Hraðar framfarir í CNC-kerfistækni hafa skapað skilyrði fyrir tækniframfarir í CNC-vélum. Til að mæta þörfum markaðarins og uppfylla straumlínulagaðar kröfur nútíma framleiðslutækni fyrir CNC-tækni, endurspeglast núverandi þróun CNC-tækni og búnaðar í heiminum aðallega í eftirfarandi tæknilegum eiginleikum:
1. Mikill hraði
ÞróunCNC vélarAð stefna á háhraða getur ekki aðeins bætt verulega skilvirkni vinnslu og dregið úr vinnslukostnaði, heldur einnig bætt gæði yfirborðsvinnslu og nákvæmni hluta. Ofurhraðhraða vinnslutækni hefur víðtæka notagildi til að ná fram lágkostnaðarframleiðslu í framleiðsluiðnaði.
Frá tíunda áratugnum hafa lönd í Evrópu, Bandaríkjunum og Japan keppt við að þróa og nota nýja kynslóð af hraðvirkum CNC-vélum, sem hefur aukið hraða þróunar véla. Nýjar framfarir hafa orðið í hraðvirkum spindlum (rafmagns spindill, hraði 15000-100000 snúninga á mínútu), hraðvirkum og hraðvirkum fóðrunaríhlutum með mikilli hröðun/hraðaminnkun (hraður hreyfihraði 60-120 m/mín, skurðarfóðrunarhraði allt að 60 m/mín), afkastamiklum CNC- og servókerfum og CNC-verkfærakerfum, sem hafa náð nýjum tæknilegum stigum. Með því að nýta lykiltækni á ýmsum tæknisviðum eins og afarhraðvirkum skurðarbúnaði, afar hörðum, slitþolnum og endingargóðum verkfæraefnum og slípitækjum, afar öflugum hraðvirkum rafmagns spindlum, hraðvirkum línulegum mótorfóðrunaríhlutum með mikilli hröðun/hraðaminnkun, afkastamiklum stjórnkerfum (þar á meðal eftirlitskerfi) og verndarbúnaði hefur tæknilegur grunnur verið lagður fyrir þróun og notkun nýrrar kynslóðar af hraðvirkum CNC-vélum.
Í hraðvinnslu hefur skurðhraði beygju og fræsingar nú náð yfir 5000-8000 m/mín.; Snúningshraði snúnings er yfir 30000 snúninga á mínútu (sumir geta náð allt að 100000 snúningum á mínútu); Hreyfingarhraði (fóðrunarhraði) vinnuborðsins: yfir 100 m/mín. (sumir allt að 200 m/mín.) við 1 míkrómetra upplausn og yfir 24 m/mín. við 0,1 míkrómetra upplausn; Sjálfvirk verkfæraskiptihraði innan 1 sekúndu; Fóðrunarhraði fyrir litlar línur nær 12 m/mín.
2. Mikil nákvæmni
ÞróunCNC vélarFrá nákvæmri vinnslu til afar nákvæmrar vinnslu er stefna sem iðnveldi um allan heim hafa skuldbundið sig til. Nákvæmni hennar er frá míkrómetrastigi upp í submíkrómetrastig og jafnvel niður í nanómetrastig (<10 nm) og notkunarsvið hennar er að verða sífellt útbreiddara.
Nú á dögum, vegna kröfu um nákvæma vinnslu, hefur vinnslunákvæmni venjulegra CNC-véla aukist úr ± 10 μm (aukning í ± 5 μM); vinnslunákvæmni nákvæmni vinnslumiðstöðva er á bilinu ± 3 til 5 μm, aukning í ± 1-1,5 μm, og enn meiri; nákvæmni vinnslu með mikilli nákvæmni hefur náð nanómetrastigi (0,001 míkrómetrar) og nákvæmni snúnings spindilsins þarf að ná 0,01~0,05 míkrómetrum, með vinnsluhringleika upp á 0,1 míkrómetra og vinnsluyfirborðsgrófleika Ra=0,003 míkrómetrar. Þessar vélar nota almennt rafsnældur með vigurstýrðum breytilegum tíðnistýringum (samþætta mótor og spindli), með radíusúthlaupi spindilsins minna en 2 µm, ásfærslu minni en 1 µm og ásójafnvægi sem nær G0.4 stigi.
Fóðrunardrif háhraða- og nákvæmnivéla eru aðallega tvenns konar: „snúningsservómótor með nákvæmri háhraða kúluskrúfu“ og „bein drif með línulegum mótor“. Að auki er einnig auðvelt að ná háhraðafóðrun á nýjum samsíða vélum.
Vegna þroskaðrar tækni og víðtækrar notkunar ná kúluskrúfur ekki aðeins mikilli nákvæmni (ISO3408 stig 1) heldur eru þær einnig tiltölulega ódýrar við háhraðavinnslu. Þess vegna eru þær enn notaðar í mörgum háhraðavinnsluvélum í dag. Núverandi háhraðavinnsluvélar sem knúnar eru af kúluskrúfum hafa hámarkshreyfihraða upp á 90 m/mín og hröðun upp á 1,5 g.
Kúluskrúfur tilheyra vélrænni gírkassa, sem óhjákvæmilega felur í sér teygjanlega aflögun, núning og bakslag við gírkassann, sem leiðir til hreyfishysteresis og annarra ólínulegra villna. Til að útrýma áhrifum þessara villna á nákvæmni vinnslunnar var bein drif með línulegum mótorum notuð í vélar árið 1993. Þar sem þetta er „núllgírkassa“ án millitengja, hefur hún ekki aðeins litla hreyfitregðu, mikla stífleika í kerfinu og hraðvirka svörun, heldur getur hún náð miklum hraða og hröðun, og slaglengd hennar er fræðilega ótakmörkuð. Staðsetningarnákvæmnin getur einnig náð háu stigi undir áhrifum nákvæms staðsetningarviðbragðskerfis, sem gerir hana að kjörinni akstursaðferð fyrir vélar með háhraða og hánákvæmni, sérstaklega meðalstórar og stórar vélar. Sem stendur hefur hámarkshraði hraðvirkra vélar með háhraða og hánákvæmni sem nota línulega mótora náð 208 m/mín, með hröðun upp á 2g, og það er enn pláss fyrir þróun.
3. Mikil áreiðanleiki
Með þróun nettengdra forritaCNC vélarMikil áreiðanleiki CNC-véla hefur orðið markmið framleiðenda CNC-kerfa og framleiðenda CNC-véla. Fyrir ómannaða verksmiðju sem vinnur tvær vaktir á dag, ef hún þarf að vinna samfellt og eðlilega innan 16 klukkustunda með bilanalausu hlutfalli P(t)=99% eða meira, verður meðaltíminn milli bilana (MTBF) CNC-vélarinnar að vera meiri en 3000 klukkustundir. Fyrir aðeins eina CNC-vél er bilanahlutfallið milli hýsilsins og CNC-kerfisins 10:1 (áreiðanleiki CNC er einni stærðargráðu hærri en hýsilsins). Á þessum tímapunkti verður MTBF CNC-kerfisins að vera meiri en 33333,3 klukkustundir og MTBF CNC-tækisins, spindilsins og drifsins verður að vera meiri en 100000 klukkustundir.
MTBF gildi núverandi erlendra CNC tækja hefur náð yfir 6000 klukkustundum og drifbúnaðurinn hefur náð yfir 30000 klukkustundum. Hins vegar má sjá að enn er bil frá kjörmarkmiðinu.
4. Samsetning
Í vinnslu hluta fer mikill óþarfur tími í meðhöndlun vinnuhluta, hleðslu og affermingu, uppsetningu og stillingu, verkfæraskipti og hækkun og lækkun á snúningshraða. Til að lágmarka þennan óþarfa tíma eins mikið og mögulegt er vonast fólk til að samþætta mismunandi vinnsluaðgerðir í sömu vél. Þess vegna hafa samsettar vélar orðið ört vaxandi fyrirmynd á undanförnum árum.
Hugtakið samsett vinnsla með vélum á sviði sveigjanlegrar framleiðslu vísar til getu véla til að framkvæma sjálfvirkt fjölferlavinnslu með sömu eða mismunandi gerðum vinnsluaðferða samkvæmt CNC vinnsluforriti eftir að vinnustykkið hefur verið klemmt í einu lagi, til að ljúka ýmsum vinnsluferlum eins og beygju, fræsingu, borun, skurði, slípun, tappun, rúmun og útvíkkun flókinna hluta. Hvað varðar prismahluta eru vinnslumiðstöðvar algengustu vélaverkfærin sem framkvæma fjölferla samsetta vinnslu með sömu vinnsluaðferð. Það hefur verið sannað að samsett vinnsla með vélum getur bætt nákvæmni og skilvirkni vinnslu, sparað pláss og sérstaklega stytt vinnsluferil hluta.
5. Fjölásamyndun
Með vinsældum 5-ása tengi-CNC kerfa og forritunarhugbúnaðar hafa 5-ása tengistýrðar vinnslustöðvar og CNC fræsvélar (lóðréttar vinnslustöðvar) orðið vinsælt þróunarsvið. Vegna einfaldleika 5-ása tengistýringar í CNC forritun fyrir kúlufræsara við vinnslu á frjálsum fleti og getu til að viðhalda sanngjörnum skurðarhraða fyrir kúlufræsara við fræsingu á 3D fleti, eykst grófleiki vinnsluyfirborðsins verulega og skilvirkni vinnslunnar til muna. Hins vegar, í 3-ása tengistýrðum vélum, er ómögulegt að forðast að endi kúlufræsarans með skurðarhraða nálægt núlli taki þátt í skurðinum. Þess vegna hafa 5-ása tengistýrðar vélaverkfæri orðið í brennidepli virkrar þróunar og samkeppni meðal helstu vélaframleiðenda vegna óbætanlegra afkösta þeirra.
Undanfarið hafa erlend ríki verið að rannsaka 6-ása tengistýringu með því að nota snúningslaus skurðarverkfæri í vinnslumiðstöðvum. Þó að vinnsluform þeirra sé ekki takmarkað og skurðardýptin geti verið mjög þunn, þá er vinnsluhagkvæmnin of lítil og erfitt að vera í raunhæfu formi.
6. Greind
Greind er mikilvæg stefna í þróun framleiðslutækni á 21. öldinni. Greind vinnsla er tegund vinnslu sem byggir á tauganetstýringu, óskýrri stjórnun, stafrænni nettækni og kenningum. Markmið hennar er að herma eftir greindri starfsemi manna sérfræðinga við vinnsluferlið til að leysa mörg óviss vandamál sem krefjast handvirkrar íhlutunar. Innihald greindar felur í sér ýmsa þætti í CNC kerfum:
Að stefna að snjallri vinnsluhagkvæmni og gæðum, svo sem aðlögunarstýringu og sjálfvirkri myndun ferlisbreytna;
Til að bæta akstursafköst og auðvelda snjalla tengingu, svo sem stýringu á framvirkum straumi, aðlögunarhæfa útreikninga á mótorbreytum, sjálfvirka auðkenningu álags, sjálfvirkt val á gerðum, sjálfstillingu o.s.frv.;
Einfölduð forritun og snjöll notkun, svo sem snjöll sjálfvirk forritun, snjallt viðmót milli manna og véla o.s.frv.
Snjöll greining og eftirlit auðveldar greiningu og viðhald kerfisins.
Það eru mörg snjöll skurðar- og vinnslukerfi í rannsóknum í heiminum, þar á meðal eru snjallar vinnslulausnir Japan Intelligent CNC Device Research Association fyrir borun dæmigerðar.
7. Tengslanet
Netstýring véla vísar aðallega til nettengingar og netstýringar milli véla og annarra ytri stjórnkerfa eða efri tölva í gegnum útbúið CNC-kerfi. CNC-vélar snúa almennt fyrst að framleiðslustað og innra staðarneti fyrirtækisins og tengjast síðan við fyrirtækið utan frá í gegnum internetið, sem kallast internet-/innranet-tækni.
Með þroska og þróun nettækni hefur iðnaðurinn nýlega lagt til hugmyndina um stafræna framleiðslu. Stafræn framleiðsla, einnig þekkt sem „rafræn framleiðsla“, er eitt af táknum nútímavæðingar í vélaframleiðslufyrirtækjum og staðlað framboðsaðferð fyrir alþjóðlega framleiðendur háþróaðra vélaverkfæra í dag. Með útbreiddri notkun upplýsingatækni þurfa fleiri og fleiri innlendir notendur fjarskiptaþjónustu og aðra virkni þegar þeir flytja inn CNC vélaverkfæri. Vegna útbreiddrar notkunar CAD/CAM nota vélaframleiðslufyrirtæki í auknum mæli CNC vinnslubúnað. CNC forritahugbúnaður er að verða sífellt fjölbreyttari og notendavænni. Verkfræðingar og tæknimenn stunda í auknum mæli sýndarhönnun, sýndarframleiðsla og önnur tækni. Að skipta út flóknum vélbúnaði fyrir hugbúnaðargreind er að verða mikilvæg þróun í þróun nútíma vélaverkfæra. Með markmið stafrænnar framleiðslu hefur fjöldi háþróaðra fyrirtækjastjórnunarhugbúnaðar eins og ERP komið fram í gegnum endurhönnun ferla og umbreytingu upplýsingatækni, sem skapar meiri efnahagslegan ávinning fyrir fyrirtæki.
8. Sveigjanleiki
Þróun CNC-vélaverkfæra í átt að sveigjanlegum sjálfvirknikerfum er að þróast frá punkti (einstakar CNC-vélar, vinnslumiðstöð og samsettar CNC-vinnsluvélar), línu (FMC, FMS, FTL, FML) til yfirborðs (sjálfstæðrar framleiðslueyjar, FA) og yfirborðs (CIMS, dreifð net-samþætt framleiðslukerfi), og hins vegar að einbeita sér að notkun og hagkvæmni. Sveigjanleg sjálfvirknitækni er helsta leiðin fyrir framleiðsluiðnaðinn til að aðlagast breytilegum markaðskröfum og uppfæra vörur hratt. Þetta er meginþróun framleiðsluþróunar í ýmsum löndum og grundvallartækni á sviði háþróaðrar framleiðslu. Áherslan er á að bæta áreiðanleika og notagildi kerfisins, með það að markmiði að auðvelda nettengingu og samþættingu; Áhersla er lögð á þróun og umbætur á einingatækni; einstakar CNC-vélar eru að þróast í átt að mikilli nákvæmni, miklum hraða og miklum sveigjanleika; CNC-vélar og sveigjanleg framleiðslukerfi þeirra geta auðveldlega tengst CAD, CAM, CAPP, MTS og þróast í átt að upplýsingasamþættingu; Þróun netkerfa í átt að opnun, samþættingu og greind.
9. Grænvæðing
Málmskurðarvélar 21. aldarinnar verða að forgangsraða umhverfisvernd og orkusparnaði, það er að segja, til að ná fram grænni skurðarferlum. Eins og er beinist þessi græna vinnslutækni aðallega að því að nota ekki skurðarvökva, aðallega vegna þess að skurðarvökvi mengar ekki aðeins umhverfið og stofnar heilsu starfsmanna í hættu, heldur eykur einnig auðlinda- og orkunotkun. Þurrskurður er almennt framkvæmdur í andrúmslofti, en hann felur einnig í sér skurð í sérstökum lofttegundum (köfnunarefni, köldu lofti eða með þurrri rafstöðukælingartækni) án þess að nota skurðarvökva. Hins vegar, fyrir ákveðnar vinnsluaðferðir og samsetningar vinnuhluta, er þurrskurður án þess að nota skurðarvökva erfitt að beita í reynd, þannig að hálfþurrskurður með lágmarks smurningu (MQL) hefur komið fram. Eins og er nota 10-15% af stórfelldri vélrænni vinnslu í Evrópu þurr- og hálfþurrskurð. Fyrir vélar eins og vinnslustöðvar sem eru hannaðar fyrir margar vinnsluaðferðir/samsetningar vinnuhluta, er hálfþurrskurður aðallega notaður, venjulega með því að úða blöndu af mjög litlu magni af skurðarolíu og þrýstilofti inn í skurðarsvæðið í gegnum holrásina inni í snældunni og verkfærinu. Meðal hinna ýmsu gerða málmskurðarvéla er gírskurðarvélin algengasta til þurrskurðar.
Í stuttu máli sagt hefur framfarir og þróun CNC-vélatækni skapað hagstæð skilyrði fyrir þróun nútíma framleiðsluiðnaðar og stuðlað að þróun framleiðslu í átt að mannúðlegri átt. Það má sjá fyrir sér að með þróun CNC-vélatækni og útbreiddri notkun CNC-véla muni framleiðsluiðnaðurinn hefja djúpstæða byltingu sem getur hrist hefðbundna framleiðslulíkanið.