De snelle vooruitgang in CNC-systeemtechnologie heeft de voorwaarden geschapen voor de technologische vooruitgang van CNC-bewerkingsmachines. Om te voldoen aan de behoeften van de markt en de hogere eisen van moderne productietechnologie voor CNC-technologie, wordt de huidige wereldwijde ontwikkeling van CNC-technologie en de bijbehorende apparatuur voornamelijk weerspiegeld in de volgende technische kenmerken:
1. Hoge snelheid
De ontwikkeling vanCNC-bewerkingsmachinesHogesnelheidsbewerking kan niet alleen de bewerkingsefficiëntie aanzienlijk verbeteren en de bewerkingskosten verlagen, maar ook de oppervlaktebewerkingskwaliteit en nauwkeurigheid van onderdelen verbeteren. Ultrahogesnelheidsbewerkingstechnologie is breed toepasbaar voor het bereiken van een kosteneffectieve productie in de maakindustrie.
Sinds de jaren negentig concurreren landen in Europa, de Verenigde Staten en Japan om een nieuwe generatie hogesnelheids-CNC-bewerkingsmachines te ontwikkelen en toe te passen, waardoor het tempo van de snelle ontwikkeling van bewerkingsmachines is versneld. Nieuwe doorbraken zijn bereikt in de hogesnelheidsspindeleenheid (elektrische spindel, toerental 15.000-100.000 tpm), hogesnelheids- en hogeversnellings-/vertragingscomponenten voor de voedingsbeweging (hoge bewegingssnelheid 60-120 m/min, snijsnelheid tot 60 m/min), hoogwaardige CNC- en servosystemen en CNC-gereedschapssystemen, waarmee nieuwe technologische niveaus worden bereikt. Met de resolutie van sleuteltechnologieën in een reeks technische gebieden, zoals ultrasnelle snijmechanismen, ultraharde slijtvaste, duurzame gereedschapsmaterialen en abrasieve slijpgereedschappen, krachtige elektrische spindels met hoge snelheid, lineaire motoraangedreven voedingscomponenten met hoge versnelling/vertraging, hoogwaardige besturingssystemen (inclusief bewakingssystemen) en beveiligingsinrichtingen, is een technische basis gelegd voor de ontwikkeling en toepassing van de nieuwe generatie hogesnelheids-CNC-bewerkingsmachines.
Momenteel bedraagt de snijsnelheid bij het draaien en frezen bij ultrasnelle bewerkingen meer dan 5000-8000 m/min; Het spiltoerental ligt boven de 30000 tpm (sommige kunnen tot 100000 tpm bereiken); De bewegingssnelheid (voedingssnelheid) van de werkbank: boven 100 m/min (sommige tot 200 m/min) bij een resolutie van 1 micrometer en boven 24 m/min bij een resolutie van 0,1 micrometer; Automatische gereedschapswisselsnelheid binnen 1 seconde; De voedingssnelheid voor kleine lijninterpolatie bedraagt 12 m/min.
2. Hoge precisie
De ontwikkeling vanCNC-bewerkingsmachinesVan precisiebewerking tot ultraprecisiebewerking is een richting waar industriële grootmachten wereldwijd zich voor inzetten. De nauwkeurigheid varieert van micrometerniveau tot submicronniveau, en zelfs tot nanometerniveau (<10 nm), en het toepassingsbereik wordt steeds breder.
Momenteel is, onder de vereiste van hoge precisie bewerking, de bewerkingsnauwkeurigheid van gewone CNC-bewerkingsmachines toegenomen van ± 10 μ Verhoog m tot ± 5 μ M; De bewerkingsnauwkeurigheid van precisiebewerkingscentra varieert van ± 3 tot 5 μ m. Toename tot ± 1-1,5 μ m. Zelfs hoger; De ultraprecieze bewerkingsnauwkeurigheid is het nanometerniveau (0,001 micrometer) binnengegaan en de spindelrotatienauwkeurigheid moet 0,01~0,05 micrometer bereiken, met een bewerkingsrondheid van 0,1 micrometer en een bewerkingsoppervlakteruwheid van Ra=0,003 micrometer. Deze bewerkingsmachines gebruiken over het algemeen vectorgestuurde elektrische spindels met variabele frequentieaandrijving (geïntegreerd met de motor en de spindel), met een radiale slingering van de spindel van minder dan 2 µm, axiale verplaatsing van minder dan 1 µm en een as-onbalans die het G0.4-niveau bereikt.
De voedingsaandrijving van hogesnelheids- en precisiebewerkingsmachines omvat hoofdzakelijk twee typen: "roterende servomotor met nauwkeurige hogesnelheidskogelomloopspindel" en "lineaire motor met directe aandrijving". Daarnaast zijn opkomende parallelle bewerkingsmachines ook gemakkelijk in staat om hogesnelheidsvoedingen te bereiken.
Dankzij de geavanceerde technologie en brede toepassing bereiken kogelomloopspindels niet alleen een hoge precisie (ISO3408 niveau 1), maar zijn de kosten voor het bewerken met hoge snelheid ook relatief laag. Daarom worden ze tot op de dag van vandaag nog steeds gebruikt in veel hogesnelheidsbewerkingsmachines. De huidige hogesnelheidsbewerkingsmachine met kogelomloopspindel heeft een maximale bewegingssnelheid van 90 m/min en een versnelling van 1,5 g.
Kogelomloopspindels behoren tot de mechanische overbrengingstechniek, die onvermijdelijk elastische vervorming, wrijving en speling in tegengestelde richting met zich meebrengt tijdens het overbrengingsproces, wat resulteert in bewegingshysterese en andere niet-lineaire fouten. Om de impact van deze fouten op de bewerkingsnauwkeurigheid te elimineren, werd in 1993 de directe aandrijving van lineaire motoren toegepast op bewerkingsmachines. Omdat het een "nuloverbrenging" zonder tussenschakels betreft, heeft het niet alleen een lage bewegingstraagheid, een hoge systeemstijfheid en een snelle respons, maar kan het ook hoge snelheden en acceleraties bereiken, en is de slaglengte theoretisch onbeperkt. De positioneringsnauwkeurigheid kan ook een hoog niveau bereiken onder invloed van een uiterst nauwkeurig positiefeedbacksysteem, waardoor het een ideale aandrijfmethode is voor bewerkingsmachines met hoge snelheid en hoge precisie, met name middelgrote en grote bewerkingsmachines. Momenteel bedraagt de maximale hoge snelheid van bewerkingsmachines met hoge snelheid en hoge precisie die gebruikmaken van lineaire motoren 208 m/min, met een acceleratie van 2 g, en er is nog ruimte voor ontwikkeling.
3. Hoge betrouwbaarheid
Met de ontwikkeling van netwerktoepassingen vanCNC-bewerkingsmachinesDe hoge betrouwbaarheid van CNC-bewerkingsmachines is een doel geworden dat wordt nagestreefd door fabrikanten van CNC-systemen en CNC-bewerkingsmachines. Voor een onbemande fabriek met twee ploegendiensten per dag, moet de gemiddelde tijd tussen storingen (MTBF) van de CNC-bewerkingsmachine groter zijn dan 3000 uur als deze continu en normaal binnen 16 uur moet werken met een storingsvrije periode van P(t)=99% of meer. Voor slechts één CNC-bewerkingsmachine is de storingsvrije verhouding tussen de host en het CNC-systeem 10:1 (de betrouwbaarheid van CNC is een orde van grootte hoger dan die van de host). Op dit punt moet de MTBF van het CNC-systeem groter zijn dan 33333,3 uur en de MTBF van het CNC-apparaat, de spindel en de aandrijving groter zijn dan 100.000 uur.
De MTBF-waarde van huidige buitenlandse CNC-apparaten bedraagt meer dan 6000 uur en die van het aandrijfsysteem meer dan 30.000 uur. Er is echter nog steeds een verschil met de ideale doelstelling.
4. Samenstellen
Tijdens de bewerking van onderdelen gaat veel tijd verloren aan het hanteren van werkstukken, het laden en lossen, installeren en afstellen, het wisselen van gereedschap en het verhogen en verlagen van de spindelsnelheid. Om deze tijdverspilling zoveel mogelijk te beperken, probeert men verschillende bewerkingsfuncties op dezelfde machine te integreren. Daarom zijn bewerkingsmachines met samengestelde functies de laatste jaren een snelgroeiend model geworden.
Het concept van bewerking van samengestelde onderdelen met behulp van een machine in de flexibele productiesector verwijst naar het vermogen van een machine om automatisch multiprocesbewerkingen uit te voeren met dezelfde of verschillende procesmethoden volgens een CNC-bewerkingsprogramma, na het in één keer opspannen van het werkstuk, om verschillende bewerkingsprocessen uit te voeren, zoals draaien, frezen, boren, slijpen, tappen, ruimen en expanderen van een complex gevormd onderdeel. Wat prismatische onderdelen betreft, zijn bewerkingscentra de meest voorkomende machinegereedschappen die multiprocesbewerkingen met behulp van samengestelde onderdelen uitvoeren met behulp van dezelfde procesmethode. Het is bewezen dat bewerking van samengestelde onderdelen met behulp van een machinegereedschap de nauwkeurigheid en efficiëntie van de bewerking kan verbeteren, ruimte kan besparen en met name de bewerkingscyclus van onderdelen kan verkorten.
5. Polyaxialisatie
Met de populariteit van CNC-systemen met 5-assige koppeling en programmeersoftware zijn bewerkingscentra en CNC-freesmachines met 5-assige koppeling (verticale bewerkingscentra) een hot topic geworden in de huidige ontwikkeling. De eenvoud van de besturing van de 5-assige koppeling in de CNC-programmering van kogelkopfrezen bij het bewerken van vrije oppervlakken, en de mogelijkheid om een redelijke snijsnelheid voor kogelkopfrezen te handhaven tijdens het frezen van 3D-oppervlakken, resulterend in een aanzienlijk verbeterde ruwheid van het bewerkingsoppervlak en een sterk verbeterde bewerkingsefficiëntie. Bij 3-assige koppeling is het echter onmogelijk om te voorkomen dat het uiteinde van de kogelkopfrees met een snijsnelheid van bijna nul meedraait. Daarom zijn bewerkingscentra met 5-assige koppeling het middelpunt geworden van actieve ontwikkeling en concurrentie tussen grote fabrikanten van gereedschapsmachines vanwege hun onvervangbare prestatievoordelen.
In het buitenland wordt momenteel nog steeds onderzoek gedaan naar 6-assige koppelingsbesturing met behulp van niet-roterende snijgereedschappen in bewerkingscentra. Hoewel de bewerkingsvorm niet beperkt is en de snijdiepte zeer gering kan zijn, is de bewerkingsefficiëntie te laag en is het lastig om dit in de praktijk toe te passen.
6. Intelligentie
Intelligentie is een belangrijke richting voor de ontwikkeling van productietechnologie in de 21e eeuw. Intelligente bewerking is een vorm van bewerking gebaseerd op neurale netwerkbesturing, fuzzy control, digitale netwerktechnologie en -theorie. Het doel is om de intelligente activiteiten van menselijke experts tijdens het bewerkingsproces te simuleren om vele onzekere problemen op te lossen die handmatige tussenkomst vereisen. De inhoud van intelligentie omvat verschillende aspecten in CNC-systemen:
Om intelligente verwerkingsefficiëntie en -kwaliteit na te streven, zoals adaptieve controle en automatische generatie van procesparameters;
Om de rijprestaties te verbeteren en intelligente verbindingen mogelijk te maken, zoals feedforward-regeling, adaptieve berekening van motorparameters, automatische identificatie van belastingen, automatische selectie van modellen, zelfafstemming, enz.;
Vereenvoudigde programmering en intelligente bediening, zoals intelligente automatische programmering, intelligente mens-machine-interface, enz.;
Intelligente diagnose en monitoring vergemakkelijken de diagnose en het onderhoud van systemen.
Er wordt wereldwijd onderzoek gedaan naar een groot aantal intelligente snij- en bewerkingssystemen. De intelligente bewerkingsoplossingen voor boren van de Japan Intelligent CNC Device Research Association zijn daar een goed voorbeeld van.
7. Netwerken
Netwerkbesturing van werktuigmachines verwijst voornamelijk naar de netwerkverbinding en netwerkbesturing tussen de werktuigmachine en andere externe besturingssystemen of bovenliggende computers via het meegeleverde CNC-systeem. CNC-werktuigmachines worden doorgaans eerst verbonden met de productielocatie en het interne LAN van de onderneming en maken vervolgens verbinding met de buitenwereld via internet, ook wel internet-/intranettechnologie genoemd.
Met de volwassenheid en ontwikkeling van netwerktechnologie heeft de industrie recentelijk het concept van digitale productie voorgesteld. Digitale productie, ook wel "e-manufacturing" genoemd, is een van de symbolen van modernisering in mechanische productiebedrijven en de standaard leveringsmethode voor internationale fabrikanten van geavanceerde gereedschapsmachines. Met de wijdverbreide acceptatie van informatietechnologie vereisen steeds meer binnenlandse gebruikers communicatiediensten op afstand en andere functies bij de import van CNC-bewerkingsmachines. Door de wijdverbreide acceptatie van CAD/CAM maken mechanische productiebedrijven steeds meer gebruik van CNC-bewerkingsapparatuur. CNC-applicatiesoftware wordt steeds uitgebreider en gebruiksvriendelijker. Virtueel ontwerp, virtuele productie en andere technologieën worden steeds vaker toegepast door ingenieurs en technici. Het vervangen van complexe hardware door software-intelligentie wordt een belangrijke trend in de ontwikkeling van moderne gereedschapsmachines. Onder het streven naar digitale productie is een aantal geavanceerde bedrijfsbeheersoftware, zoals ERP, ontstaan door procesre-engineering en transformatie van informatietechnologie, wat hogere economische voordelen voor bedrijven oplevert.
8. Flexibiliteit
De trend van CNC-bewerkingsmachines naar flexibele automatiseringssystemen is om te ontwikkelen van punt (CNC-enkele machine, bewerkingscentrum en CNC-composietbewerkingsmachine), lijn (FMC, FMS, FTL, FML) naar oppervlak (onafhankelijk productie-eiland, FA) en lichaam (CIMS, gedistribueerd netwerk geïntegreerd productiesysteem), en aan de andere kant om te focussen op toepassing en economie. Flexibele automatiseringstechnologie is het belangrijkste middel voor de maakindustrie om zich aan te passen aan dynamische marktvragen en producten snel te updaten. Het is de belangrijkste trend in de ontwikkeling van productie in verschillende landen en de fundamentele technologie op het gebied van geavanceerde productie. De focus ligt op het verbeteren van de betrouwbaarheid en bruikbaarheid van het systeem, met als doel eenvoudige netwerkvorming en integratie; Benadruk de ontwikkeling en verbetering van eenheidstechnologie; CNC-enkele machine ontwikkelt zich naar hoge precisie, hoge snelheid en hoge flexibiliteit; CNC-bewerkingsmachines en hun flexibele productiesystemen kunnen eenvoudig worden verbonden met CAD, CAM, CAPP, MTS en ontwikkelen zich naar informatie-integratie; De ontwikkeling van netwerksystemen naar openheid, integratie en intelligentie.
9. Vergroening
De metaalbewerkingsmachines van de 21e eeuw moeten prioriteit geven aan milieubescherming en energiebesparing, dat wil zeggen aan het vergroenen van snijprocessen. Momenteel richt deze groene verwerkingstechnologie zich vooral op het niet gebruiken van snijvloeistof, vooral omdat snijvloeistof niet alleen het milieu vervuilt en de gezondheid van de werknemers in gevaar brengt, maar ook het verbruik van hulpbronnen en energie verhoogt. Droog snijden wordt over het algemeen uitgevoerd in een atmosferische atmosfeer, maar het omvat ook snijden in speciale gasatmosferen (stikstof, koude lucht of met behulp van droge elektrostatische koeltechnologie) zonder gebruik van snijvloeistof. Voor bepaalde bewerkingsmethoden en werkstukcombinaties is droog snijden zonder snijvloeistof momenteel echter moeilijk toepasbaar in de praktijk, waardoor quasi-droog snijden met minimale smering (MQL) is ontstaan. Momenteel maakt 10-15% van de grootschalige mechanische bewerkingen in Europa gebruik van droog en quasi-droog snijden. Voor gereedschapsmachines zoals bewerkingscentra die ontworpen zijn voor meerdere bewerkingsmethoden/werkstukcombinaties, wordt quasi-droogsnijden voornamelijk toegepast. Dit gebeurt meestal door een mengsel van zeer kleine hoeveelheden snijolie en perslucht in het snijgebied te spuiten via het holle kanaal in de machinespindel en het gereedschap. Van de verschillende soorten metaalbewerkingsmachines is de tandwielfreesmachine de meest gebruikte voor droogsnijden.
Kortom, de vooruitgang en ontwikkeling van de CNC-bewerkingsmachinetechnologie hebben gunstige voorwaarden geschapen voor de ontwikkeling van een moderne maakindustrie en de ontwikkeling van de productie in een meer humane richting bevorderd. Het is te voorzien dat de maakindustrie met de ontwikkeling van CNC-bewerkingsmachinetechnologie en de wijdverbreide toepassing ervan een ingrijpende revolutie teweeg zal brengen die het traditionele productiemodel op zijn kop zal zetten.