Szybki rozwój technologii systemów CNC stworzył warunki dla rozwoju technologicznego obrabiarek CNC. Aby sprostać potrzebom rynku i rosnącym wymaganiom nowoczesnej technologii produkcji CNC, obecny rozwój światowej technologii CNC i jej wyposażenia znajduje odzwierciedlenie przede wszystkim w następujących cechach technicznych:
1. Wysoka prędkość
RozwójObrabiarki CNCObróbka z dużą prędkością może nie tylko znacząco poprawić wydajność obróbki i obniżyć jej koszty, ale także poprawić jakość i dokładność obróbki powierzchniowej części. Technologia obróbki z ultrawysoką prędkością ma szerokie zastosowanie w celu osiągnięcia niskich kosztów produkcji w przemyśle wytwórczym.
Od lat 90. XX wieku kraje Europy, Stanów Zjednoczonych i Japonii rywalizują ze sobą w opracowywaniu i wdrażaniu nowej generacji szybkich obrabiarek CNC, przyspieszając tempo szybkiego rozwoju obrabiarek. Nowe przełomy zostały dokonane w jednostkach wrzeciona szybkoobrotowego (wrzeciono elektryczne, prędkość 15000-100000 obr./min), komponentach ruchu posuwowego o dużej prędkości i przyspieszeniu/zwalnianiu (szybka prędkość ruchu 60-120 m/min, prędkość posuwu skrawania do 60 m/min), wysokowydajnych systemach CNC i serwo oraz systemach narzędziowych CNC, osiągając nowe poziomy technologiczne. Dzięki rozwiązaniu kluczowych technologii w szeregu dziedzin technicznych, takich jak ultraszybki mechanizm skrawania, ultratwarde, odporne na zużycie, trwałe materiały narzędziowe i ścierne narzędzia szlifierskie, wysokowydajne, szybkoobrotowe wrzeciono elektryczne, liniowe elementy posuwu napędzane silnikami o dużym przyspieszeniu/zwalnianiu, wysokowydajne systemy sterowania (w tym systemy monitorowania) i urządzenia ochronne, zapewniono techniczne podstawy do rozwoju i zastosowania nowej generacji szybkich obrabiarek CNC.
Obecnie w obróbce z bardzo dużą prędkością prędkość skrawania podczas toczenia i frezowania osiąga ponad 5000–8000 m/min; Prędkość wrzeciona wynosi ponad 30000 obr./min (niektóre mogą osiągnąć nawet 100000 obr./min); Prędkość ruchu (prędkość posuwu) stołu roboczego: powyżej 100 m/min (niektóre do 200 m/min) przy rozdzielczości 1 mikrometra i powyżej 24 m/min przy rozdzielczości 0,1 mikrometra; Automatyczna prędkość wymiany narzędzia w ciągu 1 sekundy; Prędkość posuwu dla interpolacji małych linii osiąga 12 m/min.
2. Wysoka precyzja
RozwójObrabiarki CNCOd obróbki precyzyjnej do obróbki ultraprecyzyjnej to kierunek, w którym podążają potęgi przemysłowe na całym świecie. Jej dokładność waha się od mikrometrów do submikronowych, a nawet do nanometrów (<10 nm), a zakres jej zastosowań staje się coraz szerszy.
Obecnie, zgodnie z wymaganiami obróbki o wysokiej precyzji, dokładność obróbki zwykłych obrabiarek CNC wzrosła z ± 10 μ m do ± 5 μ M; Dokładność obróbki precyzyjnych centrów obróbczych waha się od ± 3 do 5 μ m. Wzrost do ± 1-1,5 μ m. Nawet wyższa; Ultra precyzyjna dokładność obróbki weszła w poziom nanometrów (0,001 mikrometra), a dokładność obrotu wrzeciona musi osiągnąć 0,01~0,05 mikrometrów, przy okrągłości obróbki 0,1 mikrometra i chropowatości powierzchni obróbki Ra = 0,003 mikrometra. Te obrabiarki na ogół wykorzystują sterowane wektorowo wrzeciona elektryczne o zmiennej częstotliwości (zintegrowane z silnikiem i wrzecionem), z biciem promieniowym wrzeciona mniejszym niż 2 μm, przemieszczeniem osiowym mniejszym niż 1 μm i niewyważeniem wału osiągającym poziom G0,4.
Napęd posuwu obrabiarek szybkoobrotowych i precyzyjnych obejmuje głównie dwa typy: „serwomotor obrotowy z precyzyjną śrubą kulową o dużej prędkości” oraz „silnik liniowy z napędem bezpośrednim”. Ponadto, nowe obrabiarki równoległe również umożliwiają łatwe osiągnięcie szybkiego posuwu.
Dzięki dojrzałej technologii i szerokiemu zastosowaniu, śruby kulowe nie tylko osiągają wysoką precyzję (ISO3408 poziom 1), ale również charakteryzują się stosunkowo niskim kosztem obróbki z dużą prędkością. Dlatego do dziś są one wykorzystywane w wielu obrabiarkach szybkobieżnych. Obecna obrabiarka szybkobieżna napędzana śrubą kulową charakteryzuje się maksymalną prędkością ruchu 90 m/min i przyspieszeniem 1,5g.
Śruba kulowa należy do przekładni mechanicznych, która nieuchronnie wiąże się z odkształceniami sprężystymi, tarciem i luzem zwrotnym podczas procesu przenoszenia, co skutkuje histerezą ruchu i innymi błędami nieliniowymi. Aby wyeliminować wpływ tych błędów na dokładność obróbki, w 1993 roku w obrabiarkach zastosowano napęd bezpośredni z silnikiem liniowym. Jako „przekładnia zerowa” bez ogniw pośrednich, charakteryzuje się nie tylko małą bezwładnością ruchu, wysoką sztywnością układu i szybką reakcją, ale także pozwala na osiągnięcie dużej prędkości i przyspieszenia, a jej długość skoku jest teoretycznie nieograniczona. Dokładność pozycjonowania może również osiągnąć wysoki poziom dzięki działaniu precyzyjnego układu sprzężenia zwrotnego, co czyni ją idealną metodą napędu dla szybkich i precyzyjnych obrabiarek skrawających, zwłaszcza średnich i dużych. Obecnie maksymalna prędkość szybkiego ruchu szybkich i precyzyjnych obrabiarek skrawających z silnikami liniowymi osiągnęła 208 m/min przy przyspieszeniu 2g i nadal istnieje potencjał rozwoju.
3. Wysoka niezawodność
Wraz z rozwojem aplikacji sieciowychObrabiarki CNCWysoka niezawodność obrabiarek CNC stała się celem producentów systemów CNC i producentów obrabiarek CNC. W przypadku bezobsługowej fabryki pracującej na dwie zmiany dziennie, jeśli wymagana jest ciągła i normalna praca w ciągu 16 godzin ze wskaźnikiem bezawaryjności P(t)=99% lub wyższym, średni czas między awariami (MTBF) obrabiarki CNC musi być większy niż 3000 godzin. W przypadku tylko jednej obrabiarki CNC, stosunek wskaźnika awaryjności między hostem a systemem CNC wynosi 10:1 (niezawodność CNC jest o rząd wielkości wyższa niż hosta). W tym momencie MTBF systemu CNC musi być większy niż 33333,3 godziny, a MTBF urządzenia CNC, wrzeciona i napędu musi być większy niż 100000 godzin.
Wartość MTBF obecnych zagranicznych urządzeń CNC przekroczyła 6000 godzin, a wartość MTBF urządzenia napędowego przekroczyła 30000 godzin. Jednak nadal widać, że od ideału wciąż dzieli nas pewna luka.
4. Składanie
W procesie obróbki części, duża ilość zbędnego czasu pochłaniana jest na obsługę detali, załadunek i rozładunek, montaż i regulację, wymianę narzędzi oraz zwiększanie i zmniejszanie prędkości wrzeciona. Aby zminimalizować ten niepotrzebny czas, dąży się do integracji różnych funkcji obróbki na tej samej obrabiarce. Dlatego też obrabiarki o złożonych funkcjach stały się w ostatnich latach dynamicznie rozwijającym się modelem.
Koncepcja obróbki kompozytów na obrabiarkach w dziedzinie elastycznego wytwarzania odnosi się do zdolności obrabiarki do automatycznego wykonywania wieloprocesowej obróbki tych samych lub różnych metod obróbki zgodnie z programem obróbki CNC po zamocowaniu przedmiotu obrabianego w jednym przejściu, w celu wykonania różnych procesów obróbki, takich jak toczenie, frezowanie, wiercenie, rozwiercanie, szlifowanie, gwintowanie, rozwiercanie i rozszerzanie elementów o złożonych kształtach. W przypadku części pryzmatycznych, centra obróbcze są najpopularniejszymi obrabiarkami, które wykonują wieloprocesową obróbkę kompozytów, wykorzystując tę samą metodę. Udowodniono, że obróbka kompozytów na obrabiarkach może poprawić dokładność i wydajność obróbki, zaoszczędzić miejsce, a zwłaszcza skrócić cykl obróbki części.
5. Poliaksjalizacja
Wraz z popularyzacją 5-osiowych systemów CNC i oprogramowania do programowania, 5-osiowe centra obróbcze sterowane układem zawieszenia i frezarki CNC (pionowe centra obróbkowe) stały się obecnie gorącym tematem rozwoju. Ze względu na prostotę 5-osiowego sterowania układem zawieszenia w programowaniu CNC dla frezów kulistych podczas obróbki powierzchni swobodnych oraz możliwość utrzymania rozsądnej prędkości skrawania dla frezów kulistych podczas frezowania powierzchni trójwymiarowych, w rezultacie znacznie poprawia się chropowatość obrabianej powierzchni, a tym samym wydajność obróbki. Jednak w obrabiarkach 3-osiowych sterowanych układem zawieszenia nie da się uniknąć udziału w procesie obróbki końcówki frezu kulistego o prędkości skrawania bliskiej zeru. Dlatego też, 5-osiowe obrabiarki sterowane układem zawieszenia stały się przedmiotem aktywnego rozwoju i konkurencji wśród głównych producentów obrabiarek ze względu na ich niezastąpione zalety wydajnościowe.
Ostatnio w innych krajach wciąż prowadzone są badania nad sterowaniem 6-osiowym układem zawieszenia z wykorzystaniem nieobrotowych narzędzi skrawających w centrach obróbkowych. Chociaż kształt obrabianego przedmiotu nie jest ograniczony, a głębokość skrawania może być bardzo mała, wydajność obróbki jest zbyt niska i trudna do zastosowania w praktyce.
6. Inteligencja
Inteligencja to główny kierunek rozwoju technologii wytwarzania w XXI wieku. Inteligentna obróbka skrawaniem to rodzaj obróbki oparty na sterowaniu sieciami neuronowymi, sterowaniu rozmytym, technologii sieci cyfrowych i teorii. Jej celem jest symulacja inteligentnych działań ekspertów podczas procesu obróbki, w celu rozwiązania wielu niepewnych problemów wymagających ręcznej interwencji. Inteligencja obejmuje różne aspekty systemów CNC:
Dążenie do osiągnięcia inteligentnej wydajności i jakości przetwarzania, np. poprzez adaptacyjne sterowanie i automatyczne generowanie parametrów procesu;
Aby poprawić osiągi jazdy i ułatwić inteligentne połączenie, takie jak sterowanie wyprzedzające, adaptacyjne obliczanie parametrów silnika, automatyczna identyfikacja obciążeń, automatyczny wybór modeli, samodzielne dostrajanie itp.;
Uproszczone programowanie i inteligentne działanie, takie jak inteligentne programowanie automatyczne, inteligentny interfejs człowiek-maszyna itp.;
Inteligentna diagnostyka i monitorowanie ułatwiają diagnostykę i konserwację systemu.
Na świecie prowadzonych jest wiele badań nad inteligentnymi systemami cięcia i obróbki, a reprezentatywne dla nich są rozwiązania Japońskiego Stowarzyszenia Badań nad Inteligentnymi Urządzeniami CNC w zakresie inteligentnej obróbki wiertniczej.
7. Sieciowanie
Sieciowe sterowanie obrabiarkami odnosi się głównie do połączenia sieciowego i sterowania sieciowego między obrabiarką a innymi zewnętrznymi systemami sterowania lub komputerami nadrzędnymi za pośrednictwem wbudowanego systemu CNC. Obrabiarki CNC zazwyczaj najpierw stykają się z zakładem produkcyjnym i wewnętrzną siecią LAN przedsiębiorstwa, a następnie łączą się z otoczeniem zewnętrznym za pośrednictwem Internetu, co nazywa się technologią Internet/Intranet.
Wraz z dojrzewaniem i rozwojem technologii sieciowych, branża zaproponowała ostatnio koncepcję produkcji cyfrowej. Produkcja cyfrowa, znana również jako „e-manufacturing”, jest jednym z symboli modernizacji w przedsiębiorstwach produkujących maszyny mechaniczne i standardową metodą dostaw dla międzynarodowych producentów zaawansowanych obrabiarek. Wraz z upowszechnieniem się technologii informatycznych, coraz więcej krajowych użytkowników potrzebuje usług komunikacji zdalnej i innych funkcji podczas importu obrabiarek CNC. W związku z upowszechnieniem się technologii CAD/CAM, przedsiębiorstwa produkujące maszyny mechaniczne coraz częściej korzystają ze sprzętu do obróbki CNC. Oprogramowanie aplikacyjne CNC staje się coraz bardziej rozbudowane i przyjazne dla użytkownika. Inżynierowie i technicy coraz częściej sięgają po wirtualne projektowanie, wirtualną produkcję i inne technologie. Zastępowanie skomplikowanego sprzętu inteligencją oprogramowania staje się ważnym trendem w rozwoju współczesnych obrabiarek. W celu realizacji idei produkcji cyfrowej, dzięki reorganizacji procesów i transformacji technologii informatycznych, pojawiło się wiele zaawansowanych systemów zarządzania przedsiębiorstwem, takich jak ERP, co przekłada się na większe korzyści ekonomiczne dla przedsiębiorstw.
8. Elastyczność
Tendencja obrabiarek CNC w kierunku elastycznych systemów automatyzacji polega na rozwoju od punktu (pojedyncza maszyna CNC, centrum obróbcze i maszyna do obróbki kompozytów CNC), linii (FMC, FMS, FTL, FML) do powierzchni (niezależna wyspa produkcyjna, FA) i korpusu (CIMS, rozproszony system zintegrowanego wytwarzania sieciowego), a z drugiej strony, na skupieniu się na zastosowaniu i ekonomii. Elastyczna technologia automatyzacji jest głównym środkiem, dzięki któremu przemysł wytwórczy może dostosować się do dynamicznych wymagań rynku i szybko aktualizować produkty. Jest to główny trend rozwoju produkcji w różnych krajach i podstawowa technologia w dziedzinie zaawansowanej produkcji. Nacisk kładziony jest na poprawę niezawodności i praktyczności systemu, w celu łatwego tworzenia sieci i integracji; Nacisk na rozwój i ulepszanie technologii jednostkowej; Pojedyncza maszyna CNC rozwija się w kierunku wysokiej precyzji, wysokiej prędkości i wysokiej elastyczności; Obrabiarki CNC i ich elastyczne systemy produkcyjne można łatwo połączyć z CAD, CAM, CAPP, MTS i rozwijać w kierunku integracji informacji; Rozwój systemów sieciowych w kierunku otwartości, integracji i inteligencji.
9. Ekologizacja
Obrabiarki do obróbki skrawaniem metali XXI wieku muszą priorytetowo traktować ochronę środowiska i oszczędzanie energii, aby osiągnąć bardziej ekologiczne procesy cięcia. Obecnie ta ekologiczna technologia obróbki koncentruje się głównie na niestosowaniu chłodziwa, głównie dlatego, że chłodziwo nie tylko zanieczyszcza środowisko i zagraża zdrowiu pracowników, ale także zwiększa zużycie zasobów i energii. Cięcie na sucho jest zazwyczaj wykonywane w atmosferze atmosferycznej, ale obejmuje również cięcie w specjalnych atmosferach gazowych (azot, zimne powietrze lub z wykorzystaniem technologii suchego chłodzenia elektrostatycznego) bez użycia chłodziwa. Jednak w przypadku niektórych metod obróbki i kombinacji przedmiotów obrabianych, cięcie na sucho bez użycia chłodziwa jest obecnie trudne do zastosowania w praktyce, dlatego pojawiło się cięcie quasi-suche z minimalnym smarowaniem (MQL). Obecnie 10-15% wielkoskalowej obróbki mechanicznej w Europie wykorzystuje cięcie na sucho i quasi-suche. W przypadku obrabiarek, takich jak centra obróbcze, zaprojektowanych do wielu metod obróbki/kombinacji przedmiotów obrabianych, stosuje się głównie cięcie quasi-suche, zazwyczaj poprzez rozpylanie mieszaniny bardzo małych ilości oleju obróbkowego i sprężonego powietrza do obszaru skrawania przez pusty kanał wewnątrz wrzeciona maszyny i narzędzia. Spośród różnych typów obrabiarek do obróbki skrawaniem metali, frezarka obwiedniowa do kół zębatych jest najczęściej używana do cięcia na sucho.
Krótko mówiąc, postęp i rozwój technologii obrabiarek CNC stworzyły sprzyjające warunki dla rozwoju nowoczesnego przemysłu wytwórczego, promując rozwój produkcji w kierunku bardziej humanistycznym. Można przewidzieć, że wraz z rozwojem technologii obrabiarek CNC i ich powszechnym zastosowaniem, przemysł wytwórczy zapoczątkuje głęboką rewolucję, która może zachwiać tradycyjnym modelem produkcji.