Pesatnya perkembangan teknologi sistem CNC telah menciptakan kondisi bagi kemajuan teknologi mesin perkakas CNC. Untuk memenuhi kebutuhan pasar dan memenuhi tuntutan teknologi manufaktur modern yang semakin tinggi, perkembangan teknologi CNC dunia saat ini dan peralatannya terutama tercermin dalam karakteristik teknis berikut:
1. Kecepatan tinggi
PerkembanganPeralatan mesin CNCArah kecepatan tinggi tidak hanya dapat meningkatkan efisiensi pemesinan dan mengurangi biaya pemesinan secara signifikan, tetapi juga meningkatkan kualitas dan akurasi pemesinan permukaan komponen. Teknologi pemesinan kecepatan ultra tinggi memiliki penerapan yang luas untuk mencapai produksi berbiaya rendah di industri manufaktur.
Sejak tahun 1990-an, negara-negara di Eropa, Amerika Serikat, dan Jepang telah berlomba-lomba mengembangkan dan menerapkan generasi baru mesin perkakas CNC berkecepatan tinggi, yang mempercepat laju perkembangan mesin perkakas berkecepatan tinggi. Terobosan baru telah dicapai dalam unit spindel berkecepatan tinggi (spindel elektrik, kecepatan 15.000-100.000 putaran/menit), komponen gerak umpan akselerasi/deselerasi kecepatan tinggi dan tinggi (kecepatan gerak cepat 60-120 m/menit, kecepatan potong umpan hingga 60 m/menit), sistem CNC dan servo berkinerja tinggi, serta sistem perkakas CNC, yang mencapai tingkat teknologi baru. Dengan resolusi teknologi utama dalam serangkaian bidang teknis seperti mekanisme pemotongan berkecepatan sangat tinggi, material perkakas tahan aus yang sangat keras dan berumur panjang serta perkakas pengasah abrasif, spindel listrik berkecepatan tinggi dan berdaya tinggi, komponen umpan penggerak motor linier dengan percepatan/perlambatan tinggi, sistem kendali berkinerja tinggi (termasuk sistem pemantauan) dan perangkat pelindung, fondasi teknis telah disediakan untuk pengembangan dan penerapan generasi baru perkakas mesin CNC berkecepatan tinggi.
Saat ini, dalam pemesinan kecepatan sangat tinggi, kecepatan pemotongan pembubutan dan penggilingan telah mencapai lebih dari 5000-8000m/menit; Kecepatan spindel di atas 30000 rpm (beberapa dapat mencapai hingga 100000 r/menit); Kecepatan gerakan (laju umpan) meja kerja: di atas 100m/menit (beberapa hingga 200m/menit) pada resolusi 1 mikrometer, dan di atas 24m/menit pada resolusi 0,1 mikrometer; Kecepatan penggantian alat otomatis dalam 1 detik; Laju umpan untuk interpolasi garis kecil mencapai 12m/menit.
2. Presisi tinggi
PerkembanganPeralatan mesin CNCDari pemesinan presisi hingga pemesinan ultra presisi adalah arah yang menjadi komitmen kekuatan industri di seluruh dunia. Akurasinya berkisar dari tingkat mikrometer hingga submikron, bahkan hingga tingkat nanometer (<10nm), dan jangkauan aplikasinya semakin luas.
Saat ini, di bawah persyaratan pemesinan presisi tinggi, akurasi pemesinan perkakas mesin CNC biasa telah meningkat dari ± 10 μ Peningkatan m menjadi ± 5 μ M; Akurasi pemesinan pusat pemesinan presisi berkisar antara ± 3 hingga 5 μ m. Meningkat menjadi ± 1-1,5 μ m. Bahkan lebih tinggi; Akurasi pemesinan ultra presisi telah memasuki level nanometer (0,001 mikrometer), dan akurasi putaran spindel harus mencapai 0,01~0,05 mikrometer, dengan kebulatan pemesinan 0,1 mikrometer dan kekasaran permukaan pemesinan Ra=0,003 mikrometer. Perkakas mesin ini umumnya menggunakan spindel listrik penggerak frekuensi variabel yang dikontrol vektor (terintegrasi dengan motor dan spindel), dengan runout radial spindel kurang dari 2 µ m, perpindahan aksial kurang dari 1 µ m, dan ketidakseimbangan poros mencapai level G0,4.
Penggerak umpan pada mesin perkakas permesinan berkecepatan tinggi dan presisi tinggi terutama mencakup dua jenis: "motor servo putar dengan sekrup bola berkecepatan tinggi presisi" dan "penggerak langsung motor linier". Selain itu, mesin perkakas paralel yang sedang berkembang juga mudah mencapai umpan berkecepatan tinggi.
Berkat teknologinya yang matang dan aplikasinya yang luas, sekrup bola tidak hanya mencapai presisi tinggi (ISO3408 level 1), tetapi juga memiliki biaya pemesinan berkecepatan tinggi yang relatif rendah. Oleh karena itu, sekrup bola masih digunakan oleh banyak mesin pemesinan berkecepatan tinggi hingga saat ini. Mesin perkakas pemesinan berkecepatan tinggi saat ini yang digerakkan oleh sekrup bola memiliki kecepatan gerak maksimum 90 m/menit dan akselerasi 1,5 g.
Sekrup bola termasuk dalam transmisi mekanis, yang pasti melibatkan deformasi elastis, gesekan, dan jarak bebas balik selama proses transmisi, yang mengakibatkan histeresis gerak dan kesalahan nonlinier lainnya. Untuk menghilangkan dampak kesalahan ini pada akurasi pemesinan, penggerak langsung motor linier diterapkan pada mesin perkakas pada tahun 1993. Karena merupakan "transmisi nol" tanpa sambungan perantara, sekrup bola tidak hanya memiliki inersia gerak yang kecil, kekakuan sistem yang tinggi, dan respons yang cepat, tetapi juga dapat mencapai kecepatan dan akselerasi tinggi, dan panjang langkahnya secara teoritis tidak terbatas. Akurasi pemosisian juga dapat mencapai tingkat tinggi di bawah aksi sistem umpan balik posisi presisi tinggi, menjadikannya metode penggerak yang ideal untuk mesin perkakas pemesinan berkecepatan tinggi dan presisi tinggi, terutama mesin perkakas berukuran sedang dan besar. Saat ini, kecepatan gerak cepat maksimum mesin pemesinan berkecepatan tinggi dan presisi tinggi yang menggunakan motor linier telah mencapai 208 m/menit, dengan akselerasi 2g, dan masih ada ruang untuk pengembangan.
3. Keandalan tinggi
Dengan berkembangnya aplikasi jaringanPeralatan mesin CNC, keandalan tinggi dari peralatan mesin CNC telah menjadi tujuan yang dikejar oleh produsen sistem CNC dan produsen peralatan mesin CNC. Untuk pabrik tak berawak yang bekerja dua shift sehari, jika diharuskan bekerja terus menerus dan normal dalam waktu 16 jam dengan tingkat bebas kegagalan P (t) = 99% atau lebih, waktu rata-rata antara kegagalan (MTBF) dari peralatan mesin CNC harus lebih besar dari 3000 jam. Untuk hanya satu peralatan mesin CNC, rasio tingkat kegagalan antara host dan sistem CNC adalah 10: 1 (keandalan CNC adalah satu orde besaran lebih tinggi daripada host). Pada titik ini, MTBF dari sistem CNC harus lebih besar dari 33333,3 jam, dan MTBF dari perangkat CNC, spindel, dan penggerak harus lebih besar dari 100000 jam.
Nilai MTBF perangkat CNC asing saat ini telah mencapai lebih dari 6.000 jam, dan perangkat penggeraknya telah mencapai lebih dari 30.000 jam. Namun, terlihat masih terdapat kesenjangan dari target ideal.
4. Peracikan
Dalam proses pemrosesan komponen, banyak waktu terbuang sia-sia untuk penanganan benda kerja, pemuatan dan pembongkaran, pemasangan dan penyetelan, penggantian pahat, serta pengaturan kecepatan spindel. Untuk meminimalkan waktu terbuang sia-sia ini semaksimal mungkin, orang-orang berharap dapat mengintegrasikan berbagai fungsi pemrosesan pada mesin perkakas yang sama. Oleh karena itu, mesin perkakas dengan fungsi gabungan telah berkembang pesat dalam beberapa tahun terakhir.
Konsep pemesinan komposit perkakas mesin dalam bidang manufaktur fleksibel mengacu pada kemampuan perkakas mesin untuk secara otomatis melakukan pemesinan multiproses dengan metode proses yang sama atau berbeda berdasarkan program pemesinan CNC setelah menjepit benda kerja sekaligus, untuk menyelesaikan berbagai proses pemesinan seperti pembubutan, penggilingan, pemboran, pemboran, penggerindaan, penyadapan, reaming, dan pengembangan komponen dengan bentuk yang kompleks. Untuk komponen prismatik, pusat pemesinan merupakan perkakas mesin yang paling umum melakukan pemrosesan komposit multiproses dengan metode proses yang sama. Pemesinan komposit perkakas mesin telah terbukti dapat meningkatkan akurasi dan efisiensi pemesinan, menghemat ruang, dan khususnya memperpendek siklus pemesinan komponen.
5. Poliaksialisasi
Dengan mempopulerkan sistem CNC hubungan 5 sumbu dan perangkat lunak pemrograman, pusat permesinan yang dikontrol hubungan 5 sumbu dan mesin penggilingan CNC (pusat permesinan vertikal) telah menjadi hotspot pengembangan saat ini. Karena kesederhanaan kontrol hubungan 5 sumbu dalam pemrograman CNC untuk pemotong penggilingan ujung bola saat mengerjakan permukaan bebas, dan kemampuan untuk mempertahankan kecepatan pemotongan yang wajar untuk pemotong penggilingan ujung bola selama proses penggilingan permukaan 3D, Akibatnya, kekasaran permukaan permesinan ditingkatkan secara signifikan dan efisiensi permesinan sangat ditingkatkan. Namun, dalam peralatan mesin yang dikontrol hubungan 3 sumbu, tidak mungkin untuk menghindari ujung pemotong penggilingan ujung bola dengan kecepatan pemotongan mendekati nol dari berpartisipasi dalam pemotongan. Oleh karena itu, peralatan mesin hubungan 5 sumbu telah menjadi fokus pengembangan aktif dan persaingan di antara produsen peralatan mesin utama karena keunggulan kinerjanya yang tak tergantikan.
Baru-baru ini, negara-negara asing masih meneliti kontrol hubungan 6-sumbu menggunakan pahat potong non-rotasi di pusat permesinan. Meskipun bentuk permesinan mereka tidak terbatas dan kedalaman pemotongannya bisa sangat tipis, efisiensi permesinannya terlalu rendah dan sulit dipraktikkan.
6. Kecerdasan
Kecerdasan merupakan arah utama perkembangan teknologi manufaktur di abad ke-21. Pemesinan cerdas adalah jenis pemesinan yang berbasis pada kendali jaringan saraf tiruan, kendali fuzzy, teknologi jaringan digital, dan teori. Pemesinan cerdas bertujuan untuk mensimulasikan aktivitas cerdas para ahli manusia selama proses pemesinan, guna memecahkan berbagai masalah tak pasti yang memerlukan intervensi manual. Konten kecerdasan mencakup berbagai aspek dalam sistem CNC:
Untuk mengejar efisiensi dan kualitas pemrosesan yang cerdas, seperti kontrol adaptif dan pembuatan parameter proses secara otomatis;
Untuk meningkatkan kinerja berkendara dan memfasilitasi koneksi cerdas, seperti kontrol umpan maju, perhitungan adaptif parameter motor, identifikasi beban otomatis, pemilihan model otomatis, penyetelan mandiri, dll.;
Pemrograman yang disederhanakan dan operasi cerdas, seperti pemrograman otomatis cerdas, antarmuka manusia-mesin cerdas, dll;
Diagnosis dan pemantauan cerdas memfasilitasi diagnosis dan pemeliharaan sistem.
Ada banyak sistem pemotongan dan permesinan cerdas yang sedang diteliti di dunia, di antaranya solusi permesinan cerdas untuk pengeboran dari Asosiasi Penelitian Perangkat CNC Cerdas Jepang adalah yang representatif.
7. Jaringan
Kontrol jaringan mesin perkakas terutama mengacu pada koneksi jaringan dan kontrol jaringan antara mesin perkakas dan sistem kontrol eksternal lainnya atau komputer tingkat atas melalui sistem CNC yang terpasang. Mesin perkakas CNC umumnya terlebih dahulu berhadapan dengan lokasi produksi dan LAN internal perusahaan, kemudian terhubung ke luar perusahaan melalui internet, yang disebut teknologi internet/intranet.
Seiring dengan kematangan dan perkembangan teknologi jaringan, industri baru-baru ini mengusulkan konsep manufaktur digital. Manufaktur digital, juga dikenal sebagai "e-manufaktur", merupakan salah satu simbol modernisasi dalam perusahaan manufaktur mekanik dan metode pasokan standar bagi produsen peralatan mesin canggih internasional saat ini. Dengan meluasnya adopsi teknologi informasi, semakin banyak pengguna domestik yang membutuhkan layanan komunikasi jarak jauh dan fungsi lainnya saat mengimpor peralatan mesin CNC. Berdasarkan meluasnya adopsi CAD/CAM, perusahaan manufaktur mekanik semakin banyak menggunakan peralatan permesinan CNC. Perangkat lunak aplikasi CNC menjadi semakin kaya dan ramah pengguna. Desain virtual, manufaktur virtual, dan teknologi lainnya semakin banyak digunakan oleh tenaga teknik dan teknis. Penggantian perangkat keras yang kompleks dengan kecerdasan perangkat lunak menjadi tren penting dalam pengembangan peralatan mesin kontemporer. Di bawah tujuan manufaktur digital, sejumlah perangkat lunak manajemen perusahaan canggih seperti ERP telah muncul melalui rekayasa ulang proses dan transformasi teknologi informasi, yang menciptakan manfaat ekonomi yang lebih tinggi bagi perusahaan.
8. Fleksibilitas
Tren peralatan mesin CNC menuju sistem otomasi fleksibel adalah berkembang dari titik (mesin tunggal CNC, pusat permesinan, dan mesin permesinan komposit CNC), jalur (FMC, FMS, FTL, FML) ke permukaan (pulau manufaktur independen, FA), dan badan (CIMS, sistem manufaktur terintegrasi jaringan terdistribusi), dan di sisi lain, untuk fokus pada aplikasi dan ekonomi. Teknologi otomasi fleksibel adalah cara utama bagi industri manufaktur untuk beradaptasi dengan tuntutan pasar yang dinamis dan memperbarui produk dengan cepat. Ini adalah tren utama pengembangan manufaktur di berbagai negara dan teknologi fundamental di bidang manufaktur canggih. Fokusnya adalah pada peningkatan keandalan dan kepraktisan sistem, dengan tujuan jaringan dan integrasi yang mudah; Menekankan pengembangan dan peningkatan teknologi unit; Mesin tunggal CNC berkembang menuju presisi tinggi, kecepatan tinggi, dan fleksibilitas tinggi; Peralatan mesin CNC dan sistem manufaktur fleksibelnya dapat dengan mudah dihubungkan dengan CAD, CAM, CAPP, MTS, dan berkembang menuju integrasi informasi; Pengembangan sistem jaringan menuju keterbukaan, integrasi, dan kecerdasan.
9. Penghijauan
Peralatan mesin pemotong logam abad ke-21 harus memprioritaskan perlindungan lingkungan dan konservasi energi, yaitu, untuk mencapai penghijauan proses pemotongan. Saat ini, teknologi pemrosesan hijau ini terutama berfokus pada tidak menggunakan cairan pemotongan, terutama karena cairan pemotongan tidak hanya mencemari lingkungan dan membahayakan kesehatan pekerja, tetapi juga meningkatkan konsumsi sumber daya dan energi. Pemotongan kering umumnya dilakukan dalam atmosfer atmosfer, tetapi juga mencakup pemotongan dalam atmosfer gas khusus (nitrogen, udara dingin, atau menggunakan teknologi pendinginan elektrostatik kering) tanpa menggunakan cairan pemotongan. Namun, untuk metode pemesinan dan kombinasi benda kerja tertentu, pemotongan kering tanpa menggunakan cairan pemotongan saat ini sulit diterapkan dalam praktik, sehingga pemotongan kuasi kering dengan pelumasan minimal (MQL) telah muncul. Saat ini, 10-15% dari pemrosesan mekanis skala besar di Eropa menggunakan pemotongan kering dan kuasi kering. Untuk peralatan mesin seperti pusat permesinan yang dirancang untuk beberapa metode permesinan/kombinasi benda kerja, pemotongan kering semu terutama digunakan, biasanya dengan menyemprotkan campuran oli pemotong dan udara bertekanan dalam jumlah yang sangat sedikit ke area pemotongan melalui saluran berongga di dalam spindel dan pahat mesin. Di antara berbagai jenis mesin pemotong logam, mesin hobbing roda gigi adalah yang paling umum digunakan untuk pemotongan kering.
Singkatnya, kemajuan dan perkembangan teknologi mesin perkakas CNC telah menciptakan kondisi yang kondusif bagi perkembangan industri manufaktur modern, mendorong perkembangan manufaktur ke arah yang lebih manusiawi. Dapat diprediksi bahwa dengan perkembangan teknologi mesin perkakas CNC dan meluasnya penerapan mesin perkakas CNC, industri manufaktur akan mengantarkan revolusi besar yang dapat mengguncang model manufaktur tradisional.