O rápido avance da tecnoloxía dos sistemas CNC proporcionou as condicións para o progreso tecnolóxico das máquinas-ferramenta CNC. Co fin de satisfacer as necesidades do mercado e cumprir cos esixencias máis esixentes da tecnoloxía de fabricación moderna para a tecnoloxía CNC, o desenvolvemento actual da tecnoloxía CNC mundial e os seus equipos reflíctese principalmente nas seguintes características técnicas:
1. Alta velocidade
O desenvolvemento demáquinas-ferramentas CNCcara á dirección de alta velocidade non só pode mellorar significativamente a eficiencia do mecanizado e reducir os custos de mecanizado, senón tamén mellorar a calidade do mecanizado superficial e a precisión das pezas. A tecnoloxía de mecanizado de ultra alta velocidade ten unha ampla aplicabilidade para lograr unha produción de baixo custo na industria manufactureira.
Desde a década de 1990, países de Europa, Estados Unidos e Xapón estiveron competindo para desenvolver e aplicar unha nova xeración de máquinas-ferramenta CNC de alta velocidade, acelerando o ritmo do desenvolvemento de alta velocidade das máquinas-ferramenta. Realizáronse novos avances na unidade de fuso de alta velocidade (fuso eléctrico, velocidade de 15000-100000 r/min), compoñentes de movemento de alimentación de alta velocidade e alta aceleración/desaceleración (velocidade de movemento rápido de 60-120 m/min, velocidade de alimentación de corte de ata 60 m/min), sistemas CNC e servo de alto rendemento e sistemas de ferramentas CNC, alcanzando novos niveis tecnolóxicos. Coa resolución de tecnoloxías clave nunha serie de campos técnicos como mecanismos de corte de ultra alta velocidade, materiais de ferramentas de longa duración ultra resistentes ao desgaste e ferramentas de rectificado abrasivo, fuso eléctrico de alta potencia e alta velocidade, compoñentes de alimentación accionados por motor lineal de alta aceleración/desaceleración, sistemas de control de alto rendemento (incluídos sistemas de monitorización) e dispositivos de protección, proporcionouse unha base técnica para o desenvolvemento e a aplicación da nova xeración de máquinas-ferramenta CNC de alta velocidade.
Na actualidade, no mecanizado de ultra alta velocidade, a velocidade de corte de torneado e fresado alcanzou máis de 5000-8000 m/min; a velocidade do fuso é superior a 30000 rpm (algunhas poden alcanzar ata 100000 rpm); a velocidade de movemento (velocidade de avance) da mesa de traballo: superior a 100 m/min (algunhas ata 200 m/min) cunha resolución de 1 micrómetro e superior a 24 m/min cunha resolución de 0,1 micrómetro; velocidade de cambio automático de ferramentas en 1 segundo; a velocidade de avance para a interpolación de liñas pequenas alcanza os 12 m/min.
2. Alta precisión
O desenvolvemento demáquinas-ferramentas CNCDa mecanización de precisión á mecanización de ultraprecisión é unha dirección na que están comprometidas as potencias industriais de todo o mundo. A súa precisión varía desde o nivel micrométrico ata o nivel submicrónico e mesmo ata o nivel nanométrico (<10 nm), e o seu rango de aplicación é cada vez máis amplo.
Actualmente, baixo a esixencia de mecanizado de alta precisión, a precisión de mecanizado das máquinas-ferramenta CNC ordinarias aumentou de ± 10 μm a ± 5 μm; a precisión de mecanizado dos centros de mecanizado de precisión oscila entre ± 3 e 5 μm. Aumento a ± 1-1,5 μm. Aínda maior; a precisión de mecanizado de ultraprecisión alcanzou o nivel nanométrico (0,001 micrómetros) e a precisión de rotación do fuso requírese para alcanzar 0,01~0,05 micrómetros, cunha redondeza de mecanizado de 0,1 micrómetros e unha rugosidade superficial de mecanizado de Ra=0,003 micrómetros. Estas máquinas-ferramenta xeralmente usan fusos eléctricos de accionamento de frecuencia variable controlados por vectores (integrados co motor e o fuso), cunha desviación radial do fuso inferior a 2 µm, un desprazamento axial inferior a 1 µm e un desequilibrio do eixe que alcanza o nivel G0.4.
O accionamento de alimentación das máquinas-ferramenta de mecanizado de alta velocidade e alta precisión inclúe principalmente dous tipos: "servomotor rotativo con parafuso de bólas de alta velocidade de precisión" e "accionamento directo con motor lineal". Ademais, as máquinas-ferramenta paralelas emerxentes tamén permiten un avance de alta velocidade con facilidade.
Debido á súa tecnoloxía madura e ampla aplicación, os parafusos de bólas non só alcanzan unha alta precisión (ISO3408 nivel 1), senón que tamén teñen un custo relativamente baixo para lograr o mecanizado de alta velocidade. Polo tanto, aínda os empregan moitas máquinas de mecanizado de alta velocidade ata o día de hoxe. A máquina ferramenta de mecanizado de alta velocidade actual accionada por parafuso de bólas ten unha velocidade máxima de movemento de 90 m/min e unha aceleración de 1,5 g.
O parafuso de bólas pertence á transmisión mecánica, que inevitablemente implica deformación elástica, fricción e folgura inversa durante o proceso de transmisión, o que resulta en histérese de movemento e outros erros non lineais. Para eliminar o impacto destes erros na precisión do mecanizado, o accionamento directo por motor lineal aplicouse ás máquinas ferramenta en 1993. Como é unha "transmisión cero" sen enlaces intermedios, non só ten unha pequena inercia de movemento, alta rixidez do sistema e resposta rápida, senón que pode alcanzar altas velocidades e aceleracións, e a súa lonxitude de carreira é teoricamente sen restricións. A precisión de posicionamento tamén pode alcanzar un alto nivel baixo a acción dun sistema de retroalimentación de posición de alta precisión, o que o converte nun método de accionamento ideal para máquinas ferramenta de mecanizado de alta velocidade e alta precisión, especialmente máquinas ferramenta medianas e grandes. Na actualidade, a velocidade máxima de movemento rápido das máquinas de mecanizado de alta velocidade e alta precisión que usan motores lineais alcanzou os 208 m/min, cunha aceleración de 2g, e aínda hai espazo para o desenvolvemento.
3. Alta fiabilidade
Co desenvolvemento de aplicacións en rede demáquinas-ferramentas CNC, a alta fiabilidade das máquinas ferramenta CNC converteuse nun obxectivo perseguido polos fabricantes de sistemas CNC e de máquinas ferramenta CNC. Para unha fábrica non tripulada que traballa dous turnos ao día, se se require que traballe de forma continua e normalmente dentro de 16 horas cunha taxa libre de fallos de P (t) = 99 % ou máis, o tempo medio entre fallos (MTBF) da máquina ferramenta CNC debe ser superior a 3000 horas. Para unha soa máquina ferramenta CNC, a relación de taxa de fallos entre o host e o sistema CNC é de 10:1 (a fiabilidade do CNC é unha orde de magnitude superior á do host). Neste punto, o MTBF do sistema CNC debe ser superior a 33333,3 horas, e o MTBF do dispositivo CNC, do fuso e do accionamento debe ser superior a 100000 horas.
O valor MTBF dos dispositivos CNC estranxeiros actuais superou as 6000 horas e o dispositivo de accionamento superou as 30000 horas. Non obstante, pódese observar que aínda hai unha distancia con respecto ao obxectivo ideal.
4. Composición
No proceso de procesamento de pezas, pérdese unha gran cantidade de tempo inútil na manipulación de pezas, carga e descarga, instalación e axuste, cambio de ferramentas e aumento e descenso da velocidade do fuso. Para minimizar estes tempos inútiles ao máximo, a xente espera integrar diferentes funcións de procesamento na mesma máquina ferramenta. Polo tanto, as máquinas ferramenta de función composta convertéronse nun modelo de rápido desenvolvemento nos últimos anos.
O concepto de mecanizado de materiais compostos con máquinas-ferramenta no campo da fabricación flexible refírese á capacidade dunha máquina-ferramenta para realizar automaticamente o mecanizado multiproceso dos mesmos ou diferentes tipos de métodos de proceso segundo un programa de mecanizado CNC despois de fixar a peza dunha soa vez, para completar varios procesos de mecanizado como torneado, fresado, perforación, mandrinado, rectificado, roscado, escariado e expansión dunha peza de forma complexa. En canto ás pezas prismáticas, os centros de mecanizado son as máquinas-ferramenta máis típicas que realizan o procesamento de materiais compostos multiproceso utilizando o mesmo método de proceso. Demostrouse que o mecanizado de materiais compostos con máquinas-ferramenta pode mellorar a precisión e a eficiencia do mecanizado, aforrar espazo e, especialmente, acurtar o ciclo de mecanizado das pezas.
5. Poliaxialización
Coa popularización dos sistemas CNC de 5 eixes de articulación e o software de programación, os centros de mecanizado controlados por articulación de 5 eixes e as fresadoras CNC (centros de mecanizado vertical) convertéronse nun tema candente de desenvolvemento actual. Debido á simplicidade do control de articulación de 5 eixes na programación CNC para fresas de bóla ao mecanizar superficies libres e á capacidade de manter unha velocidade de corte razoable para as fresas de bóla durante o proceso de fresado de superficies 3D, como resultado, a rugosidade da superficie de mecanizado mellora significativamente e a eficiencia do mecanizado mellora considerablemente. Non obstante, nas máquinas-ferramenta controladas por articulación de 3 eixes, é imposible evitar que o extremo da fresa de bóla cunha velocidade de corte próxima a cero participe no corte. Polo tanto, as máquinas-ferramenta de 5 eixes de articulación convertéronse no foco de desenvolvemento activo e competencia entre os principais fabricantes de máquinas-ferramenta debido ás súas vantaxes de rendemento irremplazables.
Recentemente, os países estranxeiros aínda están a investigar o control de articulación de 6 eixes utilizando ferramentas de corte non rotatorias en centros de mecanizado. Aínda que a súa forma de mecanizado non está restrinxida e a profundidade de corte pode ser moi fina, a eficiencia do mecanizado é demasiado baixa e é difícil que sexa práctica.
6. Intelixencia
A intelixencia é unha dirección importante para o desenvolvemento da tecnoloxía de fabricación no século XXI. O mecanizado intelixente é un tipo de mecanizado baseado no control de redes neuronais, o control difuso, a tecnoloxía de redes dixitais e a teoría. O seu obxectivo é simular as actividades intelixentes dos expertos humanos durante o proceso de mecanizado, co fin de resolver moitos problemas incertos que requiren intervención manual. O contido da intelixencia inclúe varios aspectos nos sistemas CNC:
Buscar a eficiencia e a calidade do procesamento intelixente, como o control adaptativo e a xeración automática de parámetros de proceso;
Para mellorar o rendemento da condución e facilitar a conexión intelixente, como o control de prealimentación, o cálculo adaptativo dos parámetros do motor, a identificación automática de cargas, a selección automática de modelos, o autoaxuste, etc.
Programación simplificada e funcionamento intelixente, como programación automática intelixente, interface home-máquina intelixente, etc.
O diagnóstico e a monitorización intelixentes facilitan o diagnóstico e o mantemento do sistema.
Existen moitos sistemas intelixentes de corte e mecanizado que se están a investigar no mundo, entre os que son representativas as solucións de mecanizado intelixente para perforación da Asociación Xaponesa de Investigación de Dispositivos CNC Intelixentes.
7. Redes
O control en rede de máquinas-ferramenta refírese principalmente á conexión de rede e ao control de rede entre a máquina-ferramenta e outros sistemas de control externos ou ordenadores superiores a través do sistema CNC equipado. As máquinas-ferramenta CNC xeralmente primeiro se dirixen ao lugar de produción e á LAN interna da empresa e despois conéctanse ao exterior da empresa a través de Internet, o que se denomina tecnoloxía Internet/Intranet.
Coa madurez e o desenvolvemento da tecnoloxía de rede, a industria propuxo recentemente o concepto de fabricación dixital. A fabricación dixital, tamén coñecida como "fabricación electrónica", é un dos símbolos da modernización nas empresas de fabricación mecánica e o método de subministración estándar para os fabricantes internacionais de máquinas-ferramenta avanzadas na actualidade. Coa adopción xeneralizada da tecnoloxía da información, cada vez máis usuarios domésticos requiren servizos de comunicación remota e outras funcións ao importar máquinas-ferramenta CNC. Baseándose na adopción xeneralizada de CAD/CAM, as empresas de fabricación mecánica utilizan cada vez máis equipos de mecanizado CNC. O software de aplicación CNC é cada vez máis rico e fácil de usar. O deseño virtual, a fabricación virtual e outras tecnoloxías son cada vez máis empregadas polo persoal de enxeñaría e técnico. A substitución do hardware complexo por intelixencia de software está a converterse nunha tendencia importante no desenvolvemento das máquinas-ferramenta contemporáneas. Co obxectivo da fabricación dixital, xurdiu unha serie de software avanzado de xestión empresarial como ERP a través da reenxeñaría de procesos e a transformación da tecnoloxía da información, creando maiores beneficios económicos para as empresas.
8. Flexibilidade
A tendencia das máquinas-ferramenta CNC cara a sistemas de automatización flexibles é desenvolverse desde o punto (máquina CNC individual, centro de mecanizado e máquina de mecanizado composto CNC), liña (FMC, FMS, FTL, FML) ata a superficie (illa de fabricación independente, FA) e corpo (CIMS, sistema de fabricación integrado de rede distribuída) e, por outra banda, centrarse na aplicación e na economía. A tecnoloxía de automatización flexible é o principal medio para que a industria manufacturera se adapte ás demandas dinámicas do mercado e actualice rapidamente os produtos. É a tendencia principal do desenvolvemento da fabricación en varios países e a tecnoloxía fundamental no campo da fabricación avanzada. O seu foco está en mellorar a fiabilidade e a practicidade do sistema, co obxectivo de facilitar a conexión en rede e a integración; énfase no desenvolvemento e mellora da tecnoloxía unitaria; a máquina CNC individual está a desenvolverse cara a alta precisión, alta velocidade e alta flexibilidade; as máquinas-ferramenta CNC e os seus sistemas de fabricación flexibles pódense conectar facilmente con CAD, CAM, CAPP, MTS e desenvolverse cara á integración da información; o desenvolvemento de sistemas de rede cara á apertura, a integración e a intelixencia.
9. Ecoloxización
As máquinas-ferramenta de corte de metal do século XXI deben priorizar a protección ambiental e a conservación de enerxía, é dicir, lograr o ecoloxismo dos procesos de corte. Na actualidade, esta tecnoloxía de procesamento ecolóxico céntrase principalmente en non usar fluído de corte, principalmente porque o fluído de corte non só contamina o medio ambiente e pon en perigo a saúde dos traballadores, senón que tamén aumenta o consumo de recursos e enerxía. O corte en seco xeralmente realízase nunha atmosfera atmosférica, pero tamén inclúe o corte en atmosferas de gas especiais (nitróxeno, aire frío ou mediante tecnoloxía de refrixeración electrostática seca) sen o uso de fluído de corte. Non obstante, para certos métodos de mecanizado e combinacións de pezas, o corte en seco sen o uso de fluído de corte é actualmente difícil de aplicar na práctica, polo que xurdiu o corte cuasi seco con lubricación mínima (MQL). Actualmente, o 10-15 % do procesamento mecánico a grande escala en Europa utiliza corte seco e cuasi seco. Para máquinas-ferramenta como os centros de mecanizado que están deseñadas para múltiples métodos de mecanizado/combinacións de pezas, úsase principalmente o corte cuasi seco, xeralmente pulverizando unha mestura de cantidades extremadamente pequenas de aceite de corte e aire comprimido na área de corte a través do canal oco dentro do eixo da máquina e da ferramenta. Entre os varios tipos de máquinas de corte de metal, a máquina de fresado de engrenaxes é a máis utilizada para o corte en seco.
En resumo, o progreso e o desenvolvemento da tecnoloxía de máquinas-ferramenta CNC proporcionaron condicións favorables para o desenvolvemento da industria manufacturera moderna, promovendo o desenvolvemento da fabricación cara a unha dirección máis humanizada. Pódese prever que co desenvolvemento da tecnoloxía de máquinas-ferramenta CNC e a aplicación xeneralizada das máquinas-ferramenta CNC, a industria manufacturera marcará o comezo dunha profunda revolución que pode abalar o modelo de fabricación tradicional.