Брзи напредак технологије ЦНЦ система обезбедио је услове за технолошки напредак ЦНЦ алатних машина. Да би се задовољиле потребе тржишта и испунили виши захтеви модерне производне технологије за ЦНЦ технологијом, тренутни развој светске ЦНЦ технологије и њене опреме углавном се огледа у следећим техничким карактеристикама:
1. Велика брзина
РазвојЦНЦ машински алатика смеру велике брзине не само да може значајно побољшати ефикасност обраде и смањити трошкове обраде, већ и побољшати квалитет површинске обраде и тачност делова. Технологија ултрабрзе обраде има широку примену за постизање јефтине производње у производној индустрији.
Од 1990-их, земље у Европи, Сједињеним Државама и Јапану се такмиче у развоју и примени нове генерације брзих CNC машина алатки, убрзавајући темпо развоја брзих машина алатки. Нови продори су постигнути у брзој вретеновој јединици (електрично вретено, брзина 15000-100000 о/мин), компонентама за покрет погона са великим брзинама и великим убрзањем/успорењем (брза брзина кретања 60-120 м/мин, брзина погона сечења до 60 м/мин), високоперформансним CNC и серво системима и CNC системима алатки, достижући нове технолошке нивое. Са решавањем кључних технологија у низу техничких области као што су ултрабрзи механизми за сечење, ултратврди материјали алата отпорни на хабање дугог века трајања и абразивни алати за брушење, високоснажно брзо електрично вретено, компоненте за погон покретане линеарним мотором са великим убрзањем/успорењем, високоперформансни системи управљања (укључујући системе за праћење) и заштитни уређаји, обезбеђена је техничка основа за развој и примену нове генерације брзих CNC машина алатки.
Тренутно, код ултрабрзинске обраде, брзина резања стругањем и глодањем достигла је преко 5000-8000 м/мин; брзина вретена је изнад 30000 о/мин (неки могу достићи и до 100000 о/мин); брзина кретања (брзина померања) радног стола: изнад 100 м/мин (неки до 200 м/мин) при резолуцији од 1 микрометар, и изнад 24 м/мин при резолуцији од 0,1 микрометар; брзина аутоматске промене алата у року од 1 секунде; брзина померања за интерполацију малих линија достиже 12 м/мин.
2. Висока прецизност
РазвојЦНЦ машински алатиОд прецизне машинске обраде до ултрапрецизне машинске обраде је правац коме су посвећене индустријске силе широм света. Његова тачност се креће од микрометарског до субмикронског нивоа, па чак и до нанометарског нивоа (<10 nm), а његов опсег примене постаје све шири.
Тренутно, под захтевима високопрецизне обраде, тачност обраде обичних CNC машина је повећана са ± 10 μ m на ± 5 μ M; тачност обраде прецизних обрадничких центара креће се од ± 3 до 5 μ m, што доводи до ± 1-1,5 μ m, чак и више; тачност ултрапрецизне обраде је достигла нанометарски ниво (0,001 микрометар), а тачност ротације вретена мора достићи 0,01~0,05 микрометара, са округлошћу обраде од 0,1 микрометар и храпавошћу површине обраде Ra=0,003 микрометара. Ове машине углавном користе векторски контролисана електрична вретена са променљивом фреквенцијом (интегрисана са мотором и вретеном), са радијалним одступањем вретена мањим од 2 µ m, аксијалним померањем мањим од 1 µ m и неуравнотеженошћу вратила која достиже ниво G0,4.
Погон за довод код машина за обраду велике брзине и високе прецизности углавном укључује два типа: „ротациони серво мотор са прецизним кугличним вијком велике брзине“ и „линеарни мотор са директним погоном“. Поред тога, нове паралелне машине алатке такође лако постижу великобрзинско довод.
Захваљујући својој зрелој технологији и широкој примени, куглични вијци не само да постижу високу прецизност (ISO3408 ниво 1), већ имају и релативно ниске трошкове за постизање брзе обраде. Стога се и данас користе на многим машинама за брзу обраду. Тренутни алат за брзу обраду, покретан кугличним вијком, има максималну брзину кретања од 90 м/мин и убрзање од 1,5 г.
Куглични вијак припада механичком преносу, који неизбежно укључује еластичну деформацију, трење и обрнути зазор током процеса преноса, што резултира хистерезисом кретања и другим нелинеарним грешкама. Да би се елиминисао утицај ових грешака на тачност обраде, директни погон линеарним мотором је примењен на машинске алатке 1993. године. Пошто је „нулти пренос“ без међукарика, не само да има малу инерцију кретања, високу крутост система и брз одзив, већ може постићи и велику брзину и убрзање, а дужина хода је теоретски неограничена. Тачност позиционирања такође може достићи висок ниво под дејством високопрецизног система повратне спреге о положају, што га чини идеалним методом погона за велике брзине и високо прецизне машинске алатке, посебно средње и велике машинске алатке. Тренутно је максимална брзина кретања великих брзина и високо прецизних машина за обраду које користе линеарне моторе достигла 208 м/мин, са убрзањем од 2 г, и још увек има простора за развој.
3. Висока поузданост
Са развојем мрежних апликација,ЦНЦ машински алати, висока поузданост CNC машина алатки постала је циљ којем теже произвођачи CNC система и произвођачи CNC машина алатки. За фабрику без посаде која ради у две смене дневно, ако је потребно да ради континуирано и нормално у року од 16 сати са стопом без отказа P (t) = 99% или више, просечно време између отказа (MTBF) CNC машине алатке мора бити веће од 3000 сати. За само једну CNC машину алатку, однос стопе отказа између хоста и CNC система је 10:1 (поузданост CNC-а је за ред величине већа од поузданости хоста). У овом тренутку, MTBF CNC система мора бити већи од 33333,3 сата, а MTBF CNC уређаја, вретена и погона мора бити већи од 100000 сати.
Вредност MTBF тренутних страних CNC уређаја достигла је преко 6000 сати, а погонски уређај преко 30000 сати. Међутим, може се видети да и даље постоји јаз у односу на идеалан циљ.
4. Сложени рачун
У процесу обраде делова, велика количина бескорисног времена се троши на руковање радним предметом, утовар и истовар, монтажу и подешавање, промену алата и повећање и смањење брзине вретена. Да би се ово бескорисно време што више смањило, људи се надају да ће интегрисати различите функције обраде на истој алатној машини. Стога су машине алатке са сложеним функцијама постале брзо развијајући модел последњих година.
Концепт машинске обраде композитних делова у области флексибилне производње односи се на способност машине алатке да аутоматски обавља вишепроцесну обраду истих или различитих врста метода процеса према CNC програму обраде након стезања радног предмета у једном покрету, како би се завршили различити процеси обраде као што су стругање, глодање, бушење, развртање, брушење, нарезивање навоја, развртање и проширивање сложеног обликованог дела. Што се тиче призматичних делова, обрадни центри су најтипичније машине алатке које обављају вишепроцесну композитну обраду користећи исти метод процеса. Доказано је да машинска обрада композитних делова може побољшати тачност и ефикасност обраде, уштедети простор и посебно скратити циклус обраде делова.
5. Полиаксијализација
Са популаризацијом ЦНЦ система са 5-осним повезивањем и софтвера за програмирање, обрадни центри са 5-осним повезивањем и ЦНЦ глодалице (вертикални обрадни центри) постали су тренутна тачка развоја. Због једноставности управљања 5-осним повезивањем у ЦНЦ програмирању за глодала са кугличним крајевима при обради слободних површина и могућности одржавања разумне брзине резања за глодала са кугличним крајевима током процеса глодања 3Д површина, као резултат тога, храпавост обрађене површине је значајно побољшана, а ефикасност обраде је знатно побољшана. Међутим, код машина алатки са 3-осним повезивањем, немогуће је избећи да крај глодала са кугличним крајем са брзином резања близу нуле учествује у сечењу. Стога су машине алатке са 5-осним повезивањем постале фокус активног развоја и конкуренције међу главним произвођачима машина алатки због својих незаменљивих предности у перформансама.
У последње време, стране земље и даље истражују управљање шестоосним полугама коришћењем неротирајућих алата за резање у обрадничким центрима. Иако њихов облик обраде није ограничен и дубина резања може бити веома мала, ефикасност обраде је прениска и тешко је бити практична.
6. Интелигенција
Интелигенција је главни правац развоја производне технологије у 21. веку. Интелигентна машинска обрада је врста машинске обраде заснована на управљању неуронским мрежама, фази управљању, технологији дигиталних мрежа и теорији. Циљ јој је да симулира интелигентне активности људских стручњака током процеса обраде, како би се решили многи неизвесни проблеми који захтевају ручну интервенцију. Садржај интелигенције обухвата различите аспекте у CNC системима:
Тежити интелигентној ефикасности и квалитету обраде, као што су адаптивно управљање и аутоматско генерисање параметара процеса;
Да би се побољшале перформансе вожње и олакшало интелигентно повезивање, као што су унапредна контрола, адаптивно израчунавање параметара мотора, аутоматска идентификација оптерећења, аутоматски избор модела, самоподешавање итд.;
Поједностављено програмирање и интелигентно управљање, као што су интелигентно аутоматско програмирање, интелигентни интерфејс човек-машина итд.;
Интелигентна дијагноза и праћење олакшавају дијагнозу и одржавање система.
У свету се истражује много интелигентних система за сечење и обраду, међу којима су репрезентативна интелигентна решења за обраду бушења Јапанског удружења за истраживање интелигентних ЦНЦ уређаја.
7. Умрежавање
Умрежено управљање алатним машинама се углавном односи на мрежну везу и мрежну контролу између алатне машине и других спољних система управљања или горњих рачунара путем опремљеног CNC система. CNC алатне машине се генерално прво суочавају са производним местом и интерном локалном мрежом предузећа, а затим се повезују са спољним делом предузећа путем интернета, што се назива интернет/интранет технологија.
Са зрелошћу и развојем мрежне технологије, индустрија је недавно предложила концепт дигиталне производње. Дигитална производња, позната и као „е-производња“, један је од симбола модернизације у предузећима за машинску производњу и стандардни метод снабдевања за међународне произвођаче напредних машина алата данас. Са широко распрострањеном применом информационих технологија, све више домаћих корисника захтева услуге даљинске комуникације и друге функције приликом увоза ЦНЦ машина алата. На основу широко распрострањене примене CAD/CAM-а, предузећа за машинску производњу све више користе ЦНЦ машинску опрему. ЦНЦ апликативни софтвер постаје све богатији и једноставнији за коришћење. Виртуелни дизајн, виртуелна производња и друге технологије све више користе инжењери и техничко особље. Замена сложеног хардвера софтверском интелигенцијом постаје важан тренд у развоју савремених машина алата. У циљу дигиталне производње, појавио се низ напредних софтвера за управљање предузећима, као што је ЕРП, кроз реинжењеринг процеса и трансформацију информационих технологија, стварајући веће економске користи за предузећа.
8. Флексибилност
Тренд ЦНЦ машинског алата ка флексибилним системима аутоматизације је развој од тачке (ЦНЦ појединачна машина, обрадни центар и ЦНЦ композитна машина за обраду), линије (ФМЦ, ФМС, ФТЛ, ФМЛ) до површине (независно производно острво, ФА) и тела (ЦИМС, дистрибуирани мрежни интегрисани производни систем), а са друге стране, фокусирање на примену и економичност. Флексибилна технологија аутоматизације је главно средство за производну индустрију да се прилагоди динамичним захтевима тржишта и брзо ажурира производе. То је главни тренд развоја производње у различитим земљама и фундаментална технологија у области напредне производње. Њен фокус је на побољшању поузданости и практичности система, са циљем лаког умрежавања и интеграције; Нагласак на развоју и унапређењу технологије јединица; ЦНЦ појединачна машина се развија ка високој прецизности, великој брзини и високој флексибилности; ЦНЦ машински алати и њихови флексибилни производни системи могу се лако повезати са ЦАД, ЦАМ, ЦАПП, МТС и развијати ка интеграцији информација; Развој мрежних система ка отворености, интеграцији и интелигенцији.
9. Озеленивање
Машине за резање метала 21. века морају дати приоритет заштити животне средине и уштеди енергије, односно постизању еколошки прихватљивијих процеса резања. Тренутно се ова зелена технологија обраде углавном фокусира на некоришћење течности за резање, углавном зато што течност за резање не само да загађује животну средину и угрожава здравље радника, већ и повећава потрошњу ресурса и енергије. Суво сечење се генерално врши у атмосферској атмосфери, али укључује и сечење у посебним гасним атмосферама (азот, хладан ваздух или коришћење технологије сувог електростатичког хлађења) без употребе течности за резање. Међутим, за одређене методе обраде и комбинације радних комада, суво сечење без употребе течности за резање је тренутно тешко применити у пракси, па се појавило квази-суво сечење са минималним подмазивањем (MQL). Тренутно, 10-15% великих механичких обрада у Европи користи суво и квази-суво сечење. За машине алатке као што су обрадни центри који су дизајнирани за више метода обраде/комбинација радних комада, углавном се користи квази-суво сечење, обично прскањем смеше изузетно малих количина уља за резање и компримованог ваздуха у подручје сечења кроз шупљи канал унутар вретена машине и алата. Међу различитим врстама машина за сечење метала, машина за глодање зупчаника се најчешће користи за суво сечење.
Укратко, напредак и развој технологије CNC машина алатки обезбедили су повољне услове за развој модерне производне индустрије, промовишући развој производње у хуманијем правцу. Може се предвидети да ће развојем технологије CNC машина алатки и широком применом CNC машина алатки, производна индустрија донети дубоку револуцију која може потрести традиционални модел производње.