Бързото развитие на CNC технологията осигури условия за технологичния прогрес на CNC машините. За да се отговори на нуждите на пазара и да се постигнат по-високите изисквания на съвременните производствени технологии за CNC технология, настоящото развитие на световната CNC технология и нейното оборудване се отразява главно в следните технически характеристики:
1. Висока скорост
Развитието наCNC машиниЪпгрейдът към висока скорост може не само значително да подобри ефективността на обработката и да намали разходите за обработка, но и да подобри качеството на обработката на повърхността и точността на детайлите. Технологията за ултрависокоскоростна обработка има широко приложение за постигане на нискобюджетно производство в производствената индустрия.
От 90-те години на миналия век страните в Европа, Съединените щати и Япония се конкурират в разработването и прилагането на ново поколение високоскоростни CNC машини, ускорявайки темпото на високоскоростно развитие на машините. Нови пробиви са постигнати във високоскоростните шпинделни агрегати (електрически шпиндел, скорост 15000-100000 об/мин), високоскоростните и високо ускоряващи/забавящи компоненти за подаване (бърза скорост на движение 60-120 м/мин, скорост на подаване при рязане до 60 м/мин), високопроизводителните CNC и серво системи, както и CNC инструменталните системи, достигайки нови технологични нива. С разрешаването на ключови технологии в редица технически области, като например ултрависокоскоростни режещи механизми, ултратвърди, износоустойчиви, дълготрайни инструментални материали и абразивни шлифовъчни инструменти, високомощни високоскоростни електрически шпиндели, високоскоростни компоненти за подаване, задвижвани от линеен двигател с високо ускорение/забавяне, високопроизводителни системи за управление (включително системи за мониторинг) и защитни устройства, е осигурена техническа основа за разработването и прилагането на новото поколение високоскоростни CNC машини.
Понастоящем, при ултрависокоскоростната обработка, скоростта на рязане при струговане и фрезоване е достигнала над 5000-8000 м/мин; скоростта на шпиндела е над 30000 об/мин (някои могат да достигнат до 100000 об/мин); скоростта на движение (подаване) на работната маса: над 100 м/мин (някои до 200 м/мин) при резолюция от 1 микрометър и над 24 м/мин при резолюция от 0,1 микрометър; скоростта на автоматична смяна на инструмента в рамките на 1 секунда; скоростта на подаване за интерполация на малки линии достига 12 м/мин.
2. Висока прецизност
Развитието наCNC машиниОт прецизна до ултрапрецизна обработка е посока, към която са се стремили индустриалните сили по целия свят. Точността ѝ варира от микрометрично до субмикронно ниво и дори до нанометрично ниво (<10 nm), а обхватът на приложение ѝ става все по-широк.
В момента, поради изискванията за високопрецизна обработка, точността на обработка на обикновените CNC машини се е увеличила от ± 10 μm до ± 5 μm; Точността на обработка на прецизните обработващи центрове варира от ± 3 до 5 μm, като се увеличава до ± 1-1,5 μm. Дори е по-висока; Ултрапрецизната точност на обработка е достигнала нанометрово ниво (0,001 микрометра), а точността на въртене на шпиндела трябва да достигне 0,01~0,05 микрометра, с кръглост на обработката от 0,1 микрометра и грапавост на обработваната повърхност Ra=0,003 микрометра. Тези машини обикновено използват векторно управлявани електрически шпиндели с променлива честота (интегрирани с двигателя и шпиндела), с радиално биене на шпиндела по-малко от 2 µm, аксиално изместване по-малко от 1 µm и дисбаланс на вала, достигащ ниво G0.4.
Задвижването на подаването на високоскоростни и високопрецизни машинни инструменти се състои главно от два вида: „ротационен серво мотор с прецизна високоскоростна сачмена винтова връзка“ и „директно задвижване с линеен мотор“. Освен това, новите паралелни машинни инструменти също така лесно постигат високоскоростно подаване.
Благодарение на своята зряла технология и широко приложение, сачмено-винтовите двигатели не само постигат висока прецизност (ISO3408 ниво 1), но и имат относително ниска цена за постигане на високоскоростна обработка. Поради това те все още се използват от много високоскоростни обработващи машини и до днес. Съвременните високоскоростни обработващи машини, задвижвани от сачмено-винтови двигатели, имат максимална скорост на движение от 90 м/мин и ускорение от 1,5 g.
Сачмено-винтовата система принадлежи към механичната трансмисия, която неизбежно включва еластична деформация, триене и обратен хлабина по време на процеса на предаване, което води до хистерезис на движението и други нелинейни грешки. За да се елиминира влиянието на тези грешки върху точността на обработката, през 1993 г. в машинните инструменти е приложено директно задвижване с линеен двигател. Тъй като е „нулева трансмисия“ без междинни звена, тя не само има малка инерция на движение, висока системна твърдост и бърза реакция, но може да постигне висока скорост и ускорение, а дължината на хода ѝ е теоретично неограничена. Точността на позициониране може да достигне високо ниво и под действието на високопрецизна система за обратна връзка за позицията, което я прави идеален метод за задвижване за високоскоростни и високопрецизни машинни инструменти, особено за средни и големи машини. В момента максималната скорост на бързо движение на високоскоростни и високопрецизни машинни инструменти, използващи линейни двигатели, е достигнала 208 м/мин, с ускорение от 2g, и все още има възможност за развитие.
3. Висока надеждност
С развитието на мрежовите приложения наCNC машиниВисоката надеждност на CNC машините се е превърнала в цел, преследвана от производителите на CNC системи и CNC машини. За безпилотна фабрика, която работи на две смени на ден, ако се изисква да работи непрекъснато и нормално в рамките на 16 часа с безотказност P(t)=99% или повече, средното време между повреди (MTBF) на CNC машината трябва да бъде по-голямо от 3000 часа. Само за една CNC машина съотношението на процента на повреди между хоста и CNC системата е 10:1 (надеждността на CNC е с един порядък по-висока от тази на хоста). В този момент MTBF на CNC системата трябва да бъде по-голямо от 33333,3 часа, а MTBF на CNC устройството, шпиндела и задвижването трябва да бъде по-голямо от 100000 часа.
Стойността на MTBF на съвременните чуждестранни CNC машини е достигнала над 6000 часа, а на задвижващото устройство - над 30 000 часа. Въпреки това, все още може да се види, че има разлика от идеалната цел.
4. Сложно начисляване
В процеса на обработка на детайлите се изразходва голямо количество безполезно време за обработка на детайлите, зареждане и разтоварване, монтаж и настройка, смяна на инструменти и увеличаване и намаляване на скоростта на шпиндела. За да се минимизират тези безполезни времена, хората се надяват да интегрират различни функции за обработка в една и съща машина. Поради това, машините със сложни функции се превърнаха в бързо развиващ се модел през последните години.
Концепцията за машинна композитна обработка в областта на гъвкавото производство се отнася до способността на машинния инструмент автоматично да извършва многопроцесна обработка с едни и същи или различни видове технологични методи, съгласно CNC програма за обработка, след затягане на детайла наведнъж, за да завърши различни процеси на обработка, като струговане, фрезоване, пробиване, разстъргване, шлайфане, нарязване на резба, разпробиване и разширяване на сложна форма. Що се отнася до призматичните части, обработващите центрове са най-типичните машинни инструменти, които извършват многопроцесна композитна обработка, използвайки един и същ технологичен метод. Доказано е, че машинната композитна обработка може да подобри точността и ефективността на обработката, да спести място и особено да съкрати цикъла на обработка на частите.
5. Полиаксиализация
С популяризирането на 5-осните CNC системи и софтуера за програмиране, 5-осните обработващи центрове с управление на връзката и CNC фрезовите машини (вертикални обработващи центрове) се превърнаха в актуална гореща точка на развитие. Поради простотата на 5-осно управление на връзката в CNC програмирането за сферични фрези при обработка на свободни повърхности и способността за поддържане на разумна скорост на рязане за сферични фрези по време на процеса на фрезоване на 3D повърхности, в резултат на това грапавостта на обработваната повърхност се подобрява значително и ефективността на обработката се подобрява значително. При 3-осните обработващи машини с управление на връзката обаче е невъзможно да се избегне участието на края на сферичната фреза със скорост на рязане близка до нула в рязането. Следователно, 5-осните обработващи машини са се превърнали във фокус на активно развитие и конкуренция сред големите производители на машини, поради техните незаменими предимства в производителността.
Напоследък в чужбина все още се провеждат изследвания за 6-осно управление на връзките, използващо невъртящи се режещи инструменти в обработващи центрове. Въпреки че формата на обработката им не е ограничена и дълбочината на рязане може да бъде много тънка, ефективността на обработката е твърде ниска и е трудно да се приложи на практика.
6. Интелигентност
Интелигентността е основна насока за развитието на производствените технологии през 21-ви век. Интелигентната машинна обработка е вид машинна обработка, базирана на управление чрез невронни мрежи, размито управление, цифрова мрежова технология и теория. Тя има за цел да симулира интелигентните дейности на човешките експерти по време на процеса на машинна обработка, за да реши много несигурни проблеми, които изискват ръчна намеса. Съдържанието на интелигентността включва различни аспекти в CNC системите:
Да се стремим към интелигентна ефективност и качество на обработката, като например адаптивно управление и автоматично генериране на параметри на процеса;
За подобряване на производителността на шофиране и улесняване на интелигентната връзка, като например управление с предварителна връзка, адаптивно изчисляване на параметрите на двигателя, автоматично идентифициране на товари, автоматичен избор на модели, самонастройка и др.;
Опростено програмиране и интелигентна работа, като например интелигентно автоматично програмиране, интелигентен интерфейс човек-машина и др.;
Интелигентната диагностика и мониторинг улесняват диагностиката и поддръжката на системата.
В света се изследват много интелигентни системи за рязане и обработка, сред които интелигентните решения за обработка на пробиване на Японската асоциация за изследване на интелигентни CNC устройства са представителни.
7. Работа в мрежа
Мрежовото управление на машинни инструменти се отнася главно до мрежовата връзка и мрежовия контрол между машинния инструмент и други външни системи за управление или горни компютри чрез оборудвана CNC система. CNC машинните инструменти обикновено първо се намират на производствената площадка и вътрешната локална мрежа на предприятието, а след това се свързват с външната страна на предприятието чрез интернет, което се нарича интернет/интранет технология.
С развитието на мрежовите технологии, индустрията наскоро предложи концепцията за дигитално производство. Дигиталното производство, известно още като „електронно производство“, е един от символите на модернизацията в машиностроителните предприятия и стандартен метод за доставка за международните производители на модерни машинни инструменти днес. С широкото разпространение на информационните технологии, все повече местни потребители се нуждаят от услуги за дистанционна комуникация и други функции при внос на CNC машини. Въз основа на широкото разпространение на CAD/CAM, машиностроителните предприятия все по-често използват CNC машинно оборудване. CNC приложният софтуер става все по-богат и лесен за ползване. Виртуалният дизайн, виртуалното производство и други технологии все по-често се използват от инженерния и техническия персонал. Замяната на сложния хардуер със софтуерен интелект се превръща във важна тенденция в развитието на съвременните машинни инструменти. С цел дигитално производство, чрез реинженеринг на процеси и трансформация на информационните технологии се появиха редица усъвършенствани софтуери за управление на предприятията, като ERP, създавайки по-големи икономически ползи за предприятията.
8. Гъвкавост
Тенденцията при CNC машините към гъвкави системи за автоматизация е да се развиват от точкови (CNC единични машини, обработващи центрове и CNC комбинирани обработващи машини), линейни (FMC, FMS, FTL, FML) към повърхностни (независим производствен остров, FA) и корпусни (CIMS, разпределена мрежово интегрирана производствена система), а от друга страна, да се фокусират върху приложението и икономичността. Гъвкавата технология за автоматизация е основното средство за производствената индустрия да се адаптира към динамичните пазарни изисквания и бързо да актуализира продуктите. Това е основната тенденция в развитието на производството в различни страни и фундаменталната технология в областта на напредналото производство. Фокусът е върху подобряване на надеждността и практичността на системата, с цел лесно свързване в мрежа и интеграция; акцент върху развитието и усъвършенстването на единичната технология; CNC единичните машини се развиват към висока прецизност, висока скорост и висока гъвкавост; CNC машините и техните гъвкави производствени системи могат лесно да бъдат свързани с CAD, CAM, CAPP, MTS и да се развиват към информационна интеграция; развитие на мрежови системи към откритост, интеграция и интелигентност.
9. Озеленяване
Металорежещите машини на 21-ви век трябва да дадат приоритет на опазването на околната среда и пестенето на енергия, т.е. да се постигне екологичност на процесите на рязане. В момента тази зелена технология за обработка се фокусира главно върху неизползването на режеща течност, главно защото режещата течност не само замърсява околната среда и застрашава здравето на работниците, но и увеличава потреблението на ресурси и енергия. Сухото рязане обикновено се извършва в атмосферна среда, но включва и рязане в специални газови среди (азот, студен въздух или използване на технология за сухо електростатично охлаждане) без използване на режеща течност. Въпреки това, за определени методи на обработка и комбинации от детайли, сухото рязане без използване на режеща течност в момента е трудно приложимо на практика, така че се е появило квазисухо рязане с минимално смазване (MQL). В момента 10-15% от мащабната механична обработка в Европа използва сухо и квазисухо рязане. За машинни инструменти като обработващи центрове, които са проектирани за множество методи на обработка/комбинации от детайли, се използва главно квазисухо рязане, обикновено чрез впръскване на смес от изключително малки количества режещо масло и сгъстен въздух в зоната на рязане през кухия канал вътре в шпиндела на машината и инструмента. Сред различните видове металорежещи машини, зъбообработващата машина е най-често използваната за сухо рязане.
Накратко, напредъкът и развитието на технологията на CNC машините осигуриха благоприятни условия за развитието на съвременната преработваща промишленост, насърчавайки развитието на производството в по-хуманизирана посока. Може да се предвиди, че с развитието на технологията на CNC машините и широкото им приложение, преработващата промишленост ще доведе до дълбока революция, която може да разтърси традиционния модел на производство.