El ràpid avenç de la tecnologia dels sistemes CNC ha proporcionat les condicions per al progrés tecnològic de les màquines-eina CNC. Per tal de satisfer les necessitats del mercat i complir els requisits més elevats de la tecnologia de fabricació moderna per a la tecnologia CNC, el desenvolupament actual de la tecnologia CNC mundial i els seus equips es reflecteix principalment en les següents característiques tècniques:
1. Alta velocitat
El desenvolupament deMàquines-eina CNCLa direcció d'alta velocitat no només pot millorar significativament l'eficiència del mecanitzat i reduir els costos de mecanitzat, sinó que també pot millorar la qualitat del mecanitzat superficial i la precisió de les peces. La tecnologia de mecanitzat d'ultra alta velocitat té una àmplia aplicabilitat per aconseguir una producció de baix cost en la indústria manufacturera.
Des de la dècada del 1990, països d'Europa, els Estats Units i el Japó han estat competint per desenvolupar i aplicar una nova generació de màquines-eina CNC d'alta velocitat, accelerant el ritme del desenvolupament d'alta velocitat de les màquines-eina. S'han fet nous avenços en la unitat de cargol d'alta velocitat (cargol elèctric, velocitat 15000-100000 r/min), components de moviment d'alimentació d'alta velocitat i alta acceleració/desacceleració (velocitat de moviment ràpid 60-120 m/min, velocitat d'alimentació de tall fins a 60 m/min), sistemes CNC i servo d'alt rendiment i sistemes d'eines CNC, assolint nous nivells tecnològics. Amb la resolució de tecnologies clau en una sèrie de camps tècnics com ara mecanismes de tall d'ultra alta velocitat, materials d'eines ultra resistents al desgast i de llarga durada i eines de mòlta abrasives, cargol elèctric d'alta potència i alta velocitat, components d'alimentació accionats per motor lineal d'alta acceleració/desacceleració, sistemes de control d'alt rendiment (inclosos els sistemes de monitorització) i dispositius de protecció, s'ha proporcionat una base tècnica per al desenvolupament i l'aplicació de la nova generació de màquines-eina CNC d'alta velocitat.
Actualment, en el mecanitzat d'ultra alta velocitat, la velocitat de tall del tornejat i el fresat ha superat els 5000-8000 m/min; la velocitat del cargol és superior a 30000 rpm (algunes poden arribar fins a 100000 rpm); la velocitat de moviment (velocitat d'avanç) del banc de treball: superior a 100 m/min (algunes fins a 200 m/min) amb una resolució d'1 micròmetre i superior a 24 m/min amb una resolució de 0,1 micròmetre; la velocitat de canvi d'eines automàtica és d'1 segon; la velocitat d'avanç per a la interpolació de línies petites arriba als 12 m/min.
2. Alta precisió
El desenvolupament deMàquines-eina CNCdel mecanitzat de precisió al mecanitzat d'ultraprecisió és una direcció amb la qual estan compromeses les potències industrials de tot el món. La seva precisió va des del nivell micromètric fins al nivell submicrònic, i fins i tot al nivell nanomètric (<10 nm), i el seu rang d'aplicació és cada cop més ampli.
Actualment, sota el requisit de mecanitzat d'alta precisió, la precisió del mecanitzat de les màquines-eina CNC ordinàries ha augmentat de ± 10 μm a ± 5 μm; La precisió del mecanitzat dels centres de mecanitzat de precisió oscil·la entre ± 3 i 5 μm. Increment a ± 1-1,5 μm. Encara més; La precisió del mecanitzat d'ultraprecisió ha entrat al nivell nanomètric (0,001 micròmetres), i la precisió de rotació del capçal ha d'arribar a 0,01~0,05 micròmetres, amb una rodonesa de mecanitzat de 0,1 micròmetres i una rugositat superficial de mecanitzat de Ra=0,003 micròmetres. Aquestes màquines-eina generalment utilitzen capçals elèctrics de freqüència variable controlats per vectors (integrats amb el motor i el capçal), amb una desviació radial del capçal inferior a 2 µm, un desplaçament axial inferior a 1 µm i un desequilibri de l'eix que arriba al nivell G0.4.
L'accionament d'alimentació de les màquines-eina de mecanitzat d'alta velocitat i alta precisió inclou principalment dos tipus: "servomotor rotatiu amb cargol de boles d'alta velocitat de precisió" i "accionament directe amb motor lineal". A més, les màquines-eina paral·leles emergents també permeten aconseguir fàcilment un avanç d'alta velocitat.
A causa de la seva tecnologia madura i àmplia aplicació, els cargols de boles no només aconsegueixen una alta precisió (ISO3408 nivell 1), sinó que també tenen un cost relativament baix per aconseguir el mecanitzat d'alta velocitat. Per tant, encara avui dia són utilitzats per moltes màquines de mecanitzat d'alta velocitat. L'actual màquina-eina de mecanitzat d'alta velocitat accionada per cargol de boles té una velocitat màxima de moviment de 90 m/min i una acceleració d'1,5 g.
El cargol de boles pertany a la transmissió mecànica, que inevitablement implica deformació elàstica, fricció i joc invers durant el procés de transmissió, cosa que resulta en histèresi de moviment i altres errors no lineals. Per tal d'eliminar l'impacte d'aquests errors en la precisió del mecanitzat, l'accionament directe amb motor lineal es va aplicar a les màquines-eina el 1993. Com que és una "transmissió zero" sense enllaços intermedis, no només té una petita inèrcia de moviment, una alta rigidesa del sistema i una resposta ràpida, sinó que també pot aconseguir una alta velocitat i acceleració, i la seva longitud de carrera no té restriccions teòricament. La precisió de posicionament també pot assolir un alt nivell sota l'acció del sistema de retroalimentació de posició d'alta precisió, cosa que el converteix en un mètode d'accionament ideal per a màquines-eina de mecanitzat d'alta velocitat i alta precisió, especialment màquines-eina mitjanes i grans. Actualment, la velocitat màxima de moviment ràpid de les màquines de mecanitzat d'alta velocitat i alta precisió que utilitzen motors lineals ha arribat als 208 m/min, amb una acceleració de 2g, i encara hi ha marge per al desenvolupament.
3. Alta fiabilitat
Amb el desenvolupament d'aplicacions en xarxa deMàquines-eina CNC, l'alta fiabilitat de les màquines-eina CNC s'ha convertit en un objectiu perseguit pels fabricants de sistemes CNC i els fabricants de màquines-eina CNC. Per a una fàbrica no tripulada que treballa dos torns al dia, si es requereix que treballi contínuament i normalment dins de 16 hores amb una taxa sense fallades de P (t) = 99% o més, el temps mitjà entre fallades (MTBF) de la màquina-eina CNC ha de ser superior a 3000 hores. Per a una sola màquina-eina CNC, la relació de taxa de fallades entre l'amfitrió i el sistema CNC és de 10:1 (la fiabilitat del CNC és un ordre de magnitud superior a la de l'amfitrió). En aquest punt, el MTBF del sistema CNC ha de ser superior a 33333,3 hores, i el MTBF del dispositiu CNC, el cargol i l'accionament ha de ser superior a 100000 hores.
El valor MTBF dels dispositius CNC estrangers actuals ha superat les 6000 hores, i el dispositiu d'accionament ha superat les 30000 hores. Tanmateix, es pot veure que encara hi ha una diferència respecte a l'objectiu ideal.
4. Composició
En el procés de processament de peces, es consumeix una gran quantitat de temps inútil en la manipulació de peces, la càrrega i descàrrega, la instal·lació i l'ajust, el canvi d'eines i l'augment i desacceleració de la velocitat del cargol. Per tal de minimitzar al màxim aquests temps inútils, la gent espera integrar diferents funcions de processament a la mateixa màquina-eina. Per tant, les màquines-eina de funció composta s'han convertit en un model de ràpid desenvolupament en els darrers anys.
El concepte de mecanitzat de materials compostos de màquina-eina en el camp de la fabricació flexible es refereix a la capacitat d'una màquina-eina per realitzar automàticament mecanitzats multiprocessos dels mateixos o diferents tipus de mètodes de procés segons un programa de mecanitzat CNC després de subjectar la peça d'una sola vegada, per tal de completar diversos processos de mecanitzat com ara tornejat, fresat, trepat, mandrinat, rectificat, roscat, escariat i expansió d'una peça de forma complexa. Pel que fa a les peces prismàtiques, els centres de mecanitzat són les màquines-eina més típiques que realitzen processaments compostos multiprocessos utilitzant el mateix mètode de procés. S'ha demostrat que el mecanitzat de materials compostos de màquina-eina pot millorar la precisió i l'eficiència del mecanitzat, estalviar espai i, sobretot, escurçar el cicle de mecanitzat de les peces.
5. Poliaxialització
Amb la popularització dels sistemes CNC de 5 eixos i el programari de programació, els centres de mecanitzat controlats per 5 eixos i les fresadores CNC (centres de mecanitzat vertical) s'han convertit en un tema de desenvolupament actual. A causa de la simplicitat del control de 5 eixos en la programació CNC per a freses de bola durant el mecanitzat de superfícies lliures, i la capacitat de mantenir una velocitat de tall raonable per a les freses de bola durant el procés de fresat de superfícies 3D, com a resultat, la rugositat de la superfície de mecanitzat millora significativament i l'eficiència del mecanitzat millora considerablement. Tanmateix, en les màquines-eina controlades per 3 eixos, és impossible evitar que l'extrem de la fresa de bola amb una velocitat de tall propera a zero participi en el tall. Per tant, les màquines-eina de 5 eixos s'han convertit en el focus de desenvolupament actiu i competència entre els principals fabricants de màquines-eina a causa dels seus avantatges de rendiment irreemplaçables.
Recentment, alguns països estrangers encara estan investigant el control d'enllaç de 6 eixos utilitzant eines de tall no rotatives en centres de mecanitzat. Tot i que la seva forma de mecanitzat no està restringida i la profunditat de tall pot ser molt fina, l'eficiència del mecanitzat és massa baixa i és difícil que sigui pràctica.
6. Intel·ligència
La intel·ligència és una direcció important per al desenvolupament de la tecnologia de fabricació al segle XXI. El mecanitzat intel·ligent és un tipus de mecanitzat basat en el control de xarxes neuronals, el control difús, la tecnologia de xarxes digitals i la teoria. El seu objectiu és simular les activitats intel·ligents dels experts humans durant el procés de mecanitzat, per tal de resoldre molts problemes incerts que requereixen intervenció manual. El contingut de la intel·ligència inclou diversos aspectes en els sistemes CNC:
Perseguir l'eficiència i la qualitat del processament intel·ligent, com ara el control adaptatiu i la generació automàtica de paràmetres de procés;
Per millorar el rendiment de conducció i facilitar la connexió intel·ligent, com ara el control anticipatiu, el càlcul adaptatiu dels paràmetres del motor, la identificació automàtica de càrregues, la selecció automàtica de models, l'autoajustament, etc.
Programació simplificada i funcionament intel·ligent, com ara programació automàtica intel·ligent, interfície home-màquina intel·ligent, etc.
El diagnòstic i la monitorització intel·ligents faciliten el diagnòstic i el manteniment del sistema.
Hi ha molts sistemes intel·ligents de tall i mecanitzat que s'estan investigant al món, entre els quals són representatives les solucions de mecanitzat intel·ligent per a la perforació de l'Associació Japonesa de Recerca de Dispositius CNC Intel·ligents.
7. Xarxes
El control en xarxa de màquines-eina es refereix principalment a la connexió de xarxa i al control de xarxa entre la màquina-eina i altres sistemes de control externs o ordinadors superiors a través del sistema CNC equipat. Les màquines-eina CNC generalment primer es connecten al lloc de producció i a la LAN interna de l'empresa i després es connecten a l'exterior de l'empresa a través d'Internet, el que s'anomena tecnologia Internet/Intranet.
Amb la maduresa i el desenvolupament de la tecnologia de xarxa, la indústria ha proposat recentment el concepte de fabricació digital. La fabricació digital, també coneguda com a "e-manufacturing", és un dels símbols de la modernització de les empreses de fabricació mecànica i el mètode de subministrament estàndard per als fabricants internacionals de màquines-eina avançades actuals. Amb l'adopció generalitzada de la tecnologia de la informació, cada cop més usuaris domèstics requereixen serveis de comunicació remota i altres funcions a l'hora d'importar màquines-eina CNC. A partir de l'adopció generalitzada del CAD/CAM, les empreses de fabricació mecànica utilitzen cada cop més equips de mecanitzat CNC. El programari d'aplicació CNC és cada cop més ric i fàcil d'utilitzar. El disseny virtual, la fabricació virtual i altres tecnologies són cada cop més perseguides pel personal d'enginyeria i tècnic. La substitució del maquinari complex per intel·ligència de programari s'està convertint en una tendència important en el desenvolupament de màquines-eina contemporànies. Sota l'objectiu de la fabricació digital, han sorgit diversos programes avançats de gestió empresarial com ara ERP a través de la reenginyeria de processos i la transformació de la tecnologia de la informació, creant majors beneficis econòmics per a les empreses.
8. Flexibilitat
La tendència de les màquines-eina CNC cap a sistemes d'automatització flexibles és desenvolupar-se des del punt (màquina CNC individual, centre de mecanitzat i màquina de mecanitzat compost CNC), línia (FMC, FMS, FTL, FML) fins a superfície (illa de fabricació independent, FA) i cos (CIMS, sistema de fabricació integrat de xarxa distribuïda), i d'altra banda, centrar-se en l'aplicació i l'economia. La tecnologia d'automatització flexible és el principal mitjà perquè la indústria manufacturera s'adapti a les demandes dinàmiques del mercat i actualitzi ràpidament els productes. És la tendència principal del desenvolupament de la fabricació en diversos països i la tecnologia fonamental en el camp de la fabricació avançada. El seu objectiu és millorar la fiabilitat i la practicitat del sistema, amb l'objectiu d'una fàcil connexió en xarxa i integració; Emfatitzar el desenvolupament i la millora de la tecnologia de la unitat; La màquina CNC individual s'està desenvolupant cap a una alta precisió, alta velocitat i alta flexibilitat; Les màquines-eina CNC i els seus sistemes de fabricació flexibles es poden connectar fàcilment amb CAD, CAM, CAPP, MTS i desenvolupar-se cap a la integració de la informació; El desenvolupament de sistemes de xarxa cap a l'obertura, la integració i la intel·ligència.
9. Verdització
Les màquines-eina de tall de metall del segle XXI han de prioritzar la protecció del medi ambient i la conservació de l'energia, és a dir, aconseguir l'ecologització dels processos de tall. Actualment, aquesta tecnologia de processament ecològic se centra principalment en no utilitzar fluid de tall, principalment perquè el fluid de tall no només contamina el medi ambient i posa en perill la salut dels treballadors, sinó que també augmenta el consum de recursos i energia. El tall en sec es realitza generalment en una atmosfera atmosfèrica, però també inclou el tall en atmosferes de gas especials (nitrogen, aire fred o mitjançant tecnologia de refrigeració electrostàtica seca) sense l'ús de fluid de tall. Tanmateix, per a certs mètodes de mecanitzat i combinacions de peces, el tall en sec sense l'ús de fluid de tall és actualment difícil d'aplicar a la pràctica, per la qual cosa ha sorgit el tall quasi en sec amb lubricació mínima (MQL). Actualment, el 10-15% del processament mecànic a gran escala a Europa utilitza tall en sec i quasi en sec. Per a màquines-eina com ara centres de mecanitzat que estan dissenyades per a múltiples mètodes de mecanitzat/combinacions de peces, s'utilitza principalment el tall quasi en sec, generalment ruixant una barreja de quantitats extremadament petites d'oli de tall i aire comprimit a la zona de tall a través del canal buit dins del cargol de la màquina i l'eina. Entre els diversos tipus de màquines de tall de metall, la màquina de tall d'engranatges és la més utilitzada per al tall en sec.
En resum, el progrés i el desenvolupament de la tecnologia de màquines-eina CNC han proporcionat condicions favorables per al desenvolupament de la indústria manufacturera moderna, promovent el desenvolupament de la fabricació cap a una direcció més humanitzada. Es pot preveure que amb el desenvolupament de la tecnologia de màquines-eina CNC i l'aplicació generalitzada de les màquines-eina CNC, la indústria manufacturera marcarà el començament d'una profunda revolució que pot sacsejar el model de fabricació tradicional.