CNC sistēmu tehnoloģijas straujā attīstība ir radījusi apstākļus CNC darbgaldu tehnoloģiskajam progresam. Lai apmierinātu tirgus vajadzības un izpildītu mūsdienu ražošanas tehnoloģiju augstākās prasības CNC tehnoloģijai, pašreizējā pasaules CNC tehnoloģijas un tās aprīkojuma attīstība galvenokārt atspoguļojas šādās tehniskajās īpašībās:
1. Liels ātrums
AttīstībaCNC darbgaldiĀtrgaitas virzienā var ne tikai ievērojami uzlabot apstrādes efektivitāti un samazināt apstrādes izmaksas, bet arī uzlabot detaļu virsmas apstrādes kvalitāti un precizitāti. Īpaši ātrgaitas apstrādes tehnoloģijai ir plaša pielietojamība, lai panāktu zemas ražošanas izmaksas ražošanas nozarē.
Kopš 20. gs. deviņdesmitajiem gadiem Eiropas, Amerikas Savienoto Valstu un Japānas valstis ir sacentušās par jaunas paaudzes ātrgaitas CNC darbgaldu izstrādi un pielietošanu, paātrinot darbgaldu ātrgaitas attīstības tempu. Ir gūti jauni sasniegumi ātrgaitas vārpstas blokā (elektriskā vārpsta, ātrums 15 000–100 000 apgr./min), ātrgaitas un liela paātrinājuma/palēninājuma padeves kustības komponentos (ātra kustības ātrums 60–120 m/min, griešanas padeves ātrums līdz 60 m/min), augstas veiktspējas CNC un servo sistēmās, kā arī CNC instrumentu sistēmās, sasniedzot jaunus tehnoloģiskos līmeņus. Atrisinot galvenās tehnoloģijas virknē tehnisko jomu, piemēram, īpaši liela ātruma griešanas mehānismu, īpaši cietus, nodilumizturīgus, ilgmūžīgus instrumentu materiālus un abrazīvus slīpēšanas instrumentus, lielas jaudas liela ātruma elektrisko vārpstu, liela paātrinājuma/palēninājuma lineāro motoru padeves komponentus, augstas veiktspējas vadības sistēmas (tostarp uzraudzības sistēmas) un aizsargierīces, ir izveidots tehniskais pamats jaunās paaudzes ātrgaitas CNC darbgaldu izstrādei un pielietošanai.
Pašlaik īpaši ātrgaitas apstrādē virpošanas un frēzēšanas griešanas ātrums ir sasniedzis vairāk nekā 5000–8000 m/min; vārpstas griešanās ātrums ir lielāks par 30 000 apgr./min (daži var sasniegt pat 100 000 apgr./min); darbagalda kustības ātrums (padeves ātrums): lielāks par 100 m/min (daži līdz pat 200 m/min) ar 1 mikrometra izšķirtspēju un lielāks par 24 m/min ar 0,1 mikrometra izšķirtspēju; automātiska instrumentu maiņas ātrums 1 sekundes laikā; padeves ātrums mazo līniju interpolācijai sasniedz 12 m/min.
2. Augsta precizitāte
AttīstībaCNC darbgaldiNo precīzas apstrādes līdz īpaši precīzai apstrādei ir virziens, kurā ir apņēmušās rūpniecības lielvaras visā pasaulē. Tās precizitāte svārstās no mikrometru līmeņa līdz submikronu līmenim un pat nanometru līmenim (<10 nm), un tās pielietojuma klāsts kļūst arvien plašāks.
Pašlaik, ievērojot augstas precizitātes apstrādes prasības, parasto CNC darbgaldu apstrādes precizitāte ir palielinājusies no ± 10 μ m līdz ± 5 μ M; precīzās apstrādes centru apstrādes precizitāte ir no ± 3 līdz 5 μ m. Palielināta līdz ± 1–1,5 μ m. Vēl augstāka; īpaši precīzās apstrādes precizitāte ir sasniegusi nanometru līmeni (0,001 mikrometrs), un vārpstas rotācijas precizitātei ir jāsasniedz 0,01–0,05 mikrometri, apstrādes apaļumam jābūt 0,1 mikrometram un apstrādes virsmas raupjumam Ra = 0,003 mikrometri. Šīs darbgaldu sistēmas parasti izmanto vektoru vadāmas mainīgas frekvences piedziņas elektriskās vārpstas (integrētas ar motoru un vārpstu), ar vārpstas radiālo izskrējienu mazāku par 2 µ m, aksiālo nobīdi mazāku par 1 µ m un vārpstas disbalansu, kas sasniedz G0,4 līmeni.
Ātrgaitas un augstas precizitātes apstrādes darbgaldu padeves piedziņa galvenokārt ietver divus veidus: "rotācijas servomotors ar precīzu ātrgaitas lodīšu skrūvi" un "lineārā motora tiešā piedziņa". Turklāt jaunās paralēlās darbgaldu sistēmas ir viegli sasniedzamas arī ar ātrgaitas padevi.
Pateicoties nobriedušajai tehnoloģijai un plašajam pielietojumam, lodīšu skrūves ne tikai sasniedz augstu precizitāti (ISO3408 1. līmenis), bet arī nodrošina salīdzinoši zemas ātrgaitas apstrādes izmaksas. Tāpēc tās joprojām izmanto daudzas ātrgaitas apstrādes iekārtas. Pašreizējām lodīšu skrūvju darbināmajām ātrgaitas apstrādes mašīnām maksimālais kustības ātrums ir 90 m/min un paātrinājums ir 1,5 g.
Lodīšu skrūve pieder mehāniskajai transmisijai, kas transmisijas procesā neizbēgami ietver elastīgu deformāciju, berzi un atpakaļgaitas klīrensu, kā rezultātā rodas kustības histerēze un citas nelineāras kļūdas. Lai novērstu šo kļūdu ietekmi uz apstrādes precizitāti, 1993. gadā darbgaldos tika pielietota lineārā motora tiešā piedziņa. Tā kā tā ir "nulles transmisija" bez starpposmiem, tai ir ne tikai maza kustības inerce, augsta sistēmas stingrība un ātra reakcija, tā var sasniegt lielu ātrumu un paātrinājumu, un tās gājiena garums teorētiski nav ierobežots. Pozicionēšanas precizitāte var sasniegt arī augstu līmeni, pateicoties augstas precizitātes pozīcijas atgriezeniskās saites sistēmai, padarot to par ideālu piedziņas metodi ātrgaitas un augstas precizitātes apstrādes darbgaldiem, īpaši vidējiem un lieliem darbgaldiem. Pašlaik ātrgaitas un augstas precizitātes apstrādes mašīnu, kas izmanto lineāros motorus, maksimālais ātrgaitas kustības ātrums ir sasniedzis 208 m/min, ar paātrinājumu 2g, un joprojām ir iespējas attīstībai.
3. Augsta uzticamība
Attīstoties tīkla lietojumprogrammāmCNC darbgaldiCNC darbgaldu augstā uzticamība ir kļuvusi par CNC sistēmu ražotāju un CNC darbgaldu ražotāju mērķi. Bezapkalpes rūpnīcai, kas strādā divās maiņās dienā, ja tai ir jāstrādā nepārtraukti un parasti 16 stundu laikā ar bezatteices līmeni P(t)=99% vai vairāk, CNC darbgalda vidējam laikam starp atteicēm (MTBF) jābūt lielākam par 3000 stundām. Tikai vienam CNC darbgaldam atteices līmeņa attiecība starp saimniekdatoru un CNC sistēmu ir 10:1 (CNC uzticamība ir par vienu lieluma kārtu augstāka nekā saimniekdatoram). Šajā brīdī CNC sistēmas MTBF jābūt lielākam par 33333,3 stundām, un CNC ierīces, vārpstas un piedziņas MTBF jābūt lielākam par 100000 stundām.
Pašreizējo ārzemju CNC iekārtu MTBF vērtība ir sasniegusi vairāk nekā 6000 stundas, un piedziņas ierīce ir sasniegusi vairāk nekā 30 000 stundas. Tomēr var redzēt, ka joprojām pastāv atšķirība no ideālā mērķa.
4. Saliktā procentu likme
Detaļu apstrādes procesā tiek patērēts liels daudzums nevajadzīga laika sagataves apstrādei, iekraušanai un izkraušanai, uzstādīšanai un regulēšanai, instrumentu maiņai, kā arī vārpstas ātruma palielināšanai un samazināšanai. Lai pēc iespējas samazinātu šo nevajadzīgo laiku, cilvēki cer integrēt dažādas apstrādes funkcijas vienā darbgaldā. Tāpēc pēdējos gados salikto funkciju darbgaldi ir kļuvuši par strauji augošu modeli.
Darbgaldu kompozītmateriālu apstrādes koncepcija elastīgās ražošanas jomā attiecas uz darbgalda spēju automātiski veikt vairāku procesu apstrādi ar vienādiem vai dažādiem procesa metožu veidiem saskaņā ar CNC apstrādes programmu pēc sagataves vienā piegājienā iespīlēšanas, lai pabeigtu dažādus apstrādes procesus, piemēram, virpošanu, frēzēšanu, urbšanu, urbšanas procesu izvirpošanu, slīpēšanu, vītņošanu, izvēršanu un sarežģītas formas detaļas paplašināšanu. Runājot par prizmatiskajām detaļām, apstrādes centri ir visizplatītākie darbgaldi, kas veic vairāku procesu kompozītmateriālu apstrādi, izmantojot vienu un to pašu procesa metodi. Ir pierādīts, ka darbgaldu kompozītmateriālu apstrāde var uzlabot apstrādes precizitāti un efektivitāti, ietaupīt vietu un jo īpaši saīsināt detaļu apstrādes ciklu.
5. Poliaksializācija
Līdz ar 5 asu savienojumu CNC sistēmu un programmēšanas programmatūras popularizēšanu, 5 asu savienojumu vadības apstrādes centri un CNC frēzmašīnas (vertikālie apstrādes centri) ir kļuvušas par aktuālu attīstības virzienu. Pateicoties 5 asu savienojumu vadības vienkāršībai CNC programmēšanā lodveida frēzēm, apstrādājot brīvas virsmas, un spējai uzturēt saprātīgu griešanas ātrumu lodveida frēzēm 3D virsmu frēzēšanas procesā, rezultātā ievērojami uzlabojas apstrādes virsmas raupjums un apstrādes efektivitāte. Tomēr 3 asu savienojumu vadības darbgaldos nav iespējams izvairīties no lodveida frēzes ar griešanas ātrumu tuvu nullei piedalīšanās griešanā. Tāpēc 5 asu savienojumu darbgaldi ir kļuvuši par aktīvas attīstības un konkurences uzmanības centru starp lielākajiem darbgaldu ražotājiem to neaizvietojamo veiktspējas priekšrocību dēļ.
Pēdējā laikā ārvalstīs joprojām tiek pētīta 6 asu savienojumu vadība, izmantojot nerotējošus griezējinstrumentus apstrādes centros. Lai gan to apstrādes forma nav ierobežota un griešanas dziļums var būt ļoti mazs, apstrādes efektivitāte ir pārāk zema un to ir grūti praktiski īstenot.
6. Intelekts
Intelekts ir viens no galvenajiem ražošanas tehnoloģiju attīstības virzieniem 21. gadsimtā. Intelektuālā apstrāde ir apstrādes veids, kas balstīts uz neironu tīkla vadību, izplūdušo vadību, digitālā tīkla tehnoloģiju un teoriju. Tās mērķis ir simulēt cilvēku ekspertu intelektuālās darbības apstrādes procesā, lai atrisinātu daudzas neskaidras problēmas, kurām nepieciešama manuāla iejaukšanās. Intelekta saturs ietver dažādus CNC sistēmu aspektus:
Lai sasniegtu intelektuālu apstrādes efektivitāti un kvalitāti, piemēram, adaptīvu vadību un procesa parametru automātisku ģenerēšanu;
Lai uzlabotu braukšanas veiktspēju un veicinātu intelektisku savienojumu, piemēram, iepriekšēju vadību, adaptīvu motora parametru aprēķināšanu, automātisku slodžu identificēšanu, automātisku modeļu izvēli, pašregulēšanos utt.;
Vienkāršota programmēšana un inteliģenta darbība, piemēram, inteliģenta automātiskā programmēšana, inteliģenta cilvēka un mašīnas saskarne utt.;
Inteliģenta diagnostika un uzraudzība atvieglo sistēmas diagnostiku un apkopi.
Pasaulē tiek pētītas daudzas intelektuālas griešanas un apstrādes sistēmas, starp kurām reprezentatīvi ir Japānas Inteliģento CNC ierīču pētniecības asociācijas intelektuālie urbšanas apstrādes risinājumi.
7. Tīklošanās
Darbgaldu tīkla vadība galvenokārt attiecas uz tīkla savienojumu un tīkla vadību starp darbgaldu un citām ārējām vadības sistēmām vai augšējiem datoriem, izmantojot aprīkoto CNC sistēmu. CNC darbgaldi parasti vispirms saskaras ar ražošanas vietu un uzņēmuma iekšējo lokālo tīklu un pēc tam izveido savienojumu ar uzņēmuma ārpusi, izmantojot internetu, ko sauc par interneta/intraneta tehnoloģiju.
Līdz ar tīkla tehnoloģiju briedumu un attīstību nozare nesen ir ierosinājusi digitālās ražošanas koncepciju. Digitālā ražošana, kas pazīstama arī kā "e-ražošana", ir viens no modernizācijas simboliem mehāniskās ražošanas uzņēmumos un standarta piegādes metode starptautiskiem progresīvu darbgaldu ražotājiem mūsdienās. Līdz ar informācijas tehnoloģiju plašu ieviešanu arvien vairāk vietējo lietotāju, importējot CNC darbgaldus, pieprasa attālinātas komunikācijas pakalpojumus un citas funkcijas. Pamatojoties uz CAD/CAM plašu ieviešanu, mehāniskās ražošanas uzņēmumi arvien vairāk izmanto CNC apstrādes iekārtas. CNC lietojumprogrammatūra kļūst arvien bagātāka un lietotājam draudzīgāka. Inženiertehniskais personāls arvien vairāk izmanto virtuālo dizainu, virtuālo ražošanu un citas tehnoloģijas. Sarežģītas aparatūras aizstāšana ar programmatūras intelektu kļūst par svarīgu tendenci mūsdienu darbgaldu attīstībā. Digitālās ražošanas mērķa sasniegšanai, izmantojot procesu pārbūvi un informācijas tehnoloģiju transformāciju, ir parādījusies vairākas progresīvas uzņēmuma vadības programmatūras, piemēram, ERP, radot lielāku ekonomisko labumu uzņēmumiem.
8. Elastība
CNC darbgaldu tendence uz elastīgām automatizācijas sistēmām ir attīstīties no punkta (CNC atsevišķa mašīna, apstrādes centrs un CNC kompozītmateriālu apstrādes mašīna), līnijas (FMC, FMS, FTL, FML) uz virsmu (neatkarīga ražošanas sala, FA) un korpusu (CIMS, izkliedēta tīkla integrēta ražošanas sistēma), un, no otras puses, koncentrēties uz pielietojumu un ekonomiju. Elastīga automatizācijas tehnoloģija ir galvenais līdzeklis, lai ražošanas nozare pielāgotos dinamiskajam tirgus pieprasījumam un ātri atjauninātu produktus. Tā ir galvenā ražošanas attīstības tendence dažādās valstīs un fundamentāla tehnoloģija progresīvās ražošanas jomā. Tās uzmanības centrā ir sistēmas uzticamības un praktiskuma uzlabošana, lai nodrošinātu vienkāršu tīklošanu un integrāciju; Uzsvars uz vienību tehnoloģiju attīstību un uzlabošanu; CNC atsevišķa mašīna attīstās augstas precizitātes, liela ātruma un augstas elastības virzienā; CNC darbgaldus un to elastīgās ražošanas sistēmas var viegli savienot ar CAD, CAM, CAPP, MTS un attīstīt informācijas integrācijas virzienā; Tīkla sistēmu attīstība atvērtības, integrācijas un intelekta virzienā.
9. Apzaļumošana
21. gadsimta metāla griešanas darbgaldiem ir jāpiešķir prioritāte vides aizsardzībai un enerģijas taupīšanai, proti, jāpanāk griešanas procesu videi draudzīgāka pieeja. Pašlaik šī videi draudzīgā apstrādes tehnoloģija galvenokārt koncentrējas uz griešanas šķidruma neizmantošanu, galvenokārt tāpēc, ka griešanas šķidrums ne tikai piesārņo vidi un apdraud darbinieku veselību, bet arī palielina resursu un enerģijas patēriņu. Sausā griešana parasti tiek veikta atmosfēras atmosfērā, taču tā ietver arī griešanu īpašās gāzes atmosfērās (slāpeklis, auksts gaiss vai izmantojot sauso elektrostatisko dzesēšanas tehnoloģiju) bez griešanas šķidruma izmantošanas. Tomēr noteiktām apstrādes metodēm un sagatavju kombinācijām sausā griešana bez griešanas šķidruma izmantošanas pašlaik ir grūti pielietojama praksē, tāpēc ir parādījusies kvazisausā griešana ar minimālu eļļošanu (MQL). Pašlaik 10–15% liela mēroga mehāniskās apstrādes Eiropā izmanto sauso un kvazisauso griešanu. Darbgaldiem, piemēram, apstrādes centriem, kas paredzēti vairākām apstrādes metodēm/sagatavju kombinācijām, galvenokārt izmanto kvazisauso griešanu, parasti izsmidzinot ļoti neliela daudzuma griešanas eļļas un saspiesta gaisa maisījumu griešanas zonā caur dobu kanālu mašīnas vārpstas un instrumenta iekšpusē. Starp dažādiem metāla griešanas mašīnu veidiem, zobratu frēzēšanas mašīna visbiežāk tiek izmantota sausai griešanai.
Īsāk sakot, CNC darbgaldu tehnoloģijas attīstība un attīstība ir radījusi labvēlīgus apstākļus mūsdienu ražošanas nozares attīstībai, veicinot ražošanas attīstību humanizētākā virzienā. Var paredzēt, ka līdz ar CNC darbgaldu tehnoloģijas attīstību un CNC darbgaldu plašu pielietojumu ražošanas nozare piedzīvos dziļu revolūciju, kas var satricināt tradicionālo ražošanas modeli.