La storia delle macchine CNC


CNC significa letteralmente controllo numerico computerizzato. In senso lato, qualsiasi macchina a controllo numerico può essere chiamata a macchina CNC. Come punzonatrici CNC, macchine da taglio laser CNC e così via. Questo articolo riguarda la storia delle fresatrici CNC o dei centri di lavoro. Nell'industria di trasformazione non esiste un tipo specifico di macchina utensile. Quando si menziona solo CNC, ci si riferisce alle fresatrici CNC (centri di lavoro).

Prima dell'emergere della macchina CNC, già nel XV secolo apparvero le prime macchine utensili, 15 inglesi John Wilkinson ha inventato una sorta di alesatrice per canne di fucile che è considerata la prima vera macchina utensile al mondo, che ha risolto i problemi di lavorazione dei cilindri del motore a vapore da watt. Nel XVIII secolo apparvero uno dopo l'altro diversi tipi di macchine utensili e il rapido sviluppo, come torni filettati, macchine utensili a portale, fresatrici orizzontali, dentatrici, ecc., per la rivoluzione industriale e la creazione dell'industria moderna, pose la base per la produzione di strumenti.

John Wilkinson, Il maestro del ferro
John Wilkinson

La prima macchina CNC

L'origine della questione è come lavorare la curva del profilo alare. Differenti curve del profilo alare mostreranno differenti portanza, resistenza, angoli di stallo, ecc. a varie velocità. Lavorare pale o ali di aeroplani con curve e forme specifiche del profilo alare è stata una grande sfida. Realizzare pezzi così complicati con una fresatrice manuale è laborioso e impreciso.

CNC

La storia inizia con John T. Parsons, un ingegnere e inventore, a cui viene attribuito il merito di aver aperto la strada al concetto di controllo numerico. Nel 1949, Parsons, insieme al suo dipendente Frank Stulen, sviluppò un sistema che utilizzava schede perforate per controllare i movimenti delle macchine utensili. Questo sistema gettò le basi per quello che in seguito sarebbe diventato noto come controllo numerico computerizzato (CNC).

Carte perforate

D'altra parte, la scheda perforata fu inventata per la prima volta nel 1725 da Basile Bouchon, un tessitore francese, che inventò un metodo per controllare un telaio attraverso una serie di fori utilizzando dati codificati su un nastro di carta. Sebbene innovativo, il metodo era fragile e richiedeva ancora un operatore. Nel 1805, Joseph Marie Jacquard adottò il concetto ma lo migliorò e lo semplificò perforando carte più robuste in sequenza per automatizzare il processo.
schede perforate

MIT, il MIT, ha avuto un ruolo significativo nella storia. Parsons, che era un alunno del MIT, collaborò con il Laboratorio di Servomeccanismi dell'università per sviluppare e perfezionare ulteriormente il suo sistema di controllo numerico. Insieme, hanno condotto ricerche ed esperimenti per migliorare le capacità e la funzionalità delle macchine NC.

Con il supporto e l'esperienza del MIT, Parsons ha continuato a perfezionare il suo sistema di controllo numerico, facendo progressi significativi nel campo. La partnership tra Parsons e MIT portò alla fondazione della prima azienda commerciale di macchine utensili NC, la Parsons Corporation.

La macchina NC (controllo numerico) a quel tempo non è ancora una macchina CNC (controllo numerico computerizzato). I sistemi informatici degli anni Quaranta e Cinquanta utilizzavano le schede perforate come metodo di input principale. Gli operatori creavano programmi e dati su schede perforate, che venivano poi immesse nel computer per l'elaborazione. Ecco perché la macchina “automatica” a quel tempo si chiamava “NC” e non “CNC”. Tra la fine degli anni '1950 e l'inizio degli anni '1960, tastiere e schermi, noti anche come console o terminali, iniziarono a sostituire le schede perforate per determinate attività.

La scheda perforata IBM

Il termine “CNC” stesso divenne più comunemente usato negli anni ’1970, quando la tecnologia informatica e la miniaturizzazione avanzarono a un livello tale da consentire l’integrazione dei computer direttamente nelle macchine utensili. Questa integrazione ha segnato una pietra miliare significativa nella storia delle macchine CNC, portando alla loro adozione su vasta scala e rivoluzionando l’industria manifatturiera.

La storia dello sviluppo delle macchine CNC

Primi sviluppi (anni Quaranta-Cinquanta):

Il concetto di controllo numerico (NC) prese forma nel 1949 quando John T. Parsons, uno dei primi pionieri dell'informatica, lo sviluppò durante un progetto di ricerca dell'aeronautica militare al MIT. Il progetto mirava a creare assi motorizzati per la produzione di pale di elicotteri e rivestimenti di aerei.

La Parsons Corporation di Traverse City, Michigan, ha preceduto la collaborazione del MIT utilizzando un moltiplicatore IBM 602A per calcolare le coordinate del profilo alare. I dati sono stati poi inseriti in un trivellatore svizzero utilizzando schede perforate. Ciò ha segnato le prime fasi della programmazione delle macchine CNC.

Nel 1952, Richard Kegg, in collaborazione con il MIT, introdusse la Cincinnati Hydro-Tel, una fresatrice per contorni a mandrino verticale. È stato lanciato commercialmente con un brevetto per un “Apparecchio controllato a motore con macchina utensile di posizionamento”. Il prototipo iniziale utilizzava un nastro di carta a otto colonne, un lettore di nastri e un sistema di controllo elettronico a tubo a vuoto, ponendo le basi per futuri progressi.

Durante gli anni Quaranta e Cinquanta, le prime macchine CNC utilizzavano il nastro perforato, una tecnologia comunemente utilizzata nelle telecomunicazioni e nell'archiviazione dei dati. Questo è stato successivamente sostituito da tecnologie informatiche analogiche. Negli anni ’1940 e ’1950 sono emerse le tecnologie digitali, che hanno portato a processi di produzione automatizzati e più efficienti.

Parsons ha ricevuto riconoscimenti per i suoi primi contributi. Nel 1968, è stato insignito del primo Joseph Marie Jacquard Memorial Award dalla Numerical Control Society. Anche la Society of Manufacturing Engineers gli ha conferito una targa onoraria nel 1975, nominandolo “Il padre della seconda rivoluzione industriale”.

Tecnologia CNC pionieristica (anni '1950 -'1960):

Negli anni ’1950, il Massachusetts Institute of Technology (MIT) fu pioniere di ulteriori progressi nella tecnologia del controllo numerico. John T. Parsons, insieme all'ingegnere del MIT Frank L. Stulen, sviluppò il concetto di “fresatura a controllo numerico” e costruì la prima fresatrice controllata da dati memorizzati su una scheda perforata.

Emerge il CNC (anni '1960 -'1970):

Oggi, grazie al controllo elettronico, tali scenari sono altamente improbabili e i risultati della lavorazione CNC sono più prevedibili. Le macchine CNC hanno la versatilità necessaria per lavorare con vari materiali, tra cui metalli, legno, plastica, fibra di vetro e schiuma.

Inoltre, sono state sviluppate tecniche di lavorazione innovative basate sui principi della lavorazione CNC. Questi metodi includono la lavorazione a fascio di elettroni, la lavorazione a scarica elettrica e la lavorazione fotochimica. La scelta della tecnica dipende spesso dal materiale utilizzato nel processo di produzione di massa. Inoltre, le macchine per il taglio laser, ossitaglio, getto d'acqua e plasma sono diventate comuni nel settore.

Adozione nel settore (anni '1980 -'1990):

Negli anni '1980 e '1990 la tecnologia CNC ha ottenuto un ampio consenso nell'industria manifatturiera. Lo sviluppo di microprocessori, software migliorato e maggiore accessibilità dei computer hanno reso le macchine CNC più accessibili alle piccole imprese. Le macchine CNC hanno iniziato a sostituire le tradizionali macchine manuali e meccanicamente automatizzate, offrendo maggiore precisione, ripetibilità e flessibilità.

Progressi nell'automazione (anni 2000-2010):

Il 21° secolo ha portato ulteriori progressi nella tecnologia CNC. Centri di lavoro, torni e altre macchine CNC sono diventati sempre più integrati con sistemi robotici per una maggiore automazione. Questa integrazione ha consentito la produzione senza presidio, in cui le macchine potevano funzionare incustodite per periodi prolungati, aumentando la produttività e riducendo i costi di manodopera.

Sviluppo della macchina CNC

Un importante punto di svolta nel corso dello sviluppo

Guardiamo indietro al processo magico, è a causa delle macchine utensili CNC e della tecnologia CNC che sono all'inizio della nascita di diverse funzionalità importanti: idee e metodi di controllo digitale, combinazione "software e hardware", "meccanici, elettrici e di controllo" informazione” intersezione multidisciplinare, e quindi i successivi importanti progressi nelle macchine utensili CNC e nella tecnologia CNC sono stati direttamente correlati allo sviluppo della tecnologia elettronica e della tecnologia dell'informazione (Figura 2).

tappe fondamentali dello sviluppo di utensili meccanici a controllo numerico

Il primo dispositivo di controllo numerico è l'uso di tubi elettronici a vuoto costituiti da un'unità di calcolo. Nel XX secolo, alla fine degli anni '20 fu inventato il tubo di cristallo, alla fine degli anni '40 furono introdotti i circuiti integrati, all'inizio degli anni '50 l'emergere dei utilizzo di circuiti integrati e circuiti integrati su larga scala di computer elettronici digitali, computer con potenza di elaborazione aritmetica, miniaturizzazione e affidabilità delle scoperte nello sviluppo di macchine utensili a controllo numerico per lo sviluppo del primo punto di flesso — dal controllo digitale (NC) basato su componenti discreti al controllo numerico computerizzato (CNC), le macchine utensili CNC hanno iniziato a entrare nelle attuali applicazioni di produzione industriale.

Negli anni 1980, IBM lanciò un personal microcomputer (personal computer, PC) con un microprocessore a 16 bit, che portò la tecnologia secondo punto di flesso alla tecnologia delle macchine utensili CNC: dal passato allo sviluppo di produttori speciali di dispositivi CNC (inclusi hardware e software) fino all'uso di computer basati su PC per scopi generali. Verso l'uso del controllo numerico computerizzato universale basato su PC, allo stesso tempo è nata la struttura aperta del sistema CNC, promuovendo la tecnologia CNC a un livello superiore di digitalizzazione, sviluppo della rete, macchine utensili ad alta velocità, macchine utensili ad assi virtuali, macchine utensili per la lavorazione dei compositi e altre nuove tecnologie, iterazione rapida e applicazione.

Dal 21° secolo, anche la tecnologia CNC intelligente ha iniziato a germogliare, attualmente con lo sviluppo di una nuova generazione di tecnologia dell'informazione e di una nuova generazione di tecnologia di intelligenza artificiale, rilevamento intelligente, Internet delle cose, big data, gemelli digitali, cyber-fisici sistemi, cloud computing e intelligenza artificiale e altre nuove tecnologie con la profondità della combinazione della tecnologia di controllo numerico, la tecnologia CNC introdurrà un nuovo punto di flesso o addirittura potrebbe rappresentare un nuovo balzo verso la fusione cyber-fisica della nuova tecnologia. –Verso la fusione cyber-fisica di una nuova generazione di CNC intelligenti [4].

L'evoluzione dello sviluppo delle tecnologie chiave e fondamentali delle macchine utensili CNC

1. Struttura delle macchine utensili CNC

La struttura della macchina utensile comprende principalmente due parti principali: le parti fisse della macchina utensile (come base, bancale, colonna, paletta, ecc.) e la parte mobile che trasporta il pezzo e l'utensile, che ora sono comunemente note come parti fondamentali e parti funzionali della macchina utensile.

Prendendo come esempio la tornitura e la fresatura comuni, l'evoluzione di una tipica struttura di macchina utensile CNC è mostrata nella Figura 3.

struttura degli strumenti meccanici di sviluppo

Struttura del tornio CNC dai primi letti piani con avanzamento a 2 assi, letti inclinati con avanzamento a 2 assi e altre strutture classiche, fino all'avanzamento a 4 assi e doppio portautensile, multimandrino e portautensile multiplo per parti rotanti come quelle alte -efficienza della struttura del centro di lavoro di tornitura e ulteriore sviluppo di parti complesse per adattarsi alla macchina multifunzionale per tornitura e fresatura “a clamping, all complete (doneinone)”. “Struttura multifunzionale del centro di lavorazione dei composti di tornitura e fresatura.

La struttura della fresatrice CNC sin dall'inizio ha realizzato principalmente il collegamento degli assi coordinati e la funzione di movimento del mandrino della classica struttura della fresatrice verticale/orizzontale, lo sviluppo della struttura del centro di lavoro di fresatura verticale/orizzontale con collegamento a 3 assi con magazzino utensili e cambio utensile automatico, con il scambio del piano di lavoro della struttura del centro di lavoro di fresatura verticale/orizzontale, per soddisfare la domanda di lavorazione ad alta efficienza di parti strutturali complesse e l'emergere della struttura del centro di lavoro di fresatura con collegamento a 4 assi e con collegamento a 5 assi, seguita dalla fresatura / struttura del centro di lavoro noioso per soddisfare le parti complesse "una volta serrate, tutte finite (oneinone)" struttura complessa del centro di lavoro multifunzionale di tornitura e fresatura. Per soddisfare la domanda di lavorazione ad alta efficienza di parti strutturali complesse, sono emersi centri di lavoro di fresatura a 4 e 5 assi, quindi la struttura del centro di lavoro di fresatura/tornitura multifunzionale con fresatura/alesatura come funzione principale e funzione di tornitura/foratura è stato rapidamente sviluppato e applicato.

Nel processo di sviluppo del collegamento a 5 assi, il concetto di un asse virtuale parallelo dal robot è stato introdotto nella macchina utensile CNC, l'emergere di una combinazione parallela o serie-parallela della forma di collegamento a 5 assi, ma l'applicazione pratica è limitata . Allo stato attuale, nella stessa macchina utensile CNC per ottenere la funzione "lavorazione additiva + lavorazione di taglio" di aggiunta e sottrazione di materiali lavorazione mista (produzione ibrida additiva-sottrattiva) la nuova struttura della macchina utensile è entrata nella fase di sviluppo pratico.

Nell'evoluzione del processo di sviluppo della struttura della macchina utensile CNC, anche la selezione dei materiali per il layout della struttura della macchina utensile CNC (piano di configurazione, progettazione di ottimizzazione) e altri aspetti della tecnologia hanno continuato a progredire.

Per soddisfare i requisiti di alta precisione, elevata rigidità, buona stabilità termica, lunga durata e ritenzione ad alta precisione, verde e piacevole per la struttura della macchina, i ricercatori hanno proposto il design del centro di gravità (guida al centro di gravità, DCG) , box in the box (BIB), azionamento diretto (IB), tecnologia di azionamento diretto (DDT), progettazione e compensazione del bilancio termico, progettazione strutturale completamente simmetrica e altri principi e tecnologie di progettazione; nella progettazione strutturale di macchine utensili e ottimizzazione della struttura complessiva di parti e componenti, ottimizzazione dell'analisi degli elementi finiti, progettazione leggera, ottimizzazione della topologia strutturale, ottimizzazione della struttura bionica e altri metodi;

L'adozione del concetto e del metodo delle macchine utensili virtuali riduce notevolmente il ciclo di progettazione e produzione delle macchine utensili CNC. Il materiale della struttura del letto delle macchine utensili CNC si è evoluto dalla ghisa e dall'acciaio fuso a sempre più cemento resina (colata minerale, marmo artificiale), granito artificiale e altri materiali. Inoltre, sono stati applicati anche calcestruzzo in fibra di acciaio, materiali compositi in fibra di carbonio, schiuma metallica e altri nuovi materiali strutturali.

In futuro, nuovi materiali, nuove strutture ottimizzate e nuovi metodi di processo di produzione renderanno la struttura delle macchine utensili CNC più leggera e avranno una migliore rigidità e stabilità statica e dinamica.

2. Tecnologia del servoazionamento del mandrino e dell'alimentazione

Il ruolo del mandrino è quello di azionare l'utensile da taglio o l'utensile di rettifica (foratura/fresatura/rettifica) o il pezzo (tornitura) a una determinata velocità di rotazione e trasferire la potenza e la coppia necessarie per il taglio e la lavorazione in modo che l'utensile da taglio (rettifica) sul pezzo per ottenere la rimozione del materiale. Il processo di sviluppo del mandrino della macchina utensile CNC appare motore CA senza regolazione della velocità attraverso il mandrino meccanico a trasmissione della scatola del mandrino, integrazione del motore e del mandrino, mandrino ad alta velocità, elevata rigidità e mandrino ad alta velocità con coppia elevata e mandrino intelligente , e così via.

Servoazionamento dell'asse di alimentazione della macchina utensile da motori passo-passo, servo proporzionale elettroidraulico, convertitore di corrente a tiristori e controllo PWM del servo del motore CC e altre forme di sviluppo per diventare ora il servo del motore CA con controllo vettoriale tradizionale, l'azionamento del centro di gravità del doppio motore ( DCG), azionamento diretto di motori lineari/motori coppia e altre forme di sviluppo, ma anche altri adottano con l'anello di posizione, l'anello di velocità, l'anello di corrente e il "feed-forward + filtraggio" il controllo completo ad anello chiuso per fornire un controllo del movimento elevato velocità, elevata precisione ed elevata risposta dinamica per ciascun asse.

Inoltre, la modalità di servocontrollo dal controllo analogico, attraverso la modalità di controllo ibrido “analogico + digitale”, lo sviluppo di modalità di controllo del bus industriale sul campo completamente digitale, come il bus con protocollo di comunicazione seriale in tempo reale (SERCOS) e il bus in tempo reale Bus della tecnologia di automazione del controllo Ethernet (Ether CAT), bus di campo di processo (PROFIBUS) e così via.

Lo sviluppo degli azionamenti per l'alimentazione della sabbia dei mandrini di macchine utensili NC è mostrato nella Figura 4.

sviluppo di mandrini e azionamenti di avanzamento per macchine utensili a controllo numerico

3. Dispositivo di controllo numerico

Il dispositivo CNC è il fulcro del controllo delle macchine utensili CNC, come accennato in precedenza, il dispositivo CNC segue da vicino lo sviluppo della tecnologia elettronica, della tecnologia informatica e della tecnologia dell'informazione. Il suo processo di sviluppo può essere suddiviso in 7 generazioni (Figura 5), ​​la 1a, 2a e 3a generazione utilizzano rispettivamente componenti discreti a tubi, transistor e circuiti integrati nelle prime fasi di sviluppo del dispositivo CNC, volume e consumo energetico, bassa affidabilità, scarsa praticità.

sviluppo di dispositivi nc

Generazione 4 per l'uso di piccoli dispositivi CNC elettronici digitali, rispetto alle generazioni precedenti, la sua piattaforma hardware è compatta, la specializzazione e l'affidabilità sono migliorate notevolmente, la tecnologia CNC nel controllo numerico computerizzato della nuova pista, in modo che le macchine utensili CNC entrare nella fase pratica e accelerare l'iterazione e lo sviluppo, che è il primo punto di svolta per lo sviluppo di macchine utensili CNC, controllo numerico diretto (DNC), sistema di produzione flessibile (FMS) e altri concetti e sistemi emersi.

Con la maturità della tecnologia dei microprocessori centrali a circuito integrato su larga scala, la quinta generazione di dispositivi CNC sarà basata su hardware a microprocessore o computer a scheda singola utilizzati come piattaforma hardware, riducendo ulteriormente il volume e i costi dell'hardware. Tuttavia, la compatibilità e l'apertura della sua struttura hardware sono scarse.

Negli anni '1980, i personal microcomputer (PC) furono adottati nella sesta generazione di CNC, segnando il secondo punto di svolta nello sviluppo delle macchine CNC.

Sfruttando la piattaforma software/hardware matura del PC, le ricche risorse applicative e le comuni interfacce di rete, la ricerca e lo sviluppo di dispositivi di controllo numerico si sono spostati verso algoritmi software per realizzare varie funzioni, vale a dire, entrando nell'ambiente numerico aperto, in rete e abilitato dal software fase di controllo.

Con lo sviluppo dell'Industria 4.0, sta arrivando la settima generazione di dispositivi CNC intelligenti e macchine utensili intelligenti che integrano rilevamento intelligente, Internet delle cose/Internet industriale, Big Data, Cloud Computing, Intelligenza artificiale, Digital Twin e sistemi cyber-fisici , che porterà un nuovo punto di svolta nello sviluppo della tecnologia CNC e potrebbe persino portare una nuova rivoluzione.

4. Collegamento multiasse e tecnologia di interpolazione dei binari

La tecnologia di controllo del collegamento multiasse è una delle tecnologie principali del controllo delle macchine utensili CNC. L'asse di avanzamento della macchina utensile CNC (incluso l'asse di avanzamento delle coordinate lineari e l'asse di avanzamento delle coordinate rotanti) sotto il controllo del dispositivo CNC che segue le istruzioni del programma e allo stesso tempo il movimento è chiamato controllo del collegamento multiasse.

Le macchine utensili CNC di alta qualità hanno generalmente una funzione di controllo del collegamento a 3 assi o più di 3 assi, principalmente collegamento a 4 assi o collegamento a 5 assi. Il movimento di ciascun asse di avanzamento è generalmente realizzato dal motore sotto il controllo del servoazionamento.

Pertanto, i servodispositivi di avanzamento degli assi ad alte prestazioni costituiscono la base fisica per la realizzazione del controllo del collegamento multiasse. Il controllo del collegamento multiasse si basa sul programma di lavorazione CNC per fornire la traiettoria (ovvero il percorso dell'utensile), attraverso l'interpolazione della traiettoria e il controllo in tempo reale, in ciascun ciclo di servocontrollo per fornire all'asse del collegamento dell'operazione incrementale, controllo in tempo reale del collegamento di tutti gli assi coordinati.

L'interpolazione della traiettoria è anche una delle tecnologie principali del controllo delle macchine utensili CNC. Realizzazione di un dispositivo di calcolo di interpolazione (o modulo software) chiamato interpolatore, le moderne macchine utensili CNC generalmente utilizzano computer digitali tramite software per ottenere l'interpolazione della traiettoria. Il processo di sviluppo della tecnologia di interpolazione della traiettoria è mostrato nella Figura 6.

sviluppo del controllo simultaneo multiasse e delle interpolazioni

Dal punto di vista della funzione di interpolazione realizzata, il collegamento a 2 assi del controllo del punto del piano, della linea retta del piano e dell'interpolazione dell'arco è la funzione di interpolazione più semplice;

L'interpolazione del collegamento a 2.5 assi ha solo il controllo del collegamento a 2 assi e il suo terzo asse può realizzare solo il controllo del non collegamento con gli altri 2 assi, quindi l'interpolazione del collegamento può elaborare curve 3D e superfici curve, ma l'efficienza è bassa e l'adattabilità è povero;

Interpolazione del collegamento a 3 assi oltre alla realizzazione dell'interpolazione lineare del piano e dello spazio, funzione di interpolazione dell'arco, il sistema CNC di alta qualità ha anche un'interpolazione a spirale, interpolazione parabolica e altre funzioni;

L'interpolazione del collegamento a 5 assi può essere efficiente e conveniente per ottenere una varietà di funzioni di interpolazione di curve e superfici complesse, e l'ulteriore sviluppo dell'interpolazione spline e della velocità avanzata, dell'accelerazione, del tasso di variazione dell'accelerazione (Jerk) e di altre funzioni di controllo, è il tecnologia di base della risposta ad alta velocità, alta precisione e alta dinamica alla tecnologia di base dell'elaborazione.

L'autore ritiene che i futuri dispositivi CNC svilupperanno anche la funzione di interpolazione diretta a superficie libera (SDI) e si prevede che saranno combinati con la pianificazione del percorso utensile basata sull'intelligenza artificiale e sul gemello digitale, in considerazione del modello di dinamica del collegamento multiasse e di l'errore di traiettoria e i vincoli di velocità, per ottenere la generazione del percorso utensile e il controllo ottimale della lavorazione diretta multiasse con collegamento multiasse, che è guidata dal modello 3D. Interpolazione diretta controllata in modo ottimale del cinematismo multiasse.

Progressi nell'efficienza e nella precisione della lavorazione

Il progresso continuo e l'applicazione di tecnologie di produzione avanzate hanno notevolmente ridotto il tempo di lavorazione e migliorato l'efficienza della lavorazione, e la Fig. 7a è un diagramma di curve ampiamente citato, che rappresenta il progresso dello sviluppo di tecnologie di produzione avanzate e del tempo di lavorazione (efficienza). Dal trend di sviluppo, da un lato, dal 1960 al 2020, il tempo di lavorazione totale (inclusi tempi di taglio, tempo ausiliario e tempo di preparazione) nella produzione manifatturiera è ridotto al 16% del tempo di lavorazione originale, ovvero l'efficienza di lavorazione è aumentato in modo significativo; D'altra parte, "tempo di taglio, tempo ausiliario, tempo di preparazione", anche il rapporto tra i tre D'altra parte, il rapporto tra "tempo di taglio, tempo ausiliario e tempo di preparazione" sta gradualmente convergendo.

sviluppo dell'efficienza e della precisione della lavorazione a
sviluppo dell’efficienza e della precisione della lavorazione

Pertanto, per migliorare l’efficienza della lavorazione in futuro, non dovremmo concentrarci solo sull’ottimizzazione e sul miglioramento dei metodi di processo e sull’aumento del grado di automazione, ma dobbiamo anche ridurre efficacemente i tempi di attesa dal punto di vista della digitalizzazione, del collegamento in rete e dell’intelligenza della produzione. gestione. La Figura 7b è la Taniguchi degli anni '1980 fino al 2020, diverse macchine utensili possono raggiungere le previsioni di precisione della lavorazione, si può vedere che una varietà di metodi di lavorazione e lo sviluppo tecnologico delle macchine utensili (o attrezzature) ha portato un miglioramento continuo nella precisione della lavorazione, ma il campo di lavorazione è a differenza del campo della produzione di circuiti integrati, non esiste un ciclo breve che possa essere efficace. La legge di Moore (l'IC può ospitare il numero di transistor ogni 18-24 ore), il numero di transistor ogni 18-24 ore. (il numero di transistor che possono essere alloggiati sul circuito integrato aumenta di un fattore 1 ogni 18-24 mesi) e il miglioramento della sua precisione è un lungo processo di accumulo tecnologico e iterazione continua (ad esempio, lavorazione meccanica di precisione per migliorare 1 ordine di grandezza di precisione per più di 20 anni).

In termini di principale tendenza di sviluppo futuro, l'autore ritiene che la tecnologia delle macchine utensili CNC presenti la tendenza di sviluppo di alte prestazioni, multifunzionalità, personalizzazione, intelligenza e rispetto dell'ambiente, vale a dire:

1. Alte prestazioni

Lo sviluppo delle macchine utensili CNC ha cercato di ottenere una maggiore precisione di lavorazione, velocità di taglio, produttività e affidabilità. Le future macchine utensili CNC saranno ulteriormente ottimizzate attraverso la struttura della macchina, sistemi di controllo avanzati, algoritmi matematici efficienti, ecc., per ottenere un'interpolazione diretta ad alta velocità e alta precisione di superfici curve complesse e un'elevata risposta dinamica del servocontrollo; attraverso la simulazione virtuale digitale, l'ottimizzazione della progettazione della rigidità statica e dinamica, il controllo della stabilità termica, la compensazione dinamica online e altre tecnologie per migliorare sostanzialmente l'affidabilità e la precisione della ritenzione.

2. Multifunzionale

Dai diversi processi di taglio compositi (come fresatura, fresatura e rettifica) alla combinazione di diversi metodi di stampaggio (come produzione additiva, produzione con riduzione del materiale e altri metodi di produzione come una combinazione di metodi di stampaggio o misti), macchine utensili CNC e robot, fusione “macchina” e sinergica e altre direzioni di sviluppo;

Dalla tradizionale catena di processo seriale “CAD-CAM-CNC” al modello solido 3D basato sulla direzione di lavorazione one-step “CAD+CAM+CNC integrata”;

Dalla rete di interconnessione “macchina-macchina” all’interconnessione “uomo-macchina-oggetto”, supporto edge/cloud computing per l’elaborazione di grandi direzioni di elaborazione dati.

3. personalizzazione

In base alle esigenze dell'utente, nella struttura della macchina, nella configurazione del sistema, nella programmazione professionale, negli utensili da taglio, nella misurazione in macchina, ecc. per fornire uno sviluppo personalizzato, nel processo di lavorazione, nei parametri di taglio, nella diagnosi dei guasti, nel funzionamento e nella manutenzione, ecc. per fornire servizi personalizzati. La progettazione modulare, la configurazione riconfigurabile, la collaborazione in rete, la produzione definita dal software, la produzione mobile e altre tecnologie forniranno supporto tecnico per la realizzazione della personalizzazione.

4. Intelligente

Attraverso sensori e interfacce di comunicazione standard, percepire e acquisire segnali e dati sullo stato della macchina utensile e sul processo di lavorazione, apprendere dal processo di lavorazione attraverso l'elaborazione di trasformazione, l'analisi della modellazione e il data mining, formare informazioni e comandi per supportare il processo decisionale ottimale e realizzare monitoraggio, previsione e controllo della macchina utensile e del processo di lavorazione per soddisfare i requisiti di lavorazione di alta qualità, alta efficienza, flessibile e adattiva.

“Percezione, interconnessione, apprendimento, processo decisionale, adattività” diventeranno le principali caratteristiche funzionali delle macchine utensili CNC intelligenti, dell’elaborazione di big data, dell’Internet of Things industriale, dei gemelli digitali, dell’edge computing/cloud computing, del deep learning e così via. costituire un potente impulso allo sviluppo futuro e al progresso della tecnologia delle macchine utensili intelligenti.

(5) Inverdimento. La tecnologia per le future esigenze di sviluppo sostenibile, con design ecocompatibile, struttura leggera, produzione a risparmio energetico e rispettosa dell'ambiente, gestione ottimale dell'efficienza energetica, tecnologia di taglio pulito, interfaccia uomo-macchina e servizi ecologici per il ciclo di vita del prodotto.

Basandosi sulla prototipazione rapida

Nel corso degli anni, la prospettiva sulla prototipazione rapida ha subito cambiamenti, ma le sue radici possono essere ricondotte ai primi sistemi di controllo numerico a nastro perforato. Prima di questa innovazione, tutte le parti dovevano essere lavorate manualmente, rendendo l’introduzione dei sistemi a nastro perforato uno sviluppo rivoluzionario. Nel mondo di oggi sono disponibili numerose opzioni di prototipazione, ciascuna dipendente da fattori quali la selezione dei materiali, il rapporto costo-efficacia e la complessità delle parti CNC.

Nonostante la proliferazione di metodi alternativi, le macchine CNC con la loro gamma di utensili e assi di rotazione continuano a possedere un fascino e un’utilità notevoli. Tuttavia, l’avvento della stampa 3D ha rivelato alcuni limiti di questi sistemi tradizionali. Le stampanti 3D hanno la capacità di produrre parti complesse, compresi i loro componenti interni. Sebbene le opzioni relative ai materiali possano essere limitate a seconda dell'applicazione specifica, i sistemi CNC rimangono la scelta preferita, in particolare per lo sviluppo di prototipi.

Vantaggi delle macchine CNC

La lavorazione CNC avanzata offre numerosi vantaggi per le aziende moderne. Esploriamo i vari modi in cui le macchine CNC avanzate apportano oggi vantaggi alle industrie:

3D Imaging

La disponibilità di programmi CAD consente alle persone di creare prototipi indipendentemente dalla loro esperienza nella produzione. Invece di richiedere una conoscenza approfondita del settore, gli ingegneri devono semplicemente replicare la loro idea di progetto nel computer affinché la macchina CNC la dia vita. Mantenendo il progetto in formato digitale, eventuali modifiche alla forma del pezzo possono essere implementate rapidamente ripetendo l'elaborazione informatica per un nuovo modello.

Capacità di produzione su piccola e larga scala

Le macchine CNC consentono alle aziende di gestire ordini che vanno da un singolo pezzo a scopo di test a progetti di grandi volumi. Questa versatilità consente a un'azienda di creare inizialmente un singolo prototipo utilizzando la lavorazione CNC. Una volta che il modello è stato sottoposto a test fisici e sono state apportate le necessarie modifiche al progetto finale, la versione finale può passare rapidamente alla produzione in grandi volumi.

Materiali di qualità

La disponibilità di un’ampia gamma di materiali per la lavorazione CNC offre un altro vantaggio significativo a questo processo. In American Micro Industries utilizziamo vari materiali come fenoli, schiuma rigida, plastica e schiuma per intaglio. All'interno di ciascuna categoria di materiale sono disponibili tipi specifici che ti consentono di selezionare quello che meglio si adatta alle proprietà desiderate per il tuo progetto. Le parti lavorate realizzate con questi materiali spesso includono custodie per dispositivi elettronici, isolamenti e prototipi. La vasta selezione di opzioni di materiali amplia la gamma di parti che possono essere create tramite la lavorazione CNC.

Abbraccia la tecnologia CNC di oggi

Nel corso dei decenni, la tecnologia delle macchine CNC ha subito una notevole evoluzione, passando da dispositivi azionati da punzoni a macchine controllate da computer. Nonostante questi progressi, i vantaggi principali sono rimasti costanti: le aziende beneficiano di una precisione automatizzata con margini di errore significativamente inferiori rispetto a ciò che potrebbero ottenere i metalmeccanici umani, il tutto ottenendo una produttività più elevata. Inoltre, la storia della tecnologia CNC è lungi dal raggiungere il suo punto finale, poiché ulteriori progressi sono all’orizzonte.

Al giorno d'oggi, le macchine CNC offrono una maggiore prevedibilità rispetto ai loro predecessori. I modelli precedenti si basavano su motori rotanti e livelli di controllo azionati da camme, che comportavano il rischio di errori e producevano risultati imprevedibili in caso di rottura del cavo di feedback. Con le attuali macchine a controllo elettronico, tali situazioni incontrollabili sono altamente improbabili. Di conseguenza, le aziende possono fare affidamento sulle macchine CNC per fornire costantemente i risultati attesi.

Strumenti software avanzati ora consentono alle aziende di creare modelli 3D e generare disegni precisi per ciascun progetto. Le macchine CNC utilizzano questi progetti digitali per ritagliare prototipi utilizzando materiali della massima qualità, dando loro vita con eccezionale precisione.

Nonostante i cambiamenti nella tecnologia NC e CNC, l'accuratezza, la precisione e la velocità dei macchinari CNC sono migliorate in modo significativo. Tuttavia c’è ancora spazio per ulteriori miglioramenti. Man mano che gli ingegneri continuano a perfezionare i macchinari CNC, è probabile che sempre più aziende riconoscano e abbraccino i vantaggi della lavorazione CNC per i loro progetti.

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