A CNC rendszertechnológia gyors fejlődése megteremtette a CNC szerszámgépek technológiai fejlődésének feltételeit. A piac igényeinek kielégítése és a modern gyártástechnológia CNC-technológiával szembeni magasabb követelményeinek való megfelelés érdekében a világ CNC-technológiájának és berendezéseinek jelenlegi fejlődése főként a következő műszaki jellemzőkben tükröződik:
1. Nagy sebesség
A fejlődésCNC szerszámgépekA nagysebességű irányba történő elforgatás nemcsak jelentősen javíthatja a megmunkálási hatékonyságot és csökkentheti a megmunkálási költségeket, hanem javíthatja az alkatrészek felületmegmunkálásának minőségét és pontosságát is. Az ultra nagysebességű megmunkálási technológia széles körben alkalmazható az alacsony költségű termelés elérésében a gyártóiparban.
Az 1990-es évek óta Európa, az Egyesült Államok és Japán országai versenyeznek a nagysebességű CNC szerszámgépek új generációjának fejlesztéséért és alkalmazásáért, felgyorsítva a szerszámgépek nagysebességű fejlesztésének ütemét. Új áttörések történtek a nagysebességű orsóegység (elektromos orsó, 15000-100000 ford/perc fordulatszám), a nagysebességű és nagy gyorsulású/lassulású előtolásos mozgáskomponensek (gyors mozgási sebesség 60-120 m/perc, vágási előtolási sebesség akár 60 m/perc), a nagy teljesítményű CNC és szervo rendszerek, valamint a CNC szerszámrendszerek terén, elérve az új technológiai szinteket. A kulcsfontosságú technológiák megoldásával számos műszaki területen, mint például az ultra nagy sebességű vágómechanizmus, az ultra kemény, kopásálló, hosszú élettartamú szerszámanyagok és abrazív köszörűszerszámok, a nagy teljesítményű, nagy sebességű elektromos orsó, a nagy gyorsulású/lassulású lineáris motorral hajtott előtolási alkatrészek, a nagy teljesítményű vezérlőrendszerek (beleértve a felügyeleti rendszereket is) és a védőeszközök, megteremtették a technikai alapot az új generációs nagysebességű CNC szerszámgépek fejlesztéséhez és alkalmazásához.
Jelenleg az ultragyors megmunkálásban az esztergálás és marás forgácsolási sebessége elérte az 5000-8000 m/perc feletti értéket; az orsó fordulatszáma meghaladja a 30000 ford/percet (némelyik elérheti a 100000 ford/percet is); a munkapad mozgási sebessége (előtolási sebessége): 1 mikrométeres felbontással 100 m/perc felett (némelyik akár 200 m/percig), és 0,1 mikrométeres felbontással 24 m/perc felett; az automatikus szerszámcsere sebessége 1 másodpercen belül; a kis vonalú interpoláció előtolási sebessége eléri a 12 m/percet.
2. Nagy pontosság
A fejlődésCNC szerszámgépekA precíziós megmunkálástól az ultraprecíziós megmunkálásig terjedő terület az ipari hatalmak világszerte elkötelezettek. Pontossága a mikrométeres szinttől a szubmikronos szintig, sőt a nanométeres szintig (<10 nm) is terjed, és alkalmazási területe egyre szélesebb körben terjed.
Jelenleg a nagy pontosságú megmunkálás követelményei miatt a hagyományos CNC szerszámgépek megmunkálási pontossága ± 10 μm-ről ± 5 μm-re nőtt; a precíziós megmunkálóközpontok megmunkálási pontossága ± 3 és 5 μm között mozog. Ez ± 1-1,5 μm-re is növelhető. Még magasabbra; az ultraprecíziós megmunkálási pontosság elérte a nanométeres szintet (0,001 mikrométer), az orsó forgáspontossága pedig eléri a 0,01~0,05 mikrométert, 0,1 mikrométer megmunkálási kerekdedséggel és Ra=0,003 mikrométer megmunkálási felületi érdességgel. Ezek a szerszámgépek általában vektorvezérlésű, változtatható frekvenciájú hajtású elektromos orsókat használnak (a motorral és az orsóval integrálva), az orsó radiális futása kisebb, mint 2 µm, a tengelyirányú elmozdulása kisebb, és a tengely kiegyensúlyozatlansága eléri a G0,4 szintet.
A nagysebességű és nagy pontosságú megmunkálógépek előtolás-hajtása főként két típust foglal magában: "forgó szervomotor precíziós nagysebességű golyósorsóval" és "lineáris motor közvetlen hajtás". Ezenkívül a feltörekvő párhuzamos szerszámgépek is könnyen elérhetők nagysebességű előtolással.
Kiforrott technológiájának és széles körű alkalmazásának köszönhetően a golyósorsók nemcsak nagy pontosságot érnek el (ISO3408 1. szint), hanem viszonylag alacsony költséggel is képesek nagysebességű megmunkálásra. Ezért a mai napig számos nagysebességű megmunkálógép használja őket. A jelenlegi, golyósorsóval hajtott nagysebességű megmunkálógép maximális mozgási sebessége 90 m/perc, gyorsulása pedig 1,5 g.
A golyósorsó a mechanikus erőátvitelhez tartozik, ami az átviteli folyamat során elkerülhetetlenül rugalmas deformációval, súrlódással és fordított hézaggal jár, ami mozgási hiszterézist és egyéb nemlineáris hibákat eredményez. Ezen hibák megmunkálási pontosságra gyakorolt hatásának kiküszöbölése érdekében 1993-ban lineáris motoros közvetlen hajtást alkalmaztak a szerszámgépeken. Mivel ez egy közbenső összekötők nélküli "nulla átvitel", nemcsak kis mozgási tehetetlenséggel, nagy rendszermerevséggel és gyors reagálással rendelkezik, hanem nagy sebességet és gyorsulást is képes elérni, és lökethossza elméletileg korlátlan. A nagy pontosságú pozíció-visszacsatolási rendszer hatására a pozicionálási pontosság is magas szintet érhet el, így ideális hajtási módszer nagy sebességű és nagy pontosságú megmunkálógépekhez, különösen közepes és nagy szerszámgépekhez. Jelenleg a lineáris motorokat használó nagy sebességű és nagy pontosságú megmunkálógépek maximális gyors mozgási sebessége elérte a 208 m/percet, 2 g gyorsulással, és még van hová fejlődni.
3. Nagy megbízhatóság
A hálózatba kapcsolt alkalmazások fejlődésévelCNC szerszámgépekA CNC szerszámgépek nagyfokú megbízhatósága a CNC rendszergyártók és a CNC szerszámgépgyártók egyik céljává vált. Egy napi két műszakban dolgozó, személyzet nélküli gyár esetében, ha folyamatosan és normálisan 16 órán belül kell dolgoznia, P(t)=99% vagy annál nagyobb hibamentes aránnyal, a CNC szerszámgép átlagos meghibásodások közötti idejének (MTBF) nagyobbnak kell lennie, mint 3000 óra. Egyetlen CNC szerszámgép esetében a gazdagép és a CNC rendszer közötti meghibásodási arány 10:1 (a CNC megbízhatósága egy nagyságrenddel magasabb, mint a gazdagépé). Ezen a ponton a CNC rendszer MTBF-jének nagyobbnak kell lennie, mint 33333,3 óra, a CNC eszköz, az orsó és a hajtás MTBF-jének pedig nagyobbnak kell lennie, mint 100000 óra.
A jelenlegi külföldi CNC-eszközök MTBF-értéke meghaladta a 6000 órát, a meghajtóberendezésé pedig a 30 000 órát. Azonban látható, hogy még mindig van eltérés az ideális célértéktől.
4. Kamatos érték
Az alkatrész-megmunkálás során rengeteg felesleges időt pazarolnak el a munkadarabok kezelése, be- és kirakodása, a beszerelés és beállítás, a szerszámcsere, valamint az orsósebesség növelése és csökkentése. Ezen felesleges idők minimalizálása érdekében az emberek különböző feldolgozási funkciókat szeretnének integrálni ugyanazon a szerszámgépen. Ezért az összetett funkciójú szerszámgépek az elmúlt években gyorsan fejlődő modellé váltak.
A rugalmas gyártás területén a szerszámgéppel végzett kompozit megmunkálás fogalma a szerszámgép azon képességére utal, hogy a munkadarab egyetlen menetben történő befogása után automatikusan elvégezzen többfolyamatos megmunkálást azonos vagy különböző típusú eljárásmódokkal egy CNC megmunkálási program szerint, hogy különféle megmunkálási folyamatokat, például esztergálást, marást, fúrást, furatkiesztergálást, köszörülést, menetfúrást, dörzsárazást és összetett alakú alkatrészek tágítását elvégezhesse. Ami a prizmás alkatrészeket illeti, a megmunkálóközpontok a legtipikusabb szerszámgépek, amelyek ugyanazzal az eljárásmóddal végeznek többfolyamatos kompozit megmunkálást. Bebizonyosodott, hogy a szerszámgéppel végzett kompozit megmunkálás javíthatja a megmunkálási pontosságot és hatékonyságot, helyet takaríthat meg, és különösen lerövidítheti az alkatrészek megmunkálási ciklusát.
5. Poliaxializáció
Az 5 tengelyes összeköttetésű CNC rendszerek és programozó szoftverek elterjedésével az 5 tengelyes összeköttetésű megmunkálóközpontok és CNC marógépek (függőleges megmunkáló központok) a jelenlegi fejlesztési gócponttá váltak. Az 5 tengelyes összeköttetésű vezérlés egyszerűsége miatt a gömbfejű marók CNC programozásában szabad felületek megmunkálásakor, valamint a gömbfejű marók ésszerű forgácsolási sebességének fenntartásának képessége a 3D felületek marási folyamata során, ennek eredményeként a megmunkálási felület érdessége jelentősen javul, és a megmunkálási hatékonyság nagymértékben javul. A 3 tengelyes összeköttetésű szerszámgépeknél azonban lehetetlen elkerülni, hogy a közel nulla forgácsolási sebességű gömbfejű marószerszám ne vegyen részt a forgácsolásban. Ezért az 5 tengelyes összeköttetésű szerszámgépek a nagy szerszámgépgyártók aktív fejlesztésének és versenyének középpontjába kerültek pótolhatatlan teljesítményelőnyeik miatt.
Külföldön a közelmúltban még mindig kutatják a 6 tengelyes összeköttetés vezérlését nem forgó vágószerszámok használatával megmunkálóközpontokban. Bár a megmunkálási alakjuk nincs korlátozva, és a forgácsolási mélységük nagyon vékony lehet, a megmunkálási hatásfok túl alacsony, és nehezen megvalósítható.
6. Intelligencia
Az intelligencia a 21. századi gyártástechnológia fejlesztésének egyik fő iránya. Az intelligens megmunkálás a neurális hálózati vezérlésen, a fuzzy vezérlésen, a digitális hálózati technológián és az elméleten alapuló megmunkálási típus. Célja az emberi szakértők intelligens tevékenységeinek szimulálása a megmunkálási folyamat során, számos bizonytalan probléma megoldása érdekében, amelyek kézi beavatkozást igényelnek. Az intelligencia tartalma a CNC rendszerekben a következő aspektusokat foglalja magában:
Az intelligens feldolgozási hatékonyság és minőség elérése, mint például az adaptív vezérlés és a folyamatparaméterek automatikus generálása;
A vezetési teljesítmény javítása és az intelligens csatlakozások elősegítése, mint például az előrecsatolásos vezérlés, a motorparaméterek adaptív kiszámítása, a terhelések automatikus azonosítása, a modellek automatikus kiválasztása, önhangolás stb.;
Egyszerűsített programozás és intelligens működés, például intelligens automatikus programozás, intelligens ember-gép interfész stb.;
Az intelligens diagnosztika és felügyelet megkönnyíti a rendszer diagnosztizálását és karbantartását.
Számos intelligens vágó- és megmunkálórendszer kutatása folyik a világon, amelyek közül a Japán Intelligens CNC Eszközkutató Szövetség intelligens megmunkálási megoldásai a fúráshoz reprezentatívak.
7. Hálózatépítés
A szerszámgépek hálózati vezérlése elsősorban a szerszámgép és más külső vezérlőrendszerek vagy felső számítógépek közötti hálózati kapcsolatot és hálózati vezérlést jelenti a felszerelt CNC-rendszeren keresztül. A CNC-szerszámgépek általában először a gyártóhelyre és a vállalat belső LAN-jára csatlakoznak, majd az interneten keresztül csatlakoznak a vállalaton kívüli hálózathoz, ezt nevezzük internet/intranet technológiának.
A hálózati technológia kiforrottságával és fejlődésével az iparág a közelmúltban javasolta a digitális gyártás koncepcióját. A digitális gyártás, más néven "e-gyártás", a gépgyártó vállalatok modernizációjának egyik szimbóluma, és a mai nemzetközi fejlett szerszámgépgyártók standard ellátási módja. Az információs technológia széles körű elterjedésével egyre több hazai felhasználó igényel távoli kommunikációs szolgáltatásokat és egyéb funkciókat CNC szerszámgépek importálásakor. A CAD/CAM széles körű elterjedése alapján a gépgyártó vállalatok egyre inkább CNC megmunkáló berendezéseket használnak. A CNC alkalmazásszoftverek egyre gazdagabbak és felhasználóbarátabbak. A virtuális tervezés, a virtuális gyártás és más technológiák egyre inkább elterjedtek a mérnökök és a műszaki személyzet körében. A komplex hardverek szoftveres intelligenciával való helyettesítése fontos trenddé válik a modern szerszámgépek fejlesztésében. A digitális gyártás céljainak részeként számos fejlett vállalatirányítási szoftver, például az ERP jelent meg a folyamatok újratervezése és az információs technológia átalakítása révén, nagyobb gazdasági előnyöket teremtve a vállalkozások számára.
8. Rugalmasság
A CNC szerszámgépek rugalmas automatizálási rendszerek felé történő fejlesztése a pontszerű (CNC egygépes, megmunkálóközpontos és CNC kompozit megmunkáló gépes), a soros (FMC, FMS, FTL, FML) felületmegmunkálástól a felületmegmunkálásig (független gyártósziget, FA), és a testmegmunkálásig (CIMS, elosztott hálózati integrált gyártórendszer) halad, másrészt az alkalmazásra és a gazdaságosságra összpontosítva. A rugalmas automatizálási technológia a fő eszköz a gyártóipar számára a dinamikus piaci igényekhez való alkalmazkodáshoz és a termékek gyors frissítéséhez. Ez a gyártásfejlesztés fő trendje különböző országokban, és az alapvető technológia a fejlett gyártás területén. A hangsúly a rendszer megbízhatóságának és praktikusságának javításán van, a könnyű hálózatba kapcsolás és integráció céljából; Hangsúlyozza az egységtechnológia fejlesztését és tökéletesítését; A CNC egygépes fejlesztés a nagy pontosság, a nagy sebesség és a nagy rugalmasság felé halad; A CNC szerszámgépek és rugalmas gyártórendszereik könnyen csatlakoztathatók CAD, CAM, CAPP, MTS rendszerekhez, és az információintegráció felé haladnak; A hálózati rendszerek fejlesztése a nyitottság, az integráció és az intelligencia felé halad.
9. Zöldülés
A 21. század fémforgácsoló szerszámgépeinek előtérbe kell helyezniük a környezetvédelmet és az energiatakarékosságot, azaz a forgácsolási folyamatok zölddé tételét kell elérniük. Jelenleg ez a zöld feldolgozási technológia főként a vágófolyadék használatának mellőzésére összpontosít, főként azért, mert a vágófolyadék nemcsak szennyezi a környezetet és veszélyezteti a munkavállalók egészségét, hanem növeli az erőforrás- és energiafogyasztást is. A száraz forgácsolást általában atmoszférikus atmoszférában végzik, de ide tartozik a speciális gázatmoszférában (nitrogén, hideg levegő vagy száraz elektrosztatikus hűtési technológia alkalmazása) végzett forgácsolás is vágófolyadék használata nélkül. Bizonyos megmunkálási módszerek és munkadarab-kombinációk esetében azonban a vágófolyadék nélküli száraz forgácsolás jelenleg nehezen alkalmazható a gyakorlatban, ezért jelent meg a minimális kenéssel (MQL) végzett kvázi száraz forgácsolás. Jelenleg Európában a nagyméretű mechanikai megmunkálás 10-15%-a használ száraz és kvázi száraz forgácsolást. Az olyan szerszámgépeknél, mint a megmunkálóközpontok, amelyeket többféle megmunkálási módszerre/munkadarab-kombinációra terveztek, főként a kvázi száraz forgácsolást alkalmazzák, általában rendkívül kis mennyiségű vágóolaj és sűrített levegő keverékének a forgácsolási területre történő permetezésével a géporsó és a szerszám belsejében lévő üreges csatornán keresztül. A különféle fémmegmunkáló gépek közül a fogaskerék-lefejtő gép a leggyakrabban használt száraz forgácsoláshoz.
Röviden, a CNC szerszámgépek technológiájának fejlődése és fejlődése kedvező feltételeket teremtett a modern gyártóipar fejlődéséhez, elősegítve a gyártás humanizáltabb irányba történő fejlődését. Előre látható, hogy a CNC szerszámgépek technológiájának fejlődésével és a CNC szerszámgépek széles körű elterjedésével a gyártóipar mélyreható forradalmat indít el, amely megrengetheti a hagyományos gyártási modellt.