CNC-süsteemide tehnoloogia kiire areng on loonud tingimused CNC-tööpinkide tehnoloogiliseks progressiks. Turu vajaduste rahuldamiseks ja CNC-tehnoloogia kaasaegse tootmistehnoloogia kõrgemate nõuete täitmiseks kajastub maailma CNC-tehnoloogia ja selle seadmete praegune areng peamiselt järgmistes tehnilistes omadustes:
1. Suur kiirus
ArengCNC-tööpingidKiire suunas liikumine mitte ainult ei paranda oluliselt töötlemise efektiivsust ja vähenda töötlemiskulusid, vaid parandab ka detailide pinnatöötluse kvaliteeti ja täpsust. Ülikiire töötlemise tehnoloogia on laialdaselt rakendatav madala tootmiskuluga tootmise saavutamiseks töötlevas tööstuses.
Alates 1990. aastatest on Euroopa, Ameerika Ühendriikide ja Jaapani riigid võistelnud uue põlvkonna kiirete CNC-tööpinkide arendamise ja rakendamise pärast, kiirendades tööpinkide kiire arengu tempot. Läbimurdeid on tehtud kiire spindliüksuse (elektriline spindl, kiirus 15000–100000 p/min), kiirete ja suure kiirenduse/aeglustusega etteande liikumise komponentide (kiire liikumiskiirus 60–120 m/min, lõikekiirus kuni 60 m/min), suure jõudlusega CNC- ja servosüsteemide ning CNC-tööriistasüsteemide osas, saavutades uue tehnoloogilise taseme. Võtmetehnoloogiate lahendamisega mitmetes tehnilistes valdkondades, nagu ülikiire lõikemehhanism, ülikõvad kulumiskindlad pikaealised tööriistamaterjalid ja abrasiivlihvimistööriistad, suure võimsusega kiire elektriline spindl, suure kiirenduse/aeglustusega lineaarmootoriga käitatavad etteande komponendid, suure jõudlusega juhtimissüsteemid (sh jälgimissüsteemid) ja kaitseseadmed, on loodud tehniline alus uue põlvkonna kiirete CNC-tööpinkide arendamiseks ja rakendamiseks.
Praegu on ülikiire töötlemise puhul treimise ja freesimise lõikekiirus ulatunud üle 5000–8000 m/min; spindli kiirus on üle 30 000 p/min (mõnel juhul võib see ulatuda kuni 100 000 p/min); tööpingi liikumiskiirus (etteandekiirus): üle 100 m/min (mõnel juhul kuni 200 m/min) 1 mikromeetri täpsusega ja üle 24 m/min 0,1 mikromeetri täpsusega; automaatne tööriistavahetus 1 sekundi jooksul; väikese rea interpoleerimise etteandekiirus ulatub 12 m/min-ni.
2. Suur täpsus
ArengCNC-tööpingidTäppistöötlusest ülitäpse töötlemiseni on suund, millele tööstusjõud üle maailma on pühendunud. Selle täpsus ulatub mikromeetri tasemest submikroni tasemeni ja isegi nanomeetri tasemeni (<10 nm) ning selle rakendusala on üha laialdasemalt levinud.
Praegu on tavaliste CNC-tööpinkide töötlemise täpsus suurenenud ± 10 μm-lt ± 5 μm-ni; täppistöötluskeskuste töötlemise täpsus on vahemikus ± 3 kuni 5 μm. Suureneb ± 1–1,5 μm-ni. Isegi kõrgem; ülitäpne töötlemise täpsus on jõudnud nanomeetri tasemele (0,001 mikromeetrit) ja spindli pöörlemise täpsus peab ulatuma 0,01–0,05 mikromeetrini, töötlemise ümarusega 0,1 mikromeetrit ja töötlemispinna karedusega Ra = 0,003 mikromeetrit. Need tööpingid kasutavad üldiselt vektorjuhtimisega muudetava sagedusega elektrilisi spindleid (integreeritud mootori ja spindliga), mille spindli radiaalne väljalõige on väiksem kui 2 µm, aksiaalne nihe on väiksem kui 1 µm ja võlli tasakaalustamatus on ulatudes G0,4 tasemele.
Kiirete ja ülitäpsete töötlemispinkide etteandeajam hõlmab peamiselt kahte tüüpi: "täppis-kiirkuulkruvi pöörleva servomootoriga" ja "lineaarmootori otseajamiga". Lisaks on ka tekkivate paralleelsete tööpinkide puhul lihtne saavutada kiiret etteannet.
Tänu küpsele tehnoloogiale ja laiale kasutusele saavutavad kuulkruvid mitte ainult suure täpsuse (ISO3408 tase 1), vaid ka kiire töötlemise saavutamise suhteliselt madalad kulud. Seetõttu kasutavad neid paljud kiired töötlemismasinad tänaseni. Praeguse kuulkruvi abil käitatava kiire töötlemismasina maksimaalne liikumiskiirus on 90 m/min ja kiirendus 1,5 g.
Kuulkruvi kuulub mehaanilise ülekande hulka, millega ülekandeprotsessi ajal kaasneb paratamatult elastne deformatsioon, hõõrdumine ja tagasiliikumise lõtk, mille tulemuseks on liikumishüsterees ja muud mittelineaarsed vead. Nende vigade mõju töötlemise täpsusele kõrvaldamiseks hakati 1993. aastal tööpinkidel kasutama lineaarmootori otseülekannet. Kuna tegemist on "nullülekandega" ilma vahelülideta, on sellel mitte ainult väike liikumisinerts, suur süsteemi jäikus ja kiire reageerimisvõime, vaid see suudab saavutada ka suure kiiruse ja kiirenduse ning selle käigu pikkus on teoreetiliselt piiramatu. Ka positsioneerimistäpsus võib tänu ülitäpsele positsioonitagasisidesüsteemile saavutada kõrge taseme, mistõttu on see ideaalne juhtimismeetod kiirete ja ülitäpsete töötluspinkide, eriti keskmiste ja suurte tööpinkide jaoks. Praegu on lineaarmootorit kasutavate kiirete ja ülitäpsete töötluspinkide maksimaalne kiirus 208 m/min ja kiirendus 2g ning arenguruumi on veel.
3. Kõrge töökindlus
Võrgustatud rakenduste arengugaCNC-tööpingidCNC-tööpinkide kõrge töökindlus on saanud CNC-süsteemide tootjate ja CNC-tööpinkide tootjate eesmärgiks. Mehitamata tehase puhul, mis töötab kahes vahetuses päevas ja peab pidevalt ja tavaliselt töötama 16 tunni jooksul rikkevaba määraga P(t) = 99% või rohkem, peab CNC-tööpinki keskmine riketevaheline aeg (MTBF) olema suurem kui 3000 tundi. Ainult ühe CNC-tööpinki puhul on peremehe ja CNC-süsteemi rikete määra suhe 10:1 (CNC töökindlus on ühe suurusjärgu võrra suurem kui peremeesorganismil). Sel hetkel peab CNC-süsteemi MTBF olema suurem kui 33333,3 tundi ning CNC-seadme, spindli ja ajami MTBF peab olema suurem kui 100000 tundi.
Praeguste välismaiste CNC-seadmete MTBF-väärtus on ulatunud üle 6000 tunni ja ajamiseadmel üle 30 000 tunni. Siiski on näha, et ideaalsest eesmärgist on veel kaugel.
4. Liitvaluutade liitmine
Detailide töötlemise protsessis kulub palju kasutut aega tooriku käitlemisele, laadimisele ja mahalaadimisele, paigaldamisele ja reguleerimisele, tööriista vahetamisele ning spindli kiiruse suurendamisele ja vähendamisele. Nende kasutute aegade võimalikult suureks minimeerimiseks loodetakse integreerida erinevad töötlemisfunktsioonid samale tööpingile. Seetõttu on liitfunktsiooniga tööpingid viimastel aastatel kiiresti arenevaks mudeliks muutunud.
Paindliku tootmise valdkonnas viitab tööpingi komposiitmaterjalide töötlemise kontseptsioon tööpingi võimele automaatselt teostada sama või erinevat tüüpi protsessimeetodite mitmeprotsessilist töötlemist vastavalt CNC-töötlusprogrammile pärast tooriku ühekordset kinnitamist, et lõpule viia mitmesuguseid töötlemisprotsessid, nagu treimine, freesimine, puurimine, sisetreimine, lihvimine, keermestamine, hõõritsemine ja keeruka kujuga detailide laiendamine. Prismaatiliste detailide puhul on töötluskeskused kõige tüüpilisemad tööpingid, mis teostavad mitmeprotsessilist komposiitmaterjalide töötlemist sama protsessimeetodi abil. On tõestatud, et tööpingi komposiitmaterjalide töötlemine võib parandada töötlemise täpsust ja efektiivsust, säästa ruumi ja eriti lühendada detailide töötlemistsüklit.
5. Polüaksialisatsioon
5-teljelise hoovastikuga CNC-süsteemide ja programmeerimistarkvara populaarsuse kasvades on 5-teljelise hoovastikuga juhitavad töötlemiskeskused ja CNC-freespingid (vertikaalsed töötlemiskeskused) muutunud praeguseks arendusvaldkonnaks. Tänu 5-teljelise hoovastikuga juhtimise lihtsusele CNC programmeerimisel kuulpeaga freeside puhul vabade pindade töötlemisel ja võimele säilitada kuulpeaga freeside puhul mõistlik lõikekiirus 3D-pindade freesimisel paraneb selle tulemusel märkimisväärselt töötlemispinna karedus ja töötlemise efektiivsus. 3-teljelise hoovastikuga juhitavates tööpinkides on aga võimatu vältida nullilähedase lõikekiirusega kuulpeaga freesi osalemist lõikamises. Seetõttu on 5-teljelise hoovastikuga tööpingid oma asendamatute jõudluseeliste tõttu muutunud suurte tööpinkide tootjate aktiivse arenduse ja konkurentsi keskpunktiks.
Hiljuti uurivad välisriigid endiselt 6-teljelise hoovastiku juhtimist, kasutades töötlemiskeskustes mittepöörlevaid lõikeriistu. Kuigi nende töötlemiskuju pole piiratud ja lõikesügavus võib olla väga väike, on töötlemise efektiivsus liiga madal ja seda on raske praktiliselt rakendada.
6. Intelligentsus
Intelligentsus on 21. sajandi tootmistehnoloogia arengu peamine suund. Intelligentne töötlemine on töötlemine, mis põhineb närvivõrgu juhtimisel, hägusjuhtimisel, digitaalsel võrgutehnoloogial ja teoorial. Selle eesmärk on simuleerida inimestest ekspertide intelligentset tegevust töötlemisprotsessi ajal, et lahendada paljusid ebakindlaid probleeme, mis nõuavad käsitsi sekkumist. Intelligentsuse sisu hõlmab CNC-süsteemides mitmesuguseid aspekte:
Intelligentse töötlemise efektiivsuse ja kvaliteedi poole püüdlemine, näiteks adaptiivne juhtimine ja protsessiparameetrite automaatne genereerimine;
Sõiduomaduste parandamiseks ja intelligentsete ühenduste hõlbustamiseks, näiteks etteande juhtimine, mootori parameetrite adaptiivne arvutamine, koormuste automaatne tuvastamine, mudelite automaatne valik, isehäälestus jne;
Lihtsustatud programmeerimine ja intelligentne toimimine, näiteks intelligentne automaatne programmeerimine, intelligentne inimese ja masina liides jne;
Nutikas diagnoosimine ja jälgimine hõlbustavad süsteemi diagnoosimist ja hooldust.
Maailmas uuritakse paljusid intelligentseid lõike- ja töötlussüsteeme, mille hulgas on esinduslikud Jaapani Intelligentsete CNC-seadmete uurimisühingu intelligentsed puurimistöötluslahendused.
7. Võrgustike loomine
Tööpinkide võrgustatud juhtimine viitab peamiselt võrguühendusele ja võrgujuhtimisele tööpinki ja muude väliste juhtimissüsteemide või ülemiste arvutite vahel varustatud CNC-süsteemi kaudu. CNC-tööpingid on üldiselt esmalt suunatud tootmiskohale ja ettevõtte sisemisele kohtvõrgule ning seejärel ühenduvad interneti kaudu ettevõtte välisvõrguga, mida nimetatakse interneti/intraneti tehnoloogiaks.
Võrgutehnoloogia küpsuse ja arenguga seoses on tööstusharu hiljuti pakkunud välja digitaalse tootmise kontseptsiooni. Digitaalne tootmine, tuntud ka kui "e-tootmine", on üks mehaanikatööstuse ettevõtete moderniseerimise sümboleid ja tänapäeval rahvusvaheliste täiustatud tööpinkide tootjate standardne tarnemeetod. Infotehnoloogia laialdase kasutuselevõtuga vajavad üha rohkem kodumaiseid kasutajaid CNC-tööpinkide importimisel kaugsideteenuseid ja muid funktsioone. CAD/CAMi laialdase kasutuselevõtu tõttu kasutavad mehaanikatööstuse ettevõtted üha enam CNC-töötlusseadmeid. CNC rakendustarkvara muutub üha rikkalikumaks ja kasutajasõbralikumaks. Insener-tehniline personal tegeleb üha enam virtuaalse disaini, virtuaalse tootmise ja muude tehnoloogiatega. Keerulise riistvara asendamine tarkvaralise intelligentsusega on muutumas oluliseks trendiks tänapäevaste tööpinkide arendamisel. Digitaalse tootmise eesmärgi raames on protsesside ümberkujundamise ja infotehnoloogia ümberkujundamise kaudu tekkinud mitmeid täiustatud ettevõtte juhtimistarkvara, näiteks ERP, mis loob ettevõtetele suuremat majanduslikku kasu.
8. Paindlikkus
CNC-tööpinkide trend paindlike automatiseerimissüsteemide suunas on areneda punkttöötlusest (CNC üksikmasin, töötluskeskus ja CNC komposiittöötlusmasin), liinitöötlusest (FMC, FMS, FTL, FML) pinnatöötluseni (sõltumatu tootmissaar, FA) ja korpustöötluseni (CIMS, hajutatud võrgu integreeritud tootmissüsteem), keskendudes aga rakendusele ja säästlikkusele. Paindlik automatiseerimistehnoloogia on töötleva tööstuse peamine vahend dünaamiliste turunõudmistega kohanemiseks ja toodete kiireks ajakohastamiseks. See on tootmise arendamise peamine trend erinevates riikides ja põhitehnoloogia täiustatud tootmise valdkonnas. Selle keskmes on süsteemi töökindluse ja praktilisuse parandamine, eesmärgiga hõlbustada võrgustamist ja integreerimist; Rõhutada ühikutehnoloogia arendamist ja täiustamist; CNC üksikmasin areneb suure täpsuse, suure kiiruse ja suure paindlikkuse suunas; CNC-tööpinke ja nende paindlikke tootmissüsteeme saab hõlpsasti ühendada CAD, CAM, CAPP, MTS-iga ning need arenevad teabe integreerimise suunas; Võrgusüsteemide arendamine avatuse, integreerimise ja intelligentsuse suunas.
9. Roheliseks muutumine
21. sajandi metallilõikuspingid peavad seadma esikohale keskkonnakaitse ja energia säästmise ehk lõikamisprotsesside rohelisemaks muutmise. Praegu keskendub see roheline töötlemistehnoloogia peamiselt lõikevedeliku mittekasutamisele, peamiselt seetõttu, et lõikevedelik mitte ainult ei saasta keskkonda ja ohusta töötajate tervist, vaid suurendab ka ressursi- ja energiatarbimist. Kuivlõikamine toimub üldiselt atmosfääriatmosfääris, kuid see hõlmab ka lõikamist spetsiaalsetes gaasikeskkondades (lämmastik, külm õhk või kuiva elektrostaatilise jahutustehnoloogia kasutamine) ilma lõikevedeliku kasutamiseta. Teatud töötlemismeetodite ja toorikukombinatsioonide puhul on kuivlõikamist ilma lõikevedeliku kasutamiseta praegu praktikas raske rakendada, mistõttu on tekkinud kvaasikuivlõikamine minimaalse määrimisega (MQL). Praegu kasutab 10–15% Euroopa suuremahulisest mehaanilisest töötlemisest kuiv- ja kvaasikuivlõikamist. Tööpinkide, näiteks töötlemiskeskuste puhul, mis on projekteeritud mitme töötlemismeetodi/toorikukombinatsiooni jaoks, kasutatakse peamiselt kvaasikuivlõikamist, tavaliselt pihustades lõikepiirkonda äärmiselt väikese koguse lõikeõli ja suruõhu segu läbi masina spindli ja tööriista sees oleva õõneskanali. Erinevat tüüpi metallilõikusmasinate seas on hammasrataste freespink kõige sagedamini kasutatav kuivlõikamiseks.
Lühidalt öeldes on CNC-tööpinkide tehnoloogia areng ja edenemine loonud soodsad tingimused tänapäevase töötleva tööstuse arenguks, edendades tootmise arengut inimlikumas suunas. Võib ette näha, et CNC-tööpinkide tehnoloogia arengu ja CNC-tööpinkide laialdase kasutuselevõtuga toob töötlev tööstus kaasa sügava revolutsiooni, mis võib raputada traditsioonilist tootmismudelit.