Hiter razvoj tehnologije CNC sistemov je ustvaril pogoje za tehnološki napredek CNC obdelovalnih strojev. Da bi zadostili potrebam trga in izpolnili višje zahteve sodobne proizvodne tehnologije za CNC tehnologijo, se trenutni razvoj svetovne CNC tehnologije in njene opreme odraža predvsem v naslednjih tehničnih značilnostih:
1. Visoka hitrost
RazvojCNC obdelovalni strojiV smeri visoke hitrosti ne more le znatno izboljšati učinkovitosti obdelave in zmanjšati stroškov obdelave, temveč tudi izboljšati kakovost obdelave površin in natančnost delov. Tehnologija ultra visoke hitrosti obdelave ima široko uporabnost za doseganje nizkocenovne proizvodnje v predelovalni industriji.
Od devetdesetih let prejšnjega stoletja si države v Evropi, Združenih državah Amerike in na Japonskem tekmujejo v razvoju in uporabi nove generacije visokohitrostnih CNC obdelovalnih strojev, kar pospešuje tempo razvoja visokohitrostnih obdelovalnih strojev. Novi preboji so bili doseženi na področju visokohitrostnih vretenskih enot (električno vreteno, hitrost 15000–100000 vrt/min), visokohitrostnih in visoko pospeševalnih/upočasevalnih komponent za podajanje (hitra hitrost gibanja 60–120 m/min, hitrost podajanja pri rezanju do 60 m/min), visokozmogljivih CNC in servo sistemov ter CNC orodnih sistemov, kar je doseglo nove tehnološke ravni. Z rešitvijo ključnih tehnologij na številnih tehničnih področjih, kot so ultrahitri rezalni mehanizmi, ultra trdi, odporni proti obrabi in dolgi življenjski dobi orodni materiali ter abrazivna brusilna orodja, visokozmogljiva visokohitrostna električna vretena, visokohitrostne komponente podajanja, ki jih poganja linearni motor, visokozmogljivi krmilni sistemi (vključno s sistemi za spremljanje) in zaščitne naprave, je bila zagotovljena tehnična osnova za razvoj in uporabo nove generacije visokohitrostnih CNC obdelovalnih strojev.
Trenutno je pri ultra hitri obdelavi hitrost rezanja pri struženju in rezkanju dosegla več kot 5000–8000 m/min; hitrost vretena je nad 30000 vrt/min (nekateri lahko dosežejo do 100000 vrt/min); hitrost gibanja (hitrost podajanja) delovne mize: nad 100 m/min (nekateri do 200 m/min) pri ločljivosti 1 mikrometer in nad 24 m/min pri ločljivosti 0,1 mikrometra; hitrost samodejne menjave orodja v 1 sekundi; hitrost podajanja za interpolacijo majhnih linij doseže 12 m/min.
2. Visoka natančnost
RazvojCNC obdelovalni strojiOd natančne do ultra natančne obdelave je smer, ki ji sledijo industrijske sile po vsem svetu. Njena natančnost sega od mikrometrske do submikronske in celo do nanometrske ravni (<10 nm), njen obseg uporabe pa postaja vse bolj razširjen.
Trenutno se je zaradi zahtev po visoko natančni obdelavi natančnost obdelave običajnih CNC obdelovalnih strojev povečala z ± 10 μm na ± 5 μm; natančnost obdelave preciznih obdelovalnih centrov se giblje od ± 3 do 5 μm, poveča pa se na ± 1–1,5 μm, kar je še več; ultra natančna natančnost obdelave je dosegla nanometrsko raven (0,001 mikrometra), natančnost vrtenja vretena pa mora doseči 0,01–0,05 mikrometra, z okroglostjo obdelave 0,1 mikrometra in hrapavostjo površine obdelave Ra = 0,003 mikrometra. Ti obdelovalni stroji običajno uporabljajo vektorsko krmiljena električna vretena s frekvenčno spremenljivo gonilnik (integrirana z motorjem in vretenom), z radialnim opletom vretena manj kot 2 µm, aksialnim premikom manj kot 1 µm in neuravnoteženostjo gredi, ki dosega raven G0,4.
Pogon podajanja visokohitrostnih in visoko preciznih obdelovalnih strojev vključuje predvsem dve vrsti: "rotacijski servo motor s preciznim visokohitrostnim krogličnim vijakom" in "linearni motor z direktnim pogonom". Poleg tega je pri novih vzporednih strojih enostavno doseči tudi visokohitrostno podajanje.
Zaradi svoje zrele tehnologije in široke uporabe kroglična vretena ne dosegajo le visoke natančnosti (ISO3408 raven 1), temveč imajo tudi relativno nizke stroške za doseganje visokohitrostne obdelave. Zato jih še danes uporabljajo številni visokohitrostni obdelovalni stroji. Trenutni visokohitrostni obdelovalni stroji, ki jih poganja kroglično vreteno, imajo največjo hitrost gibanja 90 m/min in pospešek 1,5 g.
Kroglični vijak spada v mehanski prenos, ki med prenosom neizogibno vključuje elastično deformacijo, trenje in povratni odmik, kar povzroča histerezo gibanja in druge nelinearne napake. Da bi odpravili vpliv teh napak na natančnost obdelave, so leta 1993 v obdelovalnih strojih uporabili linearni motor z neposrednim pogonom. Ker gre za "ničelni prenos" brez vmesnih členov, ima ne le majhno vztrajnost gibanja, visoko togost sistema in hiter odziv, temveč lahko doseže tudi visoke hitrosti in pospeške, dolžina giba pa je teoretično neomejena. Natančnost pozicioniranja lahko doseže visoko raven pod vplivom visoko natančnega sistema povratnih informacij o položaju, zaradi česar je idealen način pogona za visokohitrostne in visoko natančne obdelovalne stroje, zlasti za srednje velike in velike obdelovalne stroje. Trenutno je največja hitrost hitrega premikanja visokohitrostnih in visoko natančnih obdelovalnih strojev z linearnimi motorji dosegla 208 m/min s pospeškom 2g, in še vedno je prostor za razvoj.
3. Visoka zanesljivost
Z razvojem omrežnih aplikacijCNC obdelovalni strojiVisoka zanesljivost CNC obdelovalnih strojev je postala cilj, ki si ga prizadevajo proizvajalci CNC sistemov in CNC obdelovalnih strojev. Za tovarno brez posadke, ki dela v dveh izmenah na dan, če mora delati neprekinjeno in običajno v 16 urah s stopnjo brezhibnosti P(t) = 99 % ali več, mora biti povprečni čas med napakami (MTBF) CNC obdelovalnega stroja večji od 3000 ur. Za samo en CNC obdelovalni stroj je razmerje med stopnjami napak med gostiteljskim sistemom in CNC sistemom 10:1 (zanesljivost CNC je za velikostni red višja od zanesljivosti gostiteljskega sistema). V tem primeru mora biti MTBF CNC sistema večji od 33333,3 ure, MTBF CNC naprave, vretena in pogona pa večji od 100000 ur.
Vrednost MTBF trenutnih tujih CNC naprav je dosegla več kot 6000 ur, pogonska naprava pa več kot 30000 ur. Vendar je mogoče opaziti, da še vedno obstaja vrzel do idealnega cilja.
4. Sestavljeno obrestovanje
Med obdelavo delov se porabi veliko nepotrebnega časa za ravnanje z obdelovanci, nalaganje in razkladanje, montažo in nastavitev, menjavo orodja ter povečevanje in zmanjševanje hitrosti vretena. Da bi te nepotrebne čase čim bolj zmanjšali, ljudje upajo, da bodo različne obdelovalne funkcije integrirali na istem obdelovalnem stroju. Zato so se obdelovalni stroji s sestavljenimi funkcijami v zadnjih letih hitro razvijajo.
Koncept obdelave kompozitnih delov s stroji na področju fleksibilne proizvodnje se nanaša na sposobnost stroja, da po vpenjanju obdelovanca v enem samem koraku samodejno izvaja večprocesno obdelavo z enakimi ali različnimi vrstami procesnih metod v skladu s CNC obdelovalnim programom, da bi dokončal različne obdelovalne postopke, kot so struženje, rezkanje, vrtanje, izstruževanje, brušenje, narezovanje navojev, razvrtavanje in razširjanje kompleksno oblikovanega dela. Kar zadeva prizmatične dele, so obdelovalni centri najpogostejši obdelovalni stroji, ki izvajajo večprocesno obdelavo kompozitnih delov z uporabo iste procesne metode. Dokazano je, da lahko obdelava kompozitnih delov s stroji izboljša natančnost in učinkovitost obdelave, prihrani prostor in zlasti skrajša obdelovalni cikel delov.
5. Poliaksializacija
Z popularizacijo 5-osnih CNC sistemov in programske opreme za programiranje so 5-osni obdelovalni centri s krmiljenjem povezave in CNC rezkalni stroji (vertikalni obdelovalni centri) postali trenutna razvojna vroča točka. Zaradi preprostosti 5-osnega krmiljenja povezave v CNC programiranju za kroglične rezkarje pri obdelavi prostih površin in zmožnosti vzdrževanja razumne hitrosti rezanja za kroglične rezkarje med postopkom rezkanja 3D-površin se posledično znatno izboljša hrapavost obdelovalne površine in močno poveča učinkovitost obdelave. Vendar pa se pri 3-osnih obdelovalnih strojih s krmiljenjem povezave ni mogoče izogniti sodelovanju konca krogličnega rezkarja s hitrostjo rezanja blizu nič pri rezanju. Zato so 5-osni obdelovalni stroji s krmiljenjem povezave postali središče aktivnega razvoja in konkurence med glavnimi proizvajalci obdelovalnih strojev zaradi svojih nenadomestljivih prednosti v zmogljivosti.
V zadnjem času se v tujini še vedno raziskuje 6-osni nadzor povezav z uporabo nerotirajočih rezalnih orodij v obdelovalnih centrih. Čeprav njihova oblika obdelave ni omejena in je globina reza lahko zelo tanka, je učinkovitost obdelave prenizka in jo je težko izvedljivo.
6. Inteligenca
Inteligenca je glavna smer razvoja proizvodne tehnologije v 21. stoletju. Inteligentna obdelava je vrsta obdelave, ki temelji na krmiljenju z nevronskimi mrežami, mehkem krmiljenju, tehnologiji digitalnih omrežij in teoriji. Njen cilj je simulirati inteligentne dejavnosti človeških strokovnjakov med procesom obdelave, da bi rešili številne negotove probleme, ki zahtevajo ročno posredovanje. Vsebina inteligence vključuje različne vidike v CNC sistemih:
Prizadevati si za inteligentno učinkovitost in kakovost obdelave, kot sta prilagodljivo krmiljenje in samodejno generiranje procesnih parametrov;
Za izboljšanje voznih zmogljivosti in omogočanje inteligentne povezave, kot so krmiljenje s prednapetostjo, prilagodljiv izračun parametrov motorja, samodejna identifikacija obremenitev, samodejna izbira modelov, samodejna nastavitev itd.;
Poenostavljeno programiranje in inteligentno delovanje, kot so inteligentno avtomatsko programiranje, inteligentni vmesnik človek-stroj itd.;
Inteligentna diagnoza in spremljanje olajšata diagnosticiranje in vzdrževanje sistema.
V svetu se raziskuje veliko inteligentnih sistemov za rezanje in obdelavo, med katerimi so reprezentativne rešitve za inteligentno obdelavo vrtanja Japonskega združenja za raziskave inteligentnih CNC naprav.
7. Mreženje
Omrežno krmiljenje obdelovalnih strojev se nanaša predvsem na omrežno povezavo in omrežno krmiljenje med obdelovalnim strojem in drugimi zunanjimi krmilnimi sistemi ali zgornjimi računalniki prek opremljenega CNC sistema. CNC obdelovalni stroji se običajno najprej obrnejo na proizvodno mesto in notranji LAN podjetja, nato pa se prek interneta povežejo z zunanjim delom podjetja, kar imenujemo internetna/intranetna tehnologija.
Z zrelostjo in razvojem omrežne tehnologije je industrija pred kratkim predlagala koncept digitalne proizvodnje. Digitalna proizvodnja, znana tudi kot "e-proizvodnja", je eden od simbolov modernizacije v podjetjih za strojno proizvodnjo in standardna metoda dobave za mednarodne proizvajalce naprednih obdelovalnih strojev danes. Z razširjeno uporabo informacijske tehnologije vse več domačih uporabnikov pri uvozu CNC obdelovalnih strojev potrebuje storitve oddaljene komunikacije in druge funkcije. Na podlagi razširjene uporabe CAD/CAM podjetja za strojno proizvodnjo vse pogosteje uporabljajo CNC obdelovalno opremo. Programska oprema za CNC aplikacije postaja vse bolj bogata in uporabniku prijazna. Inženirsko in tehnično osebje vse pogosteje uporablja virtualno načrtovanje, virtualno proizvodnjo in druge tehnologije. Zamenjava kompleksne strojne opreme s programsko inteligenco postaja pomemben trend v razvoju sodobnih obdelovalnih strojev. V skladu s ciljem digitalne proizvodnje se je s prenovo procesov in transformacijo informacijske tehnologije pojavila številna napredna programska oprema za upravljanje podjetij, kot je ERP, kar je podjetjem ustvarilo večje gospodarske koristi.
8. Prilagodljivost
Trend CNC obdelovalnih strojev proti fleksibilnim avtomatizacijskim sistemom je razvoj od točke (CNC en sam stroj, obdelovalni center in CNC sestavljeni obdelovalni stroj), linije (FMC, FMS, FTL, FML) do površine (neodvisni proizvodni otok, FA) in telesa (CIMS, distribuirani omrežno integrirani proizvodni sistem), po drugi strani pa osredotočenost na uporabo in ekonomičnost. Tehnologija fleksibilne avtomatizacije je glavno sredstvo, s katerim se proizvodna industrija prilagaja dinamičnim tržnim zahtevam in hitro posodablja izdelke. Je glavni trend razvoja proizvodnje v različnih državah in temeljna tehnologija na področju napredne proizvodnje. Poudarek je na izboljšanju zanesljivosti in praktičnosti sistema s ciljem enostavnega mreženja in integracije; poudarja razvoj in izboljšanje tehnologije enot; CNC en sam stroj se razvija v smeri visoke natančnosti, visoke hitrosti in visoke fleksibilnosti; CNC obdelovalni stroji in njihovi fleksibilni proizvodni sistemi se lahko enostavno povežejo s CAD, CAM, CAPP, MTS in se razvijajo v smeri informacijske integracije; razvoj omrežnih sistemov v smeri odprtosti, integracije in inteligence.
9. Ozelenitev
Stroji za rezanje kovin 21. stoletja morajo dati prednost varstvu okolja in varčevanju z energijo, torej doseči okolju prijaznejše procese rezanja. Trenutno se ta zelena tehnologija obdelave osredotoča predvsem na neuporabo rezalne tekočine, predvsem zato, ker rezalna tekočina ne le onesnažuje okolje in ogroža zdravje delavcev, temveč tudi povečuje porabo virov in energije. Suho rezanje se običajno izvaja v atmosferi, vključuje pa tudi rezanje v posebnih plinskih atmosferah (dušik, hladen zrak ali uporaba tehnologije suhega elektrostatičnega hlajenja) brez uporabe rezalne tekočine. Vendar pa je pri nekaterih metodah obdelave in kombinacijah obdelovancev suho rezanje brez uporabe rezalne tekočine trenutno v praksi težko uporabno, zato se je pojavilo kvazi suho rezanje z minimalnim mazanjem (MQL). Trenutno 10–15 % mehanske obdelave v velikem obsegu v Evropi uporablja suho in kvazi suho rezanje. Pri obdelovalnih strojih, kot so obdelovalni centri, ki so zasnovani za več metod obdelave/kombinacij obdelovancev, se v glavnem uporablja kvazi suho rezanje, običajno z vbrizgavanjem mešanice izjemno majhnih količin rezalnega olja in stisnjenega zraka v območje rezanja skozi votli kanal znotraj vretena stroja in orodja. Med različnimi vrstami strojev za rezanje kovin se za suho rezanje najpogosteje uporablja stroj za zobniško rezanje.
Skratka, napredek in razvoj tehnologije CNC obdelovalnih strojev sta zagotovila ugodne pogoje za razvoj sodobne predelovalne industrije in spodbudila razvoj proizvodnje v bolj humanizirano smer. Predvidevamo lahko, da bo z razvojem tehnologije CNC obdelovalnih strojev in široko uporabo CNC obdelovalnih strojev predelovalna industrija uvedla globoko revolucijo, ki bo lahko pretresla tradicionalni proizvodni model.