Já se interrogou sobre como funcionam as máquinas que constroem outras máquinas? Mergulhe no fascinante mundo das máquinas-ferramentas, essenciais para a criação de peças de alta precisão. Este artigo irá desvendar os diferentes tipos de máquinas-ferramentas CNC e as suas funções vitais no fabrico moderno. Prepare-se para explorar a espinha dorsal da inovação industrial!
Uma máquina-ferramenta é uma máquina que é utilizada para fabricar outras máquinas. É também conhecida como máquina de trabalho ou máquina-ferramenta e é tradicionalmente designada por máquina-ferramenta.
As máquinas-ferramentas dividem-se geralmente em máquinas-ferramentas para cortar metais, máquinas-ferramentas para forjar, máquinas-ferramentas para trabalhar madeira e outras.
No fabrico mecânico moderno, existem muitas formas de processar peças mecânicas. Para além do corte, há também a fundição, o forjamento, a soldadura, a estampagem, a extrusão e muito mais. No entanto, as peças com elevada precisão e precisão rugosidade da superfície geralmente necessitam de ser maquinados através de um método de corte numa máquina-ferramenta.
As máquinas-ferramentas desempenham um papel importante na construção da modernização económica nacional.
Existem muitas variedades e especificações de máquinas CNC, e os métodos de classificação podem variar. No entanto, podem geralmente ser classificadas de acordo com a função e a estrutura, utilizando os quatro princípios seguintes.
(1) Máquina CNC ferramenta com controlo de pontos
O controlo por pontos requer apenas o posicionamento preciso das peças móveis da máquina-ferramenta de um ponto para outro, e os requisitos para a trajetória do movimento entre pontos não são rigorosos. Não é efectuada qualquer maquinação durante o movimento, e o movimento entre os eixos de coordenadas é irrelevante.
Para conseguir um posicionamento rápido e exato, a deslocação entre dois pontos começa por ser rápida e depois aproxima-se lentamente do ponto de posicionamento para garantir a precisão do posicionamento. A figura abaixo mostra a pista de movimento do controlo da posição do ponto.
As máquinas-ferramentas com função de controlo por pontos incluem principalmente máquinas de perfuração CNC, fresadoras CNC, puncionadoras CNC, entre outras.
Com o desenvolvimento da tecnologia de controlo numérico e a redução do preço dos sistemas de controlo numérico, os sistemas de controlo numérico utilizados apenas para controlo de pontos são cada vez mais raros.
(2) Máquina-ferramenta CNC de controlo linear
A máquina-ferramenta CNC de controlo linear, também conhecida como máquina-ferramenta CNC de controlo paralelo, tem a caraterística não só de posicionar com precisão entre os pontos de controlo, mas também de controlar a velocidade de movimento e a trajetória entre dois pontos relacionados.
No entanto, a sua rota de movimento apenas se move paralelamente ao eixo de coordenadas da máquina-ferramenta, o que significa que apenas um eixo de coordenadas é controlado ao mesmo tempo, eliminando a necessidade da função de operação de interpolação no sistema CNC. Durante a deslocação, a ferramenta pode cortar com a velocidade de avanço especificada e, normalmente, só pode processar peças rectangulares e escalonadas.
As máquinas-ferramentas com função de controlo linear consistem principalmente em tornos CNC relativamente simples, fresadoras CNC, rebarbadoras CNC, etc. O sistema CNC desta máquina-ferramenta é também conhecido como sistema CNC de controlo linear. De igual modo, Máquinas-ferramentas CNC que são utilizados exclusivamente para o controlo linear são raros.
(3) Máquina-ferramenta CNC de controlo de contorno
Diagrama de maquinagem da máquina-ferramenta CNC de controlo de contorno
A máquina-ferramenta CNC de controlo de contorno, também conhecida como máquina-ferramenta CNC de controlo contínuo, tem a caraterística de controlar o deslocamento e a velocidade de duas ou mais coordenadas de movimento simultaneamente.
Para cumprir a trajetória de movimento relativo da ferramenta ao longo do contorno da peça e os requisitos do contorno de maquinação da peça, o controlo de deslocamento e o controlo de velocidade de cada movimento coordenado devem ser coordenados com precisão de acordo com a relação proporcional especificada. Por isso, o dispositivo NC neste modo de controlo requer a função de operação de interpolação.
A interpolação envolve a descrição da forma da linha ou arco através do processamento matemático da calculadora de interpolação no sistema NC, com base na entrada de dados básicos do programa, tais como as coordenadas finais da linha, as coordenadas finais do arco e as coordenadas centrais ou raio. Os impulsos são então distribuídos a cada controlador de eixo de coordenadas com base nos resultados do cálculo, controlando o deslocamento da ligação de cada eixo de coordenadas para satisfazer o contorno necessário.
Durante o movimento, a ferramenta pode cortar continuamente a superfície da peça de trabalho e processar todos os tipos de linhas rectas, arcos e curvas. Estas máquinas-ferramentas consistem principalmente em tornos CNC, fresadoras CNC, máquinas de corte a fio CNC, centros de maquinação, etc.
O dispositivo NC correspondente é designado por sistema NC de controlo de contorno, que pode ser classificado nas seguintes formas, com base no número de eixos de coordenadas de ligação que controla:
① Ligação de dois eixos
É utilizado principalmente para Torno NC para maquinação de superfícies rotativas ou fresadora NC para maquinação de superfícies cilíndricas curvas.
② Semi-ligação de dois eixos
É utilizado principalmente para o controlo de máquinas-ferramentas com mais de três eixos. Dois eixos podem ser ligados, e o outro eixo pode ser alimentado periodicamente.
③ Ligação de três eixos
Geralmente divide-se em duas categorias. Uma é a ligação de três eixos de coordenadas lineares X/Y/Z, que é maioritariamente utilizada em fresadoras CNC, centros de maquinagem, etc.
A outra é controlar o eixo de coordenadas de rotação que gira em torno de um dos eixos de coordenadas lineares, para além das duas coordenadas lineares em X/Y/Z simultaneamente.
Por exemplo, num centro de torneamento, para além da ligação dos eixos de coordenadas lineares longitudinais (eixo Z) e transversais (eixo x), também é necessário controlar a ligação do fuso principal (eixo c) que roda em torno do eixo z ao mesmo tempo.
④ Ligação de quatro eixos
Controla simultaneamente a ligação entre os três eixos de coordenadas lineares X/Y/Z e um eixo de coordenadas rotativo.
⑤ Ligação de cinco eixos
Para além de controlar simultaneamente a articulação dos três eixos de coordenadas X/Y/Z, controla também dois eixos de coordenadas nos eixos de coordenadas A, B e C que rodam em torno destes eixos de coordenadas lineares, formando a articulação de controlo simultâneo de cinco eixos.
Neste momento, a ferramenta pode ser colocada em qualquer direção no espaço. Por exemplo, a ferramenta pode ser controlada para oscilar em torno do eixo x e do eixo y simultaneamente, de modo a que a ferramenta mantenha uma direção normal com a superfície de contorno maquinada no seu ponto de corte, garantindo a suavidade da superfície maquinada, melhorando a precisão e a eficiência da maquinação e reduzindo a rugosidade da superfície maquinada.
(1) máquina-ferramenta CNC de controlo de circuito aberto
O servomotor de alimentação deste tipo de máquina-ferramenta é de circuito aberto, o que significa que não existe um dispositivo de feedback de deteção. Geralmente, o seu motor de acionamento é um motor passo a passo. A principal caraterística de um motor passo a passo é que sempre que o circuito de controlo altera o sinal de impulso de comando, o motor roda um ângulo de passo e o próprio motor tem uma capacidade de auto-bloqueio.
O sinal de comando de alimentação emitido pelo sistema NC controla o circuito de acionamento através do distribuidor de impulsos. Este controla o deslocamento das coordenadas através do número de impulsos de transformação, a velocidade de deslocamento através da frequência dos impulsos de transformação e a direção do deslocamento através da ordem de distribuição dos impulsos de transformação. Por conseguinte, a caraterística mais significativa deste modo de controlo é o seu controlo conveniente, estrutura simples e preço baixo.
O fluxo do sinal de comando enviado pelo sistema NC é unidirecional, pelo que não existe qualquer problema de estabilidade com o sistema de controlo. No entanto, como o erro da transmissão mecânica não é corrigido por feedback, a precisão do deslocamento não é elevada. As primeiras máquinas-ferramentas CNC utilizavam este modo de controlo, mas a taxa de falhas era relativamente elevada.
Atualmente, continua a ser amplamente utilizado devido a melhorias no circuito de condução. Na China, em particular, este modo de controlo é frequentemente utilizado na transformação NC de sistemas NC económicos gerais e de equipamento antigo. Além disso, este modo de controlo pode ser configurado com um microcomputador de chip único ou um computador de placa única como dispositivo de controlo numérico, reduzindo o preço de todo o sistema.
(2) máquina-ferramenta de controlo de circuito fechado
O servo-drive de alimentação deste tipo de máquina-ferramenta NC funciona utilizando um modo de controlo de feedback em circuito fechado. O motor de acionamento pode ser um servomotor DC ou AC, e o feedback de posição e o feedback de velocidade devem ser configurados.
Durante a maquinagem, a deslocação real das peças móveis é constantemente detectada e enviada atempadamente para o comparador do sistema NC. Este valor é então comparado com o sinal de comando obtido através da operação de interpolação. A diferença entre os dois é utilizada como sinal de controlo do servo-acionamento, que acciona a peça deslocada para eliminar quaisquer erros de deslocamento.
A posição de instalação do elemento de deteção da realimentação da posição e o dispositivo de realimentação utilizado determinam se se trata de um modo de controlo de ciclo fechado completo ou de ciclo semi-fechado.
① Controlo de circuito fechado total
Como se pode ver na figura, o dispositivo de realimentação da posição adopta um elemento de deteção de deslocamentos lineares, sendo as réguas de grelha habitualmente utilizadas atualmente. É instalado na sela da máquina-ferramenta, permitindo-lhe detetar diretamente a deslocação linear das coordenadas da máquina-ferramenta.
Através da realimentação, o erro de transmissão em toda a cadeia de transmissão mecânica do motor para o selim da máquina pode ser eliminado, resultando numa elevada precisão de posicionamento estático da máquina-ferramenta.
No entanto, em todo o circuito de controlo, as características de fricção, rigidez e folga de muitos elos de transmissão mecânica são não lineares. Além disso, o tempo de resposta dinâmica de toda a cadeia de transmissão mecânica é muito maior em comparação com o tempo de resposta eléctrica, o que traz dificuldades significativas para a correção da estabilidade de todo o sistema de circuito fechado. Como tal, a conceção e o ajustamento do sistema são também muito complexos.
Este modo de controlo de circuito fechado completo é utilizado principalmente para máquinas de coordenadas CNC e máquinas de retificação de precisão CNC que têm requisitos de elevada precisão.
② Controlo de circuito semi-fechado
Como se mostra na figura, o feedback de posição utiliza um elemento de deteção de ângulo, sendo os codificadores o principal tipo utilizado atualmente. É instalado diretamente na extremidade do servomotor ou do parafuso de avanço.
Uma vez que a maioria das ligações de transmissão mecânica não está incluída no circuito fechado do sistema, é necessário obter características de controlo mais estáveis.
Os erros de transmissão mecânica, tais como os presentes no parafuso de avanço, não podem ser corrigidos em qualquer altura através de feedback. No entanto, o método de compensação de ajuste de software pode ser utilizado para melhorar a precisão.
Atualmente, a maioria das máquinas-ferramentas CNC adopta um modo de controlo em circuito semi-fechado.
③ Máquina-ferramenta CNC de controlo híbrido
As características dos modos de controlo acima referidos são combinadas seletivamente para formar um esquema de controlo híbrido.
Como mencionado anteriormente, o modo de controlo em circuito aberto tem boa estabilidade, baixo custo e pouca precisão, enquanto a estabilidade total em circuito fechado é fraca.
Por conseguinte, para se complementarem e satisfazerem os requisitos de controlo de algumas máquinas-ferramentas, deve ser adotado um modo de controlo híbrido.
A compensação em circuito aberto e a compensação em circuito semi-fechado são amplamente utilizadas.
De acordo com o nível funcional de a CNC O sistema de classificação é geralmente dividido em graus baixo, médio e alto.
Os limites dos graus baixo, médio e alto são relativos, e os padrões de divisão serão diferentes em diferentes períodos.
De acordo com o atual nível de desenvolvimento, vários tipos de Sistemas CNC podem ser divididos em graus baixo, médio e alto com base em determinadas funções e indicadores.
Entre eles, os graus médio e elevado são geralmente designados por CNC de função completa ou CNC normal.
(1) Corte de metais
Trata-se de máquinas-ferramentas CNC com vários processos de corte, tais como torneamento, fresagem, perfuração, retificação, fresagem e aplainamento.
Pode ser dividida nas duas categorias seguintes:
① Máquinas-ferramentas CNC comuns
Tais como tornos CNC, fresadoras CNC, rectificadoras CNC, etc.
② Centros de maquinagem
A sua principal caraterística é um depósito de ferramentas com um mecanismo de troca automática de ferramentas, sendo que a peça de trabalho passa uma vez.
Após o aperto, ao mudar automaticamente todos os tipos de ferramentas de corteA partir do momento em que a peça de trabalho é maquinada, vários processos, tais como fresagem (torneamento) de chaveta, dobradiça, perfuração e roscagem, são continuamente processados em cada superfície de maquinação da peça de trabalho na mesma máquina-ferramenta, tais como centros de maquinação (construção/fresagem), centros de torneamento, centros de perfuração, etc.
Refere-se a máquinas-ferramentas CNC que adoptam a extrusão, perfuração, prensagem, desenho e outras processos de conformação. As prensas CNC, as prensas CNC travão de prensa máquinas de dobragem de tubos CNC, máquinas de fiação CNC, etc.
(3) Tratamento especial
Existem principalmente CNC WEDM, CNC EDM máquina de formação, CNC máquina de corte por chama, Máquina de maquinagem a laser CNC, etc.
(4) Levantamento topográfico e desenho
Existem principalmente CMM, instrumento de ajuste de ferramentas NC, plotter NC, etc.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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