Comment sont classées les machines-outils CNC ?

Les machines-outils à commande numérique ont considérablement évolué depuis leur invention. À l'heure actuelle, leurs variétés et leurs spécifications sont nombreuses et classées de différentes manières. L'objectif principal de la classification des machines-outils à commande numérique est de les comprendre, de les gérer et de les appliquer pour améliorer la productivité et optimiser le processus d'usinage. En général, selon la fonction et la structure, selon les quatre principes de classification suivants.

Premièrement, selon la classification des pistes de contrôle des mouvements de la machine

(1) Contrôle ponctuel des machines-outils CNC

Le contrôle par points ne nécessite que la puissance des pièces mobiles de la machine-outil pour se déplacer d'un point à un autre point de positionnement précis. Le mouvement entre le point et le point de la trajectoire des exigences n'est pas strict. Dans le processus de déplacement sans usinage, le mouvement entre les axes de coordonnées n'est pas pertinent.

Pour obtenir un positionnement à la fois rapide et précis, le mouvement de déplacement entre les deux points est généralement le premier mouvement rapide, puis la convergence lente du point de positionnement pour garantir la précision du positionnement, comme illustré dans la figure ci-dessous pour la trajectoire de mouvement de contrôle de position du point.

Les machines-outils dotées de fonctions de contrôle de points sont principalement des perceuses CNC, des fraiseuses CNC, des poinçonneuses CNC, etc. Avec le développement de Technologie CNC et la réduction du prix des systèmes CNC, les systèmes CNC ne sont pas partagés uniquement pour le contrôle des points.

(2) machines-outils CNC à commande linéaire

Les machines-outils CNC à contrôle linéaire, également appelées machines-outils CNC à contrôle parallèle, se caractérisent par leur capacité à contrôler avec précision le positionnement entre les points.

En plus du positionnement, ces machines régulent la vitesse de déplacement et l'itinéraire (trajectoire) entre deux points pertinents.

Cependant, le parcours du mouvement est parallèle aux axes de coordonnées de la machine-outil.

Un seul axe de coordonnées est contrôlé à la fois, ce qui signifie que les opérations d'interpolation ne sont pas nécessaires dans le système CNC.

Pendant le fonctionnement, l'outil peut se déplacer vers la position de traitement spécifiée et couper à une vitesse d'avance spécifiée.

Généralement, ces machines se limitent au traitement de pièces rectangulaires ou en forme d'escalier.

Les principales machines-outils dotées de fonctions de contrôle linéaire sont les tours CNC simples, les fraiseuses, les rectifieuses, etc. Ce système de machine-outil CNC est également connu sous le nom de système CNC à contrôle linéaire. De même, le contrôle linéaire des machines-outils CNC n'est pas partagé.

(3) Machines-outils CNC à contrôle de contour

Les machines-outils CNC à contrôle de contour, également appelées machines-outils CNC à contrôle continu, se caractérisent par la capacité de contrôler simultanément deux ou plusieurs coordonnées de déplacement et de vitesse.

Pour répondre au mouvement relatif de l'outil le long du contour de la trajectoire de la pièce conformément aux exigences du contour d'usinage de la pièce, il est nécessaire de coordonner le contrôle du déplacement et le contrôle de la vitesse des coordonnées de mouvement sous la proportionnalité prescrite.

Par conséquent, le dispositif de commande numérique doit disposer d'une fonction d'interpolation dans ce type de mode de commande.

L'interpolation est un processus basé sur les données de base saisies dans le programme, telles que les coordonnées d'extrémité d'une ligne, les coordonnées d'extrémité d'un arc et les coordonnées centrales ou le rayon d'un cercle.

Dans le système CNC, l'opérateur d'interpolation traite mathématiquement ces données pour décrire la forme d'une ligne droite ou d'un arc.

Au fur et à mesure que les calculs sont effectués, le système distribue des impulsions au contrôleur, permettant un mouvement coordonné entre les axes.

Cela garantit que le contour requis est suivi avec précision.

Au cours de ce mouvement, l'outil coupe en continu le long de la surface de la pièce.

La machine peut ainsi traiter différentes lignes droites, arcs et courbes. Trajectoire d'usinage contrôlée par contour.

Ces machines sont principalement des tours CNC, des fraiseuses CNC, des machines de découpe de fil CNC, des centres d'usinage de glace, etc., et leurs dispositifs CNC correspondants sont appelés systèmes CNC de contrôle de contour en fonction du nombre d'axes de liaison qu'ils contrôlent différemment. Ils peuvent être divisés en formes suivantes

① Liaison à deux axes :

Principalement utilisé pour l'usinage de surfaces rotatives par tour CNC ou l'usinage de surfaces de colonnes courbes par fraiseuse CNC.

② Semi-liaison à deux axes :

Principalement utilisé pour le contrôle de machines-outils à plus de trois axes, dans lequel deux axes peuvent être liés, tandis que l'autre axe peut être un cycle d'alimentation de victoire.

③ Liaison à trois axes :

généralement divisé en deux catégories: X / Y / Z, qui a trois axes de coordonnées linéaires de liaison, plus pour les fraiseuses CNC, les centres d'usinage, etc. Une autre catégorie est en plus du contrôle simultané de X / Y / Z dans les deux coordonnées linéaires, mais aussi en même temps pour contrôler autour d'un des axes de coordonnées linéaires la rotation de l'axe rotatif.

Comme les centres d'usinage de tournage, il faut en plus de la liaison longitudinale (axe Z) et transversale (axe X) de deux axes de coordonnées linéaires, mais aussi contrôler simultanément la rotation autour de l'axe Z de la broche (axe C) liaison.

④ Liaison à quatre axes :

Contrôle simultané de trois axes de coordonnées linéaires X/Y/Z et d'une liaison d'axe de coordonnées rotatif.

⑤ Liaison à cinq axes :

En plus de la commande simultanée de la liaison à trois axes de coordonnées linéaires X / Y / Z, la rotation autour de ces axes de coordonnées linéaires des axes A, B et C des deux axes de coordonnées peut également être commandée. Ainsi, la commande simultanée de la liaison à cinq axes de l'outil peut être réalisée dans n'importe quelle direction de l'espace.

Par exemple, contrôler l'outil pour qu'il pivote autour de l'axe x et de l'axe Y dans deux directions en même temps afin que l'outil soit toujours maintenu régulier par rapport à la surface du contour usiné à son point de coupe garantit la douceur de la surface usinée, améliore sa précision et son efficacité d'usinage et réduit la rugosité de la surface usinée.

Deuxièmement, selon la classification du mode de contrôle servo

(1) Machines-outils à commande numérique par ordinateur à boucle ouverte

Ce type de servomoteur d'alimentation de machine-outil est en boucle ouverte, c'est-à-dire qu'il n'y a pas de détection de dispositifs de rétroaction, généralement son moteur d'entraînement pour le moteur pas à pas, le moteur pas à pas est la principale caractéristique du circuit de commande pour chaque changement du signal d'impulsion de commande, le moteur fera tourner un angle de pas et le moteur lui-même peut s'auto-bloquer.

Le système CNC envoie des commandes d'alimentation de sortie à travers le distributeur d'impulsions pour contrôler le circuit d'entraînement, qui modifie le nombre d'impulsions pour contrôler le déplacement des coordonnées, modifie la fréquence de l'impulsion pour contrôler la vitesse de déplacement et modifie l'ordre de distribution de l'impulsion pour contrôler la direction du déplacement.

Par conséquent, les caractéristiques les plus importantes de cette méthode de contrôle sont la commodité, la structure simple et le faible coût. Le système CNC émis par le flux de signal de commande est unidirectionnel, il n'y a donc pas de problèmes de stabilité du système de contrôle. Cependant, en raison de l'erreur de transmission mécanique, qui n'est pas corrigée par rétroaction, la précision du déplacement n'est pas élevée.

Les premières machines-outils à commande numérique utilisaient cette méthode de contrôle, mais le taux d'échec était relativement élevé. En raison de l'amélioration du circuit d'entraînement, elle est encore plus largement utilisée aujourd'hui.

Le système CNC économique général et la transformation CNC des anciens équipements sont plus que ce mode de contrôle. De plus, cette méthode de contrôle peut également être configurée avec une seule puce ou carte comme dispositif de contrôle numérique, réduisant ainsi le prix de l'ensemble du système.

(2) Machines-outils à commande en boucle fermée

Ce type de servomoteur d'alimentation de machine-outil CNC fonctionne sur la base d'un système de contrôle de rétroaction en boucle fermée. Le moteur d'entraînement peut utiliser un servomoteur à courant continu ou à courant alternatif.

Des systèmes de rétroaction de position et de vitesse sont nécessaires pour un contrôle précis. Pendant le traitement, le système détecte en permanence le déplacement réel des pièces mobiles.

Ces données de déplacement sont renvoyées au comparateur du système de contrôle numérique, qui compare les données de rétroaction avec le signal de commande généré par l'opération d'interpolation.

La différence entre ces valeurs est utilisée comme signal de commande pour le servomoteur. Ce signal de commande pilote les pièces de déplacement, corrigeant ainsi les éventuelles erreurs de déplacement.

La partie installation de l'élément de détection de rétroaction de position et les différents dispositifs de rétroaction utilisés sont divisés en contrôle en boucle entièrement fermée et en boucle semi-fermée.

① Contrôle en boucle fermée complète

Comme le montre la figure, le dispositif de rétroaction de position utilisant un élément de détection de déplacement linéaire (échelle généralement utilisée actuellement), installé dans les pièces de selle de la machine-outil, c'est-à-dire la détection directe du déplacement linéaire des coordonnées de la machine-outil, grâce à la rétroaction peut être éliminé du moteur à la selle de la machine-outil de toute la chaîne de transmission mécanique dans l'erreur de transmission, pour obtenir une précision de positionnement statique de la machine-outil très élevée.

Cependant, dans l'ensemble de la boucle de contrôle, les caractéristiques de frottement, la rigidité et le jeu de nombreuses liaisons de transmission mécaniques ne sont pas linéaires, et le temps de réponse dynamique de l'ensemble de la chaîne de transmission mécanique est considérablement plus long que le temps de réponse électrique.

Cela rend la stabilisation de l'ensemble du système en boucle fermée très difficile, et la conception et le réglage du système sont également assez complexes. Par conséquent, ce contrôle en boucle fermée complet est principalement utilisé pour les exigences de haute précision des bancs de blocs de coordonnées CNC, des rectifieuses de précision CNC, etc.

② Contrôle en boucle semi-fermée

Comme le montre la figure, la rétroaction de position utilise l'élément de détection d'angle (actuellement utilisé principalement des encodeurs, etc.), installé directement dans le servomoteur ou l'extrémité de la vis. Étant donné que la plupart des liaisons de transmission mécaniques ne sont pas incluses dans la boucle fermée du système, on appelle cela pour obtenir des caractéristiques de contrôle plus stables.

Les erreurs de vis et autres erreurs de transmission mécanique ne peuvent pas être facilement corrigées par rétroaction, mais peuvent être utilisées pour améliorer la précision de la méthode de compensation à valeur fixe du logiciel. À l'heure actuelle, la plupart des machines-outils CNC utilisent un mode de contrôle en boucle semi-fermée

(3) Machines-outils CNC à commande mixte

Les caractéristiques des méthodes de contrôle ci-dessus sont ciblées de manière sélective et peuvent être composées d’un schéma de contrôle mixte.

Comme mentionné ci-dessus, en raison de la stabilité du mode de contrôle en boucle ouverte, du faible coût et de la faible précision, tandis que la stabilité complète en boucle fermée est inadéquate, il est donc approprié d'utiliser un mode de contrôle hybride pour se compenser mutuellement afin de répondre aux exigences de contrôle de machines-outils spécifiques. L'utilisation de deux types de méthodes de compensation en boucle ouverte et de compensation en boucle semi-fermée

Troisièmement, selon le niveau fonctionnel de la classification du système CNC

Selon le niveau fonctionnel du système CNC, le système CNC est généralement divisé en trois catégories : faible, moyen et élevé.

Les limites des trois classes inférieure, moyenne et supérieure sont relatives et correspondent à des périodes différentes ; les critères de division seront différents.

En fonction de diverses fonctions et indicateurs, le niveau de développement actuel des systèmes CNC peut être divisé en catégories de faible, moyenne et haute qualité. Les systèmes de qualité moyenne et supérieure sont généralement appelés CNC complets ou CNC standard.

(1) Catégorie de découpe de métal

Il s'agit de machines-outils à commande numérique qui utilisent des procédés de coupe tels que le tournage, le fraisage, le gaufrage, l'alésage, le perçage, le meulage et le rabotage. Il peut être divisé en deux catégories suivantes.

① machines-outils CNC de type général telles que tours CNC, fraiseuses CNC, rectifieuses CNC, etc.

② Centres d'usinage Ces machines disposent d'un magasin d'outils avec changeur d'outils automatique, qui travaille sur une pièce à la fois.

Serrage, par le remplacement automatique d'une variété d'outils, sur la même machine-outil pour l'usinage de la surface de la pièce, fraisage continu (tournage), clavetage, alésage, perçage, taraudage de filetages et autres procédés, tels que les centres d'usinage (classe de bloc/fraisage), centres de tournage, centres de perçage, etc.

(2) cours de moulage de métal

Cela fait référence à l'utilisation de l'extrusion, du poinçonnage, du pressage, de la traction et d'autres procédés de moulage, ainsi qu'aux machines-outils CNC, aux presses CNC couramment utilisées, aux cintreuses CNC, aux machines à filer CNC, etc.

(3) classe de traitement spéciale

Principalement une machine de découpe de fil EDM CNC, une machine de moulage EDM CNC, une machine de découpe au chalumeau CNC, une machine de traitement laser CNC.

(4) mesure, cours de dessin

Principalement des instruments de mesure à trois coordonnées, des instruments de réglage d'outils CNC, des traceurs CNC, etc.

Conclusion

En conclusion, la classification des machines-outils CNC est un moyen essentiel d’améliorer la gestion de la production, d’optimiser les processus, de promouvoir les échanges techniques et de faire progresser le développement de l’industrie.