O rápido avanço da tecnologia de sistemas CNC proporcionou condições para o progresso tecnológico das máquinas-ferramentas CNC. Para atender às necessidades do mercado e aos requisitos mais elevados da moderna tecnologia de fabricação CNC, o atual desenvolvimento da tecnologia CNC mundial e de seus equipamentos se reflete principalmente nas seguintes características técnicas:
1. Alta velocidade
O desenvolvimento deMáquinas-ferramentas CNCA usinagem em alta velocidade pode não apenas melhorar significativamente a eficiência da usinagem e reduzir os custos, como também melhorar a qualidade da usinagem de superfície e a precisão das peças. A tecnologia de usinagem de ultra-alta velocidade tem ampla aplicabilidade para alcançar produção de baixo custo na indústria de manufatura.
Desde a década de 1990, países da Europa, Estados Unidos e Japão competem para desenvolver e aplicar uma nova geração de máquinas-ferramentas CNC de alta velocidade, acelerando o ritmo de desenvolvimento de máquinas-ferramentas de alta velocidade. Novos avanços foram feitos na unidade de fuso de alta velocidade (fuso elétrico, velocidade de 15.000 a 100.000 rpm), componentes de movimento de avanço de alta velocidade e alta aceleração/desaceleração (velocidade de movimento rápido de 60 a 120 m/min, velocidade de avanço de corte de até 60 m/min), sistemas CNC e servo de alto desempenho e sistemas de ferramentas CNC, alcançando novos níveis tecnológicos. Com a resolução de tecnologias-chave em uma série de campos técnicos, como mecanismo de corte de ultra-alta velocidade, materiais de ferramentas de longa vida útil ultra-duros e resistentes ao desgaste e ferramentas de retificação abrasiva, fuso elétrico de alta potência e alta velocidade, componentes de avanço acionados por motor linear de alta aceleração/desaceleração, sistemas de controle de alto desempenho (incluindo sistemas de monitoramento) e dispositivos de proteção, uma base técnica foi fornecida para o desenvolvimento e a aplicação da nova geração de máquinas-ferramentas CNC de alta velocidade.
Atualmente, na usinagem de ultra-alta velocidade, a velocidade de corte de torneamento e fresamento atingiu mais de 5.000-8.000 m/min; A velocidade do fuso está acima de 30.000 rpm (alguns podem atingir até 100.000 r/min); A velocidade de movimento (taxa de avanço) da bancada: acima de 100 m/min (alguns até 200 m/min) com uma resolução de 1 micrômetro e acima de 24 m/min com uma resolução de 0,1 micrômetro; Velocidade de troca automática de ferramentas em 1 segundo; A taxa de avanço para interpolação de pequenas linhas atinge 12 m/min.
2. Alta precisão
O desenvolvimento deMáquinas-ferramentas CNCDa usinagem de precisão à usinagem de ultraprecisão, essa é uma direção com a qual as potências industriais em todo o mundo estão comprometidas. Sua precisão varia do nível micrométrico ao submicrométrico, e até mesmo ao nanômetro (<10 nm), e sua gama de aplicações está se tornando cada vez mais ampla.
Atualmente, sob a exigência de usinagem de alta precisão, a precisão de usinagem de máquinas-ferramentas CNC comuns aumentou de ± 10 μ Aumento m para ± 5 μ M; A precisão de usinagem de centros de usinagem de precisão varia de ± 3 a 5 μ m. Aumente para ± 1-1,5 μ m. Ainda maior; A precisão de usinagem de ultraprecisão entrou no nível nanométrico (0,001 micrômetros), e a precisão de rotação do fuso é necessária para atingir 0,01~0,05 micrômetros, com uma circularidade de usinagem de 0,1 micrômetro e uma rugosidade da superfície de usinagem de Ra=0,003 micrômetros. Essas máquinas-ferramentas geralmente usam fusos elétricos de acionamento de frequência variável controlados por vetor (integrados ao motor e ao fuso), com desvio radial do fuso menor que 2 μ m, deslocamento axial menor que 1 μ m e desequilíbrio do eixo atingindo o nível G0,4.
O acionamento de avanço de máquinas-ferramentas de usinagem de alta velocidade e alta precisão inclui principalmente dois tipos: "servomotor rotativo com fuso de esferas de alta velocidade de precisão" e "acionamento direto por motor linear". Além disso, as novas máquinas-ferramentas paralelas também são fáceis de atingir com alta velocidade de avanço.
Devido à sua tecnologia avançada e ampla aplicação, os fusos de esferas não apenas alcançam alta precisão (ISO3408 nível 1), mas também apresentam um custo relativamente baixo para usinagem em alta velocidade. Portanto, eles ainda são utilizados por muitas máquinas de usinagem de alta velocidade até hoje. As atuais máquinas-ferramenta de usinagem de alta velocidade acionadas por fusos de esferas têm uma velocidade máxima de movimento de 90 m/min e uma aceleração de 1,5 g.
O fuso de esferas pertence à transmissão mecânica, que inevitavelmente envolve deformação elástica, atrito e folga reversa durante o processo de transmissão, resultando em histerese de movimento e outros erros não lineares. Para eliminar o impacto desses erros na precisão da usinagem, o acionamento direto por motor linear foi aplicado às máquinas-ferramentas em 1993. Por ser uma "transmissão zero" sem elos intermediários, não só possui baixa inércia de movimento, alta rigidez do sistema e resposta rápida, como também pode atingir altas velocidades e acelerações, e seu comprimento de curso é teoricamente irrestrito. A precisão de posicionamento também pode atingir um alto nível sob a ação do sistema de feedback de posição de alta precisão, tornando-o um método de acionamento ideal para máquinas-ferramentas de usinagem de alta velocidade e alta precisão, especialmente máquinas-ferramentas de médio e grande porte. Atualmente, a velocidade máxima de movimento rápido de máquinas de usinagem de alta velocidade e alta precisão que utilizam motores lineares atingiu 208 m/min, com uma aceleração de 2g, e ainda há espaço para desenvolvimento.
3. Alta confiabilidade
Com o desenvolvimento de aplicações em rede deMáquinas-ferramentas CNC, a alta confiabilidade das máquinas-ferramentas CNC tornou-se uma meta perseguida pelos fabricantes de sistemas CNC e fabricantes de máquinas-ferramentas CNC. Para uma fábrica autônoma que trabalha em dois turnos por dia, se for necessário trabalhar continuamente e normalmente dentro de 16 horas com uma taxa livre de falhas de P (t) = 99% ou mais, o tempo médio entre falhas (MTBF) da máquina-ferramenta CNC deve ser maior que 3.000 horas. Para apenas uma máquina-ferramenta CNC, a taxa de falha entre o host e o sistema CNC é de 10:1 (a confiabilidade do CNC é uma ordem de magnitude maior que a do host). Neste ponto, o MTBF do sistema CNC deve ser maior que 33333,3 horas, e o MTBF do dispositivo CNC, fuso e acionamento deve ser maior que 100.000 horas.
O MTBF dos atuais dispositivos CNC estrangeiros ultrapassou 6.000 horas, e o do dispositivo de acionamento ultrapassou 30.000 horas. No entanto, pode-se observar que ainda há uma lacuna em relação à meta ideal.
4. Composto
No processo de processamento de peças, uma grande quantidade de tempo inútil é consumida no manuseio da peça, carga e descarga, instalação e ajuste, troca de ferramentas e aumento e redução da velocidade do fuso. Para minimizar esses tempos inúteis ao máximo, espera-se integrar diferentes funções de processamento na mesma máquina-ferramenta. Portanto, as máquinas-ferramentas com funções compostas tornaram-se um modelo em rápido desenvolvimento nos últimos anos.
O conceito de usinagem de compósitos em máquinas-ferramenta no campo da manufatura flexível refere-se à capacidade de uma máquina-ferramenta de executar automaticamente usinagens multiprocesso do mesmo ou de diferentes tipos de métodos de processo, de acordo com um programa de usinagem CNC, após a fixação da peça de uma só vez, a fim de concluir vários processos de usinagem, como torneamento, fresamento, furação, mandrilamento, retificação, rosqueamento, alargamento e expansão de uma peça com formato complexo. Quanto às peças prismáticas, os centros de usinagem são as máquinas-ferramenta mais comuns que realizam o processamento de compósitos multiprocesso usando o mesmo método de processo. Foi comprovado que a usinagem de compósitos em máquinas-ferramenta pode melhorar a precisão e a eficiência da usinagem, economizar espaço e, principalmente, reduzir o ciclo de usinagem das peças.
5. Poliaxialização
Com a popularização dos sistemas CNC de engate de 5 eixos e softwares de programação, os centros de usinagem controlados por engate de 5 eixos e as fresadoras CNC (centros de usinagem verticais) tornaram-se um ponto de desenvolvimento atual. Devido à simplicidade do controle de engate de 5 eixos na programação CNC para fresas de topo esférico ao usinar superfícies livres e à capacidade de manter uma velocidade de corte razoável para fresas de topo esférico durante o processo de fresamento de superfícies 3D, como resultado, a rugosidade da superfície de usinagem é significativamente melhorada e a eficiência da usinagem é significativamente melhorada. No entanto, em máquinas-ferramentas controladas por engate de 3 eixos, é impossível evitar que a extremidade da fresa de topo esférico com uma velocidade de corte próxima de zero participe do corte. Portanto, as máquinas-ferramentas de engate de 5 eixos tornaram-se o foco de desenvolvimento ativo e competição entre os principais fabricantes de máquinas-ferramenta devido às suas vantagens de desempenho insubstituíveis.
Recentemente, países estrangeiros ainda pesquisam o controle de articulação de 6 eixos utilizando ferramentas de corte não rotativas em centros de usinagem. Embora seu formato de usinagem não seja restrito e a profundidade de corte possa ser muito fina, a eficiência da usinagem é muito baixa e difícil de ser aplicada na prática.
6. Inteligência
A inteligência é uma direção importante para o desenvolvimento da tecnologia de manufatura no século XXI. A usinagem inteligente é um tipo de usinagem baseada em controle de rede neural, controle fuzzy, tecnologia de redes digitais e teoria. Seu objetivo é simular as atividades inteligentes de especialistas humanos durante o processo de usinagem, a fim de resolver muitos problemas incertos que exigem intervenção manual. O conteúdo da inteligência abrange vários aspectos em sistemas CNC:
Buscar eficiência e qualidade de processamento inteligente, como controle adaptativo e geração automática de parâmetros de processo;
Para melhorar o desempenho de condução e facilitar a conexão inteligente, como controle de feedforward, cálculo adaptativo de parâmetros do motor, identificação automática de cargas, seleção automática de modelos, autoajuste, etc.
Programação simplificada e operação inteligente, como programação automática inteligente, interface homem-máquina inteligente, etc.
O diagnóstico e o monitoramento inteligentes facilitam o diagnóstico e a manutenção do sistema.
Há muitos sistemas inteligentes de corte e usinagem em pesquisa no mundo, entre os quais as soluções de usinagem inteligente para perfuração da Associação Japonesa de Pesquisa de Dispositivos CNC Inteligentes são representativas.
7. Rede
O controle em rede de máquinas-ferramenta refere-se principalmente à conexão e ao controle em rede entre a máquina-ferramenta e outros sistemas de controle externos ou computadores superiores por meio do sistema CNC equipado. As máquinas-ferramenta CNC geralmente acessam primeiro o local de produção e a LAN interna da empresa e, em seguida, conectam-se ao exterior da empresa por meio da internet, o que é chamado de tecnologia Internet/Intranet.
Com a maturidade e o desenvolvimento da tecnologia de rede, a indústria propôs recentemente o conceito de manufatura digital. A manufatura digital, também conhecida como "e-manufacturing", é um dos símbolos da modernização nas empresas de manufatura mecânica e o método de fornecimento padrão para fabricantes internacionais de máquinas-ferramentas avançadas atualmente. Com a ampla adoção da tecnologia da informação, cada vez mais usuários domésticos exigem serviços de comunicação remota e outras funções ao importar máquinas-ferramentas CNC. Com base na ampla adoção do CAD/CAM, as empresas de manufatura mecânica estão utilizando cada vez mais equipamentos de usinagem CNC. O software de aplicação CNC está se tornando cada vez mais rico e fácil de usar. Projeto virtual, manufatura virtual e outras tecnologias estão sendo cada vez mais buscadas por engenheiros e técnicos. A substituição de hardware complexo por inteligência de software está se tornando uma tendência importante no desenvolvimento de máquinas-ferramentas contemporâneas. Sob o objetivo da manufatura digital, diversos softwares avançados de gestão empresarial, como ERP, surgiram por meio da reengenharia de processos e da transformação da tecnologia da informação, gerando maiores benefícios econômicos para as empresas.
8. Flexibilidade
A tendência das máquinas-ferramentas CNC em direção a sistemas de automação flexíveis é desenvolver-se do ponto (máquina única CNC, centro de usinagem e máquina de usinagem composta CNC), linha (FMC, FMS, FTL, FML) para superfície (ilha de fabricação independente, FA) e corpo (CIMS, sistema de manufatura integrado de rede distribuída) e, por outro lado, focar na aplicação e economia. A tecnologia de automação flexível é o principal meio para a indústria de manufatura se adaptar às demandas dinâmicas do mercado e atualizar rapidamente os produtos. É a tendência principal do desenvolvimento da manufatura em vários países e a tecnologia fundamental no campo da manufatura avançada. Seu foco é melhorar a confiabilidade e a praticidade do sistema, com o objetivo de fácil rede e integração; Enfatizar o desenvolvimento e o aprimoramento da tecnologia de unidade; A máquina única CNC está se desenvolvendo em direção a alta precisão, alta velocidade e alta flexibilidade; As máquinas-ferramentas CNC e seus sistemas de manufatura flexíveis podem ser facilmente conectados com CAD, CAM, CAPP, MTS e se desenvolver em direção à integração de informações; O desenvolvimento de sistemas de rede em direção à abertura, integração e inteligência.
9. Greenização
As máquinas-ferramentas de corte de metal do século XXI devem priorizar a proteção ambiental e a conservação de energia, ou seja, alcançar a ecologização dos processos de corte. Atualmente, essa tecnologia de processamento verde concentra-se principalmente na não utilização de fluido de corte, principalmente porque o fluido de corte não só polui o meio ambiente e coloca em risco a saúde dos trabalhadores, como também aumenta o consumo de recursos e energia. O corte a seco é geralmente realizado em atmosfera atmosférica, mas também inclui o corte em atmosferas gasosas especiais (nitrogênio, ar frio ou usando tecnologia de resfriamento eletrostático a seco) sem o uso de fluido de corte. No entanto, para certos métodos de usinagem e combinações de peças, o corte a seco sem o uso de fluido de corte é atualmente difícil de aplicar na prática, de modo que surgiu o corte quase a seco com lubrificação mínima (MQL). Atualmente, 10 a 15% do processamento mecânico em larga escala na Europa utiliza corte a seco e quase a seco. Para máquinas-ferramentas, como centros de usinagem projetados para múltiplos métodos de usinagem/combinações de peças, o corte quase a seco é usado principalmente, geralmente pulverizando uma mistura de quantidades extremamente pequenas de óleo de corte e ar comprimido na área de corte através do canal oco dentro do fuso da máquina e da ferramenta. Entre os vários tipos de máquinas de corte de metal, a fresadora de engrenagens é a mais comumente usada para corte a seco.
Em suma, o progresso e o desenvolvimento da tecnologia de máquinas-ferramenta CNC proporcionaram condições favoráveis ao desenvolvimento da indústria de manufatura moderna, promovendo o desenvolvimento da manufatura em direção a uma direção mais humanizada. Prevê-se que, com o desenvolvimento da tecnologia de máquinas-ferramenta CNC e a ampla aplicação das mesmas, a indústria de manufatura inaugurará uma profunda revolução que poderá abalar o modelo de manufatura tradicional.