Den raske utviklingen av CNC-systemteknologi har gitt forutsetninger for teknologisk fremgang for CNC-maskinverktøy. For å møte markedets behov og de høyere kravene til moderne produksjonsteknologi for CNC-teknologi, gjenspeiles den nåværende utviklingen av verdens CNC-teknologi og tilhørende utstyr hovedsakelig i følgende tekniske egenskaper:
1. Høy hastighet
Utviklingen avCNC-maskinverktøyEn retning mot høyhastighetsdrift kan ikke bare forbedre maskineringseffektiviteten og redusere maskineringskostnadene betydelig, men også forbedre overflatebearbeidingskvaliteten og nøyaktigheten til delene. Ultrahøyhastighetsmaskineringsteknologi har bred anvendelse for å oppnå lavkostnadsproduksjon i produksjonsindustrien.
Siden 1990-tallet har land i Europa, USA og Japan konkurrert om å utvikle og anvende en ny generasjon av høyhastighets CNC-maskiner, noe som har akselerert tempoet i utviklingen av maskinverktøy. Nye gjennombrudd har blitt gjort innen høyhastighetsspindelenheter (elektrisk spindel, hastighet 15000–100000 o/min), høyhastighets- og høyakselerasjons-/retardasjonsmatekomponenter (rask bevegelseshastighet 60–120 m/min, skjærematehastighet opptil 60 m/min), høyytelses CNC- og servosystemer, og CNC-verktøysystemer, og har nådd nye teknologiske nivåer. Med løsningen av nøkkelteknologier innen en rekke tekniske felt som ultrahøyhastighets skjæremekanisme, ultraharde slitesterke verktøymaterialer med lang levetid og slipeverktøy, høyeffekts høyhastighets elektrisk spindel, lineære motordrevne matekomponenter med høy akselerasjon/retardasjon, høyytelses kontrollsystemer (inkludert overvåkingssystemer) og beskyttelsesanordninger, er det gitt et teknisk grunnlag for utvikling og anvendelse av den nye generasjonen av høyhastighets CNC-maskiner.
For tiden, i ultrahøyhastighetsmaskinering, har skjærehastigheten for dreiing og fresing nådd over 5000–8000 m/min; Spindelhastigheten er over 30 000 o/min (noen kan nå opptil 100 000 o/min); Bevegelseshastigheten (matingshastigheten) på arbeidsbenken: over 100 m/min (noen opptil 200 m/min) med en oppløsning på 1 mikrometer, og over 24 m/min med en oppløsning på 0,1 mikrometer; Automatisk verktøybyttehastighet innen 1 sekund; Matingshastigheten for interpolasjon av små linjer når 12 m/min.
2. Høy presisjon
Utviklingen avCNC-maskinverktøyFra presisjonsmaskinering til ultrapresisjonsmaskinering er en retning som industrimakter over hele verden er forpliktet til. Nøyaktigheten varierer fra mikrometernivå til submikronnivå, og til og med nanometernivå (<10 nm), og bruksområdet blir stadig mer utbredt.
For tiden, under kravet om høypresisjonsmaskinering, har maskineringsnøyaktigheten til vanlige CNC-maskinverktøy økt fra ± 10 μm til ± 5 μM. Maskineringsnøyaktigheten til presisjonsmaskineringssentre varierer fra ± 3 til 5 μm, og øker til ± 1-1,5 μm. Enda høyere. Ultrapresisjonsmaskineringsnøyaktigheten har nådd nanometernivået (0,001 mikrometer), og spindelrotasjonsnøyaktigheten må nå 0,01~0,05 mikrometer, med en maskineringsrundhet på 0,1 mikrometer og en maskineringsoverflateruhet på Ra=0,003 mikrometer. Disse maskinverktøyene bruker vanligvis vektorstyrte elektriske spindler med variabel frekvensdrift (integrert med motor og spindel), med radiell spindelavstand på mindre enn 2 μm, aksial forskyvning på mindre enn 1 μm og akselubalanse på G0,4-nivået.
Matedriften til høyhastighets- og høypresisjonsbearbeidingsmaskiner inkluderer hovedsakelig to typer: "roterende servomotor med presisjonshøyhastighets kuleskrue" og "lineær motor direktedrift". I tillegg er nye parallelle maskinverktøy også enkle å oppnå høyhastighetsmating.
På grunn av sin modne teknologi og brede anvendelse oppnår kuleskruer ikke bare høy presisjon (ISO3408 nivå 1), men har også relativt lave kostnader for høyhastighetsbearbeiding. Derfor brukes de fortsatt av mange høyhastighetsbearbeidingsmaskiner den dag i dag. Dagens høyhastighetsbearbeidingsmaskinverktøy drevet av kuleskrue har en maksimal bevegelseshastighet på 90 m/min og en akselerasjon på 1,5 g.
Kuleskrue tilhører mekanisk transmisjon, som uunngåelig involverer elastisk deformasjon, friksjon og reversklaring under transmisjonsprosessen, noe som resulterer i bevegelseshysterese og andre ikke-lineære feil. For å eliminere virkningen av disse feilene på maskineringsnøyaktigheten, ble lineær motor direktedrift brukt på maskinverktøy i 1993. Siden det er en "nulltransmisjon" uten mellomledd, har den ikke bare liten bevegelsestreghet, høy systemstivhet og rask respons, den kan oppnå høy hastighet og akselerasjon, og slaglengden er teoretisk ubegrenset. Posisjoneringsnøyaktigheten kan også nå et høyt nivå under påvirkning av et høypresisjonsposisjonstilbakemeldingssystem, noe som gjør den til en ideell drivmetode for høyhastighets- og høypresisjonsbearbeidingsmaskiner, spesielt mellomstore og store maskinverktøy. For tiden har den maksimale raske bevegelseshastigheten til høyhastighets- og høypresisjonsbearbeidingsmaskiner som bruker lineære motorer nådd 208 m/min, med en akselerasjon på 2g, og det er fortsatt rom for utvikling.
3. Høy pålitelighet
Med utviklingen av nettverksapplikasjoner avCNC-maskinverktøy, har høy pålitelighet for CNC-maskinverktøy blitt et mål som produsenter av CNC-systemer og CNC-maskinverktøy forfølger. For en ubemannet fabrikk som jobber to skift om dagen, må den gjennomsnittlige tiden mellom feil (MTBF) for CNC-maskinverktøyet være større enn 3000 timer hvis den er pålagt å jobbe kontinuerlig og normalt innen 16 timer med en feilfri rate på P(t)=99% eller mer. For bare én CNC-maskinverktøy er feilrateforholdet mellom verten og CNC-systemet 10:1 (CNC-ens pålitelighet er én størrelsesorden høyere enn vertens). På dette tidspunktet må MTBF for CNC-systemet være større enn 33333,3 timer, og MTBF for CNC-enheten, spindelen og drivenheten må være større enn 100 000 timer.
MTBF-verdien for nåværende utenlandske CNC-enheter har nådd over 6000 timer, og drivenheten har nådd over 30 000 timer. Det kan imidlertid sees at det fortsatt er et gap fra det ideelle målet.
4. Sammensetning
I prosessen med delebehandling går det mye unødvendig tid med til håndtering av arbeidsstykker, lasting og lossing, installasjon og justering, verktøybytte og økning og reduksjon av spindelhastighet. For å minimere denne unødvendige tiden så mye som mulig, håper folk å integrere ulike prosesseringsfunksjoner på samme maskinverktøy. Derfor har maskinverktøy med sammensatte funksjoner blitt en raskt utviklende modell de siste årene.
Konseptet med maskinverktøykomposittmaskinering innen fleksibel produksjon refererer til en maskins evne til automatisk å utføre flerprosessmaskinering av samme eller forskjellige typer prosessmetoder i henhold til et CNC-maskineringsprogram etter å ha klemt arbeidsstykket i én omgang, for å fullføre forskjellige maskineringsprosesser som dreiing, fresing, boring, kjedeboring, sliping, gjenging, brotsjering og utvidelse av en kompleks formet del. Når det gjelder prismatiske deler, er maskineringssentre de vanligste maskinverktøyene som utfører flerprosess komposittbehandling ved hjelp av samme prosessmetode. Det har blitt bevist at maskinverktøykomposittmaskinering kan forbedre maskineringsnøyaktighet og effektivitet, spare plass og spesielt forkorte maskineringssyklusen til deler.
5. Polyaksialisering
Med populariseringen av 5-aksede CNC-systemer og programmeringsprogramvare, har 5-aksede koblingsstyrte maskineringssentre og CNC-fresemaskiner (vertikale maskineringssentre) blitt et nåværende utviklingsfokus. På grunn av enkelheten til 5-aksede koblingskontroller i CNC-programmering for kulefreser ved bearbeiding av frie overflater, og evnen til å opprettholde en rimelig skjærehastighet for kulefreser under freseprosessen av 3D-overflater, forbedres ruheten på bearbeidingsoverflaten betydelig og bearbeidingseffektiviteten forbedres kraftig. Imidlertid er det i 3-aksede koblingsstyrte maskinverktøy umulig å unngå at enden av kulefresen med en skjærehastighet nær null deltar i skjæringen. Derfor har 5-aksede koblingsmaskiner blitt fokus for aktiv utvikling og konkurranse blant store maskinverktøyprodusenter på grunn av deres uerstattelige ytelsesfordeler.
I den senere tid forsker utenlandske land fortsatt på 6-akset koblingskontroll ved bruk av ikke-roterende skjæreverktøy i maskineringssentre. Selv om maskineringsformen ikke er begrenset og skjæredybden kan være veldig liten, er maskineringseffektiviteten for lav og det er vanskelig å være praktisk.
6. Intelligens
Intelligens er en viktig retning for utviklingen av produksjonsteknologi i det 21. århundre. Intelligent maskinering er en type maskinering basert på nevral nettverkskontroll, fuzzy-kontroll, digital nettverksteknologi og teori. Den tar sikte på å simulere de intelligente aktivitetene til menneskelige eksperter under maskineringsprosessen, for å løse mange usikre problemer som krever manuell inngripen. Innholdet i intelligens inkluderer ulike aspekter i CNC-systemer:
Å oppnå intelligent prosesseringseffektivitet og -kvalitet, som adaptiv kontroll og automatisk generering av prosessparametere;
For å forbedre kjøreytelsen og legge til rette for intelligent tilkobling, som for eksempel fremoverrettet kontroll, adaptiv beregning av motorparametere, automatisk identifisering av laster, automatisk valg av modeller, selvjustering osv.;
Forenklet programmering og intelligent drift, som intelligent automatisk programmering, intelligent menneske-maskin-grensesnitt, osv.;
Intelligent diagnose og overvåking forenkler systemdiagnose og vedlikehold.
Det finnes mange intelligente skjære- og maskineringssystemer under forskning i verden, og blant disse er Japan Intelligent CNC Device Research Associations intelligente maskineringsløsninger for boring representative.
7. Nettverksbygging
Nettverkskontroll av maskinverktøy refererer hovedsakelig til nettverkstilkoblingen og nettverkskontrollen mellom maskinverktøyet og andre eksterne kontrollsystemer eller øvre datamaskiner gjennom det utstyrte CNC-systemet. CNC-maskinverktøy er vanligvis først vendt mot produksjonsstedet og bedriftens interne LAN, og kobles deretter til bedriftens utside via Internett, som kalles Internett/Intranett-teknologi.
Med modenheten og utviklingen av nettverksteknologi har industrien nylig foreslått konseptet digital produksjon. Digital produksjon, også kjent som "e-produksjon", er et av symbolene på modernisering i mekaniske produksjonsbedrifter og standard forsyningsmetoden for internasjonale produsenter av avanserte maskinverktøy i dag. Med den utbredte bruken av informasjonsteknologi trenger flere og flere innenlandske brukere fjernkommunikasjonstjenester og andre funksjoner når de importerer CNC-maskinverktøy. Basert på den utbredte bruken av CAD/CAM bruker mekaniske produksjonsbedrifter i økende grad CNC-maskineringsutstyr. CNC-applikasjonsprogramvare blir stadig mer rik og brukervennlig. Virtuell design, virtuell produksjon og andre teknologier blir i økende grad forfulgt av ingeniører og teknisk personell. Å erstatte kompleks maskinvare med programvareintelligens blir en viktig trend i utviklingen av moderne maskinverktøy. Under målet om digital produksjon har en rekke avanserte programvarer for bedriftsadministrasjon, som ERP, dukket opp gjennom prosessreengineering og transformasjon av informasjonsteknologi, noe som skaper høyere økonomiske fordeler for bedrifter.
8. Fleksibilitet
Trenden med CNC-maskinverktøy mot fleksible automatiseringssystemer er å utvikle seg fra punkt (CNC enkeltmaskin, maskineringssenter og CNC komposittmaskineringsmaskin), linje (FMC, FMS, FTL, FML) til overflate (uavhengig produksjonsøy, FA) og karosseri (CIMS, distribuert nettverksintegrert produksjonssystem), og på den annen side å fokusere på anvendelse og økonomi. Fleksibel automatiseringsteknologi er det viktigste middelet for produksjonsindustrien til å tilpasse seg dynamiske markedskrav og raskt oppdatere produkter. Det er den vanlige trenden for produksjonsutvikling i forskjellige land og den grunnleggende teknologien innen avansert produksjon. Fokuset er på å forbedre systemets pålitelighet og praktiske anvendelighet, med mål om enkel nettverksbygging og integrasjon; Vektlegge utvikling og forbedring av enhetsteknologi; CNC enkeltmaskin utvikler seg mot høy presisjon, høy hastighet og høy fleksibilitet; CNC-maskinverktøy og deres fleksible produksjonssystemer kan enkelt kobles til CAD, CAM, CAPP, MTS, og utvikles mot informasjonsintegrasjon; Utviklingen av nettverkssystemer mot åpenhet, integrasjon og intelligens.
9. Grønngjøring
Metallskjæremaskiner i det 21. århundre må prioritere miljøvern og energibesparelse, det vil si å oppnå grønnere skjæreprosesser. For tiden fokuserer denne grønne prosesseringsteknologien hovedsakelig på å ikke bruke skjærevæske, hovedsakelig fordi skjærevæske ikke bare forurenser miljøet og setter arbeidernes helse i fare, men også øker ressurs- og energiforbruket. Tørrskjæring utføres vanligvis i en atmosfærisk atmosfære, men det inkluderer også skjæring i spesielle gassatmosfærer (nitrogen, kald luft eller bruk av tørr elektrostatisk kjøleteknologi) uten bruk av skjærevæske. For visse maskineringsmetoder og arbeidsstykkekombinasjoner er imidlertid tørrskjæring uten bruk av skjærevæske for tiden vanskelig å anvende i praksis, så kvasi-tørrskjæring med minimal smøring (MQL) har dukket opp. For tiden bruker 10–15 % av storskala mekanisk prosessering i Europa tørr og kvasi-tørrskjæring. For maskinverktøy som maskineringssentre som er designet for flere maskineringsmetoder/arbeidsstykkekombinasjoner, brukes kvasi-tørrskjæring hovedsakelig, vanligvis ved å sprøyte en blanding av ekstremt små mengder skjæreolje og trykkluft inn i skjæreområdet gjennom den hule kanalen inne i maskinspindelen og verktøyet. Blant ulike typer metallskjæremaskiner er tannhjulsfresemaskinen den mest brukte til tørrskjæring.
Kort sagt, fremgangen og utviklingen av CNC-maskinverktøyteknologi har gitt gunstige betingelser for utviklingen av moderne produksjonsindustri, og fremmet utviklingen av produksjonen i en mer humanisert retning. Det kan forutses at med utviklingen av CNC-maskinverktøyteknologi og den utbredte bruken av CNC-maskinverktøy, vil produksjonsindustrien innlede en dyp revolusjon som kan ryste den tradisjonelle produksjonsmodellen.