Lịch sử phát triển của CNC Machine Tools

Công cụ máy CNC lần đầu tiên được sinh ra ở Hoa Kỳ. Năm 1948, Tập đoàn Parsons của Hoa Kỳ đề xuất ý tưởng về một công cụ máy CNC khi phát triển một công cụ máy móc để xử lý các mẫu kiểm tra đường bao của máy bay trực thăng. Sau đó, được ủy quyền bởi Không quân Hoa Kỳ và hợp tác với Viện Công nghệ Massachusetts, World' máy phay dọc CNC đầu tiên được thử nghiệm sản xuất vào năm 1952, với hệ thống CNC của nó sử dụng các ống điện tử. Từ năm 1960, Đức, Nhật Bản, Trung Quốc, và các nước khác đã liên tục phát triển, sản xuất và sử dụng các công cụ máy CNC. Năm 1968, Trung Quốc đã phát triển công cụ máy CNC đầu tiên từ Nhà máy máy công cụ đầu tiên Bắc Kinh. Năm 1974, các bộ vi xử lý được sử dụng trực tiếp trong các công cụ máy CNC, tiếp tục thúc đẩy ứng dụng rộng rãi và sự phát triển nhanh chóng của các công cụ máy CNC.

Do sự phát triển liên tục của vi điện tử và công nghệ máy tính, hệ thống CNC của các công cụ máy CNC đã được cập nhật liên tục và đã trải qua các thế hệ thay đổi sau cho đến nay:

Thế hệ đầu tiên của CNC (1952-1959) : Một hệ thống phần cứng CNC bao gồm các ống điện tử;

Thế hệ thứ hai của CNC (1959-1965) : Một hệ thống phần cứng CNC chủ yếu sử dụng mạch bán dẫn;

Điều khiển đại số thứ ba (từ năm 1965) : Các hệ thống phần cứng CNC sử dụng các mạch tích hợp quy mô nhỏ đến trung bình;

Thế hệ thứ tư CNC (từ năm 1970) : Một hệ thống máy tính điện tử đa năng nhỏ CNC sử dụng các mạch tích hợp quy mô lớn;

Thế hệ thứ năm CNC (từ năm 1974) : Hệ thống CNC được điều khiển bởi vi máy tính;

Thế hệ thứ sáu CNC (từ năm 1990) : một hệ thống PHỔ quát CNC sử dụng các máy tính PC công nghiệp.

Ba thế hệ đầu tiên là giai đoạn đầu tiên, và hệ thống CNC chủ yếu bao gồm các kết nối phần cứng, được gọi là phần cứng CNC; Ba thế hệ sau được gọi là điều khiển số máy tính, và các chức năng của chúng chủ yếu được hoàn thành bởi phần mềm.

Trong 20 năm qua, với sự phát triển của khoa học và công nghệ, sự phát triển liên tục của công nghệ sản xuất tiên tiến đã đưa ra các yêu cầu cao hơn cho công nghệ CNC. Hiện tại, công nghệ CNC chủ yếu phát triển theo các hướng sau đây:

1) Phát triển theo tốc độ và độ chính xác cao

Tốc độ và độ chính xác là hai chỉ số quan trọng của các công cụ máy CNC, có liên quan trực tiếp đến chất lượng và cấp sản phẩm, chu kỳ sản xuất sản phẩm và khả năng cạnh tranh của chúng trên thị trường.

Về độ chính xác gia công, trong 10 năm qua, độ chính xác gia công của máy CNC thông thường đã tăng 10% μ tăng m lên 5 μ m. Các trung tâm gia công chính xác từ 3 đến 5 μ tăng m lên 1, 5 μ m. Và độ chính xác cực kỳ đã bắt đầu vào quy mô nano (0,001 μ m). Việc cải thiện độ chính xác của gia công không chỉ nằm trong việc sử dụng các thành phần như cặp chân vịt bóng, hướng dẫn áp suất tĩnh, hướng dẫn lăn tuyến tính, hướng dẫn đệm từ, v.v., giúp cải thiện độ chính xác của hệ thống CNC và áp dụng các thiết bị phát hiện vị trí có độ phân giải cao, mà còn trong việc sử dụng các công nghệ bồi thường lỗi trục chân vịt, sửa lỗi trục trặc công cụ, sửa lỗi biến dạng nhiệt. Và lỗi không gian bù đắp một cách toàn diện.

Về tốc độ chế biến, gia công tốc độ cao bắt nguồn từ đầu những năm 1990, đặc trưng bởi việc áp dụng các trục điện và động cơ tuyến tính, làm tăng đáng kể tốc độ con thoi, với tốc độ kênh trên 60m/phút, gia tốc và giảm tốc độ nguồn cấp trên 1 — 2 g, và tốc độ con thoi trên 100000 R/phút. Cấp dữ liệu tốc độ cao đòi hỏi hệ thống điều khiển số phải có tốc độ tính toán nhanh, chu kỳ lấy mẫu ngắn, và đủ khả năng xử lý tiền (xử lý phía trước) để tối ưu hóa đường tăng tốc (giảm tốc). Một số hệ thống có thể xử lý 5000 phân đoạn chương trình trước. Để đảm bảo tốc độ xử lý, các hệ thống CNC cao có thể thay đổi tốc độ kiếm ăn từ 2000 đến 10000 lần mỗi giây.

2) Phát triển hướng tới sự linh hoạt và tích hợp chức năng

Trong khi cải thiện tính linh hoạt của các máy đơn lẻ, các công cụ máy CNC đang phát triển hướng tới tính linh hoạt của đơn vị và hệ thống hóa, chẳng hạn như sự xuất hiện của các thiết bị gia công linh hoạt và hiệu quả như các trung tâm gia công nhiều trục CNC và các trung tâm gia công hộp thay đổi công cụ; Tế bào sản xuất linh hoạt (FMC), hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS) và dây chuyền sản xuất linh hoạt (FML) bao gồm nhiều công cụ máy CNC đã nổi lên như thiết bị xử lý cơ bản.

Trong các công cụ máy CNC hiện đại, các thiết bị thay đổi công cụ tự động, thiết bị trao đổi bàn làm việc tự động, vv đã trở thành thiết bị cơ bản. Với sự phát triển của máy công cụ CNC hướng tới sự linh hoạt, tích hợp chức năng được phản ánh nhiều hơn trong: tự động tải và dỡ các mảnh công việc, tự động định vị các mảnh công việc, tự động liên kết công cụ, đo đạc và bồi thường tự động các mảnh công việc, " Đám xử lý phổ quát; Tích hợp việc khoan, chuyển, khoan, xay, xay và " tiến hành công đoạn toàn bộ; Để tích hợp tải và dỡ hàng, xử lý và đo lường.

3) Phát triển hướng tới tình báo

Với sự thâm nhập liên tục và phát triển trí tuệ nhân tạo trong lĩnh vực máy tính, các hệ thống CNC đang phát triển hướng tới trí thông minh. Trong thế hệ mới của các hệ thống CNC, do việc sử dụng các cơ chế kiểm soát như " Evolutionary Computation" " Fuzzy System" và " Neural Network", hiệu suất được cải thiện đáng kể. Nó có chức năng như điều khiển thích ứng của quá trình gia công, nhận biết tự động tải, tự tạo các thông số quá trình, đền bù động các thông số chuyển động, chẩn đoán thông minh và giám sát thông minh.

(1) Việc giới thiệu công nghệ điều khiển thích nghi có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của gia công trong các quá trình gia công thực tế, chẳng hạn như phụ cấp chi tiết không đồng đều, độ cứng vật liệu không đồng đều, hao mòn công cụ, biến dạng chi tiết và biến dạng nhiệt máy công cụ. Các yếu tố này rất khó dự đoán trước, làm cho nó khó sử dụng các thông số tối ưu để cắt trong gia công thực tế. Mục đích của việc giới thiệu công nghệ điều khiển thích nghi là để cho phép hệ thống gia công tự động điều chỉnh các thông số cắt và các thông số khác theo những thay đổi trong điều kiện cắt, để duy trì trạng thái làm việc tối ưu của quá trình gia công, do đó đạt được độ chính xác gia công cao hơn và độ hỗn độn bề mặt nhỏ hơn. Đồng thời, nó cũng có thể cải thiện đời sống dịch vụ của công cụ cắt và hiệu quả sản xuất của thiết bị.

(2) Chức năng tự chẩn đoán lỗi và tự sửa chữa sử dụng chương trình tích hợp của hệ thống CNC để tự chẩn đoán và tự kiểm tra trên hệ thống CNC và các thiết bị khác nhau kết nối với nó bất cứ lúc nào trong toàn bộ trạng thái làm việc của hệ thống. Một khi lỗi xảy ra, các biện pháp ngay lập tức như tắt máy nên được thực hiện, và báo động lỗi nên được đưa ra để chỉ ra vị trí và nguyên nhân của lỗi. Truy cập ngày 24 tháng 1 năm 2009. ^ "&QUot; Redundancy" Công nghệ nên được sử dụng để tự động lấy mô-đun bị lỗi offline và kết nối mô-đun sao lưu.

(3) Chức năng tự động phát hiện cuộc sống và thay đổi công cụ tự động sử dụng hồng ngoại, phát xạ âm thanh, laser và các phương pháp phát hiện khác để phát hiện công cụ và công cụ. Nếu workpiece bị phát hiện là thiếu khả năng chịu đựng, hao mòn công cụ và thiệt hại, v.v., báo động kịp thời, bồi thường tự động hoặc thay thế công cụ nên được thực hiện để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

(4) Công nghệ nhận dạng mẫu áp dụng công nghệ nhận dạng hình ảnh và điều khiển giọng nói để cho phép công cụ máy nhận diện các mẫu và xử lý chúng theo lệnh ngôn ngữ tự nhiên.

(5) Công nghệ điều khiển servo AC thông minh hiện đang được nghiên cứu cho các hệ thống servo thông minh có thể tự động xác định tải trọng và điều chỉnh các thông số, bao gồm spindle các thiết bị điều khiển AC thông minh và các thiết bị cấp dữ liệu điều khiển, để đảm bảo hoạt động tối ưu của hệ thống drive.

4) Phát triển theo độ tin cậy cao

Độ tin cậy của các công cụ máy CNC luôn là chỉ báo chính mà người dùng quan tâm nhiều nhất, chủ yếu phụ thuộc vào độ tin cậy của mỗi bộ phận điều khiển servo trong hệ thống CNC. Để cải thiện độ tin cậy, các biện pháp sau đây đang được thực hiện:

(1) áp dụng các chip tích hợp cao hơn và các mạch tích hợp quy mô lớn hoặc ultra quy mô lớn chuyên dụng và hybrid tích hợp để giảm số lượng các thành phần và cải thiện độ tin cậy.

(2) thông qua ization phần mềm các chức năng phần cứng để đáp ứng các yêu cầu của các chức năng điều khiển khác nhau, và thông qua điều chế, tiêu chuẩn hóa, tổng quát hóa và tuần tự hóa cấu trúc phần cứng, lô sản xuất và chất lượng phần cứng được cải thiện.

(3) Nâng cao khả năng tự chẩn đoán lỗi, tự chữa lỗi, và bảo vệ, và thực hiện chẩn đoán lỗi và báo động trên phần cứng, phần mềm, và nhiều thiết bị bên ngoài khác nhau trong hệ thống. Khi các tai nạn khác nhau như gia công quá tải, thiệt hại công cụ, nhiễu, mất điện, bảo vệ tương ứng sẽ được cung cấp tự động.

5) Phát triển hướng đến mạng lưới

Mạng của các công cụ máy CNC sẽ đáp ứng rất nhiều nhu cầu của dây chuyền sản xuất linh hoạt, hệ thống sản xuất linh hoạt và các doanh nghiệp sản xuất để tích hợp thông tin. Nó cũng là đơn vị cơ bản để thực hiện các mô hình sản xuất mới, chẳng hạn như Sản xuất Agile (AM), Doanh nghiệp ảo (VE) và sản xuất toàn cầu (GM). Hiện nay, các hệ thống CNC tiên tiến cung cấp cho người dùng khả năng kết nối mạnh. Ngoài giao diện RS232C, còn có giao diện DNC với chức năng đệm từ xa, có thể đạt được truyền thông dữ liệu giữa nhiều công cụ máy CNC và điều khiển trực tiếp nhiều công cụ máy CNC. Một số đã được trang bị với chức năng giao tiếp với các mạng cục bộ công nghiệp và giao diện mạng, thúc đẩy tích hợp hệ thống và tích hợp thông tin, làm cho lập trình trực tuyến từ xa, hiển thị từ xa, hoạt động từ xa, giám sát từ xa và chẩn đoán lỗi từ xa có thể.

Tự quản lý

6) Phát triển theo hướng tiêu chuẩn hóa

Các tiêu chuẩn CNC là một xu hướng trong sự phát triển của công nghệ thông tin trong ngành sản xuất. Trong 50 năm qua kể từ khi ra đời công nghệ CNC, trao đổi thông tin đã được dựa trên tiêu chuẩn ISO6983, sử dụng mã G và M để mô tả các quy trình gia công. Hiển nhiên, phương pháp mô tả định hướng quy trình này không còn có thể đáp ứng các nhu cầu của sự phát triển nhanh chóng của công nghệ CNC hiện đại. Để đạt được mục đích này, một chuẩn ISO14649 (STEP-NC) của CNC đang được nghiên cứu và phát triển quốc tế, với mục đích cung cấp một cơ chế trung lập không dựa trên các hệ thống cụ thể và có thể mô tả một mô hình dữ liệu thống nhất trong suốt toàn bộ vòng đời sản phẩm, do đó đạt được tiêu chuẩn hóa thông tin sản phẩm trong toàn bộ quá trình sản xuất và thậm chí trong các lĩnh vực công nghiệp khác nhau.

7) Phát triển theo hướng lái xe song song

Công cụ máy song song (còn được gọi là công cụ máy trục ảo) là đột phá mang tính cách mạng nhất trong cấu trúc chuyển động của các công cụ máy trong thế kỷ 20, đã thu hút sự chú ý rộng rãi. Công cụ máy song song (xem hình 1 — 7) bao gồm một cơ sở, một nền tảng và nhiều thanh mở rộng. Hai đầu của mỗi thanh được kết nối với các cơ sở thông qua hỗ trợ hình cầu, và động cơ servo và vít bóng được sử dụng để đạt được chuyển động thiên văn theo hướng DẪN CNC, khiến các bộ phận chuyển động để lái các con suốt hoặc bàn làm việc di chuyển trong bất kỳ quỹ đạo nào. Các công cụ máy song song có một cấu trúc đơn giản nhưng toán học phức tạp, và chuyển động của toàn bộ nền tảng liên quan đến một số lượng đáng kể các phép toán. Do đó, các công cụ máy song song là một cơ chế thâm dụng kiến thức. So với các công cụ máy series truyền thống, các công cụ máy song song có lợi thế về độ cứng cao, khả năng chịu tải cao, tốc độ cao, chính xác cao, trọng lượng nhẹ, cấu trúc cơ học đơn giản, chi phí sản xuất thấp và tiêu chuẩn hóa cao, và đã được áp dụng thành công trong nhiều lĩnh vực.

Công cụ máy CNC lai bao gồm kết nối song song và chuỗi không chỉ có lợi thế của công cụ máy song song, mà còn có giá trị thực tế hơn trong sử dụng, làm cho nó một loại công cụ máy CNC rất hứa hẹn.