Хуткае развіццё тэхналогій сістэм ЧПУ стварыла ўмовы для тэхналагічнага прагрэсу станкоў з ЧПУ. Каб задаволіць патрэбы рынку і адпавядаць больш высокім патрабаванням сучасных вытворчых тэхналогій да тэхналогіі ЧПУ, сучаснае развіццё сусветнай тэхналогіі ЧПУ і яе абсталявання ў асноўным адлюстроўваецца ў наступных тэхнічных характарыстыках:
1. Высокая хуткасць
РазвіццёСтанкі з ЧПУРух у напрамку высокай хуткасці можа не толькі значна палепшыць эфектыўнасць апрацоўкі і знізіць выдаткі на апрацоўку, але і палепшыць якасць апрацоўкі паверхні і дакладнасць дэталяў. Тэхналогія звышвысокай хуткасці апрацоўкі мае шырокае прымяненне для дасягнення нізказатратнай вытворчасці ў вытворчай прамысловасці.
З 1990-х гадоў краіны Еўропы, ЗША і Японіі канкуруюць у распрацоўцы і ўкараненні новага пакалення высакахуткасных станкоў з ЧПУ, паскараючы тэмпы развіцця высакахуткасных станкоў. Новыя прарывы былі дасягнуты ў высакахуткасных шпіндзельных блоках (электрычны шпіндзель, хуткасць 15000-100000 аб/мін), высакахуткасных і высокапаскораных/запавольваемых кампанентах падачы (хуткасць руху 60-120 м/мін, хуткасць падачы пры рэзцы да 60 м/мін), высокапрадукцыйных сістэмах ЧПУ і сервасістэмах, а таксама сістэмах інструментаў з ЧПУ, што дасягнула новых тэхналагічных узроўняў. Дзякуючы распрацоўцы ключавых тэхналогій у шэрагу тэхнічных абласцей, такіх як звышвысокахуткасныя рэжучыя механізмы, звышцвёрдыя зносаўстойлівыя даўгавечныя інструментальныя матэрыялы і абразіўныя шліфавальныя інструменты, высокамагутны высокахуткасны электрычны шпіндзель, высокапаскораныя/запавольвальныя кампаненты падачы з прывадам ад лінейнага рухавіка, высокапрадукцыйныя сістэмы кіравання (у тым ліку сістэмы маніторынгу) і ахоўныя прылады, была створана тэхнічная аснова для распрацоўкі і ўкаранення новага пакалення высакахуткасных станкоў з ЧПУ.
У цяперашні час пры звышвысокахуткаснай апрацоўцы хуткасць рэзання пры такенні і фрэзераванні дасягнула больш за 5000-8000 м/мін; хуткасць кручэння шпіндзеля перавышае 30000 абаротаў у хвіліну (некаторыя могуць дасягаць 100000 абаротаў у хвіліну); хуткасць руху (хуткасць падачы) варштата: больш за 100 м/мін (некаторыя да 200 м/мін) пры дазволе 1 мікраметр і больш за 24 м/мін пры дазволе 0,1 мікраметра; хуткасць аўтаматычнай змены інструмента на працягу 1 секунды; хуткасць падачы для інтэрпаляцыі дробных ліній дасягае 12 м/мін.
2. Высокая дакладнасць
РазвіццёСтанкі з ЧПУАд дакладнай да звышдакладнай апрацоўкі — гэта кірунак, да якога імкнуцца прамысловыя магутнасці па ўсім свеце. Яго дакладнасць вар'іруецца ад мікраметра да субмікрона і нават да нанаметра (<10 нм), і дыяпазон яго прымянення становіцца ўсё больш шырокім.
У цяперашні час, з-за патрабаванняў высокадакладнай апрацоўкі, дакладнасць апрацоўкі звычайных станкоў з ЧПУ павялічылася з ± 10 мкм да ± 5 мкм; дакладнасць апрацоўкі дакладных апрацоўчых цэнтраў вагаецца ад ± 3 да 5 мкм, павялічваецца да ± 1-1,5 мкм і нават вышэй; дакладнасць звышдакладнай апрацоўкі дасягнула нанаметровага ўзроўню (0,001 мікраметра), а дакладнасць кручэння шпіндзеля павінна дасягнуць 0,01~0,05 мікраметра, з кругласцю апрацоўкі 0,1 мікраметра і шурпатасцю паверхні апрацоўкі Ra = 0,003 мікраметра. Гэтыя станкі звычайна выкарыстоўваюць электрычныя шпіндзелі з вектарным кіраваннем і прывадам з пераменнай частатой (інтэграваныя з рухавіком і шпіндзелем), з радыяльным біццём шпіндзеля менш за 2 мкм, восевым зрушэннем менш за 1 мкм і дысбалансам вала, які дасягае ўзроўню G0,4.
Прывад падачы высакахуткасных і высокадакладных апрацоўчых станкоў у асноўным складаецца з двух тыпаў: «ратацыйны серварухавік з дакладнай высакахуткаснай шарыкавай вінтой» і «лінейны рухавік з прамым прывадам». Акрамя таго, новыя паралельныя станкі таксама лёгка дасягаюць высокай хуткасці падачы.
Дзякуючы развітай тэхналогіі і шырокаму прымяненню, шарыкавыя шрубы не толькі дасягаюць высокай дакладнасці (ISO3408 узровень 1), але і маюць адносна нізкі кошт дасягнення высакахуткаснай апрацоўкі. Таму яны да гэтага часу выкарыстоўваюцца на многіх высакахуткасных апрацоўчых станках. Сучасны высакахуткасны апрацоўчы станок з прывадам ад шарыкавай шрубы мае максімальную хуткасць руху 90 м/мін і паскарэнне 1,5 g.
Шарыкавы шрубавы механізм належыць да механічнай перадачы, якая непазбежна ўключае ў сябе пругкую дэфармацыю, трэнне і зваротны зазор падчас працэсу перадачы, што прыводзіць да гістэрэзісу руху і іншых нелінейных памылак. Каб ліквідаваць уплыў гэтых памылак на дакладнасць апрацоўкі, у 1993 годзе ў станках быў ужыты прамы прывад ад лінейнага рухавіка. Паколькі гэта "нулявая перадача" без прамежкавых звёнаў, яна не толькі мае малую інерцыю руху, высокую калянасць сістэмы і хуткую рэакцыю, але і можа дасягаць высокай хуткасці і паскарэння, а даўжыня ходу тэарэтычна неабмежаваная. Дакладнасць пазіцыянавання таксама можа дасягаць высокага ўзроўню пад дзеяннем высокадакладнай сістэмы зваротнай сувязі па становішчы, што робіць яе ідэальным метадам кіравання для высакахуткасных і высокадакладных апрацоўчых станкоў, асабліва для сярэдніх і буйных станкоў. У цяперашні час максімальная хуткасць перамяшчэння высакахуткасных і высокадакладных апрацоўчых станкоў з выкарыстаннем лінейных рухавікоў дасягнула 208 м/мін з паскарэннем 2g, і ёсць яшчэ магчымасці для развіцця.
3. Высокая надзейнасць
З развіццём сеткавых прыкладанняўСтанкі з ЧПУВысокая надзейнасць станкоў з ЧПУ стала мэтай вытворцаў сістэм ЧПУ і вытворцаў станкоў з ЧПУ. Для беспілотнага завода, які працуе ў дзве змены ў дзень, калі патрабуецца бесперапынная праца на працягу 16 гадзін з узроўнем безадмоўнасці P (t) = 99% або больш, сярэдні час напрацоўкі на адмову (MTBF) станка з ЧПУ павінен быць больш за 3000 гадзін. Толькі для аднаго станка з ЧПУ суадносіны частаты адмоў паміж асноўным станком і сістэмай ЧПУ складае 10:1 (надзейнасць ЧПУ на парадак вышэйшая, чым у асноўнага). У гэты момант MTBF сістэмы ЧПУ павінен быць больш за 33333,3 гадзіны, а MTBF прылады ЧПУ, шпіндзеля і прывада павінен быць больш за 100000 гадзін.
Значэнне напрацоўкі на адбой сучасных замежных станкоў з ЧПУ дасягнула больш за 6000 гадзін, а прывадных прылад — больш за 30 000 гадзін. Аднак відаць, што да ідэальнага паказчыка ўсё яшчэ існуе адставанне.
4. Складаныя стаўкі
У працэсе апрацоўкі дэталяў вялікая колькасць бескарыснага часу траціцца на апрацоўку дэталяў, загрузку і разгрузку, мантаж і наладу, змену інструмента, а таксама павелічэнне і памяншэнне хуткасці шпіндзеля. Каб максімальна мінімізаваць гэты бескарысны час, людзі імкнуцца інтэграваць розныя функцыі апрацоўкі на адным станку. Таму ў апошнія гады хутка развіваюцца станкі са складанымі функцыямі.
Паняцце апрацоўкі кампазітных дэталяў на станках у галіне гнуткай вытворчасці адносіцца да здольнасці станка аўтаматычна выконваць шматпрацэсную апрацоўку аднолькавымі або рознымі тыпамі тэхналагічных працэсаў у адпаведнасці з праграмай апрацоўкі на станку з ЧПУ пасля заціску дэталі за адзін раз, каб выканаць розныя працэсы апрацоўкі, такія як тачэнне, фрэзераванне, свідраванне, расточванне, шліфаванне, наразанне разьбы, развёртванне і пашырэнне дэталі складанай формы. Што тычыцца прызматычных дэталяў, апрацоўчыя цэнтры з'яўляюцца найбольш тыповымі станкамі, якія выконваюць шматпрацэсную апрацоўку кампазітных дэталяў з выкарыстаннем аднаго і таго ж тэхналагічнага працэсу. Даказана, што апрацоўка кампазітных дэталяў на станках можа палепшыць дакладнасць і эфектыўнасць апрацоўкі, зэканоміць месца і, асабліва, скараціць цыкл апрацоўкі дэталяў.
5. Поліаксіялізацыя
З папулярызацыяй 5-восевых сістэм ЧПУ з кіраваннем рычагом і праграмнага забеспячэння, 5-восевыя апрацоўчыя цэнтры з кіраваннем рычагом і фрэзерныя станкі з ЧПУ (вертыкальныя апрацоўчыя цэнтры) сталі актуальным аб'ектам распрацоўкі. Дзякуючы прастаце 5-восевага кіравання рычагом у праграмаванні ЧПУ для шарыкавых фрэз пры апрацоўцы свабодных паверхняў і магчымасці падтрымліваць разумную хуткасць рэзання шарыкавых фрэз падчас фрэзеравання трохмерных паверхняў, шурпатасць паверхні значна паляпшаецца, а эфектыўнасць апрацоўкі значна павышаецца. Аднак у 3-восевых станках з кіраваннем рычагом немагчыма пазбегнуць удзелу ў рэзанні канца шарыкавага фрэзы з хуткасцю рэзання, блізкай да нуля. Такім чынам, 5-восевыя станкі з кіраваннем рычагом сталі цэнтрам актыўнага развіцця і канкурэнцыі сярод буйных вытворцаў станкоў дзякуючы сваім незаменным перавагам у прадукцыйнасці.
Апошнім часам замежныя краіны ўсё яшчэ даследуюць кіраванне 6-восевым рычагом з выкарыстаннем невяртальных рэжучых інструментаў у апрацоўчых цэнтрах. Нягледзячы на тое, што форма іх апрацоўкі не абмежаваная, а глыбіня рэзання можа быць вельмі тонкай, эфектыўнасць апрацоўкі занадта нізкая, і гэта цяжка рэалізаваць на практыцы.
6. Інтэлект
Інтэлект з'яўляецца адным з галоўных напрамкаў развіцця вытворчых тэхналогій у 21 стагоддзі. Інтэлектуальная апрацоўка — гэта тып апрацоўкі, заснаваны на кіраванні нейроннымі сеткамі, невыразным кіраванні, лічбавых сеткавых тэхналогіях і тэорыі. Яна накіравана на мадэляванне інтэлектуальнай дзейнасці экспертаў-людзей падчас працэсу апрацоўкі, каб вырашыць мноства нявызначаных праблем, якія патрабуюць ручнога ўмяшання. Змест інтэлекту ўключае розныя аспекты ў сістэмах ЧПУ:
Дамагацца інтэлектуальнай эфектыўнасці і якасці апрацоўкі, напрыклад, адаптыўнага кіравання і аўтаматычнай генерацыі параметраў працэсу;
Для паляпшэння характарыстык кіравання і спрашчэння інтэлектуальнага падключэння, напрыклад, кіравання з прамой сувяззю, адаптыўнага разліку параметраў рухавіка, аўтаматычнай ідэнтыфікацыі нагрузак, аўтаматычнага выбару мадэляў, саманаладкі і г.д.;
Спрошчанае праграмаванне і інтэлектуальнае кіраванне, такія як інтэлектуальнае аўтаматычнае праграмаванне, інтэлектуальны інтэрфейс чалавек-машына і г.д.;
Інтэлектуальная дыягностыка і маніторынг спрашчаюць дыягностыку і абслугоўванне сістэмы.
У свеце даследуецца мноства інтэлектуальных сістэм рэзання і апрацоўкі, сярод якіх рэпрэзентатыўнымі з'яўляюцца інтэлектуальныя рашэнні для апрацоўкі свідравання, распрацаваныя Японскай асацыяцыяй даследаванняў інтэлектуальных прылад з ЧПУ.
7. Нетворкінг
Сеткавае кіраванне станкамі ў асноўным азначае сеткавае падключэнне і кіраванне паміж станком і іншымі знешнімі сістэмамі кіравання або верхнімі камп'ютарамі праз абсталяваную сістэму ЧПУ. Станкі з ЧПУ звычайна спачатку падключаюцца да вытворчай пляцоўкі і ўнутранай лакальнай сеткі прадпрыемства, а затым падключаюцца да знешняй часткі прадпрыемства праз Інтэрнэт, што называецца тэхналогіяй Інтэрнэт/Інтранэт.
З развіццём сеткавых тэхналогій у галіны нядаўна была прапанавана канцэпцыя лічбавай вытворчасці. Лічбавая вытворчасць, таксама вядомая як «электронная вытворчасць», з'яўляецца адным з сімвалаў мадэрнізацыі машынабудаўнічых прадпрыемстваў і стандартным метадам паставак для міжнародных вытворцаў перадавых станкоў сёння. З шырокім распаўсюджваннем інфармацыйных тэхналогій усё больш і больш айчынных карыстальнікаў маюць патрэбу ў паслугах дыстанцыйнай сувязі і іншых функцыях пры імпарце станкоў з ЧПУ. На аснове шырокага распаўсюджвання CAD/CAM машынабудаўнічыя прадпрыемствы ўсё часцей выкарыстоўваюць апрацоўчае абсталяванне з ЧПУ. Прыкладное праграмнае забеспячэнне з ЧПУ становіцца ўсё больш багатым і зручным для карыстальнікаў. Віртуальнае праектаванне, віртуальная вытворчасць і іншыя тэхналогіі ўсё часцей выкарыстоўваюцца інжынерна-тэхнічным персаналам. Замена складанага абсталявання праграмным інтэлектам становіцца важнай тэндэнцыяй у развіцці сучасных станкоў. У мэтах лічбавай вытворчасці, праз рэінжынірынг працэсаў і трансфармацыю інфармацыйных тэхналогій з'явіўся шэраг перадавых праграмных прадуктаў для кіравання прадпрыемствам, такіх як ERP, што стварае большыя эканамічныя выгады для прадпрыемстваў.
8. Гнуткасць
Тэндэнцыя станкоў з ЧПУ да гнуткіх сістэм аўтаматызацыі заключаецца ў развіцці ад кропкавага (аднастанок з ЧПУ, апрацоўчы цэнтр і камбінаваны апрацоўчы станок з ЧПУ), лінейнага (FMC, FMS, FTL, FML) да паверхні (незалежны вытворчы востраў, FA) і корпуса (CIMS, размеркаваная сеткавая інтэграваная вытворчая сістэма), а з іншага боку, у цэнтры ўвагі — прымяненне і эканоміка. Гнуткая тэхналогія аўтаматызацыі з'яўляецца асноўным сродкам для вытворчай прамысловасці адаптацыі да дынамічных патрабаванняў рынку і хуткага абнаўлення прадукцыі. Гэта асноўная тэндэнцыя развіцця вытворчасці ў розных краінах і фундаментальная тэхналогія ў галіне перадавой вытворчасці. Яна сканцэнтравана на павышэнні надзейнасці і практычнасці сістэмы з мэтай лёгкага стварэння сеткі і інтэграцыі; падкрэсліваецца развіццё і ўдасканаленне тэхналогіі адзінак; аднастанок з ЧПУ развіваецца ў бок высокай дакладнасці, высокай хуткасці і высокай гнуткасці; станкі з ЧПУ і іх гнуткія вытворчыя сістэмы могуць быць лёгка падключаны да CAD, CAM, CAPP, MTS і развівацца ў бок інтэграцыі інфармацыі; развіццё сеткавых сістэм у бок адкрытасці, інтэграцыі і інтэлекту.
9. Зялёнасць
Металарэзныя станкі 21-га стагоддзя павінны надаць прыярытэт ахове навакольнага асяроддзя і энергазберажэнню, гэта значыць дасягнуць экалагічнасці працэсаў рэзання. У цяперашні час гэтая зялёная тэхналогія апрацоўкі ў асноўным сканцэнтравана на адмове ад выкарыстання апрацоўчай вадкасці, галоўным чынам таму, што апрацоўчая вадкасць не толькі забруджвае навакольнае асяроддзе і ставіць пад пагрозу здароўе работнікаў, але і павялічвае спажыванне рэсурсаў і энергіі. Сухая рэзка звычайна праводзіцца ў атмасферы, але таксама ўключае рэзку ў спецыяльных газавых асяроддзях (азот, халоднае паветра або з выкарыстаннем тэхналогіі сухога электрастатычнага астуджэння) без выкарыстання апрацоўчай вадкасці. Аднак для некаторых метадаў апрацоўкі і камбінацый дэталяў сухая рэзка без выкарыстання апрацоўчай вадкасці ў цяперашні час цяжка ўжываць на практыцы, таму з'явілася квазісухая рэзка з мінімальнай змазкай (MQL). У цяперашні час 10-15% буйных механічных апрацоўчых прадпрыемстваў у Еўропе выкарыстоўваюць сухую і квазісухую рэзку. Для станкоў, такіх як апрацоўчыя цэнтры, якія прызначаны для некалькіх метадаў апрацоўкі/камбінацый дэталяў, у асноўным выкарыстоўваецца квазісухая рэзка, звычайна шляхам распылення сумесі надзвычай малой колькасці апрацоўчай вадкасці і сціснутага паветра ў зону рэзання праз полы канал унутры шпіндзеля станка і інструмента. Сярод розных тыпаў металарэзных станкоў зубарэзны станок найбольш часта выкарыстоўваецца для сухой рэзкі.
Карацей кажучы, прагрэс і развіццё тэхналогіі станкоў з ЧПУ стварылі спрыяльныя ўмовы для развіцця сучаснай вытворчай прамысловасці, спрыяючы развіццю вытворчасці ў больш гуманным кірунку. Можна прадбачыць, што з развіццём тэхналогіі станкоў з ЧПУ і шырокім ужываннем станкоў з ЧПУ вытворчая прамысловасць прывядзе да глыбокай рэвалюцыі, якая можа пахіснуць традыцыйную мадэль вытворчасці.