base et le cœur de la programmation CNC. Ce n'est qu'avec un processus raisonnable que des programmes CNC de haute efficacité et de haute qualité peuvent être compilés. Les critères de mesure de la qualité des programmes CNC sont : le temps d'usinage le plus court, la perte d'outil la plus faible et la meilleure pièce à usiner.
Le processus d'usinage CNC fait partie du processus global d'usinage de la pièce, voire d'un processus. Il doit coopérer avec d'autres processus antérieurs et ultérieurs pour enfin répondre aux exigences d'assemblage de l'ensemble de la machine ou du moule, afin que des pièces qualifiées puissent être traitées.
Les processus d'usinage CNC sont généralement divisés en étapes d'usinage grossier, de nettoyage des coins moyens et grossiers, de semi-finition et de finition.
La programmation CNC est l'ensemble du processus depuis les dessins de pièces jusqu'à l'obtention de programmes d'usinage CNC. Sa tâche principale est de calculer le point d'emplacement de la fraise (point CL en abrégé) dans la trajectoire d'usinage. Le point d'emplacement de la fraise est généralement considéré comme l'intersection de l'axe de l'outil et de la surface de l'outil. Le vecteur axe de la fraise doit également être donné en usinage multi-axes.
Selon les exigences du dessin de la pièce et du processus de traitement, la machine-outil CNC compile le mouvement, la vitesse et la séquence des outils et composants utilisés, la vitesse de la broche, le sens de rotation de la broche, le serrage de la tête d'outil, le desserrage de la tête d'outil et les opérations de refroidissement. une feuille de programme sous la forme d'un code CNC spécifié et la saisit dans l'ordinateur dédié de la machine-outil. Ensuite, le système CNC compile, calcule et traite logiquement les instructions d'entrée et génère divers signaux et instructions pour contrôler chaque pièce en fonction du déplacement spécifié et des actions séquentielles pour traiter diverses formes de pièces. Par conséquent, la compilation du programme a un grand impact sur les performances des machines-outils CNC.
Les machines-outils CNC doivent saisir les codes d'instruction représentant diverses fonctions dans le dispositif CNC sous la forme d'un programme, qui est ensuite traité par le dispositif CNC, puis envoie des signaux d'impulsion pour contrôler le fonctionnement de chaque partie mobile de la machine-outil CNC. terminer la découpe des pièces.
Il existe actuellement deux normes pour les programmes CNC : ISO de l'Organisation internationale de normalisation et EIA de l'American Electronics Industry Association. mon pays adopte le code ISO.
Avec les progrès de la technologie, la programmation CNC 3D utilise généralement rarement la programmation manuelle, mais utilise des logiciels de CAO/FAO commercialisés.
La CAO/FAO est au cœur du système de programmation assistée par ordinateur et ses principales fonctions comprennent l'entrée/sortie de données, le calcul et l'édition des trajectoires d'usinage, le paramétrage du processus, la simulation d'usinage, le post-traitement du programme CN et la gestion des données.
À l'heure actuelle, les logiciels dotés de puissantes fonctions de programmation CN qui sont populaires parmi les utilisateurs de mon pays incluent Mastercam, UG, Cimatron, PowerMILL, CAXA, etc. Les principes, les méthodes de traitement graphique et les méthodes d'usinage de chaque logiciel sont similaires, mais chacun a ses propres propres caractéristiques.
1. Analysez le dessin de la pièce pour comprendre la situation générale de la pièce (géométrie, matériau de la pièce, exigences du processus, etc.)
2. Déterminer le processus d'usinage CNC de la pièce (contenu d'usinage, parcours d'usinage)
3. Effectuer les calculs numériques nécessaires (point de base, calcul des coordonnées du nœud)
4. Rédigez une feuille de programme (les différentes machines-outils seront différentes, suivez le manuel d'utilisation)
5. Vérification du programme (saisissez le programme dans la machine-outil et effectuez une simulation graphique pour vérifier l'exactitude de la programmation)
6. Traitez la pièce (un bon contrôle du processus peut gagner du temps et améliorer la qualité du traitement)
7. Acceptation de la pièce et analyse des erreurs de qualité (inspectez la pièce et passez-la à l'étape suivante. Si elle n'est pas qualifiée, découvrez la cause de l'erreur et la méthode de correction grâce à l'analyse de la qualité).
Avec le développement rapide d'industries telles que l'automobile, la défense nationale, l'aviation et l'aérospatiale, ainsi que l'application de nouveaux matériaux tels que les alliages d'aluminium, les exigences en matière de traitement des machines-outils CNC à grande vitesse sont de plus en plus élevées.
un. Vitesse de broche : la machine-outil utilise une broche électrique (moteur de broche intégré) et la vitesse maximale de la broche atteint 200 000 tr/min ;
b. Vitesse d'alimentation : lorsque la résolution est de 0,01 µm, la vitesse d'alimentation maximale atteint 240 m/min et un traitement de précision complexe peut être réalisé ;
c. Vitesse de fonctionnement : Le développement rapide des microprocesseurs a fourni une garantie pour le développement des systèmes CNC dans le sens d'une vitesse et d'une précision élevées. Le processeur a été développé pour les systèmes CNC 32 bits et 64 bits, et la fréquence a été augmentée à des centaines de mégahertz et des milliers de mégahertz. En raison de la grande amélioration de la vitesse de fonctionnement, lorsque la résolution est de 0,1 µm et 0,01 µm, la vitesse d'alimentation peut encore atteindre 24-240 m/min ;
d. Vitesse de changement d'outil : À l'heure actuelle, le temps d'échange d'outils des centres d'usinage étrangers avancés est généralement d'environ 1 s, et le plus élevé a atteint 0,5 s. Chiron d'Allemagne a conçu le magasin d'outils dans un style de panier, avec la broche comme axe et les outils disposés en cercle. Le temps de changement d'outil d'un outil à l'autre n'est que de 0,9 s.
Les exigences de précision des machines-outils CNC ne se limitent plus à la précision géométrique statique. La précision du mouvement, la surveillance des déformations thermiques et des vibrations ainsi que la compensation des machines-outils sont de plus en plus appréciées.
un. Améliorer la précision de contrôle du système CNC : adopter une technologie d'interpolation à grande vitesse pour obtenir une alimentation continue avec de petits segments de programme, rendre l'unité de commande CNC plus raffinée et adopter des dispositifs de détection de position à haute résolution pour améliorer la précision de détection de position. Le système d'asservissement de position adopte des méthodes de contrôle anticipé et de contrôle non linéaire ;
b. Adoptez la technologie de compensation d'erreur : adoptez les technologies de compensation de jeu inverse, de compensation d'erreur de pas de vis et de compensation d'erreur d'outil pour compenser complètement l'erreur de déformation thermique et l'erreur spatiale de l'équipement.
c. Utilisez des décodeurs de grille pour vérifier et améliorer la précision de la trajectoire de mouvement du centre d'usinage : prédire la précision d'usinage de la machine-outil grâce à la simulation pour garantir la précision de positionnement et la précision de positionnement répété de la machine-outil, afin que ses performances soient stables pendant une longue période. , et il peut effectuer une variété de tâches d'usinage dans différentes conditions de fonctionnement et garantir la qualité d'usinage des pièces.
3. Complexité fonctionnelle Le sens d'une machine-outil composée est de réaliser ou de compléter autant d'éléments que possible depuis l'ébauche jusqu'au produit fini sur une seule machine-outil. Selon ses caractéristiques structurelles, il peut être divisé en deux catégories : le type complexe de processus et le type complexe de processus. Le centre d'usinage peut réaliser plusieurs processus tels que le tournage, le fraisage, le perçage, la taillage d'engrenages, le meulage, le traitement thermique au laser, etc., et peut réaliser tout le traitement de pièces complexes. Avec l'amélioration continue des exigences modernes en matière de traitement mécanique, un grand nombre de machines-outils CNC à liaison multi-axes deviennent de plus en plus populaires parmi les grandes entreprises.
Avec le développement de la technologie de l'intelligence artificielle, afin de répondre aux besoins de développement d'une production flexible et d'automatisation de la fabrication dans l'industrie manufacturière, le niveau d'intelligence des machines-outils CNC s'améliore constamment. Cela se reflète spécifiquement dans les aspects suivants : a. Technologie de contrôle adaptatif des processus de traitement ; b. Optimisation intelligente et sélection des paramètres de traitement ; c. Technologie intelligente d'autodiagnostic des pannes et d'auto-réparation ; d. Technologie intelligente de lecture des défauts et de simulation des défauts ; e. Dispositif de servomoteur AC intelligent ; f. Système CNC intelligent 4M : dans le processus de fabrication, les quatre éléments de mesure, de modélisation, de traitement et de fonctionnement de la machine (c'est-à-dire 4M) sont intégrés dans un seul système.
un. Ouvert aux technologies futures : étant donné que les interfaces logicielles et matérielles suivent des protocoles standards reconnus, la nouvelle génération de logiciels et de matériels généraux peut être adoptée, absorbée et compatible.
b. Ouvert aux exigences particulières des utilisateurs : mettre à jour les produits, étendre les fonctions et fournir diverses combinaisons de produits matériels et logiciels pour répondre aux exigences des applications spéciales ;
c. Établissement de normes CNC : les langages de programmation standardisés sont faciles à utiliser pour les utilisateurs et réduisent la consommation de main-d'œuvre directement liée à l'efficacité opérationnelle.
Il peut réaliser des fonctions d'usinage, d'assemblage et de mesure CNC à liaison multi-coordonnées, et peut mieux répondre au traitement de pièces spéciales complexes. Les machines-outils parallèles sont considérées comme « le progrès le plus significatif dans l'industrie des machines-outils depuis l'invention de la technologie CNC » et « la nouvelle génération d'équipements d'usinage CNC du 21e siècle ».
Le développement de la défense nationale, de l'aviation, de l'aérospatiale et l'équipement à grande échelle des industries de base comme l'énergie nécessitent le soutien de machines-outils CNC de grande taille et performantes. La technologie d'usinage d'ultra-précision et la technologie micro-nano sont des technologies stratégiques au 21e siècle. Il est nécessaire de développer de nouveaux procédés et équipements de fabrication capables de s’adapter à la précision d’usinage des micro-taille et des micro-nano.
Il peut non seulement réaliser le partage des ressources réseau, mais également réaliser la surveillance, le contrôle, le diagnostic et la maintenance à distance des machines-outils CNC.
Ces dernières années, des machines-outils qui n'utilisent pas ou moins de liquide de refroidissement et réalisent des coupes à sec et des coupes semi-sèches pour économiser l'énergie et protéger l'environnement ont continué à apparaître. La tendance générale à la fabrication verte a accéléré le développement de diverses machines-outils économes en énergie et respectueuses de l'environnement.
La technologie multimédia intègre les technologies informatiques, audio, vidéo et de communication, permettant aux ordinateurs de traiter de manière globale les informations sonores, textuelles, image et vidéo. Il peut réaliser un traitement intégré et intelligent de l'information et est appliqué aux systèmes de surveillance en temps réel et au diagnostic des défauts des équipements du site de production, à la surveillance des paramètres du processus de production, etc., il a donc une grande valeur d'application.
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