Sparčiai tobulėjant CNC sistemų technologijoms, susidarė sąlygos CNC staklių technologinei pažangai. Siekiant patenkinti rinkos poreikius ir aukštesnius šiuolaikinių gamybos technologijų reikalavimus CNC technologijoms, dabartinė pasaulinės CNC technologijos ir jos įrangos plėtra daugiausia atsispindi šiose techninėse charakteristikose:
1. Didelis greitis
VystymasisCNC staklėsDidelio greičio kryptimi galima ne tik žymiai pagerinti apdirbimo efektyvumą ir sumažinti apdirbimo sąnaudas, bet ir pagerinti detalių paviršiaus apdirbimo kokybę bei tikslumą. Itin didelio greičio apdirbimo technologija yra plačiai pritaikoma siekiant mažos gamybos sąnaudų gamybos gamybos pramonėje.
Nuo 1990-ųjų Europos, Jungtinių Amerikos Valstijų ir Japonijos šalys konkuruoja kurdamos ir taikydamos naujos kartos greitaeigius CNC stakles, taip spartindamos greitaeigių staklių kūrimo tempą. Nauji proveržiai pasiekti kuriant greitaeigius veleno mazgus (elektrinius velenus, greitis 15000–100000 aps./min.), greitaeigius ir didelio pagreičio/lėtėjimo padavimo judesio komponentus (didelis judėjimo greitis 60–120 m/min., pjovimo padavimo greitis iki 60 m/min.), didelio našumo CNC ir servo sistemas bei CNC įrankių sistemas, pasiekiant naujus technologinius lygius. Išsprendus pagrindines technologijas įvairiose technikos srityse, tokiose kaip itin didelio greičio pjovimo mechanizmas, itin kietos, dilimui atsparios, ilgaamžės įrankių medžiagos ir abrazyviniai šlifavimo įrankiai, didelės galios, didelio greičio elektriniai velenai, didelio pagreičio/lėtėjimo linijinio variklio varomi padavimo komponentai, didelio našumo valdymo sistemos (įskaitant stebėjimo sistemas) ir apsauginiai įtaisai, buvo sukurtas techninis pagrindas naujos kartos greitaeigių CNC staklių kūrimui ir taikymui.
Šiuo metu, atliekant itin didelio greičio apdirbimą, tekinimo ir frezavimo pjovimo greitis siekia daugiau nei 5000–8000 m/min.; veleno greitis viršija 30 000 aps./min. (kai kurie gali siekti iki 100 000 aps./min.); darbastalio judėjimo greitis (pastūma): didesnis nei 100 m/min. (kai kurie iki 200 m/min.) esant 1 mikrometro skiriamajai gebai ir didesnis nei 24 m/min. esant 0,1 mikrometro skiriamajai gebai; automatinis įrankių keitimo greitis per 1 sekundę; mažų linijų interpoliacijos pastūmos greitis siekia 12 m/min.
2. Didelis tikslumas
VystymasisCNC staklėsNuo tikslaus iki itin tikslaus apdirbimo – tai kryptis, kuria užsiima pramonės galybės visame pasaulyje. Jos tikslumas svyruoja nuo mikrometrų iki submikronų ir net iki nanometrų (<10 nm), o jos taikymo sritis tampa vis platesnė.
Šiuo metu, reikalaujant didelio tikslumo apdirbimo, įprastų CNC staklių apdirbimo tikslumas padidėjo nuo ± 10 μ m iki ± 5 μ M; tikslaus apdirbimo centrų apdirbimo tikslumas svyruoja nuo ± 3 iki 5 μ m. Padidėjo iki ± 1–1,5 μ m. Dar aukščiau; itin tikslus apdirbimo tikslumas pasiekė nanometrų lygį (0,001 mikrometro), o veleno sukimosi tikslumas turi siekti 0,01–0,05 mikrometro, apdirbimo apvalumas – 0,1 mikrometro, o apdirbimo paviršiaus šiurkštumas – Ra = 0,003 mikrometro. Šiose staklėse paprastai naudojami vektoriniu būdu valdomi kintamo dažnio pavaros elektriniai velenai (integruoti su varikliu ir velenu), kurių veleno radialinis išbėgimas yra mažesnis nei 2 µm, ašinis poslinkis – mažesnis nei 1 µm, o veleno disbalansas siekia G0,4 lygį.
Didelės spartos ir didelio tikslumo apdirbimo staklių padavimo pavara daugiausia apima du tipus: „rotacinį servo variklį su tiksliu didelio greičio rutuliniu sraigtu“ ir „tiesinį tiesinį variklį“. Be to, atsirandančios lygiagrečios staklės taip pat lengvai pasiekia didelės spartos padavimą.
Dėl brandžios technologijos ir plataus pritaikymo rutuliniai sraigtai ne tik pasiekia didelį tikslumą (ISO3408 1 lygis), bet ir pasižymi santykinai mažomis greitaeigiu apdirbimu. Todėl juos iki šiol naudoja daugelis greitaeigių apdirbimo staklių. Dabartinės rutulinio sraigto varomos greitaeigės apdirbimo staklės pasiekia maksimalų 90 m/min judėjimo greitį ir 1,5 g pagreitį.
Rutulinis sraigtas priklauso mechaninei transmisijai, kuri perdavimo proceso metu neišvengiamai sukelia elastinę deformaciją, trintį ir atvirkštinį laisvumą, dėl ko atsiranda judesio histerezė ir kitos netiesinės paklaidos. Siekiant pašalinti šių paklaidų poveikį apdirbimo tikslumui, 1993 m. staklėse buvo pritaikyta tiesinio variklio tiesioginė pavara. Kadangi tai yra „nulinė transmisija“ be tarpinių grandžių, ji ne tik turi mažą judesio inerciją, didelį sistemos standumą ir greitą reakciją, bet ir gali pasiekti didelį greitį bei pagreitį, o jos eigos ilgis teoriškai neribojamas. Padėties tikslumas taip pat gali pasiekti aukštą lygį veikiant didelio tikslumo padėties grįžtamojo ryšio sistemai, todėl tai idealus pavaros metodas didelio greičio ir didelio tikslumo apdirbimo staklėms, ypač vidutinėms ir didelėms. Šiuo metu didelio greičio ir didelio tikslumo apdirbimo staklių, naudojančių tiesinius variklius, maksimalus greitas judėjimo greitis pasiekė 208 m/min., o pagreitis – 2g, ir dar yra erdvės tobulėjimui.
3. Didelis patikimumas
Tobulėjant tinklinėms programomsCNC staklėsDidelis CNC staklių patikimumas tapo CNC sistemų gamintojų ir CNC staklių gamintojų tikslu. Jei gamykloje be personalo dirbama dvi pamainas per dieną ir reikia nepertraukiamai ir normaliai dirbti 16 valandų, o gedimų nebuvimo rodiklis P(t) = 99% ar didesnis, vidutinis CNC staklių gedimų tarpo laikas (MTBF) turi būti didesnis nei 3000 valandų. Tik vienos CNC staklės gedimų dažnio santykis tarp pagrindinės ir CNC sistemos yra 10:1 (CNC patikimumas yra vienu dydžio eilės didesnis nei pagrindinės). Šiuo metu CNC sistemos MTBF turi būti didesnis nei 33333,3 valandos, o CNC įrenginio, veleno ir pavaros MTBF turi būti didesnis nei 100000 valandų.
Dabartinių užsienio CNC įrenginių MTBF vertė pasiekė daugiau nei 6000 valandų, o pavaros įrenginio – daugiau nei 30 000 valandų. Tačiau matyti, kad vis dar yra atotrūkis nuo idealaus tikslo.
4. Sudėtinių sumų apskaičiavimas
Detalių apdirbimo procese daug nereikalingo laiko sugaištama ruošinių tvarkymui, pakrovimui ir iškrovimui, montavimui ir reguliavimui, įrankių keitimui bei veleno greičio didinimui ir mažinimui. Siekdami kuo labiau sumažinti šį nereikalingą laiką, žmonės tikisi integruoti skirtingas apdorojimo funkcijas tose pačiose staklėse. Todėl sudėtinių funkcijų staklės pastaraisiais metais tapo sparčiai besivystančiu modeliu.
Lanksčios gamybos srityje kompozicinio apdirbimo staklėmis koncepcija reiškia staklių gebėjimą automatiškai atlikti daugiaprocesį to paties arba skirtingų tipų procesų metodų apdirbimą pagal CNC apdirbimo programą, vienu ypu įtvirtinus ruošinį, kad būtų galima atlikti įvairius apdirbimo procesus, tokius kaip tekinimas, frezavimas, gręžimas, tekinimas, šlifavimas, sriegimas, gręžimas ir sudėtingos formos detalės išplėtimas. Kalbant apie prizmines detales, apdirbimo centrai yra tipiškiausios staklės, kurios atlieka daugiaprocesį kompozicinį apdirbimą naudodami tą patį proceso metodą. Įrodyta, kad kompozicinis apdirbimas staklėmis gali pagerinti apdirbimo tikslumą ir efektyvumą, sutaupyti vietos ir ypač sutrumpinti detalių apdirbimo ciklą.
5. Poliaksializacija
Išpopuliarėjus 5 ašių svirtimis valdomoms CNC sistemoms ir programavimo programinei įrangai, 5 ašių svirtimis valdomi apdirbimo centrai ir CNC frezavimo staklės (vertikalūs apdirbimo centrai) tapo dabartine plėtros sritimi. Dėl 5 ašių svirtimis valdomo valdymo paprastumo CNC programuojant rutulinius frezavimo stakles apdirbant laisvus paviršius ir gebėjimo išlaikyti tinkamą rutulinių frezų pjovimo greitį frezuojant 3D paviršius, dėl to žymiai pagerėja apdirbamo paviršiaus šiurkštumas ir apdirbimo efektyvumas. Tačiau 3 ašių svirtimis valdomose staklėse neįmanoma išvengti rutulinio frezavimo staklių, kurių pjovimo greitis artimas nuliui, dalyvavimo pjovime. Todėl 5 ašių svirtimis valdomos staklės tapo aktyvaus kūrimo ir konkurencijos tarp pagrindinių staklių gamintojų objektu dėl nepakeičiamų našumo pranašumų.
Pastaruoju metu užsienio šalys vis dar tyrinėja 6 ašių jungčių valdymą, naudodamos nesisukančius pjovimo įrankius apdirbimo centruose. Nors jų apdirbimo forma nėra ribojama, o pjovimo gylis gali būti labai mažas, apdirbimo efektyvumas yra per mažas ir sunkiai įgyvendinamas.
6. Intelektas
Intelektas yra pagrindinė XXI amžiaus gamybos technologijų plėtros kryptis. Intelektas – tai apdirbimo rūšis, pagrįsta neuroninių tinklų valdymu, neapibrėžtuoju valdymu, skaitmeninių tinklų technologijomis ir teorija. Jo tikslas – imituoti žmonių ekspertų intelektualią veiklą apdirbimo proceso metu, siekiant išspręsti daugelį neaiškių problemų, kurioms reikalingas rankinis įsikišimas. Intelekto turinys apima įvairius CNC sistemų aspektus:
Siekti intelektualaus apdorojimo efektyvumo ir kokybės, pavyzdžiui, adaptyvaus valdymo ir automatinio proceso parametrų generavimo;
Siekiant pagerinti vairavimo našumą ir palengvinti intelektualųjį sujungimą, pvz., tiesioginio ryšio valdymą, adaptyvų variklio parametrų skaičiavimą, automatinį apkrovų identifikavimą, automatinį modelių pasirinkimą, savireguliavimą ir kt.;
Supaprastintas programavimas ir intelektualus valdymas, pvz., intelektualus automatinis programavimas, intelektuali žmogaus ir mašinos sąsaja ir kt.
Pažangi diagnostika ir stebėjimas palengvina sistemos diagnostiką ir priežiūrą.
Pasaulyje tiriama daug išmaniųjų pjovimo ir apdirbimo sistemų, tarp kurių geriausiai išsiskiria Japonijos išmaniųjų CNC įrenginių tyrimų asociacijos išmanieji gręžimo apdirbimo sprendimai.
7. Tinklaveika
Tinklinis staklių valdymas daugiausia reiškia tinklo ryšį ir tinklo valdymą tarp staklių ir kitų išorinių valdymo sistemų arba viršutinių kompiuterių per įrengtą CNC sistemą. CNC staklės paprastai pirmiausia susiduria su gamybos vieta ir įmonės vidiniu vietiniu tinklu (LAN), o tada prisijungia prie įmonės išorės per internetą, tai vadinama interneto / intraneto technologija.
Brandžiai ir tobulėjant tinklo technologijoms, pramonė neseniai pasiūlė skaitmeninės gamybos koncepciją. Skaitmeninė gamyba, dar vadinama „elektronine gamyba“, yra vienas iš mechaninės gamybos įmonių modernizacijos simbolių ir standartinis tiekimo būdas tarptautiniams pažangių staklių gamintojams šiandien. Plačiai diegiant informacines technologijas, vis daugiau vietinių vartotojų, importuodami CNC stakles, reikalauja nuotolinio ryšio paslaugų ir kitų funkcijų. Dėl plačiai paplitusio CAD/CAM diegimo mechaninės gamybos įmonės vis dažniau naudoja CNC apdirbimo įrangą. CNC taikomoji programinė įranga tampa vis turtingesnė ir patogesnė naudoti. Inžinerinis ir techninis personalas vis dažniau taiko virtualų projektavimą, virtualią gamybą ir kitas technologijas. Sudėtingos aparatinės įrangos pakeitimas programinės įrangos intelektu tampa svarbia šiuolaikinių staklių plėtros tendencija. Siekiant skaitmeninės gamybos, per procesų pertvarkymą ir informacinių technologijų transformaciją atsirado daug pažangios įmonės valdymo programinės įrangos, tokios kaip ERP, kuri įmonėms suteikė didesnę ekonominę naudą.
8. Lankstumas
CNC staklių tendencija link lanksčių automatizavimo sistemų yra vystytis nuo taško (CNC atskiros staklės, apdirbimo centrai ir CNC kompozicinių medžiagų apdirbimo staklės), linijinių (FMC, FMS, FTL, FML) iki paviršiaus (nepriklausoma gamybos sala, FA) ir korpuso (CIMS, paskirstyta tinklo integruota gamybos sistema), kita vertus, orientuotis į pritaikymą ir ekonomiškumą. Lanksti automatizavimo technologija yra pagrindinė gamybos pramonės priemonė prisitaikyti prie dinamiškų rinkos poreikių ir greitai atnaujinti produktus. Tai pagrindinė gamybos plėtros tendencija įvairiose šalyse ir pagrindinė technologija pažangios gamybos srityje. Jos dėmesys sutelktas į sistemos patikimumo ir praktiškumo gerinimą, siekiant lengvo tinklo ir integracijos; pabrėžiama vienetinių technologijų plėtra ir tobulinimas; CNC atskiros staklės vystosi siekiant didelio tikslumo, didelio greičio ir didelio lankstumo; CNC staklės ir jų lanksčios gamybos sistemos gali būti lengvai prijungtos prie CAD, CAM, CAPP, MTS ir vystomos siekiant informacijos integracijos; tinklo sistemų plėtra siekiant atvirumo, integracijos ir intelekto.
9. Žalinimas
XXI amžiaus metalo pjovimo staklės turi teikti pirmenybę aplinkos apsaugai ir energijos taupymui, t. y. siekti pjovimo procesų ekologiškumo. Šiuo metu ši ekologiško apdorojimo technologija daugiausia dėmesio skiria pjovimo skysčio nenaudojimui, daugiausia dėl to, kad pjovimo skystis ne tik teršia aplinką ir kelia pavojų darbuotojų sveikatai, bet ir didina išteklių bei energijos suvartojimą. Sausas pjovimas paprastai atliekamas atmosferos atmosferoje, tačiau jis taip pat apima pjovimą specialiose dujų atmosferose (azotas, šaltas oras arba naudojant sausą elektrostatinio aušinimo technologiją) nenaudojant pjovimo skysčio. Tačiau tam tikriems apdirbimo metodams ir ruošinių deriniams sausą pjovimą be pjovimo skysčio šiuo metu sunku pritaikyti praktikoje, todėl atsirado kvazisausas pjovimas su minimaliu tepimu (MQL). Šiuo metu 10–15 % didelio masto mechaninio apdirbimo Europoje naudoja sausą ir kvazisausą pjovimą. Staklėms, tokioms kaip apdirbimo centrai, kurios skirtos keliems apdirbimo metodams / ruošinių deriniams, daugiausia naudojamas kvazisausas pjovimas, paprastai purškiant itin mažų kiekių pjovimo alyvos ir suslėgto oro mišinį į pjovimo vietą per tuščiavidurį kanalą staklės veleno ir įrankio viduje. Iš įvairių tipų metalo pjovimo staklių, krumpliaračių frezavimo staklės dažniausiai naudojamos sausam pjovimui.
Trumpai tariant, CNC staklių technologijos pažanga ir vystymasis sudarė palankias sąlygas šiuolaikinės gamybos pramonės plėtrai, skatindami gamybos vystymąsi labiau humanizuota kryptimi. Galima numatyti, kad tobulėjant CNC staklių technologijai ir plačiai pritaikant CNC stakles, gamybos pramonė įvyks gilią revoliuciją, kuri gali supurtyti tradicinį gamybos modelį.