Den hurtige udvikling af CNC-systemteknologi har skabt betingelser for den teknologiske udvikling af CNC-maskiner. For at imødekomme markedets behov og de højere krav fra moderne produktionsteknologi til CNC-teknologi, afspejles den nuværende udvikling af verdens CNC-teknologi og dens udstyr primært i følgende tekniske egenskaber:
1. Høj hastighed
Udviklingen afCNC-maskinerEn retning mod højhastighedsdrift kan ikke blot forbedre bearbejdningseffektiviteten betydeligt og reducere bearbejdningsomkostningerne, men også forbedre overfladebearbejdningskvaliteten og nøjagtigheden af delene. Ultrahøjhastighedsbearbejdningsteknologi har bred anvendelighed til at opnå lavprisproduktion i fremstillingsindustrien.
Siden 1990'erne har lande i Europa, USA og Japan konkurreret om at udvikle og anvende en ny generation af højhastigheds CNC-værktøjsmaskiner, hvilket har accelereret tempoet i udviklingen af højhastighedsværktøjsmaskiner. Der er sket nye gennembrud inden for højhastighedsspindelenheder (elektrisk spindel, hastighed 15000-100000 o/min), højhastigheds- og højaccelerations-/decelerationsfremføringskomponenter (hurtig bevægelseshastighed 60-120 m/min, skærefremføringshastighed op til 60 m/min), højtydende CNC- og servosystemer samt CNC-værktøjssystemer, der har nået nye teknologiske niveauer. Med løsningen af nøgleteknologier inden for en række tekniske områder, såsom ultrahurtige skæremekanismer, ultrahårde, slidstærke og langtidsholdbare værktøjsmaterialer og slibeværktøjer, højtydende højhastigheds elektrisk spindel, lineære motordrevne fremføringskomponenter med høj acceleration/deceleration, højtydende styresystemer (inklusive overvågningssystemer) og beskyttelsesanordninger, er der skabt et teknisk grundlag for udvikling og anvendelse af den nye generation af højhastigheds CNC-værktøjsmaskiner.
I øjeblikket har skærehastigheden ved drejning og fræsning inden for ultrahurtig bearbejdning nået over 5000-8000 m/min; Spindelhastigheden er over 30000 o/min (nogle kan nå op til 100000 o/min); Bevægelseshastigheden (fremføringshastighed) for arbejdsbænken: over 100 m/min (nogle op til 200 m/min) ved en opløsning på 1 mikrometer og over 24 m/min ved en opløsning på 0,1 mikrometer; Automatisk værktøjsskifthastighed inden for 1 sekund; Fremføringshastigheden for interpolation af små linjer når 12 m/min.
2. Høj præcision
Udviklingen afCNC-maskinerFra præcisionsbearbejdning til ultrapræcisionsbearbejdning er en retning, som industrimagter verden over er dedikeret til. Dens nøjagtighed spænder fra mikrometerniveau til submikronniveau og endda til nanometerniveau (<10 nm), og dens anvendelsesområde bliver stadig mere udbredt.
I øjeblikket, under kravet om højpræcisionsbearbejdning, er bearbejdningsnøjagtigheden for almindelige CNC-værktøjsmaskiner steget fra ± 10 μm til ± 5 μM. Bearbejdningsnøjagtigheden for præcisionsbearbejdningscentre varierer fra ± 3 til 5 μm, stiger til ± 1-1,5 μm, og er endnu højere. Den ultrapræcise bearbejdningsnøjagtighed har nået nanometerniveauet (0,001 mikrometer), og spindelrotationsnøjagtigheden skal nå 0,01~0,05 mikrometer, med en bearbejdningsrundhed på 0,1 mikrometer og en bearbejdningsoverfladeruhed på Ra=0,003 mikrometer. Disse værktøjsmaskiner bruger generelt vektorstyrede elektriske spindler med variabel frekvensdrift (integreret med motor og spindel), med radial spindlens runout på mindre end 2 µm, aksial forskydning på mindre end 1 µm og akselubalance på G0.4-niveauet.
Fremføringsdrevet i højhastigheds- og højpræcisionsbearbejdningsmaskiner omfatter hovedsageligt to typer: "roterende servomotor med præcisionshøjhastighedskugleskrue" og "lineær motor med direkte drev". Derudover er nye parallelle værktøjsmaskiner også nemme at opnå højhastighedstilføring.
På grund af sin modne teknologi og brede anvendelse opnår kugleskruer ikke kun høj præcision (ISO3408 niveau 1), men har også relativt lave omkostninger til højhastighedsbearbejdning. Derfor bruges de stadig af mange højhastighedsbearbejdningsmaskiner den dag i dag. De nuværende højhastighedsbearbejdningsmaskiner, der drives af kugleskruer, har en maksimal bevægelseshastighed på 90 m/min og en acceleration på 1,5 g.
Kugleskrue tilhører mekanisk transmission, som uundgåeligt involverer elastisk deformation, friktion og omvendt spillerum under transmissionsprocessen, hvilket resulterer i bevægelseshysterese og andre ikke-lineære fejl. For at eliminere virkningen af disse fejl på bearbejdningsnøjagtigheden blev lineær motor direkte drev anvendt på værktøjsmaskiner i 1993. Da det er en "nultransmission" uden mellemled, har den ikke kun lille bevægelsesinerti, høj systemstivhed og hurtig respons, den kan opnå høj hastighed og acceleration, og dens slaglængde er teoretisk ubegrænset. Positioneringsnøjagtigheden kan også nå et højt niveau under påvirkning af et højpræcisionspositionsfeedbacksystem, hvilket gør den til en ideel drivmetode til højhastigheds- og højpræcisionsbearbejdningsmaskiner, især mellemstore og store værktøjsmaskiner. I øjeblikket har den maksimale hurtige bevægelseshastighed for højhastigheds- og højpræcisionsbearbejdningsmaskiner, der bruger lineære motorer, nået 208 m/min, med en acceleration på 2g, og der er stadig plads til udvikling.
3. Høj pålidelighed
Med udviklingen af netværksapplikationerCNC-maskiner, er den høje pålidelighed af CNC-maskiner blevet et mål, som CNC-systemproducenter og CNC-maskinværktøjsproducenter forfølger. For en ubemandet fabrik, der arbejder i to skift om dagen, skal den gennemsnitlige tid mellem fejl (MTBF) for CNC-maskinværktøjet være større end 3000 timer, hvis den skal arbejde kontinuerligt og normalt inden for 16 timer med en fejlfri rate på P(t)=99% eller mere. For kun én CNC-maskine er fejlrateforholdet mellem værten og CNC-systemet 10:1 (CNC'ens pålidelighed er en størrelsesorden højere end værtens). På dette tidspunkt skal CNC-systemets MTBF være større end 33333,3 timer, og MTBF for CNC-enheden, spindlen og drevet skal være større end 100000 timer.
MTBF-værdien for nuværende udenlandske CNC-enheder har nået over 6000 timer, og drivenheden har nået over 30000 timer. Det kan dog ses, at der stadig er et stykke fra det ideelle mål.
4. Sammensætning
I forbindelse med bearbejdning af emner bruges der en stor mængde unødvendig tid på håndtering af emner, ilægning og aflæsning, montering og justering, værktøjsskift og øgning og reduktion af spindelhastighed. For at minimere denne unødvendige tid så meget som muligt, håber man at kunne integrere forskellige bearbejdningsfunktioner på den samme værktøjsmaskine. Derfor er værktøjsmaskiner med sammensatte funktioner blevet en hurtigt voksende model i de senere år.
Konceptet med maskinbearbejdning af kompositmaterialer inden for fleksibel fremstilling refererer til en værktøjsmaskines evne til automatisk at udføre flerprocesbearbejdning af de samme eller forskellige typer procesmetoder i henhold til et CNC-bearbejdningsprogram efter at emnet er fastspændt på én gang for at fuldføre forskellige bearbejdningsprocesser såsom drejning, fræsning, boring, udboring, slibning, gevindskæring, oprivning og udvidelse af en kompleks formet del. Hvad angår prismatiske dele, er bearbejdningscentre de mest typiske værktøjsmaskiner, der udfører flerprocesbearbejdning af kompositmaterialer ved hjælp af den samme procesmetode. Det er blevet bevist, at maskinbearbejdning af kompositmaterialer kan forbedre bearbejdningsnøjagtigheden og effektiviteten, spare plads og især forkorte bearbejdningscyklussen for dele.
5. Polyaksialisering
Med populariseringen af 5-aksede CNC-systemer og programmeringssoftware er 5-aksede koblingsstyrede bearbejdningscentre og CNC-fræsemaskiner (vertikale bearbejdningscentre) blevet et aktuelt udviklingshotspot. På grund af enkelheden ved 5-akset koblingsstyring i CNC-programmering til kuglefræsere ved bearbejdning af frie overflader og evnen til at opretholde en rimelig skærehastighed for kuglefræsere under fræseprocessen af 3D-overflader, forbedres bearbejdningsoverfladens ruhed betydeligt, og bearbejdningseffektiviteten forbedres kraftigt. I 3-aksede koblingsstyrede værktøjsmaskiner er det imidlertid umuligt at undgå, at enden af kuglefræseren med en skærehastighed tæt på nul deltager i skæringen. Derfor er 5-aksede koblingsstyrede værktøjsmaskiner blevet fokus for aktiv udvikling og konkurrence blandt store værktøjsmaskineproducenter på grund af deres uerstattelige ydelsesfordele.
For nylig forsker udenlandske lande stadig i 6-akset koblingsstyring ved hjælp af ikke-roterende skæreværktøjer i bearbejdningscentre. Selvom deres bearbejdningsform ikke er begrænset, og skæredybden kan være meget lille, er bearbejdningseffektiviteten for lav, og det er vanskeligt at være praktisk anvendelig.
6. Intelligens
Intelligens er en vigtig retning for udviklingen af fremstillingsteknologi i det 21. århundrede. Intelligent bearbejdning er en type bearbejdning baseret på neural netværkskontrol, fuzzy-kontrol, digital netværksteknologi og teori. Den sigter mod at simulere menneskelige eksperters intelligente aktiviteter under bearbejdningsprocessen for at løse mange usikre problemer, der kræver manuel indgriben. Indholdet af intelligens omfatter forskellige aspekter i CNC-systemer:
At forfølge intelligent proceseffektivitet og -kvalitet, såsom adaptiv styring og automatisk generering af procesparametre;
For at forbedre køreegenskaberne og muliggøre intelligent tilslutning, såsom feedforward-styring, adaptiv beregning af motorparametre, automatisk identifikation af belastninger, automatisk valg af modeller, selvjustering osv.;
Forenklet programmering og intelligent betjening, såsom intelligent automatisk programmering, intelligent menneske-maskine-grænseflade osv.;
Intelligent diagnose og overvågning letter systemdiagnose og vedligeholdelse.
Der forskes i mange intelligente skære- og bearbejdningssystemer i verden, hvoraf Japan Intelligent CNC Device Research Associations intelligente bearbejdningsløsninger til boring er repræsentative.
7. Netværk
Netværksstyring af værktøjsmaskiner refererer primært til netværksforbindelsen og netværksstyringen mellem værktøjsmaskinerne og andre eksterne styresystemer eller øvre computere via det udstyrede CNC-system. CNC-værktøjsmaskiner vender generelt først mod produktionsstedet og virksomhedens interne LAN og opretter derefter forbindelse til virksomhedens ydre via internettet, hvilket kaldes internet-/intranetteknologi.
Med modningen og udviklingen af netværksteknologi har industrien for nylig foreslået konceptet digital fremstilling. Digital fremstilling, også kendt som "e-fremstilling", er et af symbolerne på modernisering i mekaniske fremstillingsvirksomheder og standardleveringsmetode for internationale producenter af avancerede maskinværktøjer i dag. Med den udbredte anvendelse af informationsteknologi kræver flere og flere indenlandske brugere fjernkommunikationstjenester og andre funktioner, når de importerer CNC-maskiner. På baggrund af den udbredte anvendelse af CAD/CAM bruger mekaniske fremstillingsvirksomheder i stigende grad CNC-bearbejdningsudstyr. CNC-applikationssoftware bliver stadig mere omfattende og brugervenlig. Virtuelt design, virtuel fremstilling og andre teknologier forfølges i stigende grad af ingeniører og teknisk personale. Udskiftning af kompleks hardware med softwareintelligens er ved at blive en vigtig tendens i udviklingen af moderne maskinværktøjer. Under målet om digital fremstilling er en række avancerede virksomhedsstyringssoftwareprogrammer såsom ERP opstået gennem procesreengineering og informationsteknologitransformation, hvilket skaber større økonomiske fordele for virksomheder.
8. Fleksibilitet
Tendensen for CNC-maskiner er at udvikle sig fra punkt (CNC enkeltmaskine, bearbejdningscenter og CNC kompositbearbejdningsmaskine), linje (FMC, FMS, FTL, FML) til overflade (uafhængig produktionsø, FA) og krop (CIMS, distribueret netværksintegreret produktionssystem), og på den anden side fokusere på anvendelse og økonomi. Fleksibel automatiseringsteknologi er det vigtigste middel for fremstillingsindustrien til at tilpasse sig dynamiske markedskrav og hurtigt opdatere produkter. Det er den primære tendens inden for produktionsudvikling i forskellige lande og den grundlæggende teknologi inden for avanceret produktion. Fokus er på at forbedre systemets pålidelighed og praktiske anvendelighed med det formål at skabe nem netværks- og integrationsløsninger. Der lægges vægt på udvikling og forbedring af enhedsteknologi. CNC enkeltmaskine udvikler sig mod høj præcision, høj hastighed og høj fleksibilitet. CNC-maskiner og deres fleksible produktionssystemer kan nemt forbindes med CAD, CAM, CAPP, MTS og udvikles mod informationsintegration. Udviklingen af netværkssystemer er i retning af åbenhed, integration og intelligens.
9. Grønning
Metalskæremaskiner i det 21. århundrede skal prioritere miljøbeskyttelse og energibesparelse, det vil sige at opnå grønnere skæreprocesser. I øjeblikket fokuserer denne grønne bearbejdningsteknologi primært på ikke at bruge skærevæske, primært fordi skærevæske ikke kun forurener miljøet og bringer medarbejdernes sundhed i fare, men også øger ressource- og energiforbruget. Tørskæring udføres generelt i en atmosfærisk atmosfære, men det omfatter også skæring i specielle gasatmosfærer (nitrogen, kold luft eller ved hjælp af tør elektrostatisk køleteknologi) uden brug af skærevæske. For visse bearbejdningsmetoder og emnekombinationer er tørskæring uden brug af skærevæske dog i øjeblikket vanskelig at anvende i praksis, så kvasitørskæring med minimal smøring (MQL) er opstået. I øjeblikket bruger 10-15% af storskala mekanisk bearbejdning i Europa tør og kvasitørskæring. For værktøjsmaskiner såsom bearbejdningscentre, der er designet til flere bearbejdningsmetoder/emnekombinationer, anvendes kvasitørskæring primært, normalt ved at sprøjte en blanding af ekstremt små mængder skæreolie og trykluft ind i skæreområdet gennem den hule kanal inde i maskinspindlen og værktøjet. Blandt forskellige typer metalskæremaskiner er tandhjulsfræseren den mest almindeligt anvendte til tørskæring.
Kort sagt har fremskridtene og udviklingen af CNC-maskineteknologi skabt gunstige betingelser for udviklingen af den moderne fremstillingsindustri og fremmet udviklingen af fremstilling i en mere humaniseret retning. Det kan forudses, at med udviklingen af CNC-maskineteknologi og den udbredte anvendelse af CNC-maskiner vil fremstillingsindustrien indlede en dybtgående revolution, der kan ryste den traditionelle fremstillingsmodel.