CNC obráběcí stroje: Klíčová síla moderního obrábění
I. Úvod
V oblasti strojírenské výroby dnes CNC obráběcí stroje nepochybně zaujímají mimořádně důležité postavení. Jejich vznik zcela změnil tradiční způsob mechanického obrábění a přinesl do výrobního průmyslu bezprecedentně vysokou přesnost, vysokou efektivitu a vysokou flexibilitu. S neustálým pokrokem vědy a techniky se CNC obráběcí stroje neustále vyvíjejí a vyvíjejí a stávají se nepostradatelným klíčovým vybavením v moderní průmyslové výrobě a hluboce ovlivňují vývojové vzorce mnoha odvětví, jako je letecký a kosmický průmysl, automobilový průmysl, lodní průmysl a zpracování forem.
V oblasti strojírenské výroby dnes CNC obráběcí stroje nepochybně zaujímají mimořádně důležité postavení. Jejich vznik zcela změnil tradiční způsob mechanického obrábění a přinesl do výrobního průmyslu bezprecedentně vysokou přesnost, vysokou efektivitu a vysokou flexibilitu. S neustálým pokrokem vědy a techniky se CNC obráběcí stroje neustále vyvíjejí a vyvíjejí a stávají se nepostradatelným klíčovým vybavením v moderní průmyslové výrobě a hluboce ovlivňují vývojové vzorce mnoha odvětví, jako je letecký a kosmický průmysl, automobilový průmysl, lodní průmysl a zpracování forem.
II. Definice a součásti CNC obráběcích strojů
CNC obráběcí stroje jsou stroje, které dosahují automatizovaného obrábění pomocí technologie digitálního řízení. Skládají se hlavně z následujících částí:
Tělo obráběcího stroje: Zahrnuje mechanické komponenty, jako je lože, sloup, vřeteno a pracovní stůl. Je to základní konstrukce obráběcího stroje, která poskytuje stabilní mechanickou platformu pro obrábění. Konstrukční řešení a přesnost výroby přímo ovlivňují celkový výkon obráběcího stroje. Například vysoce přesné vřeteno může zajistit stabilitu řezného nástroje během vysokorychlostního otáčení a snížit tak chyby obrábění.
CNC systém: Toto je základní řídicí část CNC obráběcích strojů, ekvivalent „mozku“ obráběcího stroje. Dokáže přijímat a zpracovávat programové instrukce, přesně řídit trajektorii pohybu, rychlost, posuv atd. obráběcího stroje. Pokročilé CNC systémy disponují výkonnými výpočetními schopnostmi a bohatými funkcemi, jako je simultánní řízení více os, kompenzace poloměru nástroje a automatické řízení výměny nástrojů. Například v pětiosém simultánním obráběcím centru dokáže CNC systém přesně řídit pohyb pěti souřadnicových os současně, aby se dosáhlo obrábění složitých zakřivených povrchů.
Pohonný systém: Zahrnuje motory a ovladače, které jsou zodpovědné za převod instrukcí CNC systému do skutečného pohybu každé souřadnicové osy obráběcího stroje. Mezi běžné hnací motory patří krokové motory a servomotory. Servomotory mají vyšší přesnost a rychlost odezvy, takže jsou schopny splnit požadavky vysoce přesného obrábění. Například při vysokorychlostním obrábění mohou servomotory rychle a přesně upravovat polohu a rychlost pracovního stolu.
Detekční zařízení: Používají se k detekci parametrů, jako je poloha pohybu a rychlost obráběcího stroje, a k zpětnému přenosu výsledků detekce do CNC systému za účelem dosažení řízení v uzavřené smyčce a zlepšení přesnosti obrábění. Například mřížková stupnice dokáže přesně měřit posunutí pracovního stolu a kodér dokáže detekovat rychlost otáčení a polohu vřetena.
Pomocná zařízení: Jako například chladicí systémy, mazací systémy, systémy pro odstraňování třísek, zařízení pro automatickou výměnu nástrojů atd. Chladicí systém může účinně snižovat teplotu během obrábění a prodlužovat tak životnost řezného nástroje; mazací systém zajišťuje dobré mazání každé pohyblivé části obráběcího stroje a snižuje opotřebení; systém pro odstraňování třísek okamžitě čistí třísky vznikající během obrábění, čímž zajišťuje čisté obráběcí prostředí a normální provoz obráběcího stroje; zařízení pro automatickou výměnu nástrojů zlepšuje efektivitu obrábění a splňuje požadavky víceprocesového obrábění složitých součástí.
CNC obráběcí stroje jsou stroje, které dosahují automatizovaného obrábění pomocí technologie digitálního řízení. Skládají se hlavně z následujících částí:
Tělo obráběcího stroje: Zahrnuje mechanické komponenty, jako je lože, sloup, vřeteno a pracovní stůl. Je to základní konstrukce obráběcího stroje, která poskytuje stabilní mechanickou platformu pro obrábění. Konstrukční řešení a přesnost výroby přímo ovlivňují celkový výkon obráběcího stroje. Například vysoce přesné vřeteno může zajistit stabilitu řezného nástroje během vysokorychlostního otáčení a snížit tak chyby obrábění.
CNC systém: Toto je základní řídicí část CNC obráběcích strojů, ekvivalent „mozku“ obráběcího stroje. Dokáže přijímat a zpracovávat programové instrukce, přesně řídit trajektorii pohybu, rychlost, posuv atd. obráběcího stroje. Pokročilé CNC systémy disponují výkonnými výpočetními schopnostmi a bohatými funkcemi, jako je simultánní řízení více os, kompenzace poloměru nástroje a automatické řízení výměny nástrojů. Například v pětiosém simultánním obráběcím centru dokáže CNC systém přesně řídit pohyb pěti souřadnicových os současně, aby se dosáhlo obrábění složitých zakřivených povrchů.
Pohonný systém: Zahrnuje motory a ovladače, které jsou zodpovědné za převod instrukcí CNC systému do skutečného pohybu každé souřadnicové osy obráběcího stroje. Mezi běžné hnací motory patří krokové motory a servomotory. Servomotory mají vyšší přesnost a rychlost odezvy, takže jsou schopny splnit požadavky vysoce přesného obrábění. Například při vysokorychlostním obrábění mohou servomotory rychle a přesně upravovat polohu a rychlost pracovního stolu.
Detekční zařízení: Používají se k detekci parametrů, jako je poloha pohybu a rychlost obráběcího stroje, a k zpětnému přenosu výsledků detekce do CNC systému za účelem dosažení řízení v uzavřené smyčce a zlepšení přesnosti obrábění. Například mřížková stupnice dokáže přesně měřit posunutí pracovního stolu a kodér dokáže detekovat rychlost otáčení a polohu vřetena.
Pomocná zařízení: Jako například chladicí systémy, mazací systémy, systémy pro odstraňování třísek, zařízení pro automatickou výměnu nástrojů atd. Chladicí systém může účinně snižovat teplotu během obrábění a prodlužovat tak životnost řezného nástroje; mazací systém zajišťuje dobré mazání každé pohyblivé části obráběcího stroje a snižuje opotřebení; systém pro odstraňování třísek okamžitě čistí třísky vznikající během obrábění, čímž zajišťuje čisté obráběcí prostředí a normální provoz obráběcího stroje; zařízení pro automatickou výměnu nástrojů zlepšuje efektivitu obrábění a splňuje požadavky víceprocesového obrábění složitých součástí.
III. Princip fungování CNC obráběcích strojů
Princip fungování CNC obráběcích strojů je založen na technologii digitálního řízení. Nejprve se podle požadavků na obrábění dílu použijí profesionální programovací software nebo se ručně napíší CNC programy. Program obsahuje informace, jako jsou technologické parametry, dráha nástroje a pohybové instrukce pro obrábění dílu, reprezentované ve formě kódů. Poté se zapsaný CNC program vloží do CNC zařízení prostřednictvím informačního nosiče (například USB disk, síťové připojení atd.). CNC zařízení dekóduje a provádí aritmetické zpracování programu, převádí instrukce kódu v programu na signály řízení pohybu pro každou souřadnicovou osu obráběcího stroje a další pomocné řídicí signály. Pohonný systém pohání motory tak, aby fungovaly podle těchto řídicích signálů, a řídí souřadnicové osy obráběcího stroje tak, aby se pohybovaly po předem stanovené trajektorii a rychlosti, a zároveň řídí rychlost otáčení vřetena, posuv řezného nástroje a další činnosti. Během procesu obrábění detekční zařízení monitorují stav pohybu a parametry obrábění obráběcího stroje v reálném čase a přenášejí zpětnovazební informace do CNC zařízení. CNC zařízení provádí úpravy a korekce v reálném čase podle zpětnovazebních informací, aby byla zajištěna přesnost a kvalita obrábění. Nakonec obráběcí stroj automaticky dokončí obrábění dílu podle požadavků programu a získá hotový díl, který splňuje požadavky konstrukčního výkresu.
Princip fungování CNC obráběcích strojů je založen na technologii digitálního řízení. Nejprve se podle požadavků na obrábění dílu použijí profesionální programovací software nebo se ručně napíší CNC programy. Program obsahuje informace, jako jsou technologické parametry, dráha nástroje a pohybové instrukce pro obrábění dílu, reprezentované ve formě kódů. Poté se zapsaný CNC program vloží do CNC zařízení prostřednictvím informačního nosiče (například USB disk, síťové připojení atd.). CNC zařízení dekóduje a provádí aritmetické zpracování programu, převádí instrukce kódu v programu na signály řízení pohybu pro každou souřadnicovou osu obráběcího stroje a další pomocné řídicí signály. Pohonný systém pohání motory tak, aby fungovaly podle těchto řídicích signálů, a řídí souřadnicové osy obráběcího stroje tak, aby se pohybovaly po předem stanovené trajektorii a rychlosti, a zároveň řídí rychlost otáčení vřetena, posuv řezného nástroje a další činnosti. Během procesu obrábění detekční zařízení monitorují stav pohybu a parametry obrábění obráběcího stroje v reálném čase a přenášejí zpětnovazební informace do CNC zařízení. CNC zařízení provádí úpravy a korekce v reálném čase podle zpětnovazebních informací, aby byla zajištěna přesnost a kvalita obrábění. Nakonec obráběcí stroj automaticky dokončí obrábění dílu podle požadavků programu a získá hotový díl, který splňuje požadavky konstrukčního výkresu.
IV. Charakteristiky a výhody CNC obráběcích strojů
Vysoká přesnost: CNC obráběcí stroje mohou dosáhnout přesnosti obrábění na úrovni mikronů nebo dokonce nanometrů díky přesnému řízení CNC systému a vysoce přesným detekčním a zpětnovazebním zařízením. Například při obrábění lopatek leteckých motorů mohou CNC obráběcí stroje přesně obrábět složité zakřivené povrchy lopatek, čímž zajišťují přesnost tvaru a kvalitu povrchu lopatek, a tím zlepšují výkon a spolehlivost motoru.
Vysoká účinnost: CNC obráběcí stroje mají relativně vysoký stupeň automatizace a rychlou odezvu, což umožňuje operace jako vysokorychlostní řezání, rychlý posuv a automatická výměna nástrojů, čímž se výrazně zkracuje doba obrábění dílů. Ve srovnání s tradičními obráběcími stroji lze účinnost obrábění zvýšit několikanásobně nebo dokonce desítkykrát. Například při hromadné výrobě automobilových dílů mohou CNC obráběcí stroje rychleji obrábět různé složité díly, čímž se zlepšuje efektivita výroby a splňují požadavky velkovýroby v automobilovém průmyslu.
Vysoká flexibilita: CNC obráběcí stroje se mohou snadno přizpůsobit požadavkům na obrábění různých dílů úpravou CNC programu, aniž by bylo nutné složitě upravovat upínací přípravky nástrojů a upravovat mechanickou konstrukci obráběcího stroje. To umožňuje podnikům rychle reagovat na změny trhu a realizovat vícerozměrnou malosériovou výrobu. Například v podnicích zabývajících se výrobou forem mohou CNC obráběcí stroje rychle upravovat parametry obrábění a dráhy nástroje podle konstrukčních požadavků různých forem a obrábět díly forem různých tvarů a velikostí.
Dobrá konzistence obrábění: Protože CNC obráběcí stroje obrábějí podle přednastaveného programu a různé parametry v procesu obrábění zůstávají stabilní, mohou zajistit, že kvalita obrábění stejné šarže dílů je vysoce konzistentní. To má velký význam pro zlepšení přesnosti montáže a celkového výkonu výrobku. Například při obrábění přesných dílů elektronických výrobků mohou CNC obráběcí stroje zajistit, aby rozměrová přesnost a kvalita povrchu každého dílu byly stejné, což zlepšuje rychlost obrábění a spolehlivost výrobku.
Snížení pracnosti: Automatizovaný obráběcí proces CNC obráběcích strojů snižuje lidský zásah. Obsluha stačí zadávat programy, monitorovat a provádět jednoduché operace nakládání a vykládání, což výrazně snižuje pracnost. Zároveň se také snižují chyby při obrábění a problémy s kvalitou způsobené lidským faktorem.
Vysoká přesnost: CNC obráběcí stroje mohou dosáhnout přesnosti obrábění na úrovni mikronů nebo dokonce nanometrů díky přesnému řízení CNC systému a vysoce přesným detekčním a zpětnovazebním zařízením. Například při obrábění lopatek leteckých motorů mohou CNC obráběcí stroje přesně obrábět složité zakřivené povrchy lopatek, čímž zajišťují přesnost tvaru a kvalitu povrchu lopatek, a tím zlepšují výkon a spolehlivost motoru.
Vysoká účinnost: CNC obráběcí stroje mají relativně vysoký stupeň automatizace a rychlou odezvu, což umožňuje operace jako vysokorychlostní řezání, rychlý posuv a automatická výměna nástrojů, čímž se výrazně zkracuje doba obrábění dílů. Ve srovnání s tradičními obráběcími stroji lze účinnost obrábění zvýšit několikanásobně nebo dokonce desítkykrát. Například při hromadné výrobě automobilových dílů mohou CNC obráběcí stroje rychleji obrábět různé složité díly, čímž se zlepšuje efektivita výroby a splňují požadavky velkovýroby v automobilovém průmyslu.
Vysoká flexibilita: CNC obráběcí stroje se mohou snadno přizpůsobit požadavkům na obrábění různých dílů úpravou CNC programu, aniž by bylo nutné složitě upravovat upínací přípravky nástrojů a upravovat mechanickou konstrukci obráběcího stroje. To umožňuje podnikům rychle reagovat na změny trhu a realizovat vícerozměrnou malosériovou výrobu. Například v podnicích zabývajících se výrobou forem mohou CNC obráběcí stroje rychle upravovat parametry obrábění a dráhy nástroje podle konstrukčních požadavků různých forem a obrábět díly forem různých tvarů a velikostí.
Dobrá konzistence obrábění: Protože CNC obráběcí stroje obrábějí podle přednastaveného programu a různé parametry v procesu obrábění zůstávají stabilní, mohou zajistit, že kvalita obrábění stejné šarže dílů je vysoce konzistentní. To má velký význam pro zlepšení přesnosti montáže a celkového výkonu výrobku. Například při obrábění přesných dílů elektronických výrobků mohou CNC obráběcí stroje zajistit, aby rozměrová přesnost a kvalita povrchu každého dílu byly stejné, což zlepšuje rychlost obrábění a spolehlivost výrobku.
Snížení pracnosti: Automatizovaný obráběcí proces CNC obráběcích strojů snižuje lidský zásah. Obsluha stačí zadávat programy, monitorovat a provádět jednoduché operace nakládání a vykládání, což výrazně snižuje pracnost. Zároveň se také snižují chyby při obrábění a problémy s kvalitou způsobené lidským faktorem.
V. Klasifikace CNC obráběcích strojů
Klasifikace podle procesní aplikace:
CNC obráběcí stroje na kov: Jako například CNC soustruhy, CNC frézky, CNC vrtačky, CNC vyvrtávačky, CNC brusky, CNC obráběcí stroje na ozubení atd. Používají se hlavně k třískovému obrábění různých kovových dílů a dokáží obrábět různé tvarové prvky, jako jsou roviny, zakřivené plochy, závity, otvory a ozubená kola. Například CNC soustruhy se používají hlavně k soustružení hřídelových a kotoučových dílů; CNC frézky jsou vhodné pro obrábění složitých rovin a zakřivených ploch.
CNC obráběcí stroje pro tváření kovů: Včetně CNC ohýbaček, CNC lisů, CNC ohýbaček trubek atd. Používají se hlavně pro tvářecí obrábění plechů a trubek, jako je ohýbání, ražení a lisování. Například v průmyslu zpracování plechů dokáže CNC ohýbačka přesně ohýbat plechy podle nastaveného úhlu a velikosti, čímž vyrábí plechové díly různých tvarů.
Speciální obrábění CNC obráběcí stroje: Například CNC elektroerozivní obráběcí stroje, CNC drátové řezací stroje, CNC laserové obráběcí stroje atd. Používají se k obrábění některých dílů se speciálními požadavky na materiál nebo tvar, přičemž se dosahuje úběru materiálu nebo obrábění pomocí speciálních obráběcích metod, jako je elektroerozivní a laserové ozařování. Například CNC elektroerozivní obráběcí stroj dokáže obrábět vysoce tvrdé a houževnaté díly forem, což má důležité uplatnění při výrobě forem.
Jiné typy CNC obráběcích strojů: Například CNC měřicí stroje, CNC kreslicí stroje atd. Používají se pro pomocné práce, jako je měření dílů, detekce a kreslení.
Klasifikace podle procesní aplikace:
CNC obráběcí stroje na kov: Jako například CNC soustruhy, CNC frézky, CNC vrtačky, CNC vyvrtávačky, CNC brusky, CNC obráběcí stroje na ozubení atd. Používají se hlavně k třískovému obrábění různých kovových dílů a dokáží obrábět různé tvarové prvky, jako jsou roviny, zakřivené plochy, závity, otvory a ozubená kola. Například CNC soustruhy se používají hlavně k soustružení hřídelových a kotoučových dílů; CNC frézky jsou vhodné pro obrábění složitých rovin a zakřivených ploch.
CNC obráběcí stroje pro tváření kovů: Včetně CNC ohýbaček, CNC lisů, CNC ohýbaček trubek atd. Používají se hlavně pro tvářecí obrábění plechů a trubek, jako je ohýbání, ražení a lisování. Například v průmyslu zpracování plechů dokáže CNC ohýbačka přesně ohýbat plechy podle nastaveného úhlu a velikosti, čímž vyrábí plechové díly různých tvarů.
Speciální obrábění CNC obráběcí stroje: Například CNC elektroerozivní obráběcí stroje, CNC drátové řezací stroje, CNC laserové obráběcí stroje atd. Používají se k obrábění některých dílů se speciálními požadavky na materiál nebo tvar, přičemž se dosahuje úběru materiálu nebo obrábění pomocí speciálních obráběcích metod, jako je elektroerozivní a laserové ozařování. Například CNC elektroerozivní obráběcí stroj dokáže obrábět vysoce tvrdé a houževnaté díly forem, což má důležité uplatnění při výrobě forem.
Jiné typy CNC obráběcích strojů: Například CNC měřicí stroje, CNC kreslicí stroje atd. Používají se pro pomocné práce, jako je měření dílů, detekce a kreslení.
Klasifikace podle trajektorie řízeného pohybu:
CNC obráběcí stroje s bodovým řízením: Řídí pouze přesnou polohu řezného nástroje z jednoho bodu do druhého, bez ohledu na trajektorii řezného nástroje během pohybu, jako jsou CNC vrtačky, CNC vyvrtávačky, CNC děrovací stroje atd. Při obrábění na CNC vrtačce stačí určit pouze souřadnice polohy otvoru a řezný nástroj se rychle přesune do zadané polohy a poté provede vrtání, bez přísných požadavků na tvar pohyblivé dráhy.
CNC obráběcí stroje s lineárním řízením: Dokážou nejen řídit počáteční a koncovou polohu řezného nástroje nebo pracovního stolu, ale také řídit rychlost a trajektorii jejich lineárního pohybu, a jsou schopny obrábět stupňovité hřídele, rovinné kontury atd. Například když CNC soustruh soustruží válcovou nebo kuželovou plochu, musí řídit řezný nástroj tak, aby se pohyboval po přímce, a zároveň zajistit přesnost rychlosti a trajektorie pohybu.
CNC obráběcí stroje s řízením kontur: Mohou současně a plynule řídit dvě nebo více souřadnicových os, čímž se zajistí, že relativní pohyb mezi řezným nástrojem a obrobkem splňuje požadavky na křivku kontury dílu a je schopen obrábět různé složité křivky a zakřivené povrchy. Například CNC frézky, obráběcí centra a další víceosé simultánní obráběcí CNC obráběcí stroje dokáží obrábět složité volné povrchy v leteckých dílech, dutiny automobilových forem atd.
CNC obráběcí stroje s bodovým řízením: Řídí pouze přesnou polohu řezného nástroje z jednoho bodu do druhého, bez ohledu na trajektorii řezného nástroje během pohybu, jako jsou CNC vrtačky, CNC vyvrtávačky, CNC děrovací stroje atd. Při obrábění na CNC vrtačce stačí určit pouze souřadnice polohy otvoru a řezný nástroj se rychle přesune do zadané polohy a poté provede vrtání, bez přísných požadavků na tvar pohyblivé dráhy.
CNC obráběcí stroje s lineárním řízením: Dokážou nejen řídit počáteční a koncovou polohu řezného nástroje nebo pracovního stolu, ale také řídit rychlost a trajektorii jejich lineárního pohybu, a jsou schopny obrábět stupňovité hřídele, rovinné kontury atd. Například když CNC soustruh soustruží válcovou nebo kuželovou plochu, musí řídit řezný nástroj tak, aby se pohyboval po přímce, a zároveň zajistit přesnost rychlosti a trajektorie pohybu.
CNC obráběcí stroje s řízením kontur: Mohou současně a plynule řídit dvě nebo více souřadnicových os, čímž se zajistí, že relativní pohyb mezi řezným nástrojem a obrobkem splňuje požadavky na křivku kontury dílu a je schopen obrábět různé složité křivky a zakřivené povrchy. Například CNC frézky, obráběcí centra a další víceosé simultánní obráběcí CNC obráběcí stroje dokáží obrábět složité volné povrchy v leteckých dílech, dutiny automobilových forem atd.
Klasifikace podle charakteristik pohonných zařízení:
CNC obráběcí stroje s otevřenou smyčkou: Neexistuje žádné zpětnovazební zařízení pro detekci polohy. Instrukční signály vydávané CNC systémem jsou jednosměrně přenášeny do pohonného zařízení pro řízení pohybu obráběcího stroje. Jeho přesnost obrábění závisí především na mechanické přesnosti samotného obráběcího stroje a přesnosti hnacího motoru. Tento typ obráběcího stroje má jednoduchou konstrukci, nízké náklady, ale relativně nízkou přesnost, je vhodný pro případy s nízkými požadavky na přesnost obrábění, jako jsou například jednoduchá výuková zařízení nebo hrubé obrábění součástí s nízkými požadavky na přesnost.
CNC obráběcí stroje s uzavřenou smyčkou: Na pohyblivé části obráběcího stroje je instalováno zařízení pro zpětnou vazbu polohy, které v reálném čase detekuje skutečnou polohu obráběcího stroje a vrací výsledky detekce do CNC systému. CNC systém porovnává a vypočítává informace zpětné vazby s instrukčním signálem, upravuje výstup pohonného zařízení, čímž dosahuje přesného řízení pohybu obráběcího stroje. CNC obráběcí stroje s uzavřenou smyčkou mají vyšší přesnost obrábění, ale struktura systému je složitá, náklady jsou vysoké a ladění a údržba jsou obtížné. Často se používají při vysoce přesném obrábění, jako je letecký průmysl, výroba přesných forem atd.
CNC obráběcí stroje s polouzavřenou smyčkou: Na konci hnacího motoru nebo na konci šroubu je instalováno zpětnovazební zařízení pro detekci polohy, které detekuje úhel natočení nebo posunutí motoru nebo šroubu a nepřímo odvozuje polohu pohyblivé části obráběcího stroje. Jeho přesnost řízení se pohybuje mezi přesností řízení s otevřenou a uzavřenou smyčkou. Tento typ obráběcího stroje má relativně jednoduchou konstrukci, mírné náklady a snadné ladění a je široce používán v mechanickém obrábění.
CNC obráběcí stroje s otevřenou smyčkou: Neexistuje žádné zpětnovazební zařízení pro detekci polohy. Instrukční signály vydávané CNC systémem jsou jednosměrně přenášeny do pohonného zařízení pro řízení pohybu obráběcího stroje. Jeho přesnost obrábění závisí především na mechanické přesnosti samotného obráběcího stroje a přesnosti hnacího motoru. Tento typ obráběcího stroje má jednoduchou konstrukci, nízké náklady, ale relativně nízkou přesnost, je vhodný pro případy s nízkými požadavky na přesnost obrábění, jako jsou například jednoduchá výuková zařízení nebo hrubé obrábění součástí s nízkými požadavky na přesnost.
CNC obráběcí stroje s uzavřenou smyčkou: Na pohyblivé části obráběcího stroje je instalováno zařízení pro zpětnou vazbu polohy, které v reálném čase detekuje skutečnou polohu obráběcího stroje a vrací výsledky detekce do CNC systému. CNC systém porovnává a vypočítává informace zpětné vazby s instrukčním signálem, upravuje výstup pohonného zařízení, čímž dosahuje přesného řízení pohybu obráběcího stroje. CNC obráběcí stroje s uzavřenou smyčkou mají vyšší přesnost obrábění, ale struktura systému je složitá, náklady jsou vysoké a ladění a údržba jsou obtížné. Často se používají při vysoce přesném obrábění, jako je letecký průmysl, výroba přesných forem atd.
CNC obráběcí stroje s polouzavřenou smyčkou: Na konci hnacího motoru nebo na konci šroubu je instalováno zpětnovazební zařízení pro detekci polohy, které detekuje úhel natočení nebo posunutí motoru nebo šroubu a nepřímo odvozuje polohu pohyblivé části obráběcího stroje. Jeho přesnost řízení se pohybuje mezi přesností řízení s otevřenou a uzavřenou smyčkou. Tento typ obráběcího stroje má relativně jednoduchou konstrukci, mírné náklady a snadné ladění a je široce používán v mechanickém obrábění.
VI. Aplikace CNC obráběcích strojů v moderní výrobě
Letecký a kosmický průmysl: Díly pro letecký průmysl se vyznačují složitými tvary, vysokými požadavky na přesnost a obtížně obrobitelnými materiály. Vysoká přesnost, vysoká flexibilita a možnosti víceosého simultánního obrábění CNC obráběcích strojů z nich činí klíčová zařízení v leteckém průmyslu. Například součásti, jako jsou lopatky, oběžná kola a skříně leteckých motorů, lze přesně obrábět se složitými zakřivenými povrchy a vnitřními strukturami pomocí pětiosého simultánního obráběcího centra, což zajišťuje výkon a spolehlivost dílů; velké konstrukční komponenty, jako jsou křídla letadel a trupy, lze obrábět pomocí CNC portálových frézek a dalších zařízení, které splňují jejich vysoké požadavky na přesnost a pevnost, a zlepšují celkový výkon a bezpečnost letadla.
Oblast výroby automobilů: Automobilový průmysl se vyznačuje velkým výrobním rozsahem a širokou škálou dílů. CNC obráběcí stroje hrají důležitou roli při obrábění automobilových dílů, jako je obrábění klíčových komponentů, jako jsou bloky motorů, hlavy válců, klikové hřídele a vačkové hřídele, a také při výrobě forem karoserií automobilů. CNC soustruhy, CNC frézky, obráběcí centra atd. dokáží dosáhnout efektivního a vysoce přesného obrábění, čímž zajistí kvalitu a konzistenci dílů, zlepší přesnost montáže a výkon automobilu. Flexibilní obráběcí možnosti CNC obráběcích strojů zároveň splňují požadavky vícemodelové, malosériové výroby v automobilovém průmyslu, což pomáhá automobilovým podnikům rychle uvádět na trh nové modely a zlepšovat jejich konkurenceschopnost na trhu.
Oblast lodního průmyslu: Stavba lodí zahrnuje obrábění velkých ocelových konstrukčních součástí, jako jsou sekce lodních trupů a lodní vrtule. CNC řezací zařízení (jako jsou CNC řezačky plamenem, CNC plazmové řezačky) dokáží přesně řezat ocelové plechy a zajistit tak kvalitu a rozměrovou přesnost řezných hran; CNC vyvrtávací frézky, CNC portálové stroje atd. se používají k obrábění součástí, jako je blok motoru a hřídelový systém lodních motorů, a také různých složitých konstrukčních součástí lodí, což zlepšuje efektivitu a kvalitu obrábění a zkracuje dobu výstavby lodí.
Oblast zpracování forem: Formy jsou základním procesním zařízením v průmyslové výrobě a jejich přesnost a kvalita přímo ovlivňují kvalitu a efektivitu výroby produktu. CNC obráběcí stroje se široce používají při obrábění forem. Od hrubého obrábění až po jemné obrábění forem lze k dokončení použít různé typy CNC obráběcích strojů. Například CNC obráběcí centrum může provádět víceprocesní obrábění, jako je frézování, vrtání a řezání závitů v dutině formy; CNC elektroerozivní obráběcí stroje a CNC drátové řezací stroje se používají k obrábění některých speciálních tvarů a vysoce přesných součástí forem, jako jsou úzké drážky a ostré rohy, které jsou schopny vyrábět vysoce přesné formy složitého tvaru, které splňují požadavky elektronického průmyslu, výroby domácích spotřebičů, automobilového průmyslu atd.
Oblast elektronických informací: Při výrobě elektronických informačních produktů se CNC obráběcí stroje používají k obrábění různých přesných dílů, jako jsou kryty mobilních telefonů, základní desky počítačů, formy na balení čipů atd. CNC obráběcí centrum dokáže na těchto dílech dosáhnout vysokorychlostních a vysoce přesných frézovacích, vrtacích, gravírovacích atd. obráběcích operací, čímž se zajistí rozměrová přesnost a kvalita povrchu dílů a zlepší se výkon a vzhled elektronických výrobků. Současně s vývojem elektronických výrobků směrem k miniaturizaci, nízké hmotnosti a vysokému výkonu se široce uplatňuje i technologie mikroobrábění CNC obráběcích strojů, která je schopna obrábět malé struktury a prvky na mikronové nebo dokonce nanometrové úrovni.
Letecký a kosmický průmysl: Díly pro letecký průmysl se vyznačují složitými tvary, vysokými požadavky na přesnost a obtížně obrobitelnými materiály. Vysoká přesnost, vysoká flexibilita a možnosti víceosého simultánního obrábění CNC obráběcích strojů z nich činí klíčová zařízení v leteckém průmyslu. Například součásti, jako jsou lopatky, oběžná kola a skříně leteckých motorů, lze přesně obrábět se složitými zakřivenými povrchy a vnitřními strukturami pomocí pětiosého simultánního obráběcího centra, což zajišťuje výkon a spolehlivost dílů; velké konstrukční komponenty, jako jsou křídla letadel a trupy, lze obrábět pomocí CNC portálových frézek a dalších zařízení, které splňují jejich vysoké požadavky na přesnost a pevnost, a zlepšují celkový výkon a bezpečnost letadla.
Oblast výroby automobilů: Automobilový průmysl se vyznačuje velkým výrobním rozsahem a širokou škálou dílů. CNC obráběcí stroje hrají důležitou roli při obrábění automobilových dílů, jako je obrábění klíčových komponentů, jako jsou bloky motorů, hlavy válců, klikové hřídele a vačkové hřídele, a také při výrobě forem karoserií automobilů. CNC soustruhy, CNC frézky, obráběcí centra atd. dokáží dosáhnout efektivního a vysoce přesného obrábění, čímž zajistí kvalitu a konzistenci dílů, zlepší přesnost montáže a výkon automobilu. Flexibilní obráběcí možnosti CNC obráběcích strojů zároveň splňují požadavky vícemodelové, malosériové výroby v automobilovém průmyslu, což pomáhá automobilovým podnikům rychle uvádět na trh nové modely a zlepšovat jejich konkurenceschopnost na trhu.
Oblast lodního průmyslu: Stavba lodí zahrnuje obrábění velkých ocelových konstrukčních součástí, jako jsou sekce lodních trupů a lodní vrtule. CNC řezací zařízení (jako jsou CNC řezačky plamenem, CNC plazmové řezačky) dokáží přesně řezat ocelové plechy a zajistit tak kvalitu a rozměrovou přesnost řezných hran; CNC vyvrtávací frézky, CNC portálové stroje atd. se používají k obrábění součástí, jako je blok motoru a hřídelový systém lodních motorů, a také různých složitých konstrukčních součástí lodí, což zlepšuje efektivitu a kvalitu obrábění a zkracuje dobu výstavby lodí.
Oblast zpracování forem: Formy jsou základním procesním zařízením v průmyslové výrobě a jejich přesnost a kvalita přímo ovlivňují kvalitu a efektivitu výroby produktu. CNC obráběcí stroje se široce používají při obrábění forem. Od hrubého obrábění až po jemné obrábění forem lze k dokončení použít různé typy CNC obráběcích strojů. Například CNC obráběcí centrum může provádět víceprocesní obrábění, jako je frézování, vrtání a řezání závitů v dutině formy; CNC elektroerozivní obráběcí stroje a CNC drátové řezací stroje se používají k obrábění některých speciálních tvarů a vysoce přesných součástí forem, jako jsou úzké drážky a ostré rohy, které jsou schopny vyrábět vysoce přesné formy složitého tvaru, které splňují požadavky elektronického průmyslu, výroby domácích spotřebičů, automobilového průmyslu atd.
Oblast elektronických informací: Při výrobě elektronických informačních produktů se CNC obráběcí stroje používají k obrábění různých přesných dílů, jako jsou kryty mobilních telefonů, základní desky počítačů, formy na balení čipů atd. CNC obráběcí centrum dokáže na těchto dílech dosáhnout vysokorychlostních a vysoce přesných frézovacích, vrtacích, gravírovacích atd. obráběcích operací, čímž se zajistí rozměrová přesnost a kvalita povrchu dílů a zlepší se výkon a vzhled elektronických výrobků. Současně s vývojem elektronických výrobků směrem k miniaturizaci, nízké hmotnosti a vysokému výkonu se široce uplatňuje i technologie mikroobrábění CNC obráběcích strojů, která je schopna obrábět malé struktury a prvky na mikronové nebo dokonce nanometrové úrovni.
VII. Trendy vývoje CNC obráběcích strojů
Vysoká rychlost a vysoká přesnost: S neustálým pokrokem v materiálové vědě a výrobních technologiích se CNC obráběcí stroje budou vyvíjet směrem k vyšším řezným rychlostem a přesnosti obrábění. Aplikace nových materiálů řezných nástrojů a technologií povlakování, stejně jako optimalizace konstrukce obráběcích strojů a pokročilé řídicí algoritmy, dále zlepší vysokorychlostní řezný výkon a přesnost obrábění CNC obráběcích strojů. Například vývoj vysokorychlostních vřetenových systémů, přesnějších lineárních vedení a párů kuličkových šroubů a zavádění vysoce přesných detekčních a zpětnovazebních zařízení a inteligentních řídicích technologií pro dosažení submikronové nebo dokonce nanometrové přesnosti obrábění, která splňuje požadavky oblastí ultra přesného obrábění.
Inteligentizace: Budoucí CNC obráběcí stroje budou disponovat silnějšími inteligentními funkcemi. Zavedením technologií umělé inteligence, strojového učení, analýzy velkých dat atd. mohou CNC obráběcí stroje dosahovat funkcí, jako je automatické programování, inteligentní plánování procesů, adaptivní řízení, diagnostika poruch a prediktivní údržba. Například obráběcí stroj může automaticky generovat optimalizovaný CNC program podle trojrozměrného modelu dílu; během obráběcího procesu může automaticky upravovat řezné parametry podle stavu obrábění monitorovaného v reálném čase, aby byla zajištěna kvalita a efektivita obrábění; analýzou provozních dat obráběcího stroje může předvídat možné poruchy a včas provádět údržbu, čímž se zkracují prostoje, zlepšuje spolehlivost a míra využití obráběcího stroje.
Víceosé simultánní a kombinované obrábění: Technologie víceosého simultánního obrábění se bude dále rozvíjet a více CNC obráběcích strojů bude mít pětiosé nebo více simultánní obráběcí schopnosti, aby splňovaly požadavky na jednorázové obrábění složitých dílů. Současně se bude neustále zvyšovat stupeň kombinované výroby obráběcího stroje, což umožní integraci více obráběcích procesů na jednom obráběcím stroji, jako je soustružení-frézovací kombinované obrábění, frézování-broušení kombinované obrábění, aditivní výroba a subtraktivní kombinovaná výroba atd. To může zkrátit dobu upínání dílů mezi různými obráběcími stroji, zlepšit přesnost a efektivitu obrábění, zkrátit výrobní cyklus a snížit výrobní náklady. Například soustružení-frézovací kombinované obráběcí centrum může provádět víceprocesní obrábění, jako je soustružení, frézování, vrtání a řezání závitů hřídelových dílů, v jednom upnutí, čímž se zlepší přesnost obrábění a kvalita povrchu dílu.
Ekologizace: Vzhledem ke stále přísnějším požadavkům na ochranu životního prostředí budou CNC obráběcí stroje věnovat větší pozornost aplikaci zelených výrobních technologií. Výzkum, vývoj a zavádění energeticky úsporných pohonných systémů, chladicích a mazacích systémů, optimalizace konstrukce obráběcích strojů za účelem snížení spotřeby materiálu a plýtvání energií, vývoj ekologických řezných kapalin a řezných procesů, snížení hluku, vibrací a emisí odpadu během obráběcího procesu, dosažení udržitelného rozvoje CNC obráběcích strojů. Například zavádění technologie mikromazání nebo technologie suchého řezání ke snížení množství používané řezné kapaliny a snížení znečištění životního prostředí; optimalizací převodového systému a řídicího systému obráběcího stroje se zlepší účinnost využití energie a sníží se spotřeba energie obráběcího stroje.
Sítě a informatizace: S rozvojem technologií průmyslového internetu a internetu věcí dosáhnou CNC obráběcí stroje hlubokého propojení s externí sítí a vytvoří inteligentní výrobní síť. Prostřednictvím sítě lze dosáhnout vzdáleného monitorování, vzdálené obsluhy, vzdálené diagnostiky a údržby obráběcího stroje, stejně jako bezproblémové integrace s podnikovým systémem řízení výroby, systémem návrhu produktů, systémem řízení dodavatelského řetězce atd., čímž se dosáhne digitální výroby a inteligentní výroby. Například podnikoví manažeři mohou na dálku sledovat provozní stav, postup výroby a kvalitu obrábění obráběcího stroje pomocí mobilních telefonů nebo počítačů a včas upravovat výrobní plán; výrobci obráběcích strojů mohou prostřednictvím sítě na dálku udržovat a modernizovat prodané obráběcí stroje, čímž se zlepší kvalita a efektivita poprodejního servisu.
Vysoká rychlost a vysoká přesnost: S neustálým pokrokem v materiálové vědě a výrobních technologiích se CNC obráběcí stroje budou vyvíjet směrem k vyšším řezným rychlostem a přesnosti obrábění. Aplikace nových materiálů řezných nástrojů a technologií povlakování, stejně jako optimalizace konstrukce obráběcích strojů a pokročilé řídicí algoritmy, dále zlepší vysokorychlostní řezný výkon a přesnost obrábění CNC obráběcích strojů. Například vývoj vysokorychlostních vřetenových systémů, přesnějších lineárních vedení a párů kuličkových šroubů a zavádění vysoce přesných detekčních a zpětnovazebních zařízení a inteligentních řídicích technologií pro dosažení submikronové nebo dokonce nanometrové přesnosti obrábění, která splňuje požadavky oblastí ultra přesného obrábění.
Inteligentizace: Budoucí CNC obráběcí stroje budou disponovat silnějšími inteligentními funkcemi. Zavedením technologií umělé inteligence, strojového učení, analýzy velkých dat atd. mohou CNC obráběcí stroje dosahovat funkcí, jako je automatické programování, inteligentní plánování procesů, adaptivní řízení, diagnostika poruch a prediktivní údržba. Například obráběcí stroj může automaticky generovat optimalizovaný CNC program podle trojrozměrného modelu dílu; během obráběcího procesu může automaticky upravovat řezné parametry podle stavu obrábění monitorovaného v reálném čase, aby byla zajištěna kvalita a efektivita obrábění; analýzou provozních dat obráběcího stroje může předvídat možné poruchy a včas provádět údržbu, čímž se zkracují prostoje, zlepšuje spolehlivost a míra využití obráběcího stroje.
Víceosé simultánní a kombinované obrábění: Technologie víceosého simultánního obrábění se bude dále rozvíjet a více CNC obráběcích strojů bude mít pětiosé nebo více simultánní obráběcí schopnosti, aby splňovaly požadavky na jednorázové obrábění složitých dílů. Současně se bude neustále zvyšovat stupeň kombinované výroby obráběcího stroje, což umožní integraci více obráběcích procesů na jednom obráběcím stroji, jako je soustružení-frézovací kombinované obrábění, frézování-broušení kombinované obrábění, aditivní výroba a subtraktivní kombinovaná výroba atd. To může zkrátit dobu upínání dílů mezi různými obráběcími stroji, zlepšit přesnost a efektivitu obrábění, zkrátit výrobní cyklus a snížit výrobní náklady. Například soustružení-frézovací kombinované obráběcí centrum může provádět víceprocesní obrábění, jako je soustružení, frézování, vrtání a řezání závitů hřídelových dílů, v jednom upnutí, čímž se zlepší přesnost obrábění a kvalita povrchu dílu.
Ekologizace: Vzhledem ke stále přísnějším požadavkům na ochranu životního prostředí budou CNC obráběcí stroje věnovat větší pozornost aplikaci zelených výrobních technologií. Výzkum, vývoj a zavádění energeticky úsporných pohonných systémů, chladicích a mazacích systémů, optimalizace konstrukce obráběcích strojů za účelem snížení spotřeby materiálu a plýtvání energií, vývoj ekologických řezných kapalin a řezných procesů, snížení hluku, vibrací a emisí odpadu během obráběcího procesu, dosažení udržitelného rozvoje CNC obráběcích strojů. Například zavádění technologie mikromazání nebo technologie suchého řezání ke snížení množství používané řezné kapaliny a snížení znečištění životního prostředí; optimalizací převodového systému a řídicího systému obráběcího stroje se zlepší účinnost využití energie a sníží se spotřeba energie obráběcího stroje.
Sítě a informatizace: S rozvojem technologií průmyslového internetu a internetu věcí dosáhnou CNC obráběcí stroje hlubokého propojení s externí sítí a vytvoří inteligentní výrobní síť. Prostřednictvím sítě lze dosáhnout vzdáleného monitorování, vzdálené obsluhy, vzdálené diagnostiky a údržby obráběcího stroje, stejně jako bezproblémové integrace s podnikovým systémem řízení výroby, systémem návrhu produktů, systémem řízení dodavatelského řetězce atd., čímž se dosáhne digitální výroby a inteligentní výroby. Například podnikoví manažeři mohou na dálku sledovat provozní stav, postup výroby a kvalitu obrábění obráběcího stroje pomocí mobilních telefonů nebo počítačů a včas upravovat výrobní plán; výrobci obráběcích strojů mohou prostřednictvím sítě na dálku udržovat a modernizovat prodané obráběcí stroje, čímž se zlepší kvalita a efektivita poprodejního servisu.
VIII. Závěr
CNC obráběcí stroje, jakožto klíčové zařízení v moderním mechanickém obrábění, se svými pozoruhodnými vlastnostmi, jako je vysoká přesnost, vysoká účinnost a vysoká flexibilita, široce používají v mnoha oblastech, jako je letecký a kosmický průmysl, automobilový průmysl, stavba lodí, zpracování forem a elektronické informace. S neustálým pokrokem vědy a techniky se CNC obráběcí stroje vyvíjejí směrem k vysokorychlostním, vysoce přesným, inteligentním, víceosým simultánním a kombinovaným obráběním, šetrným k životnímu prostředí, síťovým a informatizačním technologiím atd. V budoucnu budou CNC obráběcí stroje i nadále vést trend vývoje technologií strojírenské výroby a budou hrát stále důležitější roli v podpoře transformace a modernizace zpracovatelského průmyslu a zlepšování průmyslové konkurenceschopnosti země. Podniky by měly aktivně věnovat pozornost trendům vývoje CNC obráběcích strojů, zvyšovat intenzitu technologického výzkumu a vývoje a kultivace talentů, plně využívat výhod CNC obráběcích strojů, zlepšovat svou vlastní výrobní úroveň a inovační schopnosti a zůstat neporazitelné v tvrdé tržní konkurenci.
CNC obráběcí stroje, jakožto klíčové zařízení v moderním mechanickém obrábění, se svými pozoruhodnými vlastnostmi, jako je vysoká přesnost, vysoká účinnost a vysoká flexibilita, široce používají v mnoha oblastech, jako je letecký a kosmický průmysl, automobilový průmysl, stavba lodí, zpracování forem a elektronické informace. S neustálým pokrokem vědy a techniky se CNC obráběcí stroje vyvíjejí směrem k vysokorychlostním, vysoce přesným, inteligentním, víceosým simultánním a kombinovaným obráběním, šetrným k životnímu prostředí, síťovým a informatizačním technologiím atd. V budoucnu budou CNC obráběcí stroje i nadále vést trend vývoje technologií strojírenské výroby a budou hrát stále důležitější roli v podpoře transformace a modernizace zpracovatelského průmyslu a zlepšování průmyslové konkurenceschopnosti země. Podniky by měly aktivně věnovat pozornost trendům vývoje CNC obráběcích strojů, zvyšovat intenzitu technologického výzkumu a vývoje a kultivace talentů, plně využívat výhod CNC obráběcích strojů, zlepšovat svou vlastní výrobní úroveň a inovační schopnosti a zůstat neporazitelné v tvrdé tržní konkurenci.