Brzi napredak CNC tehnologije stvorio je uvjete za tehnološki napredak CNC alatnih strojeva. Kako bi se zadovoljile potrebe tržišta i ispunili viši zahtjevi moderne proizvodne tehnologije za CNC tehnologiju, trenutni razvoj svjetske CNC tehnologije i njezine opreme uglavnom se odražava u sljedećim tehničkim karakteristikama:
1. Velika brzina
RazvojCNC alatni strojeviprema smjeru velike brzine ne samo da može značajno poboljšati učinkovitost obrade i smanjiti troškove obrade, već i poboljšati kvalitetu obrade površine i točnost dijelova. Tehnologija ultrabrze obrade ima široku primjenu za postizanje niskobudžetne proizvodnje u proizvodnoj industriji.
Od 1990-ih, zemlje u Europi, Sjedinjenim Državama i Japanu natječu se u razvoju i primjeni nove generacije CNC alatnih strojeva velike brzine, ubrzavajući tempo razvoja alatnih strojeva velike brzine. Novi prodori postignuti su u jedinicama vretena velike brzine (električno vreteno, brzina 15000-100000 o/min), komponentama za pomicanje s velikim ubrzanjem/usporavanjem (brza brzina kretanja 60-120 m/min, brzina pomicanja rezanjem do 60 m/min), visokoučinkovitim CNC i servo sustavima te CNC sustavima alata, dostižući nove tehnološke razine. S rješavanjem ključnih tehnologija u nizu tehničkih područja kao što su ultrabrzinski mehanizmi za rezanje, ultratvrdi materijali alata otporni na habanje dugog vijeka trajanja i abrazivni alati za brušenje, visokosnažno visokobrzinsko električno vreteno, komponente za pomicanje pogonjene linearnim motorom s velikim ubrzanjem/usporavanjem, visokoučinkoviti upravljački sustavi (uključujući sustave praćenja) i zaštitni uređaji, osigurana je tehnička osnova za razvoj i primjenu nove generacije CNC alatnih strojeva velike brzine.
Trenutno, u ultrabrzinskoj obradi, brzina rezanja tokarenja i glodanja dosegla je preko 5000-8000 m/min; Brzina vretena je iznad 30000 o/min (neki mogu doseći i do 100000 o/min); Brzina kretanja (brzina pomaka) radnog stola: iznad 100 m/min (neki do 200 m/min) pri rezoluciji od 1 mikrometar, a iznad 24 m/min pri rezoluciji od 0,1 mikrometar; Automatska brzina izmjene alata unutar 1 sekunde; Brzina pomaka za interpolaciju malih linija doseže 12 m/min.
2. Visoka preciznost
RazvojCNC alatni strojeviOd precizne do ultraprecizne obrade smjer je kojem su posvećene industrijske sile diljem svijeta. Njegova točnost kreće se od mikrometarske do submikronske, pa čak i do nanometarske razine (<10 nm), a njegov raspon primjene postaje sve rašireniji.
Trenutno, pod zahtjevom visokoprecizne obrade, točnost obrade običnih CNC alatnih strojeva povećala se s ± 10 μ m na ± 5 μ M; točnost obrade preciznih obradnih centara kreće se od ± 3 do 5 μ m. Povećanje na ± 1-1,5 μ m, čak i više; ultraprecizna točnost obrade ušla je u nanometarsku razinu (0,001 mikrometar), a točnost rotacije vretena mora dosegnuti 0,01~0,05 mikrometara, s kružnošću obrade od 0,1 mikrometara i hrapavošću površine obrade Ra=0,003 mikrometara. Ovi alatni strojevi općenito koriste vektorski upravljana električna vretena s promjenjivom frekvencijom (integrirana s motorom i vretenom), s radijalnim odstupanjem vretena manjim od 2 µm, aksijalnim pomakom manjim od 1 µm i neravnotežom vratila koja doseže razinu G0,4.
Pogon za pomicanje brzih i visokopreciznih alatnih strojeva uglavnom uključuje dvije vrste: "rotacijski servo motor s preciznim kugličnim vijkom velike brzine" i "linearni motor s izravnim pogonom". Osim toga, novi paralelni alatni strojevi također lako postižu velikobrzinsko pomicanje.
Zbog svoje zrele tehnologije i široke primjene, kuglični vijaki ne samo da postižu visoku preciznost (ISO3408 razina 1), već imaju i relativno niske troškove postizanja velike brzine obrade. Stoga ih i danas koriste mnogi strojevi za brzu obradu. Trenutni alatni stroj za brzu obradu pogonjen kugličnim vijakom 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 tijekom procesa prijenosa, što rezultira histerezom gibanja i drugim nelinearnim pogreškama. Kako bi se uklonio utjecaj tih pogrešaka na točnost obrade, 1993. godine na alatne strojeve primijenjen je izravni pogon linearnog motora. Budući da je to "nulti prijenos" bez međuveza, ne samo da ima malu inerciju gibanja, visoku krutost sustava i brz odziv, već može postići veliku brzinu i ubrzanje, a duljina hoda je teoretski neograničena. Točnost pozicioniranja također može doseći visoku razinu djelovanjem visokopreciznog sustava povratne informacije o položaju, što ga čini idealnom metodom pogona za visokobrzinske i visokoprecizne alatne strojeve, posebno srednje i velike alatne strojeve. Trenutno je maksimalna brzina kretanja visokobrzinskih i visokopreciznih strojeva za obradu koji koriste linearne motore dosegla 208 m/min, s ubrzanjem od 2g, i još uvijek ima prostora za razvoj.
3. Visoka pouzdanost
S razvojem mrežnih aplikacija,CNC alatni strojevi, visoka pouzdanost CNC alatnih strojeva postala je cilj kojem teže proizvođači CNC sustava i proizvođači CNC alatnih strojeva. Za tvornicu bez posade koja radi dvije smjene dnevno, ako se od nje zahtijeva kontinuirani rad i normalno unutar 16 sati sa stopom bez kvarova P (t) = 99% ili više, prosječno vrijeme između kvarova (MTBF) CNC alatnog stroja mora biti veće od 3000 sati. Za samo jedan CNC alatni stroj, omjer stope kvarova između glavnog stroja i CNC sustava je 10:1 (pouzdanost CNC-a je za red veličine veća od pouzdanosti glavnog stroja). U ovom trenutku, MTBF CNC sustava 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 dosegla je preko 6000 sati, a pogonski uređaj preko 30000 sati. Međutim, vidljivo je da još uvijek postoji jaz od idealnog cilja.
4. Složeno računanje
U procesu obrade dijelova, velika količina beskorisnog vremena troši se na rukovanje obratkom, utovar i istovar, instalaciju i podešavanje, izmjenu alata te povećanje i smanjenje brzine vretena. Kako bi se ta beskorisna vremena što više smanjila, ljudi se nadaju integrirati različite funkcije obrade na istom alatnom stroju. Stoga su alatni strojevi sa složenim funkcijama postali brzo razvijajući model posljednjih godina.
Koncept obrade kompozitnih dijelova alatnim strojevima u području fleksibilne proizvodnje odnosi se na sposobnost alatnog stroja 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, provrtanje, brušenje, narezivanje navoja, razvrtanje i proširivanje složenog oblikovanog dijela. Što se tiče prizmatičnih dijelova, obradni centri su najčešći alatni strojevi koji izvode višeprocesnu obradu kompozitnih dijelova koristeći istu procesnu metodu. Dokazano je da obrada kompozitnih dijelova alatnim strojevima može poboljšati točnost i učinkovitost obrade, uštedjeti prostor i posebno skratiti ciklus obrade dijelova.
5. Poliaksijalizacija
Popularizacijom CNC sustava s 5-osnim upravljanjem i softvera za programiranje, obradni centri s 5-osnim upravljanjem i CNC glodalice (vertikalni obradni centri) postali su trenutna žarišna točka razvoja. Zbog jednostavnosti upravljanja 5-osnim upravljanjem u CNC programiranju kugličnih glodala pri obradi slobodnih površina i mogućnosti održavanja razumne brzine rezanja kugličnim glodalima tijekom procesa glodanja 3D površina, hrapavost obrađene površine značajno se poboljšava, a učinkovitost obrade uvelike se poboljšava. Međutim, kod alatnih strojeva s 3-osnim upravljanjem nemoguće je izbjeći da kraj kugličnog glodala s brzinom rezanja blizu nule sudjeluje u rezanju. Stoga su alatni strojevi s 5-osnim upravljanjem postali središte aktivnog razvoja i konkurencije među glavnim proizvođačima alatnih strojeva zbog svojih nezamjenjivih prednosti u performansama.
Nedavno se u inozemstvu još uvijek istražuje upravljanje 6-osnim polugama korištenjem nerotirajućih alata za rezanje u obradnim centrima. Iako oblik njihove obrade nije ograničen i dubina rezanja može biti vrlo mala, učinkovitost obrade je preniska i teško ju je praktično primijeniti.
6. Inteligencija
Inteligencija je glavni smjer razvoja proizvodne tehnologije u 21. stoljeću. Inteligentna obrada je vrsta obrade temeljena na upravljanju neuronskim mrežama, neizrazitom upravljanju, tehnologiji digitalnih mreža i teoriji. Cilj joj je simulirati inteligentne aktivnosti ljudskih stručnjaka tijekom procesa obrade, kako bi se riješili mnogi neizvjesni problemi koji zahtijevaju ručnu intervenciju. Sadržaj inteligencije uključuje različite aspekte CNC sustava:
Težiti inteligentnoj učinkovitosti 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 izračun parametara motora, automatska identifikacija opterećenja, automatski odabir modela, samopodešavanje itd.;
Pojednostavljeno programiranje i inteligentno upravljanje, kao što su inteligentno automatsko programiranje, inteligentno sučelje čovjek-stroj itd.;
Inteligentna dijagnoza i nadzor olakšavaju dijagnostiku i održavanje sustava.
U svijetu se istražuje mnogo inteligentnih sustava za rezanje i obradu, među kojima su reprezentativna inteligentna rješenja za obradu bušenja Japanskog udruženja za istraživanje inteligentnih CNC uređaja.
7. Umrežavanje
Umreženo upravljanje alatnim strojevima uglavnom se odnosi na mrežnu vezu i mrežno upravljanje između alatnog stroja i drugih vanjskih upravljačkih sustava ili gornjih računala putem opremljenog CNC sustava. CNC alatni strojevi se obično prvo susreću s proizvodnim mjestom i internom lokalnom mrežom poduzeća, a zatim se povezuju s vanjskim dijelom poduzeća putem interneta, što se naziva internet/intranet tehnologija.
S razvojem mrežne tehnologije, industrija je nedavno predložila koncept digitalne proizvodnje. Digitalna proizvodnja, poznata i kao "e-proizvodnja", jedan je od simbola modernizacije u poduzećima za strojogradnju i standardna metoda opskrbe za međunarodne proizvođače naprednih alatnih strojeva danas. S široko rasprostranjenim prihvaćanjem informacijske tehnologije, sve više domaćih korisnika zahtijeva usluge daljinske komunikacije i druge funkcije pri uvozu CNC alatnih strojeva. Na temelju široko rasprostranjenog prihvaćanja CAD/CAM-a, poduzeća za strojogradnju sve više koriste CNC strojnu opremu. CNC aplikacijski softver postaje sve bogatiji i jednostavniji za korištenje. Virtualni dizajn, virtualna proizvodnja i druge tehnologije sve više koriste inženjeri i tehničko osoblje. Zamjena složenog hardvera softverskom inteligencijom postaje važan trend u razvoju suvremenih alatnih strojeva. U skladu s ciljem digitalne proizvodnje, niz naprednih softvera za upravljanje poduzećima, poput ERP-a, pojavio se kroz reinženjering procesa i transformaciju informacijske tehnologije, stvarajući veće ekonomske koristi za poduzeća.
8. Fleksibilnost
Trend CNC alatnih strojeva prema fleksibilnim sustavima automatizacije je razvoj od točke (CNC pojedinačni stroj, obradni centar i CNC kompozitni stroj za obradu), linije (FMC, FMS, FTL, FML) do površine (neovisni proizvodni otok, FA) i tijela (CIMS, distribuirani mrežno integrirani proizvodni sustav), a s druge strane, fokus na primjenu i ekonomičnost. Fleksibilna tehnologija automatizacije glavno je sredstvo za prilagodbu proizvodne industrije dinamičnim zahtjevima tržišta i brzo ažuriranje proizvoda. To je glavni trend razvoja proizvodnje u raznim zemljama i temeljna tehnologija u području napredne proizvodnje. Fokus je na poboljšanju pouzdanosti i praktičnosti sustava, s ciljem jednostavnog umrežavanja i integracije; naglasak je na razvoju i poboljšanju tehnologije jedinica; CNC pojedinačni stroj razvija se prema visokoj preciznosti, velikoj brzini i visokoj fleksibilnosti; CNC alatni strojevi i njihovi fleksibilni proizvodni sustavi mogu se lako povezati s CAD-om, CAM-om, CAPP-om, MTS-om i razvijati se prema integraciji informacija; razvoj mrežnih sustava prema 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 općenito provodi u atmosferi, ali uključuje i rezanje u posebnim plinskim atmosferama (dušik, hladni zrak ili korištenje tehnologije suhog elektrostatskog hlađenja) bez upotrebe tekućine za rezanje. Međutim, za određene metode obrade i kombinacije obratka, 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 poput obradnih centara koji su dizajnirani za više metoda obrade/kombinacija obratka, uglavnom se koristi kvazi-suho rezanje, obično prskanjem smjese izuzetno malih količina ulja za rezanje i komprimiranog zraka u područje rezanja kroz šuplji kanal unutar vretena stroja i alata. Među raznim vrstama strojeva za rezanje metala, stroj za glodanje zupčanika najčešće se koristi za suho rezanje.
Ukratko, napredak i razvoj CNC tehnologije alatnih strojeva osigurali su povoljne uvjete za razvoj moderne proizvodne industrije, potičući razvoj proizvodnje prema humaniziranijem smjeru. Može se predvidjeti da će razvojem CNC tehnologije alatnih strojeva i širokom primjenom CNC alatnih strojeva proizvodna industrija dovesti do duboke revolucije koja može uzdrmati tradicionalni model proizvodnje.