Rozwój obrabiarek CNC (Computer Numerical Control), czyli maszyn szybkich, precyzyjnych, złożonych, inteligentnych, otwartych, równoległych, sieciowych i ekstremalnych stał się trendem i kierunkiem ich rozwoju. Jak te trendy będą się rozwijać w 2023 roku? W którym kierunku będzie iść obróbka skrawaniem?Czy nowe technologie w dużej mierze polepszą usługi CNC? O tym piszemy poniżej!
Większa prędkość w obróbce CNC
Wraz z szybkim rozwojem gałęzi przemysłu, takich jak: motoryzacja, obrona narodowa, lotnictwo i kosmonautyka, a także stosowaniem nowych materiałów, takich jak stopy aluminium, wymagania w obróbce skrawaniem CNC są coraz wyższe. Maszyny CNC zapewniają w tych wypadkach:
- Prędkość wrzeciona: obrabiarka przyjmuje wrzeciono elektryczne (wbudowany silnik wrzeciona), maksymalna prędkość wrzeciona wynosi 200000 obr./min.
- Prędkość posuwu: rozdzielczość wynosi 0,01 μm, a obrabiarka może uzyskać maksymalną prędkość posuwu 240 m/min ze złożonych i precyzyjnie obrobionych powierzchni.
- Szybkość obliczeń: dynamiczny rozwój mikroprocesorów gwarantuje szybki i precyzyjny postęp systemów sterowania numerycznego. W rezultacie procesory rozwijają się do 32-bitowych i 64-bitowych systemów sterowania numerycznego, a częstotliwość wzrasta do setek megaherców i gigaherców. Dzięki obliczeniom, prędkość znacznie się poprawiła, a prędkość posuwu do 24-240 m/min nadal można osiągnąć przy rozdzielczości 0,1 μm i 0,01 μm.
- Szybkość zmiany narzędzia: obecnie zaawansowany czas wymiany narzędzia zagranicznego wynosi na ogół około 1 s, a maksimum może osiągnąć 0,5 s.
Lepsza precyzja w obróbce CNC
Wymagania dotyczące dokładności obrabiarek CNC nie ograniczają się do statycznej dokładności geometrycznej: coraz więcej uwagi poświęca się dokładności ruchu obrabiarki, deformacji termicznej, monitorowaniu i kompensacji drgań. Nowe wyzwania w nadchodzącym roku mogą sprawić, że będziesz musiał wdrożyć kolejne elementy z punktu widzenia frezowania:
- Popraw dokładność obróbki CNC: użyj technologii szybkiej interpolacji, aby zrealizować ciągłe podawanie małych segmentów programu w celu ulepszenia jednostki sterującej CNC i użyj urządzenia do wykrywania pozycji o wysokiej rozdzielczości, aby poprawić dokładność wykrywania pozycji.
- Przyjęcie technologii kompensacji błędów: kompensacja luzu, błędu skoku, błędu narzędzia i inne technologie są wykorzystywane do kompensacji błędów odkształcenia termicznego i błędów przestrzeni sprzętowej. Wyniki testów pokazują, że kompleksowa technologia kompensacji błędów może zmniejszyć błąd przetwarzania od 60% do 80%.
- Przewiduj dokładność obróbki obrabiarki za pomocą symulacji, aby zapewnić dokładność i powtarzalność pozycjonowania. Siatka służy do sprawdzania i poprawiania dokładności trajektorii ruchu centrum obróbczego. Sprawia, że jego wydajność jest stabilna przez długi czas i może wykonywać różne zadania przetwarzania w różnych warunkach pracy, aby zapewnić jakość przetwarzanych części.
Obrabianie kompozytowe- obróbka CNC
Złożona obrabiarka odnosi się do realizacji lub wytwarzania różnych elementów przetwarzających półfabrykaty do gotowego produktu w jak największym stopniu. Z jego cech strukturalnych można wyróżnić związki procesowe. To obróbki złożonych obrabiarek, a zalicza się do nich wytaczanie złożone, frezowanie, centrum wiertniczo-obróbcze, centrum tokarskie, tokarsko-frezarskie, frezowanie, wytaczanie, wiercenie, hybrydowe centrum obróbcze samochodów itp.; złożone obrabiarki, takie jak wielopowierzchniowe, wieloosiowa obróbka połączeń, złożone obrabiarki i dwuwrzecionowe centra tokarskie. Obróbka na maszynach hybrydowych skraca czas potrzebny na załadunek i rozładunek detali, zmianę narzędzi i regulację dodatkowych narzędzi.
Odpowiedni nadzór podczas obróbki CNC
Aby sprostać potrzebom rozwojowym elastyczności i automatyzacji produkcji, jakość obrabiarek CNC jest stale ulepszana. Widać to w następujących aspektach:
- Technologia sterowania adaptacyjnego procesu: Dzięki monitorowaniu podczas przetwarzania informacji, takich jak siła skrawania, moc wrzeciona i silnika posuwu, prąd i napięcie tradycyjne lub nowoczesne algorytmy rozpoznawania są wykorzystywane do identyfikacji naprężeń, zużycia i stanu pęknięć narzędzia oraz do stanu obrabiarki w aspekcie tego – czy jest stabilna w trakcie obróbki. Zgodnie z tymi stanami, parametry obróbki (prędkość wrzeciona, prędkość posuwu) oraz instrukcje obróbki są dostosowywane w czasie rzeczywistym, dzięki czemu sprzęt może poprawić dokładność obróbki, zmniejszyć chropowatość powierzchni i poprawić dokładność przetwarzania. Dodatkowo sprzęt jest bardziej bezpieczny w obsłudze.
- Inteligentna technologia autodiagnostyki i samonaprawy: W oparciu o istniejące informacje o usterkach, nowoczesne inteligentne środki służą do szybkiego i dokładnego lokalizowania usterek.
- Inteligentna technologia reprodukcji błędów i symulacji błędów: Może całkowicie rejestrować różne informacje o systemie, odtwarzać i symulować różne błędy i wypadki występujące w obrabiarkach CNC, określać przyczynę błędów, znajdować rozwiązania problemów i gromadzić doświadczenie produkcyjne.
- Inteligentny serwonapęd prądu przemiennego: Może automatycznie identyfikować obciążenie i dostosowywać parametry inteligentnego układu, w tym inteligentnego napędu wrzeciona AC i inteligentnego serwonapędu. Ten rodzaj urządzenia napędowego może automatycznie identyfikować moment bezwładności silnika i obciążenia, automatycznie optymalizować i dostosowywać parametry układu sterowania, aby układ napędowy mógł uzyskać najlepszą pracę.
- Inteligentny system 4M CNC: W procesie produkcji, przetwarzania i testowania integruje się w praktyczny sposób, aby zrealizować szybką produkcję, testowanie, reakcję, pomiar, modelowanie, przetwarzanie. Cztery operacje są zintegrowane z systemem 4M w celu wymiany informacji i ułatwienia integracji pomiarów, modelowania, przetwarzania, mocowania i obsługi.
Hybrydyzacja produkcji CNC z technologiami addytywnymi
Subtraktywna obróbka CNC i addytywny druk 3D to dwa odrębne procesy. Maszyna CNC usuwa materiał z przedmiotu obrabianego. Druk 3D polega na budowaniu trójwymiarowych obiektów jedną warstwą na raz. Nawet przy odwróceniu zasad działania oba procesy można skutecznie połączyć. Wielu konstruktorów maszyn przyjęło „produkcję hybrydową”, łącząc frezowanie i toczenie CNC z metodami wytwarzania przyrostowego. Coraz więcej firm zastanawia się, jak połączyć maszyny CNC i drukarki 3D, aby przyspieszyć realizację projektów. Tolerancje mniejsze niż 0,01 mm można osiągnąć za pomocą maszyn CNC, co czyni je idealnymi do zastosowań, w których precyzja ma kluczowe znaczenie. Jednak drukarki 3D mają dokładność do 0,1 mm, co jest jednym z powodów, dla których wytwarzanie przyrostowe jest szeroko stosowane w prototypowaniu. Prototypy można wydrukować na drukarce 3D. Wtedy maszyna CNC będzie mogła wykończyć produkt.
Produkcja na żądanie i natychmiastowa wycena
Strategie produkcyjne znane jako „produkcja na żądanie” lub „produkcja w chmurze” ewoluowały. Zaczęło to zakłócać sektor łańcucha dostaw i zostało wyraźnie przyspieszone przez koronawirusa, wojnę na Ukrainie i problemy z zaopatrzeniem z Chinami. Termin „produkcja na żądanie” opisuje metodę produkcji, w której produkty są wytwarzane dokładnie wtedy, gdy są potrzebne i w niezbędnych ilościach. Tradycyjna produkcja natomiast wymaga kosztownych własnych maszyn produkcyjnych, masowej produkcji towarów lub polegania na lokalnych partnerach produkcyjnych. Produkcja na żądanie zmniejsza inwestycje kapitałowe, zwiększa szybkość dostaw i poprawia odporność.
Kilka innych czynników, takich jak obniżony koszt części obrabianych CNC i szybkie zamawianie za pomocą oprogramowania do natychmiastowej wyceny, przyczyniło się do powszechnej akceptacji produkcji na żądanie. Obudowy na zamówienie są niezawodne dla firm każdej wielkości. Z programu mogą skorzystać konsumenci, przedsiębiorstwa i środowisko. Oto trzy kluczowe korzyści, jakie firmy mogą uzyskać dzięki produkcji na żądanie:
- obniżenie kosztów produkcji
- zwinne działanie dzięki szybszym zakupom i większej dostępności różnych technologii produkcji
- łatwy dostęp do globalnych zasobów produkcyjnych
Doskonalenie obróbki CNC z wykorzystaniem cyfrowych bliźniaków
Cyfrowe bliźniaki służą do głębszego zrozumienia działania sprzętu i procesów. W większości przypadków cyfrowy bliźniak jest dokładną kopią swojego fizycznego odpowiednika. Ponadto, podczas gdy symulacje często pokazują tylko jedną cechę, cyfrowe bliźniaki są bardziej kompleksowe. Mogą jednocześnie dostarczać informacji o wielu różnych procesach. Cyfrowe, bliźniaki w produkcji CNC można wdrożyć w planowaniu procesów, obróbce, budowaniu modeli i pętlach sprzężenia zwrotnego. W oparciu o różne parametry wejściowe, takie jak prędkość posuwu, materiał narzędzia, siła mocowania i można zaimplementować model przewidywania chropowatości powierzchni przy użyciu maszyn wektorów nośnych, generując ścieżki narzędzia, eksperymentując i wprowadzając wyniki do swojego modelu ( SVM ), procesu Gaussa (GPR) i w pełni połączonej głębokiej sieci neuronowej (FCDNN). Cyfrowe technologie bliźniacze zwiększają możliwości podejmowania decyzji przez planistów procesów i operatorów maszyn w celu kontrolowania parametrów obróbki podczas planowania procesu i obróbki.
Większe inwestycje w automatyzację
Automatyzacja wpływa również na proces obróbki CNC na wiele różnych sposobów. Jej znaczenie wzrosło w ostatnich latach i tendencja ta utrzymywać się będzie w przyszłości. Automatyzacja natomiast skupia się na indywidualnym przetwarzaniu. Przykładowo – współpraca między Mitsubishi i AIST doprowadziła do opracowania rozwiązań maszyn CNC, które integrują sztuczną inteligencję i zautomatyzowane procesy. Jest to metoda korekcji błędów, która wykorzystuje sztuczną inteligencję do oszacowania różnicy pomiędzy aktualną pozycją obrabiarki CNC a jej zadaną wartością. Zgodnie z wynikami testów, strategia osiągnęła 51% poprawę dokładności w stosunku do rozwiązania bez sztucznej inteligencji. Technologię można również doskonalić podczas obróbki dynamicznej, co pozwala zaoszczędzić czas przy zachowaniu wysokiej jakości. Trendem jest automatyzacja całej fabryki. Korzyści z tego działania są proste: oszczędność kosztów pracy, zwiększona produktywność i spójność. Zaczynając od sterowanych kamerami robotów do automatycznego ładowania lub rozładowywania maszyn CNC, fabryki będą budować dodatkowe stacje robocze do zarządzania znakowaniem, pomiarami i pakowaniem, aby wykorzystać możliwości autonomicznych fabryk. Opracowując zautomatyzowaną fabrykę należy zadać sobie kilka pytań:
- Czy obecna mieszanka części nadaje się do zautomatyzowanej produkcji?
- Czy istnieją odpowiednie funkcje maszyny, narzędzia i systemy sterowania, które umożliwiają fabrykom obróbkę bez oświetlenia?
- Jak uzyskać przyjazne dla automatyzacji elastyczne narzędzia i uchwyty robocze?
- W jaki sposób zapewnione zostanie zdalne monitorowanie, konserwacja i rozwiązywanie problemów?
- Jak automatycznie wykrywać błędy takie jak przestój maszyny, awaria narzędzia czy awaria oprogramowania?
Dobrze zrealizowany warsztat obróbki skrawaniem ma ogromny potencjał, aby zrewolucjonizować sposób wykonywania obróbki, ale warsztaty muszą być chętne do inwestowania i ulepszania swoich procesów. Oczywiście ten wysoki stopień automatyzacji nadaje się tylko do produkcji powtarzalnych części na dużą skalę, niezbyt dobrze sprawdzi się do prototypowania i produkcji na małą skalę, która wymaga optymalizacji ze strony człowieka, kreatywności i praktyczności.
Opracowywanie zrównoważonych środowiskowo rozwiązań
Producenci CNC będą musieli zacząć śledzić i zmniejszać ślad węglowy swoich procesów produkcyjnych i łańcuchów dostaw, aby sprostać rosnącemu zapotrzebowaniu klientów na bardziej ekologiczne produkty. Nowe lub zdwojone wysiłki na rzecz ograniczenia emisji dwutlenku węgla poprzez usługi obróbki CNC będą nadal zaspokajać popyt konsumentów, wsparcie odpowiedzialności korporacyjnej i regulacje agencji rządowych. Firmy produkcyjne będą musiały korzystać z łatwiej dostępnych łańcuchów danych dotyczących produkcji i dostaw, aby przeprowadzać dokładniejsze oceny śladu węglowego swoich produktów i odkrywać nowe sposoby produkcji i wysyłki swoich produktów w sposób bardziej przyjazny dla środowiska.
Rozwój produkcji jako usługi
MaaS (Manufacturing as a Service) dopiero niedawno wkroczył do branży obróbki CNC. Można się jednak spodziewać, że z biegiem czasu będzie zyskiwać na popularności. Krótko mówiąc, MaaS wykorzystuje zasoby sieciowe do działań produkcyjnych i udostępnia je za pośrednictwem interfejsów cyfrowych. MaaS może zapewnić firmom większą elastyczność, zwiększoną produktywność, większą zwinność i oszczędności kosztów przy mniejszym wysiłku. Ponieważ skutki pandemii nadal się utrzymują, można śmiało powiedzieć, że firmy chcące ograniczyć wydatki i dysponujące napiętymi budżetami przynajmniej rozważą pomysł zlecania usług MaaS opartych na CNC, gdyż pomoże to oszczędzić materiały oraz polepszyć pracę każdej frezarki.