Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ hệ thống CNC đã tạo điều kiện cho sự tiến bộ công nghệ của máy công cụ CNC. Để đáp ứng nhu cầu thị trường và đáp ứng các yêu cầu ngày càng cao của công nghệ sản xuất hiện đại đối với công nghệ CNC, sự phát triển hiện nay của công nghệ CNC và thiết bị CNC trên thế giới chủ yếu được thể hiện qua các đặc điểm kỹ thuật sau:
1. Tốc độ cao
Sự phát triển củaMáy công cụ CNCHướng tới tốc độ cao không chỉ cải thiện đáng kể hiệu suất gia công và giảm chi phí gia công mà còn nâng cao chất lượng gia công bề mặt và độ chính xác của chi tiết. Công nghệ gia công siêu tốc có khả năng ứng dụng rộng rãi trong ngành sản xuất để đạt được chi phí sản xuất thấp.
Từ những năm 1990, các quốc gia ở Châu Âu, Hoa Kỳ và Nhật Bản đã cạnh tranh để phát triển và ứng dụng thế hệ máy công cụ CNC tốc độ cao mới, đẩy nhanh tốc độ phát triển tốc độ cao của máy công cụ. Những đột phá mới đã được thực hiện trong cụm trục chính tốc độ cao (trục chính điện, tốc độ 15000-100000 vòng/phút), các thành phần chuyển động nạp liệu tốc độ cao và tăng tốc/giảm tốc cao (tốc độ di chuyển nhanh 60-120m/phút, tốc độ nạp liệu cắt lên đến 60m/phút), hệ thống CNC và servo hiệu suất cao và hệ thống dụng cụ CNC, đạt đến trình độ công nghệ mới. Với việc giải quyết các công nghệ chủ chốt trong một loạt các lĩnh vực kỹ thuật như cơ cấu cắt tốc độ cực cao, vật liệu dụng cụ siêu cứng, chống mài mòn và tuổi thọ cao, dụng cụ mài mòn, trục chính điện tốc độ cao công suất cao, các thành phần nạp liệu được điều khiển bằng động cơ tuyến tính tăng tốc/giảm tốc cao, hệ thống điều khiển hiệu suất cao (bao gồm hệ thống giám sát) và các thiết bị bảo vệ, một nền tảng kỹ thuật đã được cung cấp cho việc phát triển và ứng dụng thế hệ máy công cụ CNC tốc độ cao mới.
Hiện nay, trong gia công siêu tốc, tốc độ cắt tiện và phay đã đạt trên 5000-8000m/phút; Tốc độ trục chính trên 30000 vòng/phút (một số có thể đạt tới 100000 vòng/phút); Tốc độ di chuyển (tốc độ tiến dao) của bàn làm việc: trên 100m/phút (một số lên tới 200m/phút) ở độ phân giải 1 micromet và trên 24m/phút ở độ phân giải 0,1 micromet; Tốc độ thay dao tự động trong vòng 1 giây; Tốc độ tiến dao cho nội suy đường nhỏ đạt 12m/phút.
2. Độ chính xác cao
Sự phát triển củaMáy công cụ CNCTừ gia công chính xác đến gia công siêu chính xác là một hướng đi mà các cường quốc công nghiệp trên toàn thế giới đang theo đuổi. Độ chính xác của nó trải dài từ cấp micromet đến cấp dưới micromet, thậm chí đến cấp nanomet (<10nm), và phạm vi ứng dụng của nó ngày càng rộng rãi.
Hiện nay, theo yêu cầu gia công có độ chính xác cao, độ chính xác gia công của máy công cụ CNC thông thường đã tăng từ ± 10 μ Tăng m lên ± 5 μ M; Độ chính xác gia công của các trung tâm gia công chính xác dao động từ ± 3 đến 5 μ m. Tăng lên ± 1-1,5 μ m. Thậm chí còn cao hơn; Độ chính xác gia công cực kỳ chính xác đã đạt đến cấp độ nanomet (0,001 micromet) và độ chính xác quay của trục chính phải đạt 0,01~0,05 micromet, với độ tròn gia công là 0,1 micromet và độ nhám bề mặt gia công là Ra=0,003 micromet. Các máy công cụ này thường sử dụng trục chính điện truyền động tần số biến thiên điều khiển vectơ (tích hợp với động cơ và trục chính), với độ lệch hướng kính của trục chính nhỏ hơn 2 µ m, độ dịch chuyển dọc trục nhỏ hơn 1 µ m và độ mất cân bằng trục đạt mức G0.4.
Bộ truyền động cấp liệu của máy công cụ gia công tốc độ cao và độ chính xác cao chủ yếu bao gồm hai loại: "động cơ servo quay với trục vít me bi tốc độ cao chính xác" và "động cơ tuyến tính dẫn động trực tiếp". Ngoài ra, máy công cụ song song mới nổi cũng dễ dàng đạt được tốc độ cấp liệu cao.
Nhờ công nghệ tiên tiến và ứng dụng rộng rãi, vít me bi không chỉ đạt độ chính xác cao (ISO3408 cấp 1) mà còn có chi phí gia công tốc độ cao tương đối thấp. Do đó, chúng vẫn được sử dụng trong nhiều máy gia công tốc độ cao cho đến ngày nay. Máy công cụ gia công tốc độ cao hiện nay được dẫn động bằng vít me bi có tốc độ di chuyển tối đa 90m/phút và gia tốc 1,5g.
Trục vít me bi thuộc hệ thống truyền động cơ học, trong quá trình truyền động không thể tránh khỏi biến dạng đàn hồi, ma sát và khe hở ngược, dẫn đến hiện tượng trễ chuyển động và các sai số phi tuyến tính khác. Để loại bỏ ảnh hưởng của các sai số này đến độ chính xác gia công, hệ thống truyền động trực tiếp động cơ tuyến tính đã được áp dụng cho máy công cụ vào năm 1993. Là hệ thống "truyền động bằng không" không có liên kết trung gian, trục vít me bi không chỉ có quán tính chuyển động nhỏ, độ cứng hệ thống cao và phản ứng nhanh, mà còn có thể đạt tốc độ và gia tốc cao, và về mặt lý thuyết, chiều dài hành trình không bị hạn chế. Độ chính xác định vị cũng có thể đạt mức cao dưới tác động của hệ thống phản hồi vị trí có độ chính xác cao, khiến nó trở thành phương pháp truyền động lý tưởng cho máy công cụ gia công tốc độ cao và độ chính xác cao, đặc biệt là máy công cụ cỡ vừa và lớn. Hiện tại, tốc độ di chuyển nhanh tối đa của máy gia công tốc độ cao và độ chính xác cao sử dụng động cơ tuyến tính đã đạt 208 m/phút, với gia tốc 2g, và vẫn còn nhiều tiềm năng phát triển.
3. Độ tin cậy cao
Với sự phát triển của các ứng dụng mạng củaMáy công cụ CNC, độ tin cậy cao của máy công cụ CNC đã trở thành mục tiêu theo đuổi của các nhà sản xuất hệ thống CNC và các nhà sản xuất máy công cụ CNC. Đối với một nhà máy không người vận hành làm việc hai ca một ngày, nếu được yêu cầu làm việc liên tục và bình thường trong vòng 16 giờ với tỷ lệ không hỏng hóc là P(t)=99% trở lên, thì thời gian trung bình giữa các lần hỏng hóc (MTBF) của máy công cụ CNC phải lớn hơn 3000 giờ. Chỉ đối với một máy công cụ CNC, tỷ lệ hỏng hóc giữa máy chủ và hệ thống CNC là 10:1 (độ tin cậy của CNC cao hơn một bậc so với máy chủ). Tại thời điểm này, MTBF của hệ thống CNC phải lớn hơn 33333,3 giờ và MTBF của thiết bị CNC, trục chính và bộ truyền động phải lớn hơn 100000 giờ.
Giá trị MTBF của các thiết bị CNC nước ngoài hiện tại đã đạt hơn 6000 giờ, và thiết bị dẫn động đạt hơn 30000 giờ. Tuy nhiên, có thể thấy vẫn còn một khoảng cách so với mục tiêu lý tưởng.
4. Lãi kép
Trong quá trình gia công chi tiết, một lượng lớn thời gian vô ích bị lãng phí vào việc xử lý phôi, nạp và tháo phôi, lắp đặt và điều chỉnh, thay đổi dụng cụ và tăng giảm tốc độ trục chính. Để giảm thiểu tối đa những khoảng thời gian vô ích này, người ta hy vọng có thể tích hợp nhiều chức năng gia công khác nhau trên cùng một máy công cụ. Do đó, máy công cụ chức năng phức hợp đã trở thành một mô hình phát triển nhanh chóng trong những năm gần đây.
Khái niệm gia công composite máy công cụ trong lĩnh vực sản xuất linh hoạt đề cập đến khả năng của máy công cụ tự động thực hiện gia công đa phương pháp cùng loại hoặc khác loại theo chương trình gia công CNC sau khi kẹp phôi cùng một lúc, để hoàn thành các quy trình gia công khác nhau như tiện, phay, khoan, doa, mài, taro, doa và mở rộng chi tiết có hình dạng phức tạp. Đối với các chi tiết hình lăng trụ, trung tâm gia công là loại máy công cụ điển hình nhất thực hiện gia công composite đa phương pháp bằng cùng một phương pháp gia công. Gia công composite máy công cụ đã được chứng minh có thể cải thiện độ chính xác và hiệu quả gia công, tiết kiệm không gian và đặc biệt là rút ngắn chu kỳ gia công chi tiết.
5. Đa trục hóa
Với sự phổ biến của hệ thống CNC liên kết 5 trục và phần mềm lập trình, các trung tâm gia công điều khiển liên kết 5 trục và máy phay CNC (trung tâm gia công đứng) đã trở thành điểm phát triển nổi bật hiện nay. Do tính đơn giản của điều khiển liên kết 5 trục trong lập trình CNC cho dao phay đầu bi khi gia công bề mặt tự do và khả năng duy trì tốc độ cắt hợp lý cho dao phay đầu bi trong quá trình phay bề mặt 3D, Kết quả là, độ nhám của bề mặt gia công được cải thiện đáng kể và hiệu quả gia công được cải thiện rất nhiều. Tuy nhiên, trong máy công cụ điều khiển liên kết 3 trục, không thể tránh khỏi việc đầu dao phay đầu bi có tốc độ cắt gần bằng không tham gia vào quá trình cắt. Do đó, máy công cụ liên kết 5 trục đã trở thành trọng tâm phát triển và cạnh tranh tích cực giữa các nhà sản xuất máy công cụ lớn do những lợi thế về hiệu suất không thể thay thế của chúng.
Gần đây, các nước ngoài vẫn đang nghiên cứu điều khiển liên kết 6 trục sử dụng dao cắt không quay trong trung tâm gia công. Mặc dù hình dạng gia công không bị hạn chế và độ sâu cắt có thể rất mỏng, nhưng hiệu suất gia công quá thấp và khó có thể áp dụng vào thực tế.
6. Trí thông minh
Trí tuệ nhân tạo là một hướng đi chủ chốt cho sự phát triển của công nghệ sản xuất trong thế kỷ 21. Gia công thông minh là một loại hình gia công dựa trên điều khiển mạng nơ-ron, điều khiển mờ, công nghệ mạng số và lý thuyết. Nó nhằm mục đích mô phỏng các hoạt động thông minh của con người trong quá trình gia công, nhằm giải quyết nhiều vấn đề bất định đòi hỏi sự can thiệp thủ công. Nội dung của trí tuệ nhân tạo bao gồm nhiều khía cạnh khác nhau trong hệ thống CNC:
Để theo đuổi hiệu quả và chất lượng xử lý thông minh, chẳng hạn như điều khiển thích ứng và tự động tạo ra các tham số quy trình;
Để cải thiện hiệu suất lái xe và tạo điều kiện kết nối thông minh, chẳng hạn như điều khiển hướng trước, tính toán thích ứng các thông số động cơ, tự động nhận dạng tải, tự động lựa chọn mô hình, tự động điều chỉnh, v.v.;
Lập trình đơn giản và vận hành thông minh, chẳng hạn như lập trình tự động thông minh, giao diện người máy thông minh, v.v.;
Chẩn đoán và giám sát thông minh giúp chẩn đoán và bảo trì hệ thống dễ dàng hơn.
Có nhiều hệ thống cắt và gia công thông minh đang được nghiên cứu trên thế giới, trong đó giải pháp gia công thông minh để khoan của Hiệp hội nghiên cứu thiết bị CNC thông minh Nhật Bản là một ví dụ tiêu biểu.
7. Mạng lưới
Điều khiển máy công cụ qua mạng chủ yếu đề cập đến việc kết nối mạng và điều khiển mạng giữa máy công cụ và các hệ thống điều khiển bên ngoài hoặc máy tính cấp cao thông qua hệ thống CNC được trang bị. Máy công cụ CNC thường kết nối với nơi sản xuất và mạng LAN nội bộ của doanh nghiệp trước, sau đó kết nối với bên ngoài doanh nghiệp thông qua Internet, được gọi là công nghệ Internet/Intranet.
Với sự phát triển và trưởng thành của công nghệ mạng, gần đây ngành công nghiệp đã đề xuất khái niệm sản xuất số. Sản xuất số, còn được gọi là "sản xuất điện tử", là một trong những biểu tượng của hiện đại hóa trong các doanh nghiệp sản xuất cơ khí và là phương thức cung ứng tiêu chuẩn cho các nhà sản xuất máy công cụ tiên tiến quốc tế hiện nay. Với việc áp dụng rộng rãi công nghệ thông tin, ngày càng nhiều người dùng trong nước yêu cầu dịch vụ truyền thông từ xa và các chức năng khác khi nhập khẩu máy công cụ CNC. Trên cơ sở áp dụng rộng rãi CAD/CAM, các doanh nghiệp sản xuất cơ khí đang ngày càng sử dụng nhiều thiết bị gia công CNC. Phần mềm ứng dụng CNC ngày càng phong phú và thân thiện với người dùng. Thiết kế ảo, sản xuất ảo và các công nghệ khác đang ngày càng được các kỹ sư và nhân viên kỹ thuật theo đuổi. Việc thay thế phần cứng phức tạp bằng trí tuệ phần mềm đang trở thành một xu hướng quan trọng trong sự phát triển của máy công cụ hiện đại. Với mục tiêu sản xuất số, một số phần mềm quản lý doanh nghiệp tiên tiến như ERP đã ra đời thông qua việc tái thiết kế quy trình và chuyển đổi công nghệ thông tin, mang lại lợi ích kinh tế cao hơn cho doanh nghiệp.
8. Tính linh hoạt
Xu hướng của máy công cụ CNC hướng tới hệ thống tự động hóa linh hoạt là phát triển từ điểm (máy CNC đơn, trung tâm gia công và máy gia công phức hợp CNC), dây chuyền (FMC, FMS, FTL, FML) đến bề mặt (đảo sản xuất độc lập, FA) và thân máy (CIMS, hệ thống sản xuất tích hợp mạng phân tán), mặt khác, tập trung vào ứng dụng và tính kinh tế. Công nghệ tự động hóa linh hoạt là phương tiện chính để ngành sản xuất thích ứng với nhu cầu thị trường năng động và cập nhật sản phẩm nhanh chóng. Đây là xu hướng chủ đạo của sự phát triển sản xuất ở nhiều quốc gia và là công nghệ cơ bản trong lĩnh vực sản xuất tiên tiến. Trọng tâm của nó là cải thiện độ tin cậy và tính thực tiễn của hệ thống, với mục tiêu kết nối mạng và tích hợp dễ dàng; Nhấn mạnh vào việc phát triển và cải tiến công nghệ đơn vị; Máy CNC đơn đang phát triển theo hướng có độ chính xác cao, tốc độ cao và tính linh hoạt cao; Máy công cụ CNC và hệ thống sản xuất linh hoạt của chúng có thể dễ dàng kết nối với CAD, CAM, CAPP, MTS và phát triển theo hướng tích hợp thông tin; Phát triển hệ thống mạng theo hướng cởi mở, tích hợp và thông minh.
9. Xanh hóa
Máy công cụ cắt kim loại của thế kỷ 21 phải ưu tiên bảo vệ môi trường và tiết kiệm năng lượng, tức là hướng đến mục tiêu xanh hóa quy trình cắt gọt. Hiện nay, công nghệ gia công xanh này chủ yếu tập trung vào việc không sử dụng dung dịch cắt gọt, chủ yếu là do dung dịch cắt gọt không chỉ gây ô nhiễm môi trường và gây nguy hiểm cho sức khỏe người lao động mà còn làm tăng mức tiêu thụ tài nguyên và năng lượng. Cắt khô thường được thực hiện trong môi trường khí quyển, nhưng cũng bao gồm cắt trong môi trường khí đặc biệt (nitơ, khí lạnh hoặc sử dụng công nghệ làm mát tĩnh điện khô) mà không sử dụng dung dịch cắt gọt. Tuy nhiên, đối với một số phương pháp gia công và kết hợp phôi nhất định, cắt khô không sử dụng dung dịch cắt gọt hiện nay khó áp dụng trong thực tế, do đó, cắt bán khô với bôi trơn tối thiểu (MQL) đã ra đời. Hiện nay, 10-15% quy trình gia công cơ khí quy mô lớn ở châu Âu sử dụng cắt khô và bán khô. Đối với các máy công cụ như trung tâm gia công được thiết kế cho nhiều phương pháp gia công/kết hợp phôi, cắt bán khô chủ yếu được sử dụng, thường bằng cách phun hỗn hợp dầu cắt gọt và khí nén với lượng cực nhỏ vào vùng cắt thông qua rãnh rỗng bên trong trục chính và dụng cụ. Trong số các loại máy cắt kim loại, máy phay bánh răng là loại được sử dụng phổ biến nhất để cắt khô.
Tóm lại, sự tiến bộ và phát triển của công nghệ máy công cụ CNC đã tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của ngành sản xuất hiện đại, thúc đẩy sản xuất phát triển theo hướng nhân văn hơn. Có thể dự đoán rằng với sự phát triển của công nghệ máy công cụ CNC và việc ứng dụng rộng rãi máy công cụ CNC, ngành sản xuất sẽ mở ra một cuộc cách mạng sâu sắc, có thể làm lung lay mô hình sản xuất truyền thống.