L'évolution rapide de la technologie des systèmes CNC a favorisé le progrès technologique des machines-outils CNC. Afin de répondre aux besoins du marché et aux exigences accrues des technologies de fabrication CNC modernes, le développement actuel de la technologie CNC mondiale et de ses équipements se reflète principalement dans les caractéristiques techniques suivantes :
1. Haute vitesse
Le développement demachines-outils CNCL'orientation vers la grande vitesse peut non seulement améliorer considérablement l'efficacité de l'usinage et réduire les coûts, mais aussi améliorer la qualité et la précision de l'usinage de surface des pièces. La technologie d'usinage à très grande vitesse offre de nombreuses possibilités d'application pour une production à faible coût dans l'industrie manufacturière.
Depuis les années 1990, l'Europe, les États-Unis et le Japon se livrent une concurrence féroce pour développer et mettre en œuvre une nouvelle génération de machines-outils CNC à grande vitesse, accélérant ainsi le développement de ces machines. De nouvelles avancées ont été réalisées dans les domaines de la broche à grande vitesse (broche électrique, vitesse de rotation de 15 000 à 100 000 tr/min), des composants d'avance à grande vitesse et à forte accélération/décélération (vitesse de déplacement rapide de 60 à 120 m/min, vitesse d'avance de coupe jusqu'à 60 m/min), des systèmes CNC et servomoteurs hautes performances, ainsi que des systèmes d'outils CNC, atteignant de nouveaux sommets technologiques. Grâce à la maîtrise de technologies clés dans divers domaines techniques, tels que les mécanismes de coupe ultra-rapides, les matériaux d'outils ultra-résistants à l'usure et à longue durée de vie, les outils de meulage abrasifs, la broche électrique haute puissance et haute vitesse, les composants d'avance entraînés par moteur linéaire à forte accélération/décélération, les systèmes de contrôle hautes performances (y compris les systèmes de surveillance) et les dispositifs de protection, les bases techniques ont été posées pour le développement et l'application de la nouvelle génération de machines-outils CNC à grande vitesse.
Actuellement, dans l'usinage à très grande vitesse, la vitesse de coupe du tournage et du fraisage atteint plus de 5 000 à 8 000 m/min ; La vitesse de broche est supérieure à 30 000 tr/min (certaines peuvent atteindre jusqu'à 100 000 tr/min) ; La vitesse de déplacement (vitesse d'avance) de l'établi : supérieure à 100 m/min (certaines jusqu'à 200 m/min) à une résolution de 1 micromètre, et supérieure à 24 m/min à une résolution de 0,1 micromètre ; Vitesse de changement d'outil automatique en 1 seconde ; La vitesse d'avance pour l'interpolation de petites lignes atteint 12 m/min.
2. Haute précision
Le développement demachines-outils CNCDe l'usinage de précision à l'usinage ultra-précis, les puissances industrielles du monde entier s'engagent dans une voie. Sa précision s'étend du micromètre au submicronique, voire au nanomètre (< 10 nm), et son champ d'application est de plus en plus large.
Français Actuellement, sous l'exigence d'usinage de haute précision, la précision d'usinage des machines-outils CNC ordinaires est passée de ± 10 μ Augmenter m à ± 5 μ M ; La précision d'usinage des centres d'usinage de précision varie de ± 3 à 5 μ m. Augmenter à ± 1-1,5 μ m. Encore plus élevé ; La précision d'usinage ultra-précise est entrée au niveau nanométrique (0,001 micromètre), et la précision de rotation de la broche est requise pour atteindre 0,01~0,05 micromètre, avec une circularité d'usinage de 0,1 micromètre et une rugosité de surface d'usinage de Ra=0,003 micromètre. Ces machines-outils utilisent généralement des broches électriques à entraînement à fréquence variable à commande vectorielle (intégrées au moteur et à la broche), avec un faux-rond radial de la broche inférieur à 2 µ m, un déplacement axial inférieur à 1 µ m et un déséquilibre de l'arbre atteignant le niveau G0,4.
L'entraînement d'avance des machines-outils d'usinage à grande vitesse et de haute précision comprend principalement deux types : le servomoteur rotatif avec vis à billes de précision à grande vitesse et l'entraînement direct par moteur linéaire. De plus, les nouvelles machines-outils parallèles permettent également d'obtenir facilement une avance à grande vitesse.
Grâce à leur technologie éprouvée et à leur large champ d'application, les vis à billes offrent non seulement une haute précision (norme ISO 3408 niveau 1), mais aussi un coût relativement faible pour l'usinage à grande vitesse. C'est pourquoi elles sont encore utilisées aujourd'hui sur de nombreuses machines d'usinage à grande vitesse. Les machines-outils d'usinage à grande vitesse actuelles, entraînées par vis à billes, ont une vitesse de déplacement maximale de 90 m/min et une accélération de 1,5 g.
Les vis à billes font partie des transmissions mécaniques, ce qui implique inévitablement des déformations élastiques, des frottements et un jeu inverse pendant le processus de transmission, entraînant une hystérésis de mouvement et d'autres erreurs non linéaires. Afin d'éliminer l'impact de ces erreurs sur la précision d'usinage, l'entraînement direct par moteur linéaire a été appliqué aux machines-outils en 1993. Grâce à sa transmission sans liaisons intermédiaires, il présente non seulement une faible inertie de mouvement, une grande rigidité du système et une réponse rapide, mais permet également d'atteindre des vitesses et des accélérations élevées, et sa course est théoriquement illimitée. La précision de positionnement atteint également un niveau élevé grâce à un système de retour de position de haute précision, ce qui en fait une méthode d'entraînement idéale pour les machines-outils d'usinage à grande vitesse et de haute précision, en particulier les machines-outils de moyenne et grande taille. Actuellement, la vitesse de déplacement rapide maximale des machines d'usinage à grande vitesse et de haute précision équipées de moteurs linéaires atteint 208 m/min, avec une accélération de 2 g, et des progrès restent à faire.
3. Haute fiabilité
Avec le développement des applications en réseau demachines-outils CNCLa haute fiabilité des machines-outils CNC est devenue un objectif poursuivi par les fabricants de systèmes CNC et de machines-outils CNC. Pour une usine automatisée fonctionnant en deux équipes par jour, si elle doit fonctionner en continu et normalement dans les 16 heures avec un taux de défaillance P(t) = 99 % ou plus, le temps moyen entre pannes (MTBF) de la machine-outil CNC doit être supérieur à 3 000 heures. Pour une seule machine-outil CNC, le ratio de taux de défaillance entre l'hôte et le système CNC est de 10:1 (la fiabilité de la CNC est d'un ordre de grandeur supérieure à celle de l'hôte). À ce stade, le MTBF du système CNC doit être supérieur à 33 333,3 heures, et celui du dispositif CNC, de la broche et du variateur doit être supérieur à 100 000 heures.
La valeur MTBF des machines CNC étrangères actuelles dépasse 6 000 heures, et celle du dispositif d'entraînement dépasse 30 000 heures. Cependant, il existe encore un écart par rapport à l'objectif idéal.
4. Composition
Lors de l'usinage des pièces, la manutention, le chargement et le déchargement des pièces, l'installation et le réglage, le changement d'outils et la variation de la vitesse de la broche prennent beaucoup de temps inutilement. Afin de minimiser ces pertes de temps, l'intégration de différentes fonctions d'usinage sur une même machine-outil est envisagée. C'est pourquoi les machines-outils à fonctions combinées connaissent un essor rapide ces dernières années.
Dans le domaine de la fabrication flexible, le concept d'usinage composite sur machine-outil désigne la capacité d'une machine-outil à réaliser automatiquement plusieurs usinages, identiques ou différents, selon un programme d'usinage CNC, après avoir bridé la pièce en une seule opération. Ceci permet de réaliser divers usinages tels que le tournage, le fraisage, le perçage, l'alésage, la rectification, le taraudage, l'alésage et l'expansion de pièces de forme complexe. Pour les pièces prismatiques, les centres d'usinage sont les machines-outils les plus courantes pour réaliser plusieurs usinages composites selon la même méthode. Il est prouvé que l'usinage composite sur machine-outil permet d'améliorer la précision et l'efficacité de l'usinage, de gagner de la place et, surtout, de raccourcir le cycle d'usinage des pièces.
5. Polyaxialisation
Avec la popularisation des systèmes CNC à liaison 5 axes et des logiciels de programmation, les centres d'usinage et les fraiseuses CNC (centres d'usinage verticaux) à liaison 5 axes sont devenus un pôle de développement majeur. Grâce à la simplicité de la programmation CNC des fraises à bout sphérique lors de l'usinage de surfaces libres, et à la possibilité de maintenir une vitesse de coupe raisonnable lors du fraisage de surfaces 3D, la rugosité de la surface usinée et l'efficacité de l'usinage sont considérablement améliorées. Cependant, sur les machines-outils à liaison 3 axes, il est impossible d'éviter que l'extrémité de la fraise à bout sphérique, dont la vitesse de coupe est proche de zéro, ne participe à l'usinage. C'est pourquoi les machines-outils à liaison 5 axes sont devenues un centre de développement actif et une concurrence féroce entre les principaux fabricants de machines-outils grâce à leurs performances exceptionnelles.
Récemment, des pays étrangers continuent de mener des recherches sur le contrôle de liaison 6 axes utilisant des outils de coupe non rotatifs dans les centres d'usinage. Bien que leur forme d'usinage ne soit pas limitée et que la profondeur de coupe puisse être très fine, l'efficacité d'usinage est trop faible et difficilement réalisable.
6. Intelligence
L'intelligence est un axe majeur du développement des technologies de fabrication au XXIe siècle. L'usinage intelligent est un type d'usinage basé sur le contrôle par réseaux neuronaux, le contrôle flou, la technologie des réseaux numériques et la théorie. Il vise à simuler les activités intelligentes d'experts humains pendant le processus d'usinage, afin de résoudre de nombreux problèmes incertains nécessitant une intervention manuelle. Le contenu de l'intelligence englobe divers aspects des systèmes CNC :
Poursuivre l’efficacité et la qualité du traitement intelligent, comme le contrôle adaptatif et la génération automatique des paramètres de processus ;
Pour améliorer les performances de conduite et faciliter la connexion intelligente, telle que le contrôle prédictif, le calcul adaptatif des paramètres du moteur, l'identification automatique des charges, la sélection automatique des modèles, l'auto-réglage, etc.
Programmation simplifiée et fonctionnement intelligent, comme la programmation automatique intelligente, l'interface homme-machine intelligente, etc.
Le diagnostic et la surveillance intelligents facilitent le diagnostic et la maintenance du système.
Il existe de nombreux systèmes de découpe et d'usinage intelligents en cours de recherche dans le monde, parmi lesquels les solutions d'usinage intelligentes pour le perçage de l'Association japonaise de recherche sur les dispositifs CNC intelligents sont représentatives.
7. Réseautage
Le contrôle en réseau des machines-outils désigne principalement la connexion et le contrôle réseau entre la machine-outil et d'autres systèmes de contrôle externes ou ordinateurs de niveau supérieur via le système CNC équipé. Les machines-outils CNC sont généralement connectées d'abord au site de production et au réseau local interne de l'entreprise, puis à l'extérieur de l'entreprise via Internet, technologie appelée Internet/Intranet.
Avec la maturité et le développement des technologies de réseau, l'industrie a récemment proposé le concept de fabrication numérique. La fabrication numérique, également appelée « e-fabrication », est l'un des symboles de la modernisation des entreprises de fabrication mécanique et le mode d'approvisionnement standard des fabricants internationaux de machines-outils de pointe. Avec la généralisation des technologies de l'information, de plus en plus d'utilisateurs nationaux ont besoin de services de communication à distance et d'autres fonctionnalités pour importer des machines-outils CNC. Grâce à l'adoption généralisée de la CAO/FAO, les entreprises de fabrication mécanique utilisent de plus en plus d'équipements d'usinage CNC. Les logiciels d'application CNC sont de plus en plus riches et conviviaux. La conception et la fabrication virtuelles, entre autres technologies, sont de plus en plus recherchées par les ingénieurs et les techniciens. Le remplacement du matériel complexe par l'intelligence logicielle devient une tendance importante dans le développement des machines-outils contemporaines. Dans le cadre de la fabrication numérique, de nombreux logiciels de gestion d'entreprise avancés, tels que les ERP, ont vu le jour grâce à la réingénierie des processus et à la transformation des technologies de l'information, générant des retombées économiques accrues pour les entreprises.
8. Flexibilité
La tendance des machines-outils CNC vers des systèmes d'automatisation flexibles est de se développer d'une part, du point (machine CNC monobloc, centre d'usinage et machine d'usinage composite CNC), de la ligne (FMC, FMS, FTL, FML) à la surface (îlot de fabrication indépendant, FA) et du corps (CIMS, système de fabrication intégré en réseau distribué), tout en se concentrant sur les applications et la rentabilité. La technologie d'automatisation flexible est le principal moyen pour l'industrie manufacturière de s'adapter à la demande dynamique du marché et de moderniser rapidement ses produits. Il s'agit d'une tendance dominante du développement manufacturier dans divers pays et d'une technologie fondamentale dans le domaine de la fabrication de pointe. L'accent est mis sur l'amélioration de la fiabilité et de la praticité du système, avec pour objectif une mise en réseau et une intégration aisées. L'accent est mis sur le développement et l'amélioration de la technologie unitaire. La machine CNC monobloc évolue vers une haute précision, une vitesse élevée et une grande flexibilité. Les machines-outils CNC et leurs systèmes de fabrication flexibles peuvent être facilement connectés aux systèmes de CAO, FAO, CAPP et MTS, et évoluer vers l'intégration de l'information. Le développement des systèmes en réseau vers l'ouverture, l'intégration et l'intelligence.
9. Verdissement
Les machines-outils d'usinage des métaux du XXIe siècle doivent privilégier la protection de l'environnement et les économies d'énergie, afin de parvenir à des procédés de coupe plus écologiques. Actuellement, cette technologie de traitement écologique privilégie l'absence de fluide de coupe, principalement car celui-ci pollue l'environnement et met en danger la santé des travailleurs, tout en augmentant la consommation de ressources et d'énergie. L'usinage à sec est généralement réalisé en atmosphère atmosphérique, mais il comprend également l'usinage sous atmosphère gazeuse spéciale (azote, air froid ou refroidissement électrostatique sec) sans fluide de coupe. Cependant, pour certaines méthodes d'usinage et combinaisons de pièces, l'usinage à sec sans fluide de coupe est actuellement difficile à mettre en œuvre en pratique. C'est pourquoi l'usinage quasi-sec avec lubrification minimale (MQL) a fait son apparition. Actuellement, 10 à 15 % des usinages mécaniques à grande échelle en Europe utilisent l'usinage à sec et quasi-sec. Pour les machines-outils, telles que les centres d'usinage, conçues pour de multiples méthodes d'usinage et combinaisons de pièces, la coupe quasi sèche est principalement utilisée. Elle consiste généralement à pulvériser un mélange d'huile de coupe et d'air comprimé en très faible quantité dans la zone de coupe, via le canal creux de la broche et de l'outil. Parmi les différents types de machines d'usinage des métaux, la tailleuse d'engrenages est la plus couramment utilisée pour la coupe sèche.
En résumé, les progrès et le développement de la technologie des machines-outils à commande numérique (CNC) ont créé des conditions favorables au développement de l'industrie manufacturière moderne, favorisant une transformation plus humaine de la production. On peut prévoir qu'avec le développement et la généralisation de la technologie des machines-outils à commande numérique, l'industrie manufacturière connaîtra une profonde révolution susceptible de bouleverser le modèle de fabrication traditionnel.