Come vengono classificate le macchine utensili CNC?

Le macchine utensili CNC si sono evolute notevolmente dalla loro invenzione. Ad oggi, le sue varietà e specifiche sono numerose e classificate in modi diversi. Lo scopo principale della classificazione delle macchine utensili CNC è comprenderle, gestirle e applicarle per migliorare la produttività e ottimizzare il processo di lavorazione. In genere, in base alla funzione e alla struttura, secondo i seguenti quattro principi di classificazione.

In primo luogo, secondo la classificazione della traccia di controllo del movimento della macchina

(1) controllo punti delle macchine utensili CNC

Il controllo dei punti richiede solo la potenza delle parti mobili della macchina utensile per spostarsi da un punto a un altro punto di posizionamento accurato. Il movimento tra il punto e il punto della traiettoria dei requisiti non è rigoroso. Nel processo di spostamento senza lavorazione, il movimento tra gli assi delle coordinate non è rilevante.

Per ottenere un posizionamento rapido e preciso, il movimento di spostamento tra i due punti è in genere il primo movimento rapido e poi la lenta convergenza del punto di posizionamento per garantire la precisione del posizionamento, come mostrato nella figura seguente per la traiettoria del movimento di controllo della posizione del punto.

Le macchine utensili con funzioni di controllo dei punti sono principalmente macchine per foratura CNC, fresatrici CNC, punzonatrici CNC e così via. Con lo sviluppo di Tecnologia CNC e la riduzione del prezzo dei sistemi CNC, i sistemi CNC non vengono condivisi solo per il controllo dei punti.

(2) macchine utensili CNC a controllo lineare

Le macchine utensili CNC a controllo lineare, note anche come macchine utensili CNC a controllo parallelo, sono caratterizzate dalla capacità di controllare con precisione il posizionamento tra punti.

Oltre al posizionamento, queste macchine regolano la velocità di spostamento e il percorso (traiettoria) tra due punti rilevanti.

Tuttavia, il percorso del movimento è parallelo agli assi coordinati della macchina utensile.

Viene controllato un solo asse di coordinate alla volta, il che significa che non sono necessarie operazioni di interpolazione all'interno del sistema CNC.

Durante il funzionamento, l'utensile può spostarsi nella posizione di lavorazione specificata e tagliare a una velocità di avanzamento specificata.

In genere, queste macchine si limitano alla lavorazione di pezzi rettangolari o a gradini.

Le principali macchine utensili con funzioni di controllo lineare sono semplici torni CNC, fresatrici, rettificatrici, ecc. Questo sistema CNC per macchine utensili è anche noto come sistema CNC a controllo lineare. Allo stesso modo, il controllo lineare delle macchine utensili CNC non è condiviso.

(3) macchine utensili CNC per il controllo del contorno

Le macchine utensili CNC a controllo del contorno, note anche come macchine utensili CNC a controllo continuo, sono caratterizzate dalla capacità di controllare simultaneamente due o più coordinate di movimento di spostamento e velocità.

Per soddisfare il movimento relativo dell'utensile lungo il contorno della traiettoria del pezzo in lavorazione in linea con i requisiti del contorno di lavorazione del pezzo, è necessario coordinare il controllo dello spostamento e il controllo della velocità delle coordinate di movimento secondo la proporzionalità prescritta.

Pertanto, in questo tipo di modalità di controllo, il dispositivo di controllo numerico deve disporre di una funzione di interpolazione.

L'interpolazione è un processo basato sui dati di base immessi nel programma, come le coordinate finali di una linea, le coordinate finali di un arco e le coordinate centrali o il raggio di un cerchio.

All'interno del sistema CNC, l'operatore di interpolazione elabora matematicamente questi dati per descrivere la forma di una linea retta o di un arco.

Durante l'esecuzione dei calcoli, il sistema distribuisce gli impulsi al controller, consentendo il movimento coordinato tra gli assi.

In questo modo si garantisce che il contorno richiesto venga seguito con precisione.

Durante questo movimento, l'utensile taglia continuamente lungo la superficie del pezzo in lavorazione.

Di conseguenza, la macchina può elaborare varie linee rette, archi e curve. Traiettoria di lavorazione controllata dal contorno.

Queste macchine sono principalmente torni CNC, fresatrici CNC, macchine per il taglio a filo CNC, centri di lavorazione del ghiaccio, ecc., e i loro dispositivi CNC corrispondenti sono chiamati sistemi CNC di controllo del contorno in base al numero di assi di collegamento che controllano in modo diverso. Possono essere suddivisi nelle seguenti forme

① Collegamento a due assi:

Utilizzato principalmente per la lavorazione di superfici rotanti tramite tornio CNC o per la lavorazione di superfici curve di colonne tramite fresatrice CNC.

② Semi-collegamento a due assi:

Utilizzato principalmente per il controllo di macchine utensili a più di tre assi, in cui due assi possono essere collegati, mentre l'altro asse può essere un ciclo di avanzamento della vittoria.

③ Collegamento a tre assi:

generalmente divisi in due categorie: X/Y/Z, che ha tre collegamenti di assi di coordinate lineari, più per fresatrici CNC, centri di lavorazione, ecc. Un'altra categoria è in aggiunta al controllo simultaneo di X/Y/Z nelle due coordinate lineari, ma anche allo stesso tempo per controllare attorno a uno degli assi di coordinate lineari la rotazione dell'asse rotante.

Come nei centri di tornitura, oltre al collegamento longitudinale (asse Z) e trasversale (asse X) a due assi di coordinate lineari, è anche necessario controllare simultaneamente la rotazione attorno all'asse Z del collegamento del mandrino (asse C).

④ Collegamento a quattro assi:

Controllo simultaneo di tre assi coordinati lineari X/Y/Z e di un collegamento dell'asse coordinato rotante.

⑤ Collegamento a cinque assi:

Oltre al controllo simultaneo del collegamento dei tre assi di coordinate lineari X/Y/Z, è possibile controllare anche la rotazione attorno a questi assi di coordinate lineari degli assi A, B e C dei due assi di coordinate. Pertanto, il controllo simultaneo del collegamento a cinque assi dell'utensile può essere formato in qualsiasi direzione nello spazio.

Ad esempio, controllare l'utensile in modo che oscilli attorno all'asse x e all'asse Y in due direzioni contemporaneamente, in modo che l'utensile sia sempre mantenuto regolare rispetto alla superficie del contorno lavorato nel suo punto di taglio, garantisce la levigatezza della superficie lavorata, migliora la precisione e l'efficienza della lavorazione e riduce la rugosità della superficie lavorata.

In secondo luogo, secondo la classificazione della modalità di controllo servo

(1) Macchine utensili CNC a controllo in anello aperto

Questo tipo di servoazionamento per l'alimentazione di macchine utensili è ad anello aperto, ovvero non vi è alcun rilevamento di dispositivi di feedback; in genere il suo motore di azionamento è un motore passo-passo, la cui caratteristica principale del circuito di controllo è il motore passo-passo, che per ogni variazione del segnale di comando a impulsi ruota di un angolo di gradino e può autobloccarsi.

L'uscita del sistema CNC invia un segnale attraverso il distributore di impulsi per controllare il circuito di azionamento, che modifica il numero di impulsi per controllare lo spostamento delle coordinate, modifica la frequenza degli impulsi per controllare la velocità di spostamento e modifica l'ordine di distribuzione degli impulsi per controllare la direzione dello spostamento.

Pertanto, le caratteristiche più significative di questo metodo di controllo sono la praticità, la struttura semplice e il basso costo. Il sistema CNC emesso dal flusso del segnale di comando è unidirezionale, quindi non ci sono problemi di stabilità del sistema di controllo. Tuttavia, a causa dell'errore di trasmissione meccanica, che non viene corretto dal feedback, la precisione dello spostamento non è elevata.

Le prime macchine utensili CNC utilizzavano questo metodo di controllo, ma il tasso di guasti era relativamente alto. Grazie al miglioramento del circuito di azionamento, è ancora più ampiamente utilizzato oggi.

Il sistema CNC economico generale e la trasformazione CNC delle vecchie apparecchiature sono più di questa modalità di controllo. Inoltre, questo metodo di controllo può anche essere configurato con un singolo chip o scheda come dispositivo di controllo numerico, riducendo il prezzo dell'intero sistema.

(2) Macchine utensili a controllo in circuito chiuso

Questo tipo di servoazionamento per l'alimentazione di macchine utensili CNC funziona in base a un sistema di controllo di feedback a circuito chiuso. Il motore di azionamento può utilizzare un servomotore CC o CA.

Per un controllo preciso sono necessari sistemi di feedback di posizione e velocità. Durante l'elaborazione, il sistema rileva continuamente lo spostamento effettivo delle parti mobili.

Questi dati di spostamento vengono ritrasmessi al comparatore del sistema di controllo numerico, che confronta i dati di feedback con il segnale di comando generato dall'operazione di interpolazione.

La differenza tra questi valori viene utilizzata come segnale di controllo per il servoazionamento. Questo segnale di controllo aziona le parti di spostamento, correggendo eventuali errori di spostamento.

La parte di installazione dell'elemento di rilevamento del feedback di posizione e i diversi dispositivi di feedback utilizzati sono suddivisi in controllo a circuito completamente chiuso e controllo a circuito semi-chiuso.

① Controllo completo a circuito chiuso

Come mostrato nella figura, il dispositivo di feedback della posizione che utilizza un elemento di rilevamento dello spostamento lineare (scala generalmente utilizzata al momento), installato nelle parti della sella della macchina utensile, ovvero il rilevamento diretto dello spostamento lineare delle coordinate della macchina utensile, attraverso il feedback può essere eliminato dal motore alla sella della macchina utensile dell'intera catena di trasmissione meccanica nell'errore di trasmissione, per ottenere una precisione di posizionamento statico della macchina utensile molto elevata.

Tuttavia, nell'intero ciclo di controllo, le caratteristiche di attrito, rigidità e gioco di molti collegamenti di trasmissione meccanica non sono lineari e il tempo di risposta dinamica dell'intera catena di trasmissione meccanica è notevolmente più lungo del tempo di risposta elettrica.

Ciò rende molto difficile la stabilizzazione dell'intero sistema a circuito chiuso, e anche la progettazione e la regolazione del sistema sono piuttosto complesse. Pertanto, questo controllo completo a circuito chiuso è utilizzato principalmente per i requisiti di alta precisione dei letti a blocchi di coordinate CNC, delle rettificatrici di precisione CNC e così via.

② controllo a circuito semi-chiuso

Come mostrato nella figura, il feedback di posizione utilizza l'elemento di rilevamento degli angoli (attualmente utilizzato principalmente encoder, ecc.), installato direttamente nel servomotore o nell'estremità della vite. Poiché la maggior parte dei collegamenti di trasmissione meccanica non sono inclusi nel sistema ad anello chiuso, così chiamato per ottenere caratteristiche di controllo più stabili.

Gli errori di trasmissione meccanica e di vite non possono essere facilmente corretti tramite feedback, ma possono essere utilizzati per migliorare la precisione del metodo di compensazione del valore fisso del software. Attualmente, la maggior parte delle macchine utensili CNC utilizza una modalità di controllo a ciclo semi-chiuso

(3) Macchine utensili CNC a controllo misto

Le caratteristiche dei metodi di controllo sopra descritti sono selettivamente focalizzate e possono essere composte da uno schema di controllo misto.

Come accennato in precedenza, a causa della stabilità della modalità di controllo a circuito aperto, del basso costo e della scarsa accuratezza, mentre la stabilità completa a circuito chiuso è inadeguata, quindi per compensarsi a vicenda per soddisfare i requisiti di controllo di macchine utensili specifiche, è opportuno utilizzare una modalità di controllo ibrida. L'uso di più compensazione a circuito aperto e compensazione a circuito semi-chiuso di due tipi di metodi

Terzo, in base al livello funzionale della classificazione del sistema CNC

In base al livello funzionale del sistema CNC, quest'ultimo viene solitamente suddiviso in tre categorie: basso, medio e alto.

I confini delle tre classi basso, medio e alto sono relativi e corrispondono a periodi diversi; i criteri di divisione saranno diversi.

In base a varie funzioni e indicatori, l'attuale livello di sviluppo dei sistemi CNC può essere suddiviso in categorie di basso, medio e alto livello. I sistemi di medio e alto livello sono generalmente chiamati CNC full-featured o CNC standard.

(1) Categoria taglio metalli

Si riferisce alle macchine utensili CNC che utilizzano processi di taglio quali tornitura, fresatura, bumping, alesatura, foratura, rettifica e piallatura. Può essere ulteriormente suddiviso nelle due categorie seguenti.

① Macchine utensili CNC di tipo generale come torni CNC, fresatrici CNC, rettificatrici CNC, ecc.

② Centri di lavorazione Queste macchine sono dotate di un magazzino utensili con cambio utensile automatico, che lavora su un pezzo alla volta.

Serraggio, mediante la sostituzione automatica di una varietà di utensili, sulla stessa macchina utensile per la lavorazione continua della superficie del pezzo, fresatura (tornitura), chiavetta, alesatura, foratura, maschiatura di filettature e altri processi, come centri di lavorazione (classe di blocco/fresatura), centri di tornitura, centri di foratura e così via.

(2) classe di stampaggio dei metalli

Ciò si riferisce all'uso di estrusione, punzonatura, pressatura, trazione e altri processi di stampaggio, nonché di macchine utensili CNC, presse CNC comunemente utilizzate, piegatrici CNC, macchine per tornitura CNC e così via.

(3) classe di elaborazione speciale

Principalmente macchine per il taglio a filo CNC EDM, macchine per stampaggio CNC EDM, macchine per il taglio a fiamma CNC, macchine per lavorazione laser CNC.

(4) misurazione, classe di disegno

Principalmente strumenti di misura a tre coordinate, strumenti di impostazione utensili CNC, plotter CNC, ecc.

Conclusione

In conclusione, la classificazione delle macchine utensili CNC è uno strumento essenziale per migliorare la gestione della produzione, ottimizzare i processi, promuovere gli scambi tecnici e far progredire lo sviluppo del settore.