Brzi napredak CNC sistemske tehnologije stvorio je uslove za tehnološki napredak CNC alatnih mašina. Kako bi se zadovoljile potrebe tržišta i ispunili viši zahtjevi moderne proizvodne tehnologije za CNC tehnologijom, trenutni razvoj svjetske CNC tehnologije i njene opreme uglavnom se ogleda u sljedećim tehničkim karakteristikama:
1. Velika brzina
RazvojCNC alatne mašinePrema smjeru velike brzine, ne samo da može značajno poboljšati efikasnost obrade i smanjiti troškove obrade, već i poboljšati kvalitet obrade površine i tačnost dijelova. Tehnologija ultra brze obrade ima široku primjenu za postizanje niskobudžetne proizvodnje u proizvodnoj industriji.
Od 1990-ih, zemlje u Evropi, Sjedinjenim Američkim Državama i Japanu takmiče se u razvoju i primjeni nove generacije CNC alatnih mašina velike brzine, ubrzavajući tempo razvoja alatnih mašina velike brzine. Novi prodori postignuti su u jedinicama vretena velike brzine (električno vreteno, brzina 15000-100000 o/min), komponentama za kretanje posmaka velike brzine i velikog ubrzanja/usporavanja (brzina kretanja 60-120 m/min, brzina posmaka rezanja do 60 m/min), visokoperformansnim CNC i servo sistemima i CNC sistemima alata, dostižući nove tehnološke nivoe. Sa rješavanjem ključnih tehnologija u nizu tehničkih oblasti kao što su ultra brzi mehanizmi za rezanje, ultra tvrdi, otporni na habanje, dugotrajni materijali alata i abrazivni alati za brušenje, visokosnažno visokobrzinsko električno vreteno, komponente za pomicanje pogonjene linearnim motorom velike brzine/usporavanja, visokoperformansni sistemi upravljanja (uključujući sisteme za praćenje) i zaštitni uređaji, obezbijeđena je tehnička osnova za razvoj i primjenu nove generacije CNC alatnih mašina velike brzine.
Trenutno, u ultrabrzinskoj obradi, brzina rezanja tokarenjem i glodanjem dostigla je preko 5000-8000 m/min; Brzina vretena je iznad 30000 o/min (neki mogu doseći i do 100000 o/min); Brzina kretanja (brzina posmaka) radnog stola: iznad 100 m/min (neki do 200 m/min) pri rezoluciji od 1 mikrometar, i iznad 24 m/min pri rezoluciji od 0,1 mikrometar; Automatska brzina izmjene alata unutar 1 sekunde; Brzina posmaka za interpolaciju malih linija dostiže 12 m/min.
2. Visoka preciznost
RazvojCNC alatne mašineOd precizne do ultra precizne obrade je pravac kojem su posvećene industrijske sile širom svijeta. Njegova tačnost se kreće od mikrometarskog do submikronskog nivoa, pa čak i do nanometarskog nivoa (<10nm), a njegov opseg primjene postaje sve širi.
Trenutno, pod zahtjevom visokoprecizne obrade, tačnost obrade običnih CNC alatnih mašina se povećala sa ± 10 μm na ± 5 μm; Tačnost obrade preciznih obradnih centara kreće se od ± 3 do 5 μm, a može se povećati na ± 1-1,5 μm, čak i više; Tačnost ultraprecizne obrade je dostigla nanometarski nivo (0,001 mikrometar), a tačnost rotacije vretena mora dostići 0,01~0,05 mikrometara, sa kružnošću obrade od 0,1 mikrometar i hrapavošću površine obrade od Ra=0,003 mikrometara. Ove alatne mašine uglavnom koriste vektorski kontrolisana električna vretena sa promjenjivom frekvencijom (integrisana sa motorom i vretenom), sa radijalnim odstupanjem vretena manjim od 2 µm, aksijalnim pomakom manjim od 1 µm i neravnotežom vratila koja dostiže nivo G0.4.
Pogon za pomicanje brzih i visokopreciznih alatnih mašina uglavnom uključuje dva tipa: "rotacijski servo motor sa preciznim kugličnim vijkom velike brzine" i "direktni pogon linearnog motora". Pored toga, nove paralelne alatne mašine također lako postižu velikobrzinsko pomicanje.
Zahvaljujući svojoj zreloj tehnologiji i širokoj primjeni, kuglični vijci ne samo da postižu visoku preciznost (ISO3408 nivo 1), već imaju i relativno niske troškove postizanja velike brzine obrade. Stoga ih i danas koriste mnoge brze mašine za obradu. Trenutni alat za brzu obradu pokretan kugličnim vijkom ima maksimalnu brzinu kretanja od 90 m/min i ubrzanje od 1,5 g.
Kuglični vijak pripada mehaničkom prijenosu, koji neizbježno uključuje elastičnu deformaciju, trenje i povratni zazor tokom procesa prijenosa, što rezultira histerezisom kretanja i drugim nelinearnim greškama. Kako bi se eliminirao utjecaj ovih grešaka na tačnost obrade, direktni pogon linearnog motora primijenjen je na alatne mašine 1993. godine. Budući da je to "nulti prijenos" bez međuveza, ne samo da ima malu inerciju kretanja, visoku krutost sistema i brz odziv, već može postići veliku brzinu i ubrzanje, a dužina hoda je teoretski neograničena. Tačnost pozicioniranja također može dostići visok nivo pod djelovanjem visokopreciznog sistema povratne informacije o položaju, što ga čini idealnom metodom pogona za brze i visokoprecizne alatne mašine, posebno srednje i velike alatne mašine. Trenutno je maksimalna brzina kretanja brzih i visokopreciznih mašina za obradu koje koriste linearne motore dostigla 208 m/min, sa ubrzanjem od 2g, i još uvijek ima prostora za razvoj.
3. Visoka pouzdanost
S razvojem mrežnih aplikacija,CNC alatne mašine, visoka pouzdanost CNC alatnih mašina postala je cilj kojem teže proizvođači CNC sistema i proizvođači CNC alatnih mašina. Za fabriku bez posade koja radi dvije smjene dnevno, ako se zahtijeva kontinuirani rad i normalno unutar 16 sati sa stopom bez kvarova P(t)=99% ili više, prosječno vrijeme između kvarova (MTBF) CNC alatne mašine mora biti veće od 3000 sati. Za samo jednu CNC alatnu mašinu, odnos stope kvarova između glavnog sistema i CNC sistema je 10:1 (pouzdanost CNC-a je za red veličine veća od pouzdanosti glavnog sistema). U ovom trenutku, MTBF CNC sistema mora biti veći od 33333,3 sata, a MTBF CNC uređaja, vretena i pogona mora biti veći od 100000 sati.
Vrijednost MTBF-a trenutnih stranih CNC uređaja dostigla je preko 6000 sati, a pogonski uređaj preko 30000 sati. Međutim, može se vidjeti da još uvijek postoji jaz od idealnog cilja.
4. Složeni kamata
U procesu obrade dijelova, velika količina beskorisnog vremena se troši na rukovanje obradkom, utovar i istovar, instalaciju i podešavanje, promjenu alata i povećanje i smanjenje brzine vretena. Kako bi se ovo beskorisno vrijeme što više smanjilo, ljudi se nadaju integrirati različite funkcije obrade na istoj alatnoj mašini. Stoga su alatne mašine sa složenim funkcijama postale model koji se brzo razvija posljednjih godina.
Koncept obrade kompozitnih dijelova alatnih mašina u oblasti fleksibilne proizvodnje odnosi se na sposobnost alatne mašine da automatski izvodi višeprocesnu obradu istih ili različitih vrsta procesnih metoda prema CNC programu obrade nakon stezanja obratka u jednom potezu, kako bi se dovršili različiti procesi obrade kao što su tokarenje, glodanje, bušenje, razvrtanje, brušenje, narezivanje navoja, razvrtanje i proširivanje složenog oblikovanog dijela. Što se tiče prizmatičnih dijelova, obradni centri su najtipičniji alatni mašine koje izvode višeprocesnu obradu kompozitnih dijelova koristeći istu procesnu metodu. Dokazano je da obrada kompozitnih dijelova alatnih mašina može poboljšati tačnost i efikasnost obrade, uštedjeti prostor i posebno skratiti ciklus obrade dijelova.
5. Poliaksijalizacija
Popularizacijom CNC sistema sa 5-osnim upravljanjem i softvera za programiranje, obradni centri sa 5-osnim upravljanjem i CNC glodalice (vertikalni obradni centri) postali su trenutna žarišna tačka razvoja. Zbog jednostavnosti upravljanja 5-osnim upravljanjem u CNC programiranju za kuglaste glodalice pri obradi slobodnih površina i mogućnosti održavanja razumne brzine rezanja za kuglaste glodalice tokom procesa glodanja 3D površina, kao rezultat toga, hrapavost obrađene površine je značajno poboljšana, a efikasnost obrade znatno poboljšana. Međutim, kod alatnih mašina sa 3-osnim upravljanjem, nemoguće je izbjeći da kraj kuglaste glodalice sa brzinom rezanja blizu nule učestvuje u rezanju. Stoga su alatne mašine sa 5-osnim upravljanjem postale fokus aktivnog razvoja i konkurencije među glavnim proizvođačima alatnih mašina zbog svojih nezamjenjivih prednosti u performansama.
U posljednje vrijeme, strane zemlje još uvijek istražuju upravljanje 6-osnim vezama korištenjem nerotirajućih alata za rezanje u obradnim centrima. Iako njihov oblik obrade nije ograničen i dubina rezanja može biti vrlo mala, efikasnost obrade je preniska i teško ju je praktično primijeniti.
6. Inteligencija
Inteligencija je glavni smjer razvoja proizvodne tehnologije u 21. vijeku. Inteligentna obrada je vrsta obrade zasnovana na upravljanju neuronskim mrežama, fuzzy upravljanju, tehnologiji digitalnih mreža i teoriji. Cilj joj je simulirati inteligentne aktivnosti ljudskih stručnjaka tokom procesa obrade, kako bi se riješili mnogi neizvjesni problemi koji zahtijevaju ručnu intervenciju. Sadržaj inteligencije uključuje različite aspekte CNC sistema:
Težiti inteligentnoj efikasnosti i kvaliteti obrade, kao što su adaptivno upravljanje i automatsko generiranje procesnih parametara;
Za poboljšanje performansi vožnje i olakšavanje inteligentnog povezivanja, kao što su upravljanje unaprijednom povratnom vezom, adaptivni proračun parametara motora, automatska identifikacija opterećenja, automatski odabir modela, samopodešavanje itd.;
Pojednostavljeno programiranje i inteligentno upravljanje, kao što su inteligentno automatsko programiranje, inteligentni interfejs čovjek-mašina itd.;
Inteligentna dijagnoza i praćenje olakšavaju dijagnostiku i održavanje sistema.
U svijetu se istražuje mnogo inteligentnih sistema za rezanje i obradu, među kojima su reprezentativna inteligentna rješenja za obradu bušenja koju je razvilo Japansko udruženje za istraživanje inteligentnih CNC uređaja.
7. Umrežavanje
Umreženo upravljanje alatnim mašinama uglavnom se odnosi na mrežnu vezu i mrežnu kontrolu između alatne mašine i drugih eksternih kontrolnih sistema ili gornjih računara putem opremljenog CNC sistema. CNC alatne mašine se uglavnom prvo suočavaju sa proizvodnim mjestom i internom lokalnom mrežom preduzeća, a zatim se povezuju sa vanjskim prostorom preduzeća putem interneta, što se naziva Internet/Intranet tehnologija.
Sa zrelošću i razvojem mrežne tehnologije, industrija je nedavno predložila koncept digitalne proizvodnje. Digitalna proizvodnja, poznata i kao "e-proizvodnja", jedan je od simbola modernizacije u preduzećima za mašinsku proizvodnju i standardna metoda snabdijevanja za međunarodne proizvođače naprednih alatnih mašina danas. Sa široko rasprostranjenim usvajanjem informacionih tehnologija, sve više domaćih korisnika zahtijeva usluge daljinske komunikacije i druge funkcije prilikom uvoza CNC alatnih mašina. Na osnovu široko rasprostranjenog usvajanja CAD/CAM-a, preduzeća za mašinsku proizvodnju sve više koriste CNC mašinsku opremu. CNC aplikacijski softver postaje sve bogatiji i jednostavniji za korištenje. Virtualni dizajn, virtuelna proizvodnja i druge tehnologije sve više koriste inženjeri i tehničko osoblje. Zamjena složenog hardvera softverskom inteligencijom postaje važan trend u razvoju savremenih alatnih mašina. U cilju digitalne proizvodnje, kroz reinženjering procesa i transformaciju informacionih tehnologija pojavio se niz naprednih softvera za upravljanje preduzećima, kao što je ERP, stvarajući veće ekonomske koristi za preduzeća.
8. Fleksibilnost
Trend CNC alatnih mašina ka fleksibilnim sistemima automatizacije je razvoj od tačke (CNC pojedinačna mašina, obradni centar i CNC kompozitna mašina za obradu), linije (FMC, FMS, FTL, FML) do površine (nezavisno proizvodno ostrvo, FA) i tijela (CIMS, distribuirani mrežno integrisani proizvodni sistem), a s druge strane, fokusiranje na primjenu i ekonomičnost. Fleksibilna tehnologija automatizacije je glavno sredstvo za prilagođavanje proizvodne industrije dinamičnim zahtjevima tržišta i brzo ažuriranje proizvoda. To je glavni trend razvoja proizvodnje u raznim zemljama i fundamentalna tehnologija u oblasti napredne proizvodnje. Fokus je na poboljšanju pouzdanosti i praktičnosti sistema, s ciljem jednostavnog umrežavanja i integracije; naglasak je na razvoju i poboljšanju tehnologije jedinica; CNC pojedinačna mašina se razvija ka visokoj preciznosti, velikoj brzini i visokoj fleksibilnosti; CNC alatne mašine i njihovi fleksibilni proizvodni sistemi mogu se lako povezati sa CAD, CAM, CAPP, MTS i razvijati se ka integraciji informacija; razvoj mrežnih sistema ka otvorenosti, integraciji i inteligenciji.
9. Ozelenjavanje
Alatni strojevi za rezanje metala 21. stoljeća moraju dati prioritet zaštiti okoliša i uštedi energije, odnosno postizanju ekološki prihvatljivijih procesa rezanja. Trenutno se ova zelena tehnologija obrade uglavnom fokusira na nekorištenje tekućine za rezanje, uglavnom zato što tekućina za rezanje ne samo da zagađuje okoliš i ugrožava zdravlje radnika, već i povećava potrošnju resursa i energije. Suho rezanje se uglavnom izvodi u atmosferi, ali uključuje i rezanje u posebnim plinskim atmosferama (azot, hladan zrak ili korištenje tehnologije suhog elektrostatičkog hlađenja) bez upotrebe tekućine za rezanje. Međutim, za određene metode obrade i kombinacije obradaka, suho rezanje bez upotrebe tekućine za rezanje trenutno je teško primijeniti u praksi, pa se pojavilo kvazi-suho rezanje s minimalnim podmazivanjem (MQL). Trenutno 10-15% velikih mehaničkih obrada u Europi koristi suho i kvazi-suho rezanje. Za alatne strojeve kao što su obradni centri koji su dizajnirani za više metoda obrade/kombinacija obradaka, uglavnom se koristi kvazi-suho rezanje, obično prskanjem mješavine izuzetno malih količina ulja za rezanje i komprimiranog zraka u područje rezanja kroz šuplji kanal unutar vretena stroja i alata. Među raznim vrstama mašina za rezanje metala, mašina za glodanje zupčanika se najčešće koristi za suho rezanje.
Ukratko, napredak i razvoj tehnologije CNC alatnih mašina obezbijedili su povoljne uslove za razvoj moderne proizvodne industrije, promovišući razvoj proizvodnje u humanijem smjeru. Može se predvidjeti da će razvojem tehnologije CNC alatnih mašina i širokom primjenom CNC alatnih mašina, proizvodna industrija dovesti do duboke revolucije koja može uzdrmati tradicionalni model proizvodnje.