Avansul rapid al tehnologiei sistemelor CNC a creat condiții pentru progresul tehnologic al mașinilor-unelte CNC. Pentru a satisface nevoile pieței și a îndeplini cerințele superioare ale tehnologiei moderne de fabricație pentru tehnologia CNC, dezvoltarea actuală a tehnologiei CNC la nivel mondial și a echipamentelor sale se reflectă în principal în următoarele caracteristici tehnice:
1. Viteză mare
DezvoltareaMașini-unelte CNCPrelucrarea de mare viteză nu numai că poate îmbunătăți semnificativ eficiența prelucrării și reduce costurile de prelucrare, dar poate îmbunătăți și calitatea prelucrării suprafeței și precizia pieselor. Tehnologia de prelucrare de ultra-mare viteză are o aplicabilitate largă pentru obținerea unor costuri reduse de producție în industria prelucrătoare.
Încă din anii 1990, țări din Europa, Statele Unite și Japonia au concurat pentru a dezvolta și aplica o nouă generație de mașini-unelte CNC de mare viteză, accelerând ritmul dezvoltării de mare viteză a mașinilor-unelte. Noi descoperiri au fost realizate în domeniul unității cu ax de mare viteză (ax electric, viteză 15000-100000 r/min), al componentelor de avans de mare viteză și accelerare/decelerare ridicată (viteză de mișcare rapidă 60-120 m/min, viteză de avans de așchiere de până la 60 m/min), al sistemelor CNC și servo de înaltă performanță și al sistemelor de scule CNC, atingând noi niveluri tehnologice. Odată cu rezolvarea tehnologiilor cheie într-o serie de domenii tehnice, cum ar fi mecanismul de așchiere ultra-rapidă, materialele pentru scule ultra-rezistente la uzură și cu durată lungă de viață și sculele de șlefuire abrazive, axul electric de mare putere și mare viteză, componentele de avans acționate de motor liniar cu accelerare/decelerare ridicată, sistemele de control de înaltă performanță (inclusiv sistemele de monitorizare) și dispozitivele de protecție, s-a asigurat o bază tehnică pentru dezvoltarea și aplicarea noii generații de mașini-unelte CNC de mare viteză.
În prezent, în prelucrarea de ultra-mare viteză, viteza de așchiere la strunjire și frezare a atins peste 5000-8000 m/min; Viteza axului este peste 30000 rpm (unele pot ajunge până la 100000 rpm); Viteza de mișcare (viteza de avans) a bancului de lucru: peste 100 m/min (unele până la 200 m/min) la o rezoluție de 1 micrometru și peste 24 m/min la o rezoluție de 0,1 micrometri; Viteza de schimbare automată a sculei în decurs de 1 secundă; Viteza de avans pentru interpolarea liniilor mici atinge 12 m/min.
2. Precizie ridicată
DezvoltareaMașini-unelte CNCDe la prelucrarea de precizie la prelucrarea de ultraprecizie este o direcție în care puterile industriale din întreaga lume sunt dedicate. Precizia sa variază de la nivel micrometric la nivel submicronic și chiar la nivel nanometric (<10nm), iar gama sa de aplicații devine din ce în ce mai răspândită.
În prezent, având în vedere cerințele de prelucrare de înaltă precizie, precizia de prelucrare a mașinilor-unelte CNC obișnuite a crescut de la ± 10 μm la ± 5 μm; precizia de prelucrare a centrelor de prelucrare de precizie variază de la ± 3 la 5 μm, crescând până la ± 1-1,5 μm. Precizia de prelucrare de ultra-precizie a atins nivelul nanometric (0,001 micrometri), iar precizia de rotație a axului trebuie să atingă 0,01~0,05 micrometri, cu o rotunjime de prelucrare de 0,1 micrometri și o rugozitate a suprafeței de prelucrare de Ra=0,003 micrometri. Aceste mașini-unelte utilizează, în general, axe electrice cu acționare în frecvență variabilă controlată vectorial (integrate cu motorul și axul), cu o bătaie radială a axului mai mică de 2 µm, o deplasare axială mai mică de 1 µm și un dezechilibru al arborelui care atinge nivelul G0.4.
Sistemul de acționare a avansului mașinilor-unelte de prelucrare de mare viteză și de înaltă precizie include în principal două tipuri: „servomotor rotativ cu șurub cu bile de mare viteză de precizie” și „acționare directă cu motor liniar”. În plus, mașinile-unelte paralele emergente permit, de asemenea, o avansare de mare viteză.
Datorită tehnologiei mature și a aplicării largi, șuruburile cu bile nu numai că ating o precizie ridicată (ISO3408 nivelul 1), dar au și costuri relativ scăzute pentru prelucrarea la viteză mare. Prin urmare, acestea sunt încă utilizate de multe mașini de prelucrare de mare viteză până în prezent. Mașinile-unelte actuale de prelucrare de mare viteză, acționate de un șurub cu bile, au o viteză maximă de deplasare de 90 m/min și o accelerație de 1,5 g.
Șurubul cu bile aparține transmisiei mecanice, care implică inevitabil deformare elastică, frecare și joc invers în timpul procesului de transmisie, rezultând histerezis de mișcare și alte erori neliniare. Pentru a elimina impactul acestor erori asupra preciziei de prelucrare, acționarea directă cu motor liniar a fost aplicată la mașinile-unelte în 1993. Deoarece este o „transmisie zero” fără legături intermediare, nu numai că are o inerție de mișcare mică, o rigiditate ridicată a sistemului și un răspuns rapid, dar poate atinge viteze și accelerații mari, iar lungimea cursei sale este teoretic nerestricționată. Precizia de poziționare poate atinge, de asemenea, un nivel ridicat sub acțiunea sistemului de feedback al poziției de înaltă precizie, ceea ce îl face o metodă ideală de acționare pentru mașinile-unelte de prelucrare de mare viteză și de înaltă precizie, în special pentru mașinile-unelte medii și mari. În prezent, viteza maximă de mișcare rapidă a mașinilor de prelucrare de mare viteză și de înaltă precizie care utilizează motoare liniare a atins 208 m/min, cu o accelerație de 2g, existând încă loc pentru dezvoltare.
3. Fiabilitate ridicată
Odată cu dezvoltarea aplicațiilor în rețea aleMașini-unelte CNCFiabilitatea ridicată a mașinilor-unelte CNC a devenit un obiectiv urmărit de producătorii de sisteme CNC și de mașini-unelte CNC. Pentru o fabrică fără personal care lucrează în două ture pe zi, dacă este necesar să lucreze continuu și normal în termen de 16 ore cu o rată fără defecțiuni de P(t)=99% sau mai mult, timpul mediu între defecțiuni (MTBF) al mașinii-unelte CNC trebuie să fie mai mare de 3000 de ore. Pentru o singură mașină-unealtă CNC, raportul ratei de defecțiune dintre sistemul gazdă și sistemul CNC este de 10:1 (fiabilitatea CNC este cu un ordin de mărime mai mare decât cea a sistemului gazdă). În acest moment, MTBF al sistemului CNC trebuie să fie mai mare de 33333,3 ore, iar MTBF al dispozitivului CNC, axului și acționării trebuie să fie mai mare de 100000 de ore.
Valoarea MTBF a dispozitivelor CNC străine actuale a atins peste 6000 de ore, iar cea a dispozitivului de acționare a atins peste 30000 de ore. Cu toate acestea, se poate observa că există încă o diferență față de obiectivul ideal.
4. Compounding
În procesul de prelucrare a pieselor, o mare parte din timp inutil este consumată pentru manipularea pieselor, încărcarea și descărcarea, instalarea și reglarea, schimbarea sculelor și creșterea și reducerea vitezei axului. Pentru a minimiza pe cât posibil acești timpi inutili, se speră la integrarea diferitelor funcții de prelucrare pe aceeași mașină-unealtă. Prin urmare, mașinile-unelte cu funcții compuse au devenit un model în dezvoltare rapidă în ultimii ani.
Conceptul de prelucrare a materialelor compozite la mașini-unelte în domeniul fabricației flexibile se referă la capacitatea unei mașini-unelte de a efectua automat prelucrari multiproces cu aceleași tipuri sau diferite de metode de proces, conform unui program de prelucrare CNC, după fixarea piesei de prelucrat dintr-o singură mișcare, pentru a finaliza diverse procese de prelucrare, cum ar fi strunjirea, frezarea, găurirea, alezarea, rectificarea, filetarea, alezarea și extinderea unei piese cu formă complexă. În ceea ce privește piesele prismatice, centrele de prelucrare sunt cele mai tipice mașini-unelte care efectuează prelucrarea materialelor compozite multiproces folosind aceeași metodă de proces. S-a dovedit că prelucrarea materialelor compozite la mașini-unelte poate îmbunătăți precizia și eficiența prelucrării, poate economisi spațiu și, în special, poate scurta ciclul de prelucrare a pieselor.
5. Poliaxializare
Odată cu popularizarea sistemelor CNC cu legătură pe 5 axe și a software-ului de programare, centrele de prelucrare controlate cu legătură pe 5 axe și mașinile de frezat CNC (centre de prelucrare verticale) au devenit un punct central de dezvoltare actual. Datorită simplității controlului cu legătură pe 5 axe în programarea CNC pentru frezele cu capăt sferic la prelucrarea suprafețelor libere și capacității de a menține o viteză de așchiere rezonabilă pentru frezele cu capăt sferic în timpul procesului de frezare a suprafețelor 3D, rezultatul este îmbunătățirea semnificativă a rugozității suprafeței de prelucrare, iar eficiența prelucrării este considerabil îmbunătățită. Cu toate acestea, în cazul mașinilor-unelte cu legătură pe 3 axe, este imposibil să se evite ca capătul frezei cu capăt sferic cu o viteză de așchiere apropiată de zero să participe la așchiere. Prin urmare, mașinile-unelte cu legătură pe 5 axe au devenit punctul central al dezvoltării active și al concurenței între principalii producători de mașini-unelte datorită avantajelor lor de performanță de neînlocuit.
Recent, țările străine încă cercetează controlul legăturii pe 6 axe folosind scule așchietoare nerotative în centrele de prelucrare. Deși forma lor de prelucrare nu este restricționată și adâncimea de așchiere poate fi foarte subțire, eficiența prelucrării este prea scăzută și este dificil de pus în practică.
6. Inteligență
Inteligența este o direcție majoră pentru dezvoltarea tehnologiei de fabricație în secolul XXI. Prelucrarea inteligentă este un tip de prelucrare bazat pe controlul rețelelor neuronale, controlul fuzzy, tehnologia rețelelor digitale și teoria. Aceasta își propune să simuleze activitățile inteligente ale experților umani în timpul procesului de prelucrare, pentru a rezolva numeroase probleme incerte care necesită intervenție manuală. Conținutul inteligenței include diverse aspecte în sistemele CNC:
Pentru a urmări eficiența și calitatea procesării inteligente, cum ar fi controlul adaptiv și generarea automată a parametrilor de proces;
Pentru a îmbunătăți performanța de conducere și a facilita conexiunea inteligentă, cum ar fi controlul feedforward, calculul adaptiv al parametrilor motorului, identificarea automată a sarcinilor, selectarea automată a modelelor, auto-reglarea etc.
Programare simplificată și operare inteligentă, cum ar fi programarea automată inteligentă, interfața inteligentă om-mașină etc.;
Diagnosticarea și monitorizarea inteligente facilitează diagnosticarea și întreținerea sistemului.
Există numeroase sisteme inteligente de tăiere și prelucrare în curs de cercetare în lume, printre care soluțiile inteligente de prelucrare pentru găurire ale Asociației Japoneze de Cercetare a Dispozitivelor CNC Inteligente sunt reprezentative.
7. Crearea de rețele
Controlul în rețea al mașinilor-unelte se referă în principal la conexiunea la rețea și controlul în rețea dintre mașina-uneltă și alte sisteme de control externe sau computere superioare prin intermediul sistemului CNC echipat. Mașinile-unelte CNC se conectează, în general, mai întâi la locul de producție și la rețeaua locală internă a întreprinderii, apoi la exteriorul întreprinderii prin internet, ceea ce se numește tehnologie Internet/Intranet.
Odată cu maturizarea și dezvoltarea tehnologiei de rețea, industria a propus recent conceptul de fabricație digitală. Fabricația digitală, cunoscută și sub denumirea de „e-manufacturing”, este unul dintre simbolurile modernizării în întreprinderile de producție mecanică și metoda standard de aprovizionare pentru producătorii internaționali de mașini-unelte avansate de astăzi. Odată cu adoptarea pe scară largă a tehnologiei informației, tot mai mulți utilizatori interni necesită servicii de comunicare la distanță și alte funcții atunci când importă mașini-unelte CNC. Pe baza adoptării pe scară largă a CAD/CAM, întreprinderile de producție mecanică utilizează din ce în ce mai mult echipamente de prelucrare CNC. Software-ul de aplicații CNC devine din ce în ce mai bogat și mai ușor de utilizat. Proiectarea virtuală, fabricația virtuală și alte tehnologii sunt din ce în ce mai mult urmărite de personalul tehnic și de inginerie. Înlocuirea hardware-ului complex cu inteligență software devine o tendință importantă în dezvoltarea mașinilor-unelte contemporane. În cadrul obiectivului fabricației digitale, o serie de software avansat de management al întreprinderii, cum ar fi ERP, au apărut prin reinginerie de procese și transformarea tehnologiei informației, creând beneficii economice mai mari pentru întreprinderi.
8. Flexibilitate
Tendința mașinilor-unelte CNC către sisteme de automatizare flexibile este de a se dezvolta de la punct (mașină CNC unică, centru de prelucrare și mașină CNC de prelucrare compozită), linie (FMC, FMS, FTL, FML) la suprafață (insulă de fabricație independentă, FA) și corp (CIMS, sistem de fabricație integrat în rețea distribuită) și, pe de altă parte, de a se concentra pe aplicație și economie. Tehnologia de automatizare flexibilă este principalul mijloc prin care industria prelucrătoare se adaptează la cerințele dinamice ale pieței și actualizează rapid produsele. Este tendința principală de dezvoltare a producției în diferite țări și tehnologia fundamentală în domeniul producției avansate. Accentul său este pus pe îmbunătățirea fiabilității și a caracterului practic al sistemului, cu scopul de a facilita conectarea în rețea și integrarea; se pune accent pe dezvoltarea și îmbunătățirea tehnologiei unităților; Mașina CNC unică se dezvoltă spre precizie ridicată, viteză mare și flexibilitate ridicată; Mașinile-unelte CNC și sistemele lor flexibile de fabricație pot fi conectate cu ușurință cu CAD, CAM, CAPP, MTS și se dezvoltă spre integrarea informațiilor; Dezvoltarea sistemelor de rețea spre deschidere, integrare și inteligență.
9. Ecologizare
Mașinile-unelte pentru prelucrarea metalelor din secolul XXI trebuie să acorde prioritate protecției mediului și conservării energiei, adică să realizeze ecologizarea proceselor de prelucrare. În prezent, această tehnologie de prelucrare ecologică se concentrează în principal pe neutilizarea fluidului de tăiere, în principal deoarece fluidul de tăiere nu numai că poluează mediul și pune în pericol sănătatea lucrătorilor, dar și crește consumul de resurse și energie. Tăierea uscată se efectuează în general într-o atmosferă atmosferică, dar include și tăierea în atmosfere speciale de gaz (azot, aer rece sau utilizarea tehnologiei de răcire electrostatică uscată) fără utilizarea fluidului de tăiere. Cu toate acestea, pentru anumite metode de prelucrare și combinații de piese, tăierea uscată fără utilizarea fluidului de tăiere este în prezent dificil de aplicat în practică, astfel încât a apărut tăierea cvasi-uscată cu lubrifiere minimă (MQL). În prezent, 10-15% din prelucrarea mecanică la scară largă din Europa utilizează tăierea uscată și cvasi-uscată. Pentru mașinile-unelte, cum ar fi centrele de prelucrare, care sunt proiectate pentru metode multiple de prelucrare/combinații de piese, se utilizează în principal tăierea cvasi-uscată, de obicei prin pulverizarea unui amestec de cantități extrem de mici de ulei de tăiere și aer comprimat în zona de tăiere prin canalul gol din interiorul axului mașinii și al sculei. Dintre diversele tipuri de mașini de tăiat metale, mașina de frezat roți dințate este cea mai frecvent utilizată pentru tăierea uscată.
Pe scurt, progresul și dezvoltarea tehnologiei mașinilor-unelte CNC au oferit condiții favorabile pentru dezvoltarea industriei prelucrătoare moderne, promovând dezvoltarea producției către o direcție mai umanizată. Se poate prevedea că, odată cu dezvoltarea tehnologiei mașinilor-unelte CNC și aplicarea pe scară largă a mașinilor-unelte CNC, industria prelucrătoare va inaugura o revoluție profundă care poate zdruncina modelul tradițional de fabricație.