NC
(Controle Numérico, controle digital, referido como controle numérico), refere-se ao uso de informações digitais discretas para controlar a operação de máquinas e outros dispositivos, que só podem ser programados pelo próprio operador.
CNC
Aplicação de tecnologia CNC
O desenvolvimento da tecnologia CNC é bastante rápido, o que melhora muito a produtividade do processamento do molde, e a CPU com maior velocidade de operação é o núcleo do desenvolvimento da tecnologia CNC. A melhoria da CPU não é apenas a melhoria da velocidade de computação, mas a velocidade em si também envolve a melhoria da tecnologia CNC em outros aspectos. É precisamente por causa das grandes mudanças na tecnologia CNC nos últimos anos que vale a pena fazer uma revisão da aplicação atual da tecnologia CNC na indústria de fabricação de moldes.
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Tempo de processamento do bloco de programa e outros Devido ao aumento na velocidade de processamento da CPU e à aplicação de CPUs de alta velocidade a sistemas CNC altamente integrados pelos fabricantes de CNC, o desempenho do CNC foi significativamente melhorado. Sistemas mais rápidos e responsivos permitem mais do que apenas velocidades de processamento de programas mais altas. Na verdade, um sistema que pode processar um programa de peças a uma velocidade razoavelmente alta pode se comportar como um sistema de processamento de baixa velocidade porque mesmo um sistema CNC totalmente funcional tem alguns problemas potenciais que podem se tornar um gargalo que limita a velocidade de processamento.
Atualmente, a maioria das fábricas de moldes percebe que a usinagem de alta velocidade requer mais do que um curto tempo de processamento dos programas de usinagem. De muitas maneiras, a situação é semelhante a dirigir um carro de corrida. O carro mais rápido sempre ganha a corrida? Mesmo um espectador ocasional sabe que existem muitos fatores além da velocidade que afetam o resultado de uma corrida.
Antes de tudo, o conhecimento da pista por parte do piloto é muito importante: ele deve saber onde há curvas fechadas, para que possa desacelerar adequadamente para passar a curva com segurança e eficiência. No processo de processamento de moldes em altas taxas de avanço, a tecnologia de monitoramento de trilha a ser processada em CNC pode obter informações de curvas acentuadas com antecedência, e essa função desempenha o mesmo papel.
Da mesma forma, a sensibilidade do motorista às ações e incertezas de outros motoristas é semelhante ao número de feedbacks de servo no CNC. O feedback do servo no CNC inclui principalmente feedback de posição, feedback de velocidade e feedback de corrente.
Quando o motorista dirige pela pista, a consistência da ação, se os freios e a aceleração podem ser habilidosos, etc., têm um impacto muito importante no desempenho imediato do piloto. Da mesma forma, as funções de aceleração/desaceleração em forma de sino e acompanhamento de processo do sistema CNC usam aceleração/desaceleração lenta em vez de mudanças repentinas de velocidade para garantir uma aceleração suave da máquina-ferramenta.
Além disso, existem outras semelhanças entre carros de corrida e sistemas CNC. A potência do motor do carro de corrida é semelhante ao dispositivo de acionamento e ao motor do CNC, o peso do carro de corrida pode ser comparado com o peso dos componentes móveis da máquina-ferramenta e a rigidez e a força do carro de corrida são semelhante à resistência e rigidez da máquina-ferramenta. A capacidade de um CNC corrigir certos erros de caminho é muito semelhante à capacidade de um motorista de manter um carro dentro da faixa.
Outra situação semelhante ao CNC atual é que os carros que não são os mais rápidos geralmente exigem motoristas completos. No passado, apenas o CNC de ponta poderia garantir alta precisão de usinagem durante o corte em alta velocidade. Hoje, os CNCs de gama média e baixa têm a capacidade de fazer o trabalho de forma satisfatória. Embora o CNC de ponta tenha o melhor desempenho disponível atualmente, também existe a possibilidade de que o CNC de ponta que você está usando tenha as mesmas características de processamento de um CNC de ponta de sua classe. Antigamente, o fator que limitava o avanço máximo do processamento do molde era o CNC, mas hoje é a estrutura mecânica da máquina-ferramenta. Quando uma máquina-ferramenta já está em seu limite de desempenho, um CNC melhor não a tornará melhor.
Características Intrínsecas do Sistema CNC
A seguir estão algumas características básicas do CNC no atual processo de processamento de moldes:
1. Interpolação B-spline racional não uniforme (NURBS) de curvas e superfícies
A técnica usa interpolação ao longo de uma curva em vez de uma série de linhas retas curtas para ajustar a curva. A aplicação desta tecnologia é bastante comum. Muitos dos softwares CAM atualmente em uso na indústria de ferramentas oferecem uma opção para gerar programas de peça no formato de interpolação NURBS. Ao mesmo tempo, o poderoso CNC também fornece função de interpolação de cinco eixos e recursos relacionados. Essas propriedades melhoram a qualidade do acabamento superficial, melhoram a suavidade da operação do motor, aumentam as velocidades de corte e permitem programas de peças menores.
2. Unidade de instrução menor
A maioria dos sistemas CNC transmite comandos de movimento e posicionamento para o fuso da máquina-ferramenta em unidades não menores que 1 mícron. Depois de aproveitar ao máximo as vantagens da melhoria do poder de processamento da CPU, a unidade mínima de instrução de alguns sistemas CNC pode chegar a 1 nanômetro (0.000001mm). Depois que a unidade de comando é reduzida em 1000 vezes, maior precisão de usinagem pode ser obtida, o que pode fazer o motor funcionar mais suavemente. O funcionamento suave do motor permite que algumas máquinas-ferramenta funcionem em acelerações mais altas sem aumentar a vibração do leito.
3. Aceleração/desaceleração da curva de Bell
Também conhecido como aceleração/desaceleração da curva S ou controle de fluência. Comparado com o uso do método de aceleração linear, este método pode fazer com que a máquina-ferramenta obtenha um melhor efeito de aceleração. Comparado com outros métodos de aceleração, incluindo métodos lineares e exponenciais, o método da curva de sino pode obter erros de posicionamento menores.
4. Rastreie o monitoramento a ser processado
Essa técnica é amplamente utilizada e possui inúmeras diferenças de desempenho que diferenciam como ela funciona em sistemas de controle de baixo nível de como funciona em sistemas de controle de alto nível. De um modo geral, o CNC realiza o pré-processamento do programa monitorando a trajetória do processamento, de forma a garantir um melhor controle da aceleração/desaceleração. De acordo com o desempenho dos diferentes CNCs, o número de blocos de programa necessários para monitorar a trajetória a ser processada varia de dois a centenas, o que depende principalmente do menor tempo de processamento do programa de peças e da constante de tempo de aceleração/desaceleração. De um modo geral, para atender aos requisitos de processamento, são necessários pelo menos quinze blocos de programa de monitoramento de trilha a serem processados.
5. Controle servo digital
O desenvolvimento do sistema servo digital é tão rápido que a maioria dos fabricantes de máquinas-ferramenta escolhe este sistema como sistema de controle servo de máquinas-ferramenta. Depois de usar este sistema, o CNC pode controlar o sistema servo de maneira mais oportuna e o controle do CNC da máquina-ferramenta tornou-se mais preciso.
O papel do sistema servo digital é o seguinte:
1) A velocidade de amostragem do loop de corrente será aumentada, o que juntamente com a melhoria do controle do loop de corrente, reduzirá o aumento de temperatura do motor. Desta forma, não apenas a vida útil do motor pode ser estendida, mas também o calor transferido para o fuso de esferas pode ser reduzido, melhorando assim a precisão do parafuso. Além disso, velocidades de amostragem mais rápidas também podem aumentar o ganho do loop de velocidade, o que pode ajudar a melhorar o desempenho geral da máquina-ferramenta.
2) Uma vez que muitos CNCs novos usam sequências de alta velocidade para se conectar ao loop servo, através do link de comunicação, o CNC pode obter mais informações de trabalho do motor e do drive. Isso melhora a capacidade de manutenção da máquina-ferramenta.
3) O feedback contínuo da posição permite usinagem de alta precisão em altas taxas de avanço. A aceleração da velocidade de operação do CNC faz com que a velocidade de feedback de posição se torne o gargalo que restringe a velocidade de operação das máquinas-ferramenta. No método de realimentação tradicional, conforme a velocidade de amostragem do codificador externo do CNC e do equipamento eletrônico muda, a velocidade de realimentação é restrita pelo tipo de sinal. Usando feedback serial, esse problema será bem resolvido. A precisão de feedback sofisticada é alcançada mesmo quando a máquina-ferramenta está operando em altas velocidades.
6. Motor linear
Nos últimos anos, o desempenho de trabalho e a popularidade dos motores lineares melhoraram significativamente, por isso muitos centros de usinagem adotaram esse dispositivo. Até agora, a Fanuc instalou pelo menos 1,000 motores lineares. Algumas tecnologias avançadas da GE Fanuc permitem que o motor linear na máquina-ferramenta tenha uma força de saída máxima de 15.500N e uma aceleração máxima de 30g. A aplicação de outras tecnologias avançadas reduziu o tamanho da máquina-ferramenta, reduziu seu peso e melhorou muito sua eficiência de resfriamento. Todos esses avanços na tecnologia oferecem aos motores lineares mais vantagens do que aos motores rotativos: taxas de aceleração/desaceleração mais altas; controle de posicionamento mais preciso, maior rigidez; maior confiabilidade; frenagem dinâmica interna.
Recursos adicionais externos: sistema CNC aberto
As máquinas-ferramentas que usam sistemas CNC abertos estão se desenvolvendo muito rapidamente. Atualmente, a velocidade de comunicação do sistema de comunicação alternativo é relativamente alta, portanto, existem muitos tipos de estruturas CNC abertas. A maioria dos sistemas abertos combina a abertura de um PC padrão com a funcionalidade de um CNC tradicional. A maior vantagem disso é que, mesmo que o hardware da máquina-ferramenta esteja desatualizado, o CNC aberto ainda permite que seu desempenho mude com a tecnologia existente e os requisitos de processamento. Funcionalidades adicionais também podem ser adicionadas ao Open CNC com a ajuda de outro software. Essas propriedades podem estar intimamente relacionadas ao processamento do molde ou têm pouco a ver com o processamento do molde. Normalmente, um sistema CNC aberto usado em uma oficina de moldes tem as seguintes opções funcionais comuns:
Comunicação de rede barata;
Ethernet;
Função de controle adaptável;
Interfaces disponíveis para leitores de código de barras, leitores de número de série de ferramentas e/ou sistemas de número de série de paletes;
A capacidade de salvar e editar um grande número de programas de peças;
O programa armazenado controla a coleta de informações;
funções de processamento de arquivos;
Integração de tecnologia CAD/CAM e planejamento de oficina;
Interface de operação comum.
Este último ponto é extremamente importante. Porque a demanda por CNC fácil de operar está aumentando no processamento de moldes. Neste conceito, o mais importante é que diferentes CNCs tenham a mesma interface de operação. Como regra geral, os operadores de diferentes máquinas-ferramenta devem ser treinados separadamente porque diferentes tipos de máquinas-ferramenta, bem como máquinas de diferentes fabricantes, usam diferentes interfaces CNC. Os sistemas CNC abertos criam a oportunidade de usar a mesma interface de controle CNC para todo o chão de fábrica.
Agora, os proprietários de máquinas-ferramenta podem projetar sua própria interface para operação CNC, mesmo que não conheçam a linguagem C. Além disso, o controlador de sistema aberto permite definir diferentes modos de operação da máquina de acordo com as necessidades individuais. Desta forma, operadores, programadores e pessoal de manutenção podem configurar de acordo com suas próprias necessidades. Quando em uso, apenas as informações específicas de que precisam aparecem na tela. Usar este método pode reduzir a exibição de página desnecessária e ajudar a simplificar a operação do CNC.
Usinagem de cinco eixos
No processo de fabricação de moldes complexos, a aplicação da usinagem de cinco eixos está se tornando cada vez mais difundida. Usando a usinagem de cinco eixos, o número de ferramentas e/ou máquinas-ferramentas necessárias para processar uma peça pode ser reduzido, o número de equipamentos necessários para o processo de usinagem será reduzido ao mínimo e o tempo total de usinagem também será reduzido. Os CNCs estão se tornando mais poderosos, permitindo que os fabricantes de CNC ofereçam mais recursos de cinco eixos.
As funções que antigamente apenas os CNCs de ponta tinham, agora também são utilizadas em produtos de gama média. Para os fabricantes que nunca usaram a tecnologia de usinagem de 5-eixos, a aplicação desses recursos torna a usinagem de 5-eixos mais fácil. O uso da tecnologia CNC atual para usinagem de cinco eixos permite que a usinagem de cinco eixos tenha as seguintes vantagens:
Reduzir a necessidade de ferramentas especializadas;
É permitido definir o offset da ferramenta após a conclusão do programa de peça;
Apoiar a concepção de programas gerais, para que os programas pós-processados possam ser utilizados de forma intercambiável entre diferentes máquinas-ferramenta;
Melhorar a qualidade do acabamento;
Pode ser utilizado em máquinas-ferramentas de diferentes estruturas, de modo que não é necessário especificar no programa se o fuso ou a peça está girando em torno do ponto central. Porque será resolvido pelos parâmetros do CNC.
Podemos usar o exemplo de compensação de uma fresa esférica para ilustrar porque o cinco eixos é particularmente adequado para o processamento de moldes. Quando as peças e ferramentas giram em torno do eixo pivô, para compensar com precisão o deslocamento da fresa esférica, o CNC deve ser capaz de ajustar dinamicamente o valor de compensação da ferramenta nas três direções de X, Y e Z. Garantir a continuidade do ponto de corte da ferramenta é propício para melhorar a qualidade do acabamento.
Além disso, os CNCs de cinco eixos são úteis para recursos associados à rotação de uma ferramenta em torno de um fuso, recursos associados à rotação de uma peça em torno de um fuso e recursos que permitem ao operador alterar manualmente o vetor da ferramenta.
Quando o eixo central da ferramenta é usado como eixo de rotação, o deslocamento original do comprimento da ferramenta na direção do eixo Z será dividido em três componentes nas direções X, Y e Z. Além disso, o deslocamento original do diâmetro da ferramenta nas direções dos eixos X e Y também é dividido em três componentes nas direções dos eixos X, Y e Z. Como na engenharia de corte a ferramenta pode ser alimentada ao longo do eixo de rotação, todos esses deslocamentos devem ser atualizados dinamicamente para levar em conta a mudança contínua da orientação da ferramenta.
Outro recurso do CNC chamado "programação do ponto central da ferramenta" permite que os programadores definam o caminho e a velocidade do ponto central da ferramenta. O CNC garante que a ferramenta se mova de acordo com o programa através de comandos na direção do eixo rotativo e do eixo linear. Este recurso faz com que o ponto central da ferramenta não mude mais com a troca da ferramenta, o que também significa que na usinagem de cinco eixos, o deslocamento da ferramenta pode ser inserido diretamente como na usinagem de três eixos, e a mudança de o comprimento da ferramenta também pode ser explicado pela pós-programação novamente. Essa cinemática do eixo rotativo ao girar o fuso simplifica o pós-processamento da programação da ferramenta.
Usando a mesma função, a máquina-ferramenta também pode obter movimento rotativo girando a peça de trabalho em torno do eixo central. O recém-desenvolvido CNC é capaz de igualar o movimento da peça ajustando dinamicamente os deslocamentos fixos e girando os eixos coordenados. O sistema CNC também desempenha um papel importante quando o operador implementa manualmente o avanço lento da máquina-ferramenta. O recém-desenvolvido sistema CNC também permite que os eixos sejam percorridos lentamente ao longo da direção do vetor da ferramenta e também para alterar a direção do vetor da ponta da ferramenta sem alterar a posição da ponta da ferramenta (veja a ilustração acima).
Esses recursos permitem que os operadores usem facilmente o método de programação 3 mais 2 amplamente usado na indústria de moldes ao usar ferramentas de usinagem de cinco eixos. No entanto, à medida que novos recursos de usinagem de cinco eixos são gradualmente desenvolvidos e aceitos, as verdadeiras máquinas de fabricação de moldes de cinco eixos podem se tornar mais comuns.
