NC
(Điều khiển số, gọi tắt là CNC), dùng để chỉ việc sử dụng thông tin kỹ thuật số rời rạc để điều khiển hoạt động của các thiết bị cơ khí, chỉ có thể được lập trình bởi chính người vận hành
CNC
Ứng dụng công nghệ CNC
Công nghệ CNC đã phát triển nhanh chóng, điều này đã cải thiện đáng kể năng suất xử lý khuôn. Trong số đó, CPU nhanh hơn là cốt lõi của sự phát triển công nghệ CNC. Sự cải tiến của CPU không chỉ là sự cải thiện về tốc độ tính toán mà bản thân tốc độ cũng liên quan đến việc cải thiện các khía cạnh khác của công nghệ CNC. Chính vì công nghệ CNC đã trải qua những thay đổi lớn như vậy trong những năm gần đây nên việc xem xét lại ứng dụng công nghệ CNC hiện nay trong ngành sản xuất khuôn mẫu là rất đáng giá.
Thời gian xử lý khối và hiệu suất CNC khác đã được cải thiện đáng kể do tốc độ xử lý CPU tăng lên và các nhà sản xuất CNC áp dụng CPU tốc độ cao cho các hệ thống CNC tích hợp cao. Các hệ thống nhanh hơn và nhạy cảm hơn không chỉ đạt được tốc độ xử lý chương trình cao hơn. Trên thực tế, một hệ thống có thể xử lý các chương trình xử lý bộ phận ở tốc độ tương đối cao cũng có thể giống như một hệ thống xử lý tốc độ-thấp trong quá trình vận hành, bởi vì ngay cả một hệ thống CNC đầy đủ chức năng cũng có một số vấn đề tiềm ẩn có thể trở thành nút thắt cổ chai làm hạn chế tốc độ xử lý. Hầu hết các cửa hàng khuôn mẫu hiện nay đều nhận ra rằng việc gia công tốc độ cao-không chỉ đòi hỏi thời gian xử lý ngắn. Theo nhiều cách, tình huống này tương tự như việc lái một chiếc xe đua. Liệu chiếc xe nhanh nhất có giành chiến thắng trong cuộc đua? Ngay cả một người quan sát cuộc đua bình thường cũng biết rằng có nhiều yếu tố khác ngoài tốc độ ảnh hưởng đến kết quả của cuộc đua. Đầu tiên, kiến thức của người lái xe về đường đua rất quan trọng: anh ta phải biết đâu là những khúc cua gấp để có thể giảm tốc độ phù hợp và vượt qua các góc cua một cách an toàn và hiệu quả. Trong quá trình gia công khuôn ở tốc độ tiến dao cao, công nghệ giám sát quỹ đạo đang chờ xử lý của CNC có thể lấy trước thông tin về sự xuất hiện của các đường cong sắc nét, đóng vai trò tương tự. Tương tự, độ nhạy của bộ điều khiển đối với hành động của bộ điều khiển khác và các yếu tố không chắc chắn cũng tương tự như số lượng phản hồi servo trong CNC. Phản hồi servo trong CNC chủ yếu bao gồm phản hồi vị trí, phản hồi vận tốc và phản hồi dòng điện. Khi người lái xe lái xe quanh đường đua, tính nhất quán của hành động, liệu anh ta có thể phanh và tăng tốc khéo léo hay không, v.v., có tác động rất quan trọng đến hiệu suất-tại chỗ của người lái xe. Tương tự như vậy, việc tăng/giảm tốc hình chuông và giám sát đường dẫn được xử lý trong hệ thống CNC sử dụng khả năng tăng/giảm tốc chậm thay vì thay đổi tốc độ đột ngột để đảm bảo khả năng tăng tốc mượt mà của máy công cụ.
Ngoài ra, còn có những điểm tương đồng khác giữa xe đua và hệ thống CNC. Sức mạnh của động cơ xe đua tương tự như bộ truyền động và động cơ của CNC, trọng lượng của xe đua có thể được so sánh với trọng lượng của các bộ phận chuyển động trong máy công cụ, còn độ cứng và sức mạnh của xe đua tương tự như sức mạnh và độ cứng của máy công cụ. Khả năng của CNC để sửa các lỗi trên đường cụ thể rất giống với khả năng của người lái xe điều khiển ô tô trong làn đường.
Một điểm tương đồng khác với CNC hiện tại là những chiếc xe đua không nhanh nhất thường yêu cầu những người lái xe-có kỹ năng tốt. Trước đây, chỉ có các máy CNC-cao cấp mới có thể đạt được độ chính xác gia công cao khi cắt ở tốc độ cao. Ngày nay, các chức năng của máy CNC tầm trung-và cấp thấp-cũng có thể hoàn thành công việc một cách tốt đẹp. Mặc dù các máy CNC cao cấp-có hiệu suất tốt nhất hiện có, nhưng cũng có thể máy CNC cấp thấp-mà bạn sử dụng có cùng đặc điểm gia công như máy CNC-cao cấp trong cùng dòng sản phẩm. Trước đây yếu tố hạn chế tốc độ tiến dao tối đa của gia công khuôn là CNC thì ngày nay đó là kết cấu cơ khí của máy công cụ. Một máy CNC tốt hơn sẽ không cải thiện hiệu suất khi máy công cụ đã ở giới hạn hiệu suất.
Các tính năng bên trong của hệ thống CNC
Dưới đây là một số tính năng CNC cơ bản hiện đang được sử dụng trong xử lý khuôn:
1. Nội suy Spline (NURBS) không-đồng nhất của đường cong và bề mặt
Công nghệ này sử dụng phép nội suy dọc theo một đường cong thay vì khớp đường cong bằng một loạt các đường thẳng ngắn. Việc ứng dụng công nghệ này đã trở nên khá phổ biến. Nhiều phần mềm CAM hiện đang được sử dụng trong ngành khuôn mẫu cung cấp tùy chọn để tạo các chương trình chi tiết ở định dạng nội suy NURBS. Đồng thời, các máy CNC mạnh mẽ cũng cung cấp khả năng nội suy năm-trục và các tính năng liên quan. Những tính năng này cải thiện chất lượng hoàn thiện bề mặt, cải thiện độ trơn tru khi vận hành động cơ, tăng tốc độ cắt và làm cho các chương trình xử lý bộ phận nhỏ hơn.
2. Đơn vị giảng dạy nhỏ hơn
Hầu hết các hệ thống CNC đều truyền các hướng dẫn chuyển động và định vị tới trục chính của máy công cụ theo đơn vị không nhỏ hơn 1 micron. Sau khi tận dụng tối đa sự gia tăng sức mạnh xử lý của CPU, đơn vị lệnh tối thiểu của một số hệ thống CNC thậm chí có thể đạt tới 1 nanomet (0,000001mm). Sau khi giảm đơn vị hướng dẫn 1000 lần, độ chính xác gia công cao hơn có thể đạt được, điều này có thể giúp động cơ chạy trơn tru hơn. Hoạt động trơn tru của động cơ cho phép một số máy công cụ chạy ở tốc độ cao hơn mà không làm tăng độ rung của giường.
3. Tăng/giảm tốc theo đường cong hình chuông
Còn được gọi là tăng/giảm tốc theo đường cong S- hoặc kiểm soát độ leo. So với việc sử dụng gia tốc tuyến tính, phương pháp này có thể đạt được hiệu quả tăng tốc tốt hơn của máy công cụ. So với các phương pháp tăng tốc khác, bao gồm các phương pháp tuyến tính và hàm mũ, phương pháp đường cong hình chuông có thể đạt được sai số định vị nhỏ hơn.
4. Xử lý giám sát quỹ đạo
Công nghệ này đã được sử dụng rộng rãi và có nhiều điểm khác biệt về hiệu suất giúp phân biệt cách thức hoạt động trong các hệ thống điều khiển cấp thấp{0}}với hệ thống điều khiển cấp cao-. Nhìn chung, CNC sử dụng tính năng giám sát quỹ đạo gia công để-xử lý trước chương trình nhằm đảm bảo khả năng kiểm soát tăng/giảm tốc tốt hơn. Tùy thuộc vào hiệu suất của các máy CNC khác nhau, số khối chương trình cần thiết để giám sát quỹ đạo gia công dao động từ hai đến hàng trăm, chủ yếu phụ thuộc vào thời gian gia công tối thiểu của chương trình bộ phận và hằng số thời gian tăng/giảm tốc. Nói chung, cần có ít nhất mười lăm khối chương trình giám sát quỹ đạo xử lý để đáp ứng các yêu cầu xử lý.5. Điều khiển servo kỹ thuật số Sự phát triển của hệ thống servo kỹ thuật số nhanh đến mức hầu hết các nhà sản xuất máy công cụ đều chọn hệ thống này làm hệ thống điều khiển servo cho máy công cụ. Sau khi sử dụng hệ thống này, CNC có thể điều khiển hệ thống servo kịp thời hơn và việc điều khiển CNC của máy công cụ trở nên chính xác hơn. Vai trò của hệ thống servo kỹ thuật số như sau: 1) Tốc độ lấy mẫu của vòng lặp hiện tại sẽ được tăng lên và việc cải thiện điều khiển vòng lặp hiện tại sẽ làm giảm sự tăng nhiệt độ của động cơ. Bằng cách này, không chỉ có thể kéo dài tuổi thọ của động cơ mà còn có thể giảm nhiệt truyền đến vít bi, từ đó cải thiện độ chính xác của vít. Ngoài ra, tốc độ lấy mẫu nhanh hơn cũng có thể tăng độ lợi của vòng lặp tốc độ, giúp cải thiện hiệu suất tổng thể của máy công cụ.2) Do nhiều CNC mới sử dụng trình tự tốc độ cao{13}}để kết nối với vòng lặp servo nên CNC có thể lấy thêm thông tin hoạt động của động cơ và thiết bị truyền động thông qua liên kết giao tiếp. Điều này có thể cải thiện hiệu suất bảo trì của máy công cụ.3) Phản hồi vị trí liên tục cho phép xử lý-độ chính xác cao ở tốc độ{17}}cao. Tốc độ vận hành CNC nhanh hơn làm cho tốc độ phản hồi vị trí trở thành nút thắt hạn chế tốc độ vận hành của máy công cụ. Trong phương pháp phản hồi truyền thống, tốc độ phản hồi bị hạn chế bởi loại tín hiệu khi tốc độ lấy mẫu của bộ mã hóa bên ngoài của thiết bị CNC và điện tử thay đổi. Với phản hồi nối tiếp, vấn đề này sẽ được giải quyết tốt. Ngay cả khi máy công cụ chạy ở tốc độ rất cao, vẫn có thể đạt được độ chính xác phản hồi chính xác.6. Động cơ tuyến tính Trong những năm gần đây, hiệu suất và mức độ phổ biến của động cơ tuyến tính đã được cải thiện đáng kể nên nhiều trung tâm gia công đã áp dụng thiết bị này. Đến nay, Fanuc đã lắp đặt ít nhất 1.000 động cơ tuyến tính. Một số công nghệ tiên tiến của GE Fanuc đã cho phép lực ra tối đa của động cơ tuyến tính trên máy công cụ là 15.500N và gia tốc tối đa là 30g. Việc áp dụng các công nghệ tiên tiến khác đã làm giảm kích thước của máy công cụ, giảm trọng lượng và cải thiện đáng kể hiệu quả làm mát. Tất cả những tiến bộ công nghệ này làm cho động cơ tuyến tính có lợi thế hơn động cơ quay: tốc độ tăng/giảm tốc cao hơn; điều khiển định vị chính xác hơn, độ cứng cao hơn; độ tin cậy cao hơn; phanh động bên trong. Các tính năng bổ sung bên ngoài: hệ thống CNC mở Máy công cụ sử dụng hệ thống CNC mở đang phát triển rất nhanh. Tốc độ truyền thông của các hệ thống truyền thông hiện có tương đối cao, dẫn đến sự đa dạng của các cấu trúc CNC mở. Hầu hết các hệ thống mở đều kết hợp tính mở của PC tiêu chuẩn với chức năng của CNC truyền thống. Lợi ích lớn nhất là ngay cả khi phần cứng của máy đã lỗi thời, CNC mở cho phép hiệu suất của nó thay đổi theo yêu cầu xử lý và công nghệ hiện tại. Với sự trợ giúp của phần mềm khác, các chức năng khác có thể được thêm vào CNC mở. Các chức năng này có thể liên quan chặt chẽ đến xử lý khuôn hoặc ít liên quan đến xử lý khuôn. Nói chung, hệ thống CNC mở được sử dụng trong xưởng khuôn có các tùy chọn chức năng phổ biến sau: giao tiếp mạng chi phí thấp; Ethernet; chức năng điều khiển thích ứng; giao diện để kết nối đầu đọc mã vạch, đầu đọc số xê-ri dụng cụ và/hoặc hệ thống số xê-ri pallet; khả năng lưu và chỉnh sửa một số lượng lớn các chương trình bộ phận; việc thu thập thông tin điều khiển chương trình được lưu trữ; chức năng xử lý tập tin; Tích hợp công nghệ CAD/CAM và lập kế hoạch hội thảo; giao diện hoạt động chung. Điểm cuối cùng là cực kỳ quan trọng. Bởi vì gia công khuôn có nhu cầu ngày càng cao về các máy CNC dễ vận hành. Trong khái niệm này, điều quan trọng nhất là các máy CNC khác nhau có cùng giao diện vận hành. Nói chung, người vận hành các máy công cụ khác nhau phải được đào tạo riêng vì các loại máy công cụ và máy khác nhau do các nhà sản xuất khác nhau sản xuất sử dụng các giao diện CNC khác nhau. Hệ thống CNC mở tạo cơ hội sử dụng cùng một giao diện điều khiển CNC trong toàn bộ cửa hàng. Giờ đây, chủ sở hữu máy có thể thiết kế giao diện riêng để vận hành CNC ngay cả khi họ không biết ngôn ngữ C. Ngoài ra, bộ điều khiển hệ thống mở cho phép cài đặt các cài đặt vận hành máy khác nhau tùy theo nhu cầu cá nhân. Điều này cho phép người vận hành, lập trình viên và nhân viên bảo trì thiết lập theo yêu cầu của họ. Khi sử dụng, chỉ những thông tin cụ thể họ cần mới xuất hiện trên màn hình. Cách tiếp cận này có thể giảm việc hiển thị trang không cần thiết và giúp đơn giản hóa hoạt động CNC. Gia công năm{51}}trục Gia công năm{52}}trục ngày càng được sử dụng rộng rãi hơn trong quá trình sản xuất các khuôn phức tạp. Bằng cách sử dụng gia công năm trục-, số lượng dụng cụ và/hoặc máy công cụ cần thiết để gia công một bộ phận có thể giảm xuống, số lượng thiết bị cần thiết cho quá trình gia công sẽ được giảm thiểu và tổng thời gian gia công sẽ giảm xuống. Các chức năng CNC ngày càng trở nên mạnh mẽ hơn, cho phép các nhà sản xuất CNC cung cấp nhiều tính năng năm trục hơn. Các tính năng trước đây chỉ có trên máy CNC cao cấp{58}}hiện cũng được sử dụng trong các sản phẩm tầm trung. Đối với những nhà sản xuất chưa bao giờ sử dụng công nghệ gia công năm{61}}trục, việc áp dụng các tính năng này giúp việc gia công năm{62} trục trở nên dễ dàng hơn. Việc áp dụng công nghệ CNC hiện tại vào gia công năm{64}}trục mang lại cho gia công năm{65}}trục những ưu điểm sau: Giảm nhu cầu sử dụng các công cụ đặc biệt; Cho phép thiết lập độ lệch dao sau khi hoàn thành chương trình chi tiết; Hỗ trợ thiết kế các chương trình phổ quát để các chương trình đã xử lý sau có thể được sử dụng thay thế cho nhau giữa các công cụ máy khác nhau; Nâng cao chất lượng hoàn thiện; Có thể được sử dụng cho các máy công cụ có cấu trúc khác nhau, do đó không cần chỉ định trong chương trình đó là trục chính hay phôi quay quanh điểm trung tâm. Vì điều này sẽ được giải quyết bằng thông số CNC. Chúng ta có thể sử dụng ví dụ về bù cho dao phay hình cầu để minh họa lý do tại sao năm trục{69}}đặc biệt thích hợp cho việc xử lý khuôn. Khi bộ phận và dao quay quanh trục trung tâm, để bù chính xác độ lệch của dao phay hình cầu, CNC phải có khả năng điều chỉnh linh hoạt lượng bù dao theo các hướng X, Y và Z. Đảm bảo tính liên tục của điểm tiếp xúc dụng cụ có lợi cho việc cải thiện chất lượng hoàn thiện. Ngoài ra, việc sử dụng CNC năm{73}}trục còn được thể hiện ở: các đặc điểm liên quan đến việc quay dao quanh trục chính, các đặc điểm liên quan đến việc quay bộ phận xung quanh trục chính và các đặc điểm cho phép người vận hành thay đổi vectơ dao theo cách thủ công. Khi trục trung tâm của dao được sử dụng làm trục quay, độ lệch chiều dài dao ban đầu theo hướng trục Z-sẽ được chia thành các thành phần theo ba hướng X, Y và Z. Ngoài ra, độ lệch đường kính dao ban đầu theo hướng trục X và Y-cũng được chia thành các thành phần theo ba hướng X, Y và Z. Vì dao có thể tiến dọc theo trục quay trong quá trình cắt nên tất cả các độ lệch này phải được cập nhật động để tính đến vị trí dao thay đổi liên tục. Một tính năng khác của CNC được gọi là "lập trình điểm tâm dao" cho phép người lập trình xác định đường đi và tốc độ điểm tâm của dao. CNC đảm bảo dao di chuyển theo chương trình thông qua các lệnh theo trục quay và các hướng trục tuyến tính. Tính năng này làm cho điểm trung tâm của dao không còn thay đổi khi dao thay đổi, điều này cũng có nghĩa là: trong gia công năm{82}}trục, độ lệch dao có thể được nhập trực tiếp như gia công ba-trục và sự thay đổi về chiều dài dao có thể được tính toán lại bằng cách lập trình sau. Đặc tính chuyển động này của trục bằng cách quay trục xoay giúp đơn giản hóa quá trình xử lý sau lập trình công cụ. Sử dụng chức năng tương tự, máy công cụ cũng có thể thu được chuyển động quay bằng cách xoay phôi quanh trục trung tâm. Các máy CNC mới có thể tự động điều chỉnh độ lệch cố định và trục quay để phù hợp với chuyển động của bộ phận. Hệ thống CNC cũng đóng một vai trò quan trọng khi người vận hành làm chậm tốc độ nạp máy theo cách thủ công. Các hệ thống CNC mới cũng cho phép trục tiến từ từ theo hướng của vectơ dao và thay đổi hướng của vectơ đầu dao mà không thay đổi vị trí đầu dao (xem hình minh họa ở trên). Những tính năng này giúp người vận hành dễ dàng sử dụng phương pháp lập trình 3+2 hiện được sử dụng rộng rãi trong ngành khuôn mẫu khi sử dụng máy năm{93}}trục. Tuy nhiên, khi các khả năng gia công năm trục-mới dần được phát triển và chấp nhận, các máy khuôn và khuôn năm-trục thực sự có thể trở nên phổ biến hơn.
