NC
(Điều khiển số, gọi tắt là CNC) là việc sử dụng thông tin số rời rạc để điều khiển hoạt động của máy móc và các thiết bị khác, chỉ có người vận hành mới có thể lập trình được
CNC
Ứng dụng công nghệ CNC
Sự phát triển của công nghệ CNC khá nhanh chóng, điều này đã cải thiện đáng kể năng suất xử lý khuôn. Trong số đó, CPU có tốc độ tính toán nhanh hơn chính là cốt lõi cho sự phát triển của công nghệ CNC. Sự cải tiến của CPU không chỉ là sự cải thiện về tốc độ tính toán mà bản thân tốc độ còn liên quan đến sự cải tiến của công nghệ CNC ở các khía cạnh khác. Chính vì công nghệ CNC đã trải qua những thay đổi lớn như vậy trong những năm gần đây nên rất đáng để chúng ta xem xét ứng dụng công nghệ CNC hiện nay trong ngành sản xuất khuôn mẫu.
Thời gian xử lý khối chương trình và các yếu tố khác Khi 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, hiệu suất CNC đã được cải thiện đáng kể. Một hệ thống phản ứng nhanh 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 chi tiết ở tốc độ tương đối cao cũng có thể hoạt động giống như một hệ thống xử lý chậm, bởi vì ngay cả một hệ thống CNC đầy đủ chức năng cũng có một số vấn đề tiềm ẩn có thể trở thành những hạn chế. Nút thắt về tốc độ xử lý.
Hiện nay, hầu hết các nhà máy sản xuất khuôn mẫu đều nhận ra rằng gia công tốc độ cao không chỉ đòi hỏi thời gian xử lý chương trình gia công ngắn. Theo nhiều cách, tình huống này tương tự như việc lái một chiếc xe đua. Có phải chiếc xe nhanh nhất luôn giành chiến thắng trong cuộc đua? Ngay cả một khán giả thỉnh thoảng xem một cuộc đua ô tô cũng biết rằng ngoài tốc độ còn có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến kết quả của cuộc đua.
Trước hết, kiến thức về đường đua của người lái xe rất quan trọng: anh ta phải biết vị trí của những khúc cua gấp để giảm tốc độ phù hợp và xử lý chúng một cách an toàn và hiệu quả. Trong quá trình xử lý khuôn ở tốc độ tiến dao cao, công nghệ giám sát quỹ đạo được xử lý trong CNC có thể lấy trước thông tin về sự xuất hiện của các đường cong sắc nét và chức năng này đóng vai trò tương tự.
Tương tự như vậy, khả năng phản hồi của trình điều khiển đối với các chuyển động và sự không chắc chắn khác của trình điều khiển cũng tương tự như lượng phản hồi servo trong máy CNC. Phản hồi servo trong CNC chủ yếu bao gồm phản hồi vị trí, phản hồi tốc độ và phản hồi hiện tại.
Khi một tay đua lái xe quanh đường đua, tính nhất quán trong chuyển động của anh ta và liệu anh ta có thể phanh và tăng tốc một cách khéo léo hay không có tác động rất quan trọng đến hiệu suất tại chỗ của người lái xe. Tương tự, các chức năng tăng/giảm tốc hình chuông và giám sát quỹ đạo được xử lý của 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 trơn tru 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 thiết bị truyền động CNC và động cơ. Trọng lượng của xe đua có thể so sánh với trọng lượng của các bộ phận chuyển động trong máy công cụ. Độ cứng và sức bền của xe đua cũng tương tự như sức bền và độ cứng của máy công cụ. Khả năng sửa các lỗi cụ thể trên đường đi của CNC rất giống với khả năng của người lái xe để giữ ô tô đi trong làn đường của mình.
Một tình trạng khác tương tự như CNC hiện nay là những chiếc xe đua không nhanh nhất thường đòi hỏi người lái phải có kỹ năng toàn diện. Trước đây, chỉ có CNC cao cấp mới có thể đảm bảo độ chính xác gia công cao khi cắt ở tốc độ cao. Ngày nay, các máy CNC cấp trung và cấp thấp có khả năng hoàn thành công việc một cách tốt đẹp. Mặc dù CNC cao cấp có hiệu suất tốt nhất hiện nay, nhưng cũng có khả năng CNC cấp thấp mà bạn sử dụng có đặc tính xử lý tương tự như CNC cao cấp trong các sản phẩm tương tự. Trước đây, yếu tố hạn chế tốc độ cấp liệu tối đa cho gia công khuôn là CNC, nhưng ngày nay đó chính là kết cấu cơ khí của máy công cụ. Khi máy công cụ đã ở giới hạn hiệu suất, máy CNC tốt hơn sẽ không cải thiện hiệu suất thêm nữa. Đặc điểm bên trong của hệ thống CNC hình ảnh
Sau đây là một số đặc điểm CNC cơ bản trong quy trình gia công khuôn hiện nay:
1. Nội suy B-spline hợp lý không đồng nhất (NURBS) của các bề mặt cong
Công nghệ này sử dụng phép nội suy dọc theo một đường cong, thay vì sử dụng một loạt các đường thẳng ngắn để khớp với đường cong. 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, hệ thống CNC mạnh mẽ còn cung cấp các chức năng nội suy năm trục và các tính năng liên quan. Những đặc tính này làm tăng chất lượng hoàn thiện bề mặt, cải thiện hoạt động của động cơ mượt mà hơn, tăng tốc độ cắt và cho phép thực hiện các chương trình chi tiết nhỏ hơn.
2. Đơn vị hướng dẫn 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 cải thiện về sức mạnh xử lý của CPU, đơn vị lệnh nhỏ nhất của một số hệ thống CNC thậm chí có thể đạt tới 1 nanomet (0.000001mm). Sau khi bộ phận lệnh giảm đi 1000 lần, độ chính xác xử lý có thể đạt được cao hơn và động cơ có thể 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 hình chữ S hoặc điều khiển bò. So với phương pháp tăng tốc tuyến tính, phương pháp này có thể đạt được hiệu quả tăng tốc tốt hơn cho 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. Giám sát các tuyến đường được xử lý
Công nghệ này được sử dụng rộng rãi và có nhiều khác biệt về hiệu suất giúp phân biệt cách thức hoạt động của nó trong các hệ thống điều khiển cấp thấp với cách nó hoạt động trong các hệ thống điều khiển cấp cao. Nói chung, CNC thực hiện tiền xử lý chương trình thông qua giám sát quỹ đạo gia công để đảm bảo kiểm soát tăng/giảm tốc tốt hơn. Tùy thuộc vào hiệu suất của các CNC khác nhau, số khối chương trình cần thiết để theo dõi quỹ đạo cần xử lý nằm trong khoảng từ hai đến hàng trăm, điều này chủ yếu phụ thuộc vào thời gian xử lý tối thiểu của chương trình bộ phận và hằng số thời gian tăng/giảm tốc. Nói chung, để đáp ứng các yêu cầu xử lý, cần xử lý ít nhất 15 khối chương trình giám sát quỹ đạo.
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, đồng thời việc điều khiển máy công cụ của CNC cũng trở nên chính xác hơn.
Các chức năng của hệ thống servo kỹ thuật số như sau:
1) Tốc độ lấy mẫu của vòng dòng điện sẽ được tăng lên, cùng với việc cải thiện khả năng điều khiển vòng lặp dòng điện, từ đó làm giảm sự tăng nhiệt độ của động cơ. Bằng cách này, không chỉ có thể kéo dài tuổi thọ của động cơ mà nhiệt lượng truyền đến vít bi cũng có thể giảm xuống, từ đó cải thiện độ chính xác của vít. Ngoài ra, việc tăng tốc độ lấy mẫu cũng có thể làm tăng độ lợi của vòng tốc độ, giúp cải thiện hiệu suất tổng thể của máy công cụ.
2) Do nhiều máy CNC mới sử dụng trình tự tốc độ cao để kết nối với các vòng servo, nên CNC có thể thu được nhiều thông tin hoạt động hơn về động cơ và thiết bị truyền động thông qua liên kết truyền thông. Điều này cải thiện hiệu suất bảo trì của máy công cụ.
3) Phản hồi vị trí liên tục cho phép gia công có độ chính xác cao ở tốc độ cao. Việc tăng tốc độ vận hành CNC khiến tốc độ phản hồi vị trí trở thành nút thắt hạn chế tốc độ chạy của máy công cụ. Trong phương pháp phản hồi truyền thống, khi tốc độ lấy mẫu của bộ mã hóa bên ngoài của máy CNC và thiết bị điện tử thay đổi, tốc độ phản hồi bị hạn chế bởi loại tín hiệu. Sử dụng phản hồi nối tiếp, vấn đề này sẽ được giải quyết tốt. Độ chính xác phản hồi chính xác đạt được ngay cả khi máy công cụ đang chạy ở tốc độ rất cao.
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 cho phép động cơ tuyến tính trên máy công cụ có lực ra tối đa 15.500N và gia tốc tối đa 30g. Việc áp dụng các công nghệ tiên tiến khác đã làm giảm kích thước và trọng lượng của máy công cụ và cải thiện đáng kể hiệu quả làm mát. Tất cả những tiến bộ công nghệ này mang lại cho động cơ tuyến tính những lợi thế lớn 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; chuyển động phanh động bên trong.
Tính năng bổ sung bên ngoài: Hệ thống CNC mở
Máy công cụ sử dụng hệ thống CNC mở đang phát triển nhanh chóng. Tốc độ truyền thông của các hệ thống truyền thông hiện có tương đối cao, dẫn đến sự xuất hiện của nhiều loại 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 của việc này là ngay cả khi phần cứng máy công cụ trở nên lỗi thời, CNC mở vẫn cho phép hiệu suất của nó thay đổi theo yêu cầu xử lý và công nghệ hiện có. Các chức năng khác có thể được thêm vào Open CNC với sự trợ giúp của phần mềm khác. Những đặc tính này có thể liên quan chặt chẽ đến quá trình xử lý khuôn hoặc chúng có thể ít liên quan đến quá trình xử lý khuôn. Thông thường, hệ thống CNC mở được sử dụng trong xưởng khuôn có các lựa chọn chức năng phổ biến sau:
Truyền thông trực tuyến không tốn kém;
Ethernet;
chức năng điều khiển thích ứng;
Giao diện dành cho đầu đọc mã vạch, đầu đọc số sê-ri dụng cụ và/hoặc hệ thống số sê-ri pallet;
Khả năng lưu và chỉnh sửa số lượng lớn các chương trình phần;
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 nhà xưởng;
Giao diện vận hành phổ quát.
Điểm cuối cùng này cực kỳ quan trọng. Bởi vì nhu cầu về CNC vận hành đơn giản trong gia công khuôn ngày càng tăng. Trong khái niệm này, điều quan trọng nhất là các máy CNC khác nhau có cùng giao diện vận hành. Nhìn chung, người vận hành các máy công cụ khác nhau phải được đào tạo riêng vì các loại máy công cụ khác nhau, cũng như các máy công cụ do các nhà sản xuất khác nhau sản xuất, sử dụng các giao diện CNC khác nhau. Hệ thống CNC mở tạo cơ hội cho toàn bộ xưởng sử dụng cùng một giao diện điều khiển CNC.
Giờ đây, chủ sở hữu máy công cụ có thể thiết kế giao diện riêng cho hoạt động CNC ngay cả khi họ không biết ngôn ngữ C. Ngoài ra, bộ điều khiển hệ thống mở cho phép cài đặt các chế độ 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 định cấu hình cài đặt theo yêu cầu riêng của họ. Khi sử dụng, chỉ những thông tin cụ thể họ cần mới xuất hiện trên màn hình. Việc áp dụng phương pháp này có thể giảm việc hiển thị trang không cần thiết và giúp đơn giản hóa các hoạt động CNC.
Gia công năm trục
Trong quá trình chế tạo các khuôn mẫu phức tạp, việc ứng dụng gia công năm trục ngày càng trở nên phổ biến. Sử dụng gia công năm trục, có thể giảm số lượng dụng cụ hoặc/và máy công cụ cần thiết để xử lý một bộ phận. Số lượng thiết bị cần thiết cho quá trình gia công sẽ được giảm thiểu, đồng thời tổng thời gian gia công cũng giảm xuống. CNC ngày càng có nhiều khả năng hơn, cho phép các nhà sản xuất CNC cung cấp nhiều tính năng năm trục hơn.
Những chức năng trước đây chỉ có ở dòng máy CNC cao cấp giờ đây cũng được sử dụng ở những sản phẩm tầm trung. Đối với những nhà sản xuất chưa bao giờ sử dụng công nghệ gia công năm trục, việc áp dụng các tính năng này giúp việc gia công năm trục trở nên dễ dàng hơn. Việc áp dụng công nghệ CNC hiện nay vào gia công năm trục mang lại cho gia công năm 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 sau xử lý có thể được sử dụng thay thế cho nhau giữa các máy công cụ khác nhau;
Nâng cao chất lượng hoàn thiện;
Nó có thể được sử dụng cho các máy công cụ có cấu trúc khác nhau, do đó không cần thiết phải chỉ ra trong chương trình xem trục chính hoặc phôi có quay quanh điểm trung tâm hay không. Vì điều này sẽ được giải quyết bằng các thông số của máy CNC.
Chúng ta có thể sử dụng ví dụ về bù dao phay bi để minh họa tại sao năm trục đặc biệt thích hợp cho gia công khuôn. Để bù chính xác độ lệch của dao phay hình cầu khi bộ phận và dụng cụ quay quanh trục xoay trung tâm, CNC phải có khả năng điều chỉnh linh hoạt lượng bù của dụng cụ theo hướng X, Y và Z. Việc đảm bảo tính liên tục của các điểm tiếp xúc cắt của dụng cụ có lợi cho việc cải thiện chất lượng hoàn thiện.
Ngoài ra, việc sử dụng CNC năm trục bao gồm các tính năng liên quan đến quay dao xung quanh trục chính, các tính năng liên quan đến quay bộ phận xung quanh trục chính và các tính năng 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 hướng X, Y và Z. Ngoài ra, độ lệch đường kính dao ban đầu theo hướng trục X và Y cũng được chia thành ba thành phần theo hướng trục X, Y và Z. Vì trong kỹ thuật cắt, dụng cụ có thể thực hiện các chuyển động tiến dao dọc theo hướng của trục quay, nên tất cả các độ lệch này phải được cập nhật động để tính đến hướng 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 hướng trục quay và trục tuyến tính. Tính năng này ngăn không cho điểm tâm của dụng cụ thay đổi khi thay đổi dụng cụ. Điều này cũng có nghĩa là trong gia công năm trục, độ lệch của dao có thể được nhập trực tiếp như gia công ba trục và nó cũng có thể được giải thích thông qua một chương trình hậu kỳ khác. Thay đổi chiều dài dụng cụ. Tính năng quay trục chính để nhận ra trục chuyển động này 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 xoay trung tâm. CNC mới được phát triển có thể tự động điều chỉnh độ lệch cố định và trục tọa độ quay để phù hợp với chuyển động của bộ phận. Khi người vận hành sử dụng các phương pháp thủ công để đạt được bước tiến chậm của máy công cụ, hệ thống CNC cũng đóng một vai trò quan trọng. Hệ thống CNC mới được phát triển cũng cho phép trục tiến từ từ theo hướng của vectơ dao và cũng cho phép 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 cho phép 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 công cụ năm trục. Tuy nhiên, khi khả năng gia công năm trục mới dần được phát triển và chấp nhận, máy gia công khuôn năm trục thực sự có thể trở nên phổ biến hơn.
