O que é tecnologia CNC e máquinas-ferramentas CNC, explique-as claramente de uma vez!

O que é tecnologia CNC e máquinas-ferramentas CNC, explique-as claramente de uma vez!
Tecnologia CNC e CNC
A tecnologia de controle numérico (NC), abreviada como controle numérico, é um método de controle de movimento mecânico e processos de usinagem usando informações digitais. Devido ao uso de computadores para controle nos CNC modernos, também pode ser chamado de Controle Numérico Computadorizado (CNC).
Para obter o controle digital da informação do movimento mecânico e dos processos de usinagem, o hardware e o software correspondentes devem estar disponíveis. O hardware e o software usados ​​para obter o controle digital da informação são chamados coletivamente de Sistema de Controle Numérico, e o núcleo do sistema de controle numérico é o Controlador Numérico.
Uma máquina-ferramenta controlada por tecnologia de controle numérico é chamada de máquina-ferramenta de controle numérico (máquina-ferramenta NC). É um típico produto eletromecânico integrado que integra tecnologias avançadas, como tecnologia de computador, tecnologia de controle automático, tecnologia de medição de precisão e design de máquinas-ferramenta, e é a base da moderna tecnologia de fabricação. O controle de máquinas-ferramentas também é o campo mais antigo e mais amplamente utilizado da tecnologia CNC; portanto, o nível das máquinas-ferramentas CNC representa o desempenho, o nível e a direção de desenvolvimento da tecnologia CNC atual.
Existem vários tipos de máquinas-ferramentas CNC, incluindo furadeiras, fresadoras e mandriladoras, tornos, retificadoras, máquinas de processamento elétrico, máquinas de forjamento, máquinas de processamento a laser e outras máquinas-ferramentas CNC especializadas para fins especiais. Todas as máquinas-ferramentas que usam tecnologia CNC para controle são chamadas coletivamente de máquinas-ferramentas NC.
Uma máquina-ferramenta CNC com um dispositivo de troca automática de ferramentas (ATC) (excluindo tornos CNC com porta-ferramentas rotativas) é chamada de Centro de Máquina (MC). Através da troca automática de ferramentas, a peça pode ser carregada e fixada de uma só vez para completar múltiplas etapas de processamento, alcançando concentração e integração do processo, reduzindo assim o tempo de processamento auxiliar e melhorando a eficiência da máquina-ferramenta; Reduziu o número de tempos de instalação e posicionamento da peça e melhorou a precisão da usinagem. O centro de usinagem é atualmente a maior e mais utilizada máquina-ferramenta CNC em termos de volume de produção.
Com base no centro de usinagem, a unidade de usinagem composta por vários trocadores automáticos de paletes (APC) e outros dispositivos relacionados é chamada de Célula de Fabricação Flexível FMC. O FMC não apenas alcança processos centralizados e processos compostos, mas também permite o processamento não tripulado por um determinado período de tempo por meio da troca automática de bancadas de trabalho (paletes) e funções automáticas de monitoramento e controle relativamente completas, melhorando ainda mais a eficiência de processamento dos equipamentos. O FMC não é apenas a base do Sistema de Fabricação Flexível (FMS), mas também pode ser usado como um equipamento de processamento automatizado independente, portanto sua velocidade de desenvolvimento é rápida.
Com base no FMC e nos centros de usinagem, ao adicionar sistemas logísticos, robôs industriais e equipamentos relacionados, e controle e gerenciamento centralizados e unificados por um sistema de controle central, tal sistema de manufatura é chamado de Sistema de Fabricação Flexível (FMS). O FMS não só permite o processamento não tripulado de longo prazo, mas também permite o processamento completo e a montagem de vários tipos de peças, alcançando a automação do processo de fabricação da oficina. É um sistema de fabricação avançado altamente automatizado.
Com o desenvolvimento da tecnologia, a fim de se adaptar à demanda do mercado em constante mudança, a indústria manufatureira moderna não só precisa desenvolver a automação dos processos de fabricação da oficina, mas também precisa alcançar uma automação abrangente desde a previsão do mercado, tomada de decisão de produção, produto design, fabricação de produtos até vendas de produtos. O sistema completo de produção e manufatura composto por esses requisitos é denominado Sistema de Manufatura Integrado por Computador (CIMS). O CIMS integra organicamente uma produção mais longa e uma atividade comercial, alcançando maior eficiência e flexibilidade na produção inteligente, que é o estágio mais alto do desenvolvimento da tecnologia de fabricação automatizada atualmente. No CIMS não se trata apenas da integração de equipamentos de produção, mas também da integração de tecnologia e funcionalidades caracterizadas pela informação. Os computadores são ferramentas integradas, a tecnologia da unidade de automação auxiliada por computador é a base da integração e a troca e compartilhamento de informações e dados são a ponte da integração. O produto final formado pode ser visto como a materialização material de informações e dados.
Sistema CNC e seus componentes
Os componentes básicos de um sistema CNC
O sistema CNC é o núcleo de todos os equipamentos CNC. O principal objeto de controle de um sistema CNC é o deslocamento do eixo de coordenadas (incluindo velocidade de movimento, direção, posição, etc.), e suas informações de controle vêm principalmente de usinagem CNC ou programas de controle de movimento. Portanto, como componente mais básico de um sistema CNC, ele deve incluir três partes: dispositivo de entrada/saída do programa, dispositivo CNC e servo acionamento.
A função do dispositivo de entrada/saída é inserir e enviar dados, como usinagem CNC ou programas de controle de movimento, dados de usinagem e controle, parâmetros de máquina-ferramenta, posições de eixo coordenado e estados de chave de detecção. O teclado e o display são os dispositivos de entrada/saída mais básicos, essenciais para qualquer equipamento CNC. Além disso, dependendo do sistema CNC, também pode ser equipado com leitores fotoelétricos, unidades de fita magnética ou unidades de disquete. Como dispositivo periférico, um computador é atualmente um dos dispositivos de entrada/saída comumente usados.
O dispositivo CNC é o núcleo do sistema CNC. Consiste em circuitos de interface de entrada/saída, controladores, unidades aritméticas e memória. A função de um dispositivo CNC é compilar, calcular e processar a entrada de dados do dispositivo de entrada por meio de circuitos lógicos internos ou software de controle e gerar várias informações e instruções para controlar várias partes da máquina-ferramenta para executar ações especificadas.
Dentre essas informações e instruções de controle, as mais básicas são as instruções de taxa de avanço, direção de avanço e deslocamento de avanço do eixo de coordenadas. Ele é gerado por meio de operação de interpolação, fornecido ao servoacionamento, amplificado pelo driver e, por fim, controla o deslocamento do eixo coordenado. Determina diretamente a trajetória de movimento da ferramenta ou eixo de coordenadas.
Além disso, dependendo do sistema e equipamento, por exemplo, em máquinas-ferramenta CNC, também pode haver comandos de velocidade do fuso, direção e partida/parada; Instruções de seleção e troca de ferramentas de corte; Instruções de partida e parada de dispositivos de refrigeração e lubrificação; Instruções para afrouxar e fixar peças de trabalho; Instruções auxiliares como divisão da bancada. Nos sistemas CNC, eles são fornecidos a dispositivos de controle auxiliares externos na forma de sinais por meio de interfaces. Os dispositivos de controle auxiliares compilam e executam as operações lógicas necessárias nos sinais acima, amplificam-nos e acionam os dispositivos de execução correspondentes para acionar os componentes mecânicos da máquina-ferramenta, dispositivos auxiliares hidráulicos e pneumáticos para completar as ações especificadas.
O servo acionamento geralmente é composto por servo amplificador (também conhecido como driver, servo unidade) e atuador. Em máquinas-ferramentas CNC, servomotores CA são geralmente usados ​​como atuadores; Motores lineares têm sido usados ​​em máquinas avançadas de usinagem de alta velocidade. Além disso, servomotores DC também foram usados ​​em máquinas-ferramentas CNC produzidas antes da década de 1980; Para máquinas-ferramentas CNC simples, também é útil como atuador. A forma do servo amplificador depende do atuador e deve ser utilizado em conjunto com o motor de acionamento.
Os itens acima são os componentes mais básicos de um sistema CNC. Com o desenvolvimento da tecnologia CNC e a melhoria do desempenho das máquinas-ferramenta, os requisitos funcionais do sistema também estão aumentando. A fim de atender aos requisitos de controle de diferentes máquinas-ferramentas, garantir a integridade e unidade do sistema CNC e facilitar o uso do usuário, sistemas CNC mais avançados são comumente usados, geralmente equipados com controladores programáveis ​​internos como dispositivos auxiliares de controle para máquinas-ferramentas. Além disso, em máquinas-ferramentas de corte de metal, o dispositivo de acionamento do fuso também pode se tornar parte do sistema CNC; Em máquinas-ferramentas CNC de malha fechada, dispositivos de medição e detecção também são essenciais para sistemas CNC. Para sistemas CNC avançados, às vezes até computadores são usados ​​como interface homem-máquina e gerenciamento de dados, dispositivos de entrada/saída, tornando assim as funções do sistema CNC mais fortes e o desempenho mais completo.
Em suma, a composição de um sistema CNC depende do desempenho do sistema de controle e dos requisitos específicos de controle do equipamento. Sua configuração e composição apresentam diferenças significativas. Além dos três componentes mais básicos do dispositivo de entrada/saída do programa de usinagem, dispositivo CNC e servoacionamento, também pode haver mais dispositivos de controle. A caixa tracejada na Figura 1-1 representa um sistema de controle numérico computacional.
Conceitos de NC, CNC, SV e PLC
NC (CNC), SV e PLC (PC, PMC) são as abreviaturas em inglês mais comumente usadas em equipamentos CNC, que possuem significados diferentes em diferentes situações de uso prático.
NC (CNC) NC e CNC são abreviaturas em inglês comumente usadas para Controle Numérico e Controle Numérico Computadorizado, respectivamente. Devido ao uso do controle computacional no CNC moderno, pode-se considerar que os significados de NC e CNC são completamente equivalentes. Em aplicações de engenharia, de acordo com diferentes cenários de utilização, NC (CNC) costuma ter três significados distintos: em sentido amplo, representa uma tecnologia de controle - tecnologia CNC; Em sentido estrito, representa uma entidade de um sistema de controle - um sistema CNC; Além disso, também pode representar um dispositivo de controle específico - um dispositivo CNC.
SVSV é uma abreviatura em inglês comumente usada para Servo Drive. De acordo com o padrão japonês JIS, é um mecanismo de controle que utiliza a posição, direção e estado de um objeto como variáveis ​​de controle para rastrear quaisquer alterações no valor alvo. Resumindo, é um dispositivo de controle que pode seguir automaticamente quantidades físicas, como a posição do alvo.
Nas máquinas-ferramenta CNC, a função do servo acionamento tem principalmente dois aspectos: primeiro, fazer com que o eixo coordenado funcione na velocidade dada pelo dispositivo CNC; A segunda é posicionar o eixo coordenado de acordo com a posição dada pelo dispositivo CNC.
O objeto de controle do servoacionamento é geralmente o deslocamento e a velocidade do eixo de coordenadas da máquina-ferramenta; O mecanismo de execução é um servo; A parte que controla e amplifica os sinais de comando de entrada é frequentemente chamada de servo amplificador (também conhecido como driver, amplificador, unidade servo, etc.), que é o núcleo do servo acionamento.
O servo drive não pode ser usado apenas em conjunto com dispositivos CNC, mas também como uma posição separada (velocidade) que acompanha o sistema, por isso é frequentemente chamado de sistema servo. Nos primeiros sistemas CNC, a parte de controle de posição era geralmente integrada ao CNC, e o servo acionamento executava apenas o controle de velocidade. Portanto, o servoacionamento é frequentemente referido como unidade de controle de velocidade.
PLCPC significa Controlador Programável. Com a crescente popularidade dos computadores pessoais, para evitar confusão com computadores pessoais (também conhecidos como PCs), os controladores lógicos programáveis ​​(CLPs) são geralmente chamados de controladores de máquina programáveis ​​(PMCs). Portanto, em máquinas-ferramenta CNC, PC, PLC e PMC têm exatamente o mesmo significado.
O PLC tem as características de resposta rápida, desempenho confiável, uso conveniente, fácil programação e depuração e pode acionar diretamente alguns aparelhos elétricos de máquinas-ferramenta. Portanto, é amplamente utilizado como dispositivo de controle auxiliar para equipamentos CNC. Atualmente, a maioria dos sistemas CNC vem com PLCs internos para processamento de instruções auxiliares de máquinas-ferramentas CNC, simplificando bastante os dispositivos de controle auxiliares de máquinas-ferramentas. Além disso, em muitas situações, módulos funcionais especiais, como módulo de controle de eixo e módulo de posicionamento do PLC, também podem ser usados ​​diretamente para obter controle de posição de ponto, controle linear e controle de contorno simples, formando máquinas-ferramentas especiais CNC ou linhas de produção CNC.
Composição e princípios de usinagem de máquinas-ferramentas CNC
Os componentes básicos das máquinas-ferramentas CNC
As máquinas-ferramentas CNC são os equipamentos CNC mais típicos. Para compreender a composição básica das máquinas-ferramenta CNC, primeiro é necessário analisar o processo de trabalho da usinagem de peças nas máquinas-ferramenta CNC. Nas máquinas-ferramenta CNC, para processar peças, podem ser executados os seguintes passos:
De acordo com o padrão e o plano de processo da peça processada, use o código prescrito e o formato do programa para escrever a trajetória do movimento da ferramenta, o processo de usinagem, os parâmetros do processo, a quantidade de corte, etc. , escreva o programa de usinagem.
Insira o programa de usinagem no dispositivo CNC.
O dispositivo CNC decodifica e processa o programa de entrada (código) e envia sinais de controle correspondentes aos dispositivos de servoacionamento e dispositivos de controle de função auxiliar de cada eixo de coordenadas para controlar o movimento de vários componentes da máquina-ferramenta.
Durante o processo de movimento, o sistema CNC precisa detectar constantemente a posição do eixo coordenado da máquina-ferramenta, o status da chave de deslocamento e compará-lo com os requisitos do programa para determinar a próxima ação até que as peças qualificadas sejam processadas.
O operador pode observar e inspecionar a situação de usinagem e o status de funcionamento da máquina-ferramenta a qualquer momento e, se necessário, ajustar a ação da máquina-ferramenta e o programa de usinagem para garantir a operação segura e confiável da máquina-ferramenta.
A partir disso, pode-se ver que, como componente básico de uma máquina-ferramenta CNC, ela deve incluir: dispositivo de entrada/saída, dispositivo CNC, servo acionamento e dispositivo de feedback, dispositivo de controle auxiliar e corpo da máquina, etc. Figura 1-1).
Figura 1-1 Composição de Máquinas-Ferramenta CNC
A caixa tracejada na Figura 1-1 é coletivamente chamada de sistema CNC, que realiza o controle de usinagem do host da máquina-ferramenta. Atualmente, a maioria dos sistemas CNC usa controle numérico computadorizado (CNC). O sistema CNC da máquina-ferramenta composto por dispositivos de entrada/saída, dispositivos CNC, servoacionamentos e dispositivos de feedback na figura foi descrito acima. Abaixo, apresentaremos brevemente os outros componentes.
O dispositivo de feedback de medição é o link de detecção de máquinas-ferramentas CNC de malha fechada (malha semi-fechada). Sua função é detectar a velocidade real de deslocamento e deslocamento dos componentes executores (como porta-ferramentas, etc.) ou bancadas através de modernos componentes de medição, como codificadores de pulso, transformadores rotativos, inductosyn, grades, réguas magnéticas e instrumentos de medição a laser, e feedback de volta ao dispositivo servo ou dispositivo CNC, e compensar a velocidade de alimentação ou o erro de movimento do atuador para atingir o objetivo de melhorar a precisão do mecanismo de movimento. A instalação dos dispositivos de detecção e a posição da realimentação do sinal de detecção dependem da forma estrutural do sistema CNC. Codificadores de pulso servo integrados, máquinas de medição de velocidade e grades lineares são componentes de detecção comumente usados.
Devido ao uso da tecnologia de servoacionamento digital (denominada servo digital) em sistemas servo avançados, servoacionamentos e dispositivos CNC são geralmente conectados por meio de um barramento; Na maioria dos casos, os sinais de feedback são conectados aos servoacionamentos e transmitidos aos dispositivos CNC através de um barramento. Somente em algumas ocasiões ou ao usar servoacionamento controlado analógico (comumente conhecido como servo analógico), o dispositivo de feedback precisa ser conectado diretamente ao dispositivo CNC.
O mecanismo de controle auxiliar e o mecanismo de transmissão de alimentação são componentes de controle localizados entre o dispositivo CNC e os componentes mecânicos e hidráulicos da máquina-ferramenta. Sua principal função é receber comandos de velocidade do fuso, direção e partida e parada emitidos pelo dispositivo CNC; Troca de seleção de ferramentas; Instruções de partida e parada para dispositivos de refrigeração e lubrificação; Os sinais de comando auxiliares para afrouxar e fixar a rotação da mesa de trabalho de peças de trabalho e componentes de máquinas-ferramenta, bem como os sinais de status dos interruptores de detecção na máquina-ferramenta, são acionados diretamente pela compilação necessária, julgamento lógico e amplificação de potência para acionar os componentes de execução correspondentes , acionando os componentes mecânicos da máquina-ferramenta, dispositivos auxiliares hidráulicos e pneumáticos para realizar as ações especificadas nas instruções. Geralmente é controlado por PLC e eletricidade forte

O mecanismo de controle auxiliar e o mecanismo de transmissão de alimentação são componentes de controle localizados entre o dispositivo CNC e os componentes mecânicos e hidráulicos da máquina-ferramenta. Sua principal função é receber comandos de velocidade do fuso, direção e partida e parada emitidos pelo dispositivo CNC; Troca de seleção de ferramentas; Instruções de partida e parada para dispositivos de refrigeração e lubrificação; Os sinais de comando auxiliares para afrouxar e fixar a rotação da mesa de trabalho de peças de trabalho e componentes de máquinas-ferramenta, bem como os sinais de status dos interruptores de detecção na máquina-ferramenta, são acionados diretamente pela compilação necessária, julgamento lógico e amplificação de potência para acionar os componentes de execução correspondentes , acionando os componentes mecânicos da máquina-ferramenta, dispositivos auxiliares hidráulicos e pneumáticos para realizar as ações especificadas nas instruções. Geralmente é composto por PLC e circuito de controle de alta tensão, e o PLC pode ser integrado à estrutura do CNC (PLC integrado) ou relativamente independente (PLC externo).
O corpo da máquina-ferramenta é o componente estrutural mecânico de uma máquina-ferramenta CNC, que também é composto pelo sistema de transmissão principal, sistema de transmissão de alimentação, base, mesa de trabalho, dispositivos auxiliares de movimento, sistema pneumático hidráulico, sistema de lubrificação, dispositivo de resfriamento, remoção de cavacos, sistema de proteção e outras peças. Mas, para atender aos requisitos do CNC e utilizar plenamente o desempenho da máquina-ferramenta, ela passou por mudanças significativas no layout geral, na aparência, na estrutura do sistema de transmissão, no sistema de ferramentas e no desempenho operacional. Os componentes mecânicos da máquina-ferramenta incluem base, caixa, coluna, trilho-guia, bancada de trabalho, fuso, mecanismo de alimentação, mecanismo de troca de ferramenta, etc.
Princípios de usinagem CNC
Nas máquinas-ferramentas tradicionais de corte de metal, ao usinar peças, os operadores precisam alterar continuamente os parâmetros da trajetória e velocidade do movimento da ferramenta de acordo com os requisitos do desenho, para que a ferramenta possa cortar a peça e, por fim, produzir peças qualificadas.
A usinagem de máquinas-ferramentas CNC aplica essencialmente o princípio da diferenciação. O princípio de funcionamento e o processo podem ser brevemente descritos da seguinte forma
O dispositivo de controle numérico diferencia o caminho da ferramenta de acordo com os requisitos do programa de usinagem de acordo com o eixo de coordenadas correspondente da máquina-ferramenta, com a quantidade mínima de movimento (equivalente de pulso) (△ X, △ Y na Figura 1-2), e calcula o número de pulsos que precisam ser movidos em cada eixo de coordenadas.
O software de interpolação ou algoritmo de interpolação do dispositivo CNC é usado para ajustar a trajetória necessária com uma linha equivalente em unidades de "unidade de movimento mínimo" e encontrar a linha de ajuste mais próxima da trajetória teórica.
③ O dispositivo CNC aloca continuamente pulsos de alimentação para o eixo de coordenadas correspondente com base na trajetória da linha ajustada e aciona o eixo de coordenadas da máquina para se mover de acordo com o pulso atribuído através do servo acionamento.
Do exposto, pode-se observar que, em primeiro lugar, desde que o movimento mínimo (equivalente ao pulso) da máquina-ferramenta CNC seja pequeno o suficiente, a linha de ajuste utilizada pode efetivamente substituir a curva teórica. Em segundo lugar, desde que o método de distribuição de pulso do eixo de coordenadas seja alterado, a forma da linha ajustada pode ser alterada, atingindo assim o objetivo de alterar a trajetória de usinagem. Em terceiro lugar, enquanto a frequência do pulso atribuído for alterada, a velocidade de movimento do eixo de coordenadas (ferramenta) pode ser alterada. Isto atinge o objetivo fundamental de controlar a trajetória do movimento da ferramenta em máquinas-ferramenta CNC.
O método de determinação de alguns pontos intermediários entre pontos conhecidos em uma trajetória ideal (contorno) com base em uma determinada função matemática, por meio da densificação dos pontos de dados, é denominado interpolação. O número de eixos coordenados que podem participar simultaneamente na interpolação é chamado de número de eixos de ligação. Obviamente, quanto mais eixos de ligação uma máquina-ferramenta CNC tiver, maior será seu desempenho na usinagem de contornos. Portanto, o número de eixos de ligação é um importante indicador técnico para medir o desempenho de máquinas-ferramenta CNC.