CNC-järjestelmäteknologian nopea kehitys on luonut edellytykset CNC-työstökoneiden teknologiselle kehitykselle. Markkinoiden tarpeiden ja CNC-teknologian nykyaikaisen valmistusteknologian korkeampien vaatimusten täyttämiseksi maailman CNC-teknologian ja sen laitteiden nykyinen kehitys heijastuu pääasiassa seuraavissa teknisissä ominaisuuksissa:
1. Suuri nopeus
KehitysCNC-työstökoneetkohti suurnopeussuuntaa voi paitsi parantaa merkittävästi koneistuksen tehokkuutta ja vähentää koneistuskustannuksia, myös parantaa osien pinnan työstön laatua ja tarkkuutta. Erittäin nopea koneistusteknologia soveltuu laajasti alhaisen tuotantokustannusten saavuttamiseksi valmistusteollisuudessa.
1990-luvulta lähtien Euroopan, Yhdysvaltojen ja Japanin maat ovat kilpailleet keskenään uuden sukupolven nopeiden CNC-työstökoneiden kehittämisestä ja käyttöönotosta, mikä on kiihdyttänyt työstökoneiden nopeaa kehitystä. Uusia läpimurtoja on tehty suurnopeuskarayksiköissä (sähkökara, nopeus 15000–100000 r/min), suurnopeuksisissa ja nopeasti kiihdytettävissä/hidastuvissa syöttöliikekomponenteissa (nopea liikenopeus 60–120 m/min, leikkaussyöttönopeus jopa 60 m/min), tehokkaissa CNC- ja servojärjestelmissä sekä CNC-työkalujärjestelmissä, jotka ovat saavuttaneet uusia teknologisia tasoja. Keskeisten teknologioiden ratkaisu useilla tekniikan aloilla, kuten erittäin nopea leikkausmekanismi, erittäin kovat ja kulutusta kestävät työkalumateriaalit ja hiomatyökalut, suuritehoiset ja nopeat sähkökarat, nopeasti kiihdytettävät/hidastuttavat lineaarimoottorikäyttöiset syöttökomponentit, tehokkaat ohjausjärjestelmät (mukaan lukien valvontajärjestelmät) ja suojalaitteet, on luotu tekninen perusta uuden sukupolven suurnopeiden CNC-työstökoneiden kehittämiselle ja käyttöönotolle.
Tällä hetkellä erittäin suurnopeuskoneistuksessa sorvauksen ja jyrsinnän leikkausnopeus on yli 5000–8000 m/min; Karan nopeus on yli 30 000 rpm (joissakin jopa 100 000 rpm); Työpöydän liikenopeus (syöttönopeus): yli 100 m/min (joissakin jopa 200 m/min) 1 mikrometrin tarkkuudella ja yli 24 m/min 0,1 mikrometrin tarkkuudella; Automaattinen työkalunvaihto 1 sekunnin kuluessa; Syöttönopeus pienillä viivoilla interpoloinnissa on jopa 12 m/min.
2. Korkea tarkkuus
KehitysCNC-työstökoneetTarkkuuskoneistuksesta ultratarkkuuskoneistukseen on suunta, johon teollisuusmahdit ympäri maailmaa ovat sitoutuneet. Sen tarkkuus vaihtelee mikrometritasolta submikronitasolle ja jopa nanometritasolle (<10 nm), ja sen sovellusalue laajenee yhä laajemmaksi.
Tällä hetkellä tavallisten CNC-työstökoneiden työstötarkkuus on erittäin tarkkaa koneistusta vaativien vaatimusten mukaisesti noussut ± 10 μm:stä ± 5 μm:iin. Tarkkuustyöstökeskusten työstötarkkuus on noussut ± 3–5 μm:iin ja jopa ± 1–1,5 μm:iin. Vielä korkeampi. Erittäin tarkka koneistuksen tarkkuus on nanometritasolla (0,001 mikrometriä), ja karan pyörimistarkkuuden on oltava 0,01–0,05 mikrometriä, työstöpinnan pyöreyden ollessa 0,1 mikrometriä ja työstöpinnan karheuden Ra = 0,003 mikrometriä. Nämä työstökoneet käyttävät yleensä vektoriohjattuja taajuusmuuttajakäyttöisiä sähkökaroja (integroitu moottoriin ja karaan), joiden karan säteittäinen heitto on alle 2 µm, aksiaalisiirtymä alle 1 µm ja akselin epätasapaino on G0,4.
Suurnopeuksisten ja tarkkojen työstökoneiden syöttökäyttö koostuu pääasiassa kahdesta tyypistä: "pyörivästä servomoottorista, jossa on tarkkuuskierrosten kuularuuvi" ja "lineaarimoottorin suoraveto". Lisäksi kehittyvillä rinnakkaisilla työstökoneilla on helppo saavuttaa suurnopeuksinen syöttö.
Kypsän teknologiansa ja laajan käyttöalueensa ansiosta kuularuuvit eivät ainoastaan saavuta suurta tarkkuutta (ISO3408 taso 1), vaan myös niiden nopea työstö on suhteellisen edullista. Siksi niitä käytetään edelleen monissa suurnopeuskoneissa. Nykyisten kuularuuvikäyttöisten suurnopeuskoneiden suurin liikenopeus on 90 m/min ja kiihtyvyys 1,5 g.
Kuularuuvi kuuluu mekaaniseen voimansiirtoon, johon väistämättä liittyy elastista muodonmuutosta, kitkaa ja vastavälystä siirtoprosessin aikana, mikä johtaa liikehystereesiin ja muihin epälineaarisiin virheisiin. Näiden virheiden vaikutuksen poistamiseksi työstötarkkuuteen lineaarimoottorin suoraveto otettiin käyttöön työstökoneissa vuonna 1993. Koska se on "nollavaihteisto" ilman välilenkkejä, sillä on pieni liikeinertia, korkea järjestelmän jäykkyys ja nopea vaste, ja se voi saavuttaa suuren nopeuden ja kiihtyvyyden, ja sen iskunpituus on teoriassa rajoittamaton. Paikannustarkkuus voi myös saavuttaa korkean tason korkean tason korkean tarkkuuden paikannusjärjestelmän vaikutuksesta, mikä tekee siitä ihanteellisen käyttötavan nopeille ja tarkoille työstökoneille, erityisesti keskikokoisille ja suurille työstökoneille. Tällä hetkellä lineaarimoottoreita käyttävien nopeiden ja tarkkojen työstökoneiden suurin nopea liikkumisnopeus on saavuttanut 208 m/min ja kiihtyvyys 2 g, ja kehitykselle on vielä tilaa.
3. Korkea luotettavuus
Verkkosovellusten kehityksen myötäCNC-työstökoneetCNC-työstökoneiden korkeasta luotettavuudesta on tullut CNC-järjestelmävalmistajien ja CNC-työstökoneiden valmistajien tavoite. Miehittämättömässä tehtaassa, joka työskentelee kahdessa vuorossa päivässä, jos sen on työskenneltävä jatkuvasti ja normaalisti 16 tunnin sisällä vikaantumattomalla nopeudella P(t) = 99 % tai enemmän, CNC-työstökoneen keskimääräisen vikaantumisvälin (MTBF) on oltava yli 3000 tuntia. Yhdelläkin CNC-työstökoneella isäntäkoneen ja CNC-järjestelmän välinen vikaantumissuhde on 10:1 (CNC:n luotettavuus on yhden kertaluokan suurempi kuin isäntäkoneen). Tässä vaiheessa CNC-järjestelmän MTBF:n on oltava yli 33333,3 tuntia ja CNC-laitteen, karan ja käytön MTBF:n on oltava yli 100000 tuntia.
Nykyisten ulkomaisten CNC-laitteiden MTBF-arvo on yli 6000 tuntia ja käyttölaitteen yli 30 000 tuntia. Voidaan kuitenkin nähdä, että ihanteelliseen tavoitteeseen on vielä matkaa.
4. Korkoja korolle pahentamalla
Kappaleiden käsittelyprosessissa kuluu paljon turhaa aikaa työkappaleiden käsittelyyn, lastaukseen ja purkamiseen, asennukseen ja säätöön, työkalun vaihtoon sekä karan nopeuden säätämiseen ja laskemiseen. Näiden turhien aikojen minimoimiseksi ihmiset pyrkivät integroimaan eri prosessointitoiminnot samaan työstökoneeseen. Siksi yhdistelmätoimintoiset työstökoneet ovat viime vuosina kehittyneet nopeasti.
Konetyökalukomposiittien työstöllä joustavan valmistuksen alalla tarkoitetaan työstökoneen kykyä suorittaa automaattisesti saman tai erityyppisten prosessimenetelmien moniprosessityöstöä CNC-työstöohjelman mukaisesti työkappaleen kiinnittämisen jälkeen yhdellä kertaa erilaisten työstöprosessien, kuten sorvauksen, jyrsinnän, porauksen, avarruksen, hionnan, kierteityksen, avarruksen ja monimutkaisen muotoisen osan laajentamisen, suorittamiseksi. Prismaattisten osien osalta työstökeskukset ovat tyypillisimpiä työstökoneita, jotka suorittavat moniprosessista komposiittien työstöä samalla prosessimenetelmällä. On osoitettu, että konetyökalukomposiittien työstö voi parantaa työstötarkkuutta ja -tehokkuutta, säästää tilaa ja erityisesti lyhentää osien työstösykliä.
5. Polyaksialisaatio
5-akselisten nivelöityjen CNC-järjestelmien ja ohjelmointiohjelmistojen yleistymisen myötä 5-akselisilla nivelöityillä työstökeskuksilla ja CNC-jyrsinkoneilla (pystytyöstökeskuksilla) on tullut nykyinen kehityskohde. 5-akselisen nivelöitymisen yksinkertaisuuden ansiosta kuulapääjyrsintä ohjelmoitaessa vapaita pintoja voidaan ylläpitää kohtuullisella leikkausnopeudella 3D-pintojen jyrsinnässä. Tämän seurauksena työstöpinnan karheus paranee merkittävästi ja työstötehokkuus paranee huomattavasti. 3-akselisilla nivelöityillä työstökoneilla on kuitenkin mahdotonta estää kuulapääjyrsintä leikkaamasta lähes nollan leikkausnopeudella. Siksi 5-akselisilla nivelöidyillä työstökoneilla on tullut aktiivisen kehityksen ja kilpailun kohde suurimpien työstökonevalmistajien keskuudessa niiden korvaamattomien suorituskykyetujen ansiosta.
Viime aikoina ulkomailla tutkitaan edelleen 6-akselista vivustoa koneistuskeskuksissa, joissa käytetään pyörimättömiä leikkaustyökaluja. Vaikka niiden työstömuotoa ei ole rajoitettu ja leikkaussyvyys voi olla hyvin pieni, työstötehokkuus on liian alhainen ja käytännöllinen toteuttaminen on vaikeaa.
6. Älykkyys
Älykkyys on merkittävä kehityssuunta valmistusteknologiassa 2000-luvulla. Älykäs koneistus on eräänlainen koneistus, joka perustuu neuroverkko-ohjaukseen, sumeaan ohjaukseen, digitaaliseen verkkoteknologiaan ja teoriaan. Sen tavoitteena on simuloida ihmisasiantuntijoiden älykkäitä toimia koneistusprosessin aikana, jotta voidaan ratkaista monia epävarmoja ongelmia, jotka vaativat manuaalista puuttumista. Älykkyyden sisältöön kuuluu useita CNC-järjestelmien osa-alueita:
Älykkään prosessoinnin tehokkuuden ja laadun tavoittelu, kuten mukautuva ohjaus ja prosessiparametrien automaattinen generointi;
Parantaa ajo-ominaisuuksia ja helpottaa älykkäitä yhteyksiä, kuten ennakkoonkytkentäohjausta, moottoriparametrien mukautuvaa laskentaa, kuormien automaattista tunnistusta, mallien automaattista valintaa, itseviritystä jne.;
Yksinkertaistettu ohjelmointi ja älykäs toiminta, kuten älykäs automaattinen ohjelmointi, älykäs ihmisen ja koneen rajapinta jne.;
Älykäs vianmääritys ja valvonta helpottavat järjestelmän vianmääritystä ja huoltoa.
Maailmassa on tutkittavana useita älykkäitä leikkaus- ja työstöjärjestelmiä, joista Japanin älykkäiden CNC-laitteiden tutkimusyhdistyksen älykkäät työstöratkaisut poraukseen ovat edustavia.
7. Verkostoituminen
Työstökoneiden verkko-ohjauksella tarkoitetaan pääasiassa työstökoneen ja muiden ulkoisten ohjausjärjestelmien tai ylempien tietokoneiden välistä verkkoyhteyttä ja verkko-ohjausta varustetun CNC-järjestelmän kautta. CNC-työstökoneet ovat yleensä ensin tuotantopaikan ja yrityksen sisäisen lähiverkon puolella ja sitten yhteydessä yrityksen ulkopuolelle internetin kautta, jota kutsutaan internet/intranet-tekniikaksi.
Verkkoteknologian kypsymisen ja kehityksen myötä teollisuus on äskettäin ehdottanut digitaalisen valmistuksen käsitettä. Digitaalinen valmistus, joka tunnetaan myös nimellä "sähköinen valmistus", on yksi koneteollisuuden yritysten modernisaation symboleista ja kansainvälisten edistyneiden työstökoneiden valmistajien vakiotoimitusmenetelmä nykyään. Tietotekniikan laajan käyttöönoton myötä yhä useammat kotimaiset käyttäjät tarvitsevat etäviestintäpalveluita ja muita toimintoja CNC-työstökoneita tuodessaan. CAD/CAM-tekniikan laajan käyttöönoton ansiosta koneteollisuuden yritykset käyttävät yhä enemmän CNC-työstökoneita. CNC-sovellusohjelmistoista on tulossa yhä monipuolisempia ja käyttäjäystävällisempiä. Virtuaalisuunnittelu, virtuaalivalmistus ja muut teknologiat ovat yhä enemmän insinööri- ja teknillisen henkilöstön suosiossa. Monimutkaisten laitteistojen korvaaminen ohjelmistoälyllä on tulossa tärkeäksi trendiksi nykyaikaisten työstökoneiden kehityksessä. Digitaalisen valmistuksen tavoitteen mukaisesti prosessien uudelleensuunnittelun ja tietotekniikan muutoksen kautta on syntynyt useita edistyneitä yrityksen hallintaohjelmistoja, kuten ERP, jotka luovat yrityksille suurempia taloudellisia hyötyjä.
8. Joustavuus
CNC-työstökoneiden kehitys kohti joustavia automaatiojärjestelmiä on kehittyä pisteestä (CNC-yksittäiskone, työstökeskus ja CNC-komposiittikone), linjasta (FMC, FMS, FTL, FML) pintaan (itsenäinen valmistussaareke, FA) ja runkoon (CIMS, hajautettu verkkoon integroitu valmistusjärjestelmä) ja toisaalta keskittyä sovelluksiin ja taloudellisuuteen. Joustava automaatioteknologia on tärkein keino valmistavalle teollisuudelle sopeutua dynaamisiin markkinoiden vaatimuksiin ja päivittää tuotteita nopeasti. Se on valmistuksen kehityksen valtavirtatrendi eri maissa ja perustavanlaatuinen teknologia edistyneen valmistuksen alalla. Sen painopiste on järjestelmän luotettavuuden ja käytännöllisyyden parantamisessa tavoitteena helppo verkottaminen ja integrointi; Painottaa yksikköteknologian kehittämistä ja parantamista; CNC-yksittäiskone kehittyy kohti suurta tarkkuutta, suurta nopeutta ja suurta joustavuutta; CNC-työstökoneet ja niiden joustavat valmistusjärjestelmät voidaan helposti liittää CAD-, CAM-, CAPP- ja MTS-järjestelmiin ja kehittyä kohti tiedon integrointia; Verkkojärjestelmien kehitys kohti avoimuutta, integrointia ja älykkyyttä.
9. Vihertyminen
2000-luvun metallinleikkaustyöstökoneiden on asetettava etusijalle ympäristönsuojelu ja energiansäästö eli leikkausprosessien ympäristöystävällisyyden saavuttaminen. Tällä hetkellä tämä ympäristöystävällinen prosessiteknologia keskittyy pääasiassa leikkuunesteen käyttämättä jättämiseen, koska leikkuuneste ei ainoastaan saastuta ympäristöä ja vaaranna työntekijöiden terveyttä, vaan myös lisää resurssien ja energian kulutusta. Kuivaleikkaus suoritetaan yleensä ilmakehässä, mutta se sisältää myös leikkaamisen erityisissä kaasuatmosfäärissä (typpi, kylmä ilma tai kuiva sähköstaattinen jäähdytystekniikka) ilman leikkuunestettä. Tietyissä työstömenetelmissä ja työkappaleyhdistelmissä kuivaleikkausta ilman leikkuunestettä on kuitenkin tällä hetkellä vaikea soveltaa käytännössä, joten on tullut käyttöön lähes kuivaleikkaus minimaalisella voitelulla (MQL). Tällä hetkellä 10–15 % laajamittaisesta mekaanisesta käsittelystä Euroopassa käyttää kuiva- ja lähes kuivaleikkausta. Työstökoneissa, kuten työstökeskuksissa, jotka on suunniteltu useille työstömenetelmille/työkappaleyhdistelmille, käytetään pääasiassa lähes kuivaleikkausta, yleensä suihkuttamalla erittäin pienten määrien leikkuuöljyn ja paineilman seosta leikkausalueelle koneen karan ja työkalun sisällä olevan onton kanavan kautta. Erilaisista metallinleikkauskoneista hammaspyörän jyrsintäkone on yleisimmin käytetty kuivaleikkaukseen.
Lyhyesti sanottuna CNC-työstökoneteknologian kehitys ja kehitys ovat luoneet suotuisat olosuhteet nykyaikaisen valmistavan teollisuuden kehitykselle ja edistäneet valmistuksen kehitystä inhimillisempään suuntaan. Voidaan ennakoida, että CNC-työstökoneteknologian kehityksen ja CNC-työstökoneiden laajan käyttöönoton myötä valmistava teollisuus tulee käynnistämään syvällisen vallankumouksen, joka voi ravistella perinteistä valmistusmallia.