CNC-Werkzeugmaschinen: Die Kernkraft der modernen Bearbeitung
I. Einleitung
CNC-Werkzeugmaschinen nehmen in der heutigen mechanischen Fertigung zweifellos eine äußerst wichtige Stellung ein. Ihr Aufkommen hat die traditionelle Art der mechanischen Bearbeitung grundlegend verändert und der Fertigungsindustrie beispiellose Präzision, Effizienz und Flexibilität beschert. Mit dem kontinuierlichen Fortschritt von Wissenschaft und Technik entwickeln sich CNC-Werkzeugmaschinen kontinuierlich weiter und sind zu unverzichtbaren Schlüsselkomponenten der modernen Industrieproduktion geworden. Sie beeinflussen die Entwicklung zahlreicher Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, des Automobilbaus, des Schiffbaus und des Formenbaus maßgeblich.
CNC-Werkzeugmaschinen nehmen in der heutigen mechanischen Fertigung zweifellos eine äußerst wichtige Stellung ein. Ihr Aufkommen hat die traditionelle Art der mechanischen Bearbeitung grundlegend verändert und der Fertigungsindustrie beispiellose Präzision, Effizienz und Flexibilität beschert. Mit dem kontinuierlichen Fortschritt von Wissenschaft und Technik entwickeln sich CNC-Werkzeugmaschinen kontinuierlich weiter und sind zu unverzichtbaren Schlüsselkomponenten der modernen Industrieproduktion geworden. Sie beeinflussen die Entwicklung zahlreicher Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, des Automobilbaus, des Schiffbaus und des Formenbaus maßgeblich.
II. Definition und Komponenten von CNC-Werkzeugmaschinen
CNC-Werkzeugmaschinen sind Werkzeugmaschinen, die durch digitale Steuerungstechnik eine automatisierte Bearbeitung erreichen. Sie bestehen hauptsächlich aus folgenden Teilen:
Werkzeugmaschinenkörper: Er umfasst mechanische Komponenten wie Bett, Säule, Spindel und Arbeitstisch. Er bildet die Grundstruktur der Werkzeugmaschine und bietet eine stabile mechanische Plattform für die Bearbeitung. Konstruktionsdesign und Fertigungspräzision wirken sich direkt auf die Gesamtleistung der Werkzeugmaschine aus. Beispielsweise kann eine hochpräzise Spindel die Stabilität des Schneidwerkzeugs bei Hochgeschwindigkeitsrotationen gewährleisten und so Bearbeitungsfehler reduzieren.
CNC-System: Dies ist der zentrale Steuerungsteil von CNC-Werkzeugmaschinen und entspricht dem „Gehirn“ der Werkzeugmaschine. Es kann Programmanweisungen empfangen und verarbeiten und so Bewegungsbahn, Geschwindigkeit, Vorschub usw. der Werkzeugmaschine präzise steuern. Moderne CNC-Systeme verfügen über leistungsstarke Rechenkapazitäten und umfangreiche Funktionen wie Mehrachsen-Simultansteuerung, Werkzeugradiuskompensation und automatische Werkzeugwechselsteuerung. Beispielsweise kann das CNC-System in einem Fünf-Achsen-Simultanbearbeitungszentrum die Bewegung von fünf Koordinatenachsen gleichzeitig präzise steuern, um die Bearbeitung komplexer gekrümmter Oberflächen zu ermöglichen.
Antriebssystem: Es umfasst Motoren und Treiber, die die Anweisungen des CNC-Systems in die tatsächliche Bewegung jeder Koordinatenachse der Werkzeugmaschine umsetzen. Gängige Antriebsmotoren sind Schrittmotoren und Servomotoren. Servomotoren zeichnen sich durch höhere Präzision und Reaktionsgeschwindigkeit aus und erfüllen die Anforderungen der Hochpräzisionsbearbeitung. Beispielsweise können Servomotoren bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung die Position und Geschwindigkeit des Arbeitstisches schnell und präzise anpassen.
Erfassungsgeräte: Sie erfassen Parameter wie Bewegungsposition und Geschwindigkeit der Werkzeugmaschine und geben die Ergebnisse an das CNC-System zurück, um eine geschlossene Regelung zu erreichen und die Bearbeitungspräzision zu verbessern. Beispielsweise kann eine Gitterskala die Verschiebung des Arbeitstisches präzise messen, und ein Encoder kann die Drehzahl und Position der Spindel erfassen.
Zusatzgeräte: Wie Kühlsysteme, Schmiersysteme, Späneabfuhrsysteme, automatische Werkzeugwechselvorrichtungen usw. Das Kühlsystem kann die Temperatur während des Bearbeitungsprozesses wirksam senken und so die Lebensdauer des Schneidwerkzeugs verlängern. Das Schmiersystem sorgt für eine gute Schmierung aller beweglichen Teile der Werkzeugmaschine und reduziert so den Verschleiß. Das Späneabfuhrsystem entfernt die während der Bearbeitung entstehenden Späne umgehend und gewährleistet so eine saubere Bearbeitungsumgebung und den normalen Betrieb der Werkzeugmaschine. Die automatische Werkzeugwechselvorrichtung verbessert die Bearbeitungseffizienz und erfüllt die Anforderungen der Mehrprozessbearbeitung komplexer Teile.
CNC-Werkzeugmaschinen sind Werkzeugmaschinen, die durch digitale Steuerungstechnik eine automatisierte Bearbeitung erreichen. Sie bestehen hauptsächlich aus folgenden Teilen:
Werkzeugmaschinenkörper: Er umfasst mechanische Komponenten wie Bett, Säule, Spindel und Arbeitstisch. Er bildet die Grundstruktur der Werkzeugmaschine und bietet eine stabile mechanische Plattform für die Bearbeitung. Konstruktionsdesign und Fertigungspräzision wirken sich direkt auf die Gesamtleistung der Werkzeugmaschine aus. Beispielsweise kann eine hochpräzise Spindel die Stabilität des Schneidwerkzeugs bei Hochgeschwindigkeitsrotationen gewährleisten und so Bearbeitungsfehler reduzieren.
CNC-System: Dies ist der zentrale Steuerungsteil von CNC-Werkzeugmaschinen und entspricht dem „Gehirn“ der Werkzeugmaschine. Es kann Programmanweisungen empfangen und verarbeiten und so Bewegungsbahn, Geschwindigkeit, Vorschub usw. der Werkzeugmaschine präzise steuern. Moderne CNC-Systeme verfügen über leistungsstarke Rechenkapazitäten und umfangreiche Funktionen wie Mehrachsen-Simultansteuerung, Werkzeugradiuskompensation und automatische Werkzeugwechselsteuerung. Beispielsweise kann das CNC-System in einem Fünf-Achsen-Simultanbearbeitungszentrum die Bewegung von fünf Koordinatenachsen gleichzeitig präzise steuern, um die Bearbeitung komplexer gekrümmter Oberflächen zu ermöglichen.
Antriebssystem: Es umfasst Motoren und Treiber, die die Anweisungen des CNC-Systems in die tatsächliche Bewegung jeder Koordinatenachse der Werkzeugmaschine umsetzen. Gängige Antriebsmotoren sind Schrittmotoren und Servomotoren. Servomotoren zeichnen sich durch höhere Präzision und Reaktionsgeschwindigkeit aus und erfüllen die Anforderungen der Hochpräzisionsbearbeitung. Beispielsweise können Servomotoren bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung die Position und Geschwindigkeit des Arbeitstisches schnell und präzise anpassen.
Erfassungsgeräte: Sie erfassen Parameter wie Bewegungsposition und Geschwindigkeit der Werkzeugmaschine und geben die Ergebnisse an das CNC-System zurück, um eine geschlossene Regelung zu erreichen und die Bearbeitungspräzision zu verbessern. Beispielsweise kann eine Gitterskala die Verschiebung des Arbeitstisches präzise messen, und ein Encoder kann die Drehzahl und Position der Spindel erfassen.
Zusatzgeräte: Wie Kühlsysteme, Schmiersysteme, Späneabfuhrsysteme, automatische Werkzeugwechselvorrichtungen usw. Das Kühlsystem kann die Temperatur während des Bearbeitungsprozesses wirksam senken und so die Lebensdauer des Schneidwerkzeugs verlängern. Das Schmiersystem sorgt für eine gute Schmierung aller beweglichen Teile der Werkzeugmaschine und reduziert so den Verschleiß. Das Späneabfuhrsystem entfernt die während der Bearbeitung entstehenden Späne umgehend und gewährleistet so eine saubere Bearbeitungsumgebung und den normalen Betrieb der Werkzeugmaschine. Die automatische Werkzeugwechselvorrichtung verbessert die Bearbeitungseffizienz und erfüllt die Anforderungen der Mehrprozessbearbeitung komplexer Teile.
III. Funktionsprinzip von CNC-Werkzeugmaschinen
Das Funktionsprinzip von CNC-Werkzeugmaschinen basiert auf digitaler Steuerungstechnologie. Je nach Bearbeitungsanforderungen des Werkstücks werden professionelle Programmiersoftware oder manuelle CNC-Programme verwendet. Das Programm enthält Informationen wie technologische Parameter, Werkzeugbahnen und Bewegungsanweisungen für die Werkstückbearbeitung, dargestellt in Codes. Anschließend wird das geschriebene CNC-Programm über einen Datenträger (z. B. USB-Stick, Netzwerkverbindung usw.) in die CNC-Maschine eingegeben. Die CNC-Maschine dekodiert und verarbeitet das Programm arithmetisch. Dabei wandelt sie die Codeanweisungen in Bewegungssteuerungssignale für jede Koordinatenachse der Werkzeugmaschine und weitere Steuersignale um. Das Antriebssystem steuert die Motoren entsprechend dieser Steuersignale an und bewegt die Koordinatenachsen der Werkzeugmaschine entlang der vorgegebenen Bahn und Geschwindigkeit. Gleichzeitig steuert es die Drehzahl der Spindel, den Vorschub des Schneidwerkzeugs und weitere Aktionen. Während des Bearbeitungsprozesses überwachen die Erkennungsgeräte den Bewegungszustand und die Bearbeitungsparameter der Werkzeugmaschine in Echtzeit und übermitteln die Rückmeldung an die CNC-Maschine. Das CNC-Gerät nimmt anhand der Rückmeldungen Echtzeitanpassungen und -korrekturen vor, um die Präzision und Qualität der Bearbeitung sicherzustellen. Schließlich schließt die Werkzeugmaschine die Bearbeitung des Teils automatisch gemäß den Programmanforderungen ab und erhält das fertige Teil, das den Anforderungen der Konstruktionszeichnung entspricht.
Das Funktionsprinzip von CNC-Werkzeugmaschinen basiert auf digitaler Steuerungstechnologie. Je nach Bearbeitungsanforderungen des Werkstücks werden professionelle Programmiersoftware oder manuelle CNC-Programme verwendet. Das Programm enthält Informationen wie technologische Parameter, Werkzeugbahnen und Bewegungsanweisungen für die Werkstückbearbeitung, dargestellt in Codes. Anschließend wird das geschriebene CNC-Programm über einen Datenträger (z. B. USB-Stick, Netzwerkverbindung usw.) in die CNC-Maschine eingegeben. Die CNC-Maschine dekodiert und verarbeitet das Programm arithmetisch. Dabei wandelt sie die Codeanweisungen in Bewegungssteuerungssignale für jede Koordinatenachse der Werkzeugmaschine und weitere Steuersignale um. Das Antriebssystem steuert die Motoren entsprechend dieser Steuersignale an und bewegt die Koordinatenachsen der Werkzeugmaschine entlang der vorgegebenen Bahn und Geschwindigkeit. Gleichzeitig steuert es die Drehzahl der Spindel, den Vorschub des Schneidwerkzeugs und weitere Aktionen. Während des Bearbeitungsprozesses überwachen die Erkennungsgeräte den Bewegungszustand und die Bearbeitungsparameter der Werkzeugmaschine in Echtzeit und übermitteln die Rückmeldung an die CNC-Maschine. Das CNC-Gerät nimmt anhand der Rückmeldungen Echtzeitanpassungen und -korrekturen vor, um die Präzision und Qualität der Bearbeitung sicherzustellen. Schließlich schließt die Werkzeugmaschine die Bearbeitung des Teils automatisch gemäß den Programmanforderungen ab und erhält das fertige Teil, das den Anforderungen der Konstruktionszeichnung entspricht.
IV. Eigenschaften und Vorteile von CNC-Werkzeugmaschinen
Hohe Präzision: CNC-Werkzeugmaschinen erreichen durch die präzise Steuerung des CNC-Systems und hochpräziser Erfassungs- und Rückmeldegeräte Bearbeitungspräzisionen im Mikrometer- oder sogar Nanometerbereich. Beispielsweise können CNC-Werkzeugmaschinen bei der Bearbeitung von Triebwerksschaufeln die komplexen gekrümmten Oberflächen der Schaufeln präzise bearbeiten und so die Formpräzision und Oberflächenqualität der Schaufeln sicherstellen und so die Leistung und Zuverlässigkeit des Triebwerks verbessern.
Hohe Effizienz: CNC-Werkzeugmaschinen verfügen über einen relativ hohen Automatisierungsgrad und schnelle Reaktionszeiten. Dies ermöglicht Vorgänge wie Hochgeschwindigkeitsschneiden, Eilvorschub und automatischen Werkzeugwechsel und verkürzt die Bearbeitungszeit deutlich. Im Vergleich zu herkömmlichen Werkzeugmaschinen kann die Bearbeitungseffizienz um ein Vielfaches oder sogar Dutzende Male gesteigert werden. Beispielsweise können CNC-Werkzeugmaschinen in der Massenproduktion von Automobilteilen die Bearbeitung verschiedener komplexer Teile schnell abschließen, die Produktionseffizienz verbessern und die Anforderungen der Großserienproduktion in der Automobilindustrie erfüllen.
Hohe Flexibilität: CNC-Werkzeugmaschinen lassen sich durch Anpassung des CNC-Programms problemlos an die Bearbeitungsanforderungen verschiedener Teile anpassen, ohne dass komplexe Anpassungen der Werkzeugvorrichtungen oder Änderungen an der mechanischen Struktur der Werkzeugmaschine erforderlich sind. Dies ermöglicht Unternehmen, schnell auf Marktveränderungen zu reagieren und eine vielfältige Kleinserienproduktion zu realisieren. Beispielsweise können CNC-Werkzeugmaschinen im Formenbau die Bearbeitungsparameter und Werkzeugwege schnell an die Konstruktionsanforderungen verschiedener Formen anpassen und so Formteile unterschiedlicher Formen und Größen bearbeiten.
Hohe Bearbeitungskonsistenz: Da CNC-Werkzeugmaschinen nach voreingestelltem Programm arbeiten und die verschiedenen Parameter im Bearbeitungsprozess stabil bleiben, gewährleisten sie eine hohe Konstanz der Bearbeitungsqualität derselben Teilecharge. Dies ist von großer Bedeutung für die Verbesserung der Montagepräzision und der Gesamtleistung des Produkts. Beispielsweise können CNC-Werkzeugmaschinen bei der Bearbeitung von Präzisionsteilen elektronischer Produkte die gleiche Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität jedes Teils sicherstellen und so die Durchlaufquote und Zuverlässigkeit des Produkts verbessern.
Reduzierung der Arbeitsintensität: Der automatisierte Bearbeitungsprozess von CNC-Werkzeugmaschinen reduziert menschliche Eingriffe. Bediener müssen lediglich Programme eingeben, überwachen und einfache Be- und Entladevorgänge durchführen, was die Arbeitsintensität deutlich reduziert. Gleichzeitig werden Bearbeitungsfehler und Qualitätsprobleme durch menschliche Faktoren reduziert.
Hohe Präzision: CNC-Werkzeugmaschinen erreichen durch die präzise Steuerung des CNC-Systems und hochpräziser Erfassungs- und Rückmeldegeräte Bearbeitungspräzisionen im Mikrometer- oder sogar Nanometerbereich. Beispielsweise können CNC-Werkzeugmaschinen bei der Bearbeitung von Triebwerksschaufeln die komplexen gekrümmten Oberflächen der Schaufeln präzise bearbeiten und so die Formpräzision und Oberflächenqualität der Schaufeln sicherstellen und so die Leistung und Zuverlässigkeit des Triebwerks verbessern.
Hohe Effizienz: CNC-Werkzeugmaschinen verfügen über einen relativ hohen Automatisierungsgrad und schnelle Reaktionszeiten. Dies ermöglicht Vorgänge wie Hochgeschwindigkeitsschneiden, Eilvorschub und automatischen Werkzeugwechsel und verkürzt die Bearbeitungszeit deutlich. Im Vergleich zu herkömmlichen Werkzeugmaschinen kann die Bearbeitungseffizienz um ein Vielfaches oder sogar Dutzende Male gesteigert werden. Beispielsweise können CNC-Werkzeugmaschinen in der Massenproduktion von Automobilteilen die Bearbeitung verschiedener komplexer Teile schnell abschließen, die Produktionseffizienz verbessern und die Anforderungen der Großserienproduktion in der Automobilindustrie erfüllen.
Hohe Flexibilität: CNC-Werkzeugmaschinen lassen sich durch Anpassung des CNC-Programms problemlos an die Bearbeitungsanforderungen verschiedener Teile anpassen, ohne dass komplexe Anpassungen der Werkzeugvorrichtungen oder Änderungen an der mechanischen Struktur der Werkzeugmaschine erforderlich sind. Dies ermöglicht Unternehmen, schnell auf Marktveränderungen zu reagieren und eine vielfältige Kleinserienproduktion zu realisieren. Beispielsweise können CNC-Werkzeugmaschinen im Formenbau die Bearbeitungsparameter und Werkzeugwege schnell an die Konstruktionsanforderungen verschiedener Formen anpassen und so Formteile unterschiedlicher Formen und Größen bearbeiten.
Hohe Bearbeitungskonsistenz: Da CNC-Werkzeugmaschinen nach voreingestelltem Programm arbeiten und die verschiedenen Parameter im Bearbeitungsprozess stabil bleiben, gewährleisten sie eine hohe Konstanz der Bearbeitungsqualität derselben Teilecharge. Dies ist von großer Bedeutung für die Verbesserung der Montagepräzision und der Gesamtleistung des Produkts. Beispielsweise können CNC-Werkzeugmaschinen bei der Bearbeitung von Präzisionsteilen elektronischer Produkte die gleiche Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität jedes Teils sicherstellen und so die Durchlaufquote und Zuverlässigkeit des Produkts verbessern.
Reduzierung der Arbeitsintensität: Der automatisierte Bearbeitungsprozess von CNC-Werkzeugmaschinen reduziert menschliche Eingriffe. Bediener müssen lediglich Programme eingeben, überwachen und einfache Be- und Entladevorgänge durchführen, was die Arbeitsintensität deutlich reduziert. Gleichzeitig werden Bearbeitungsfehler und Qualitätsprobleme durch menschliche Faktoren reduziert.
V. Klassifizierung von CNC-Werkzeugmaschinen
Klassifizierung nach Prozessanwendung:
CNC-Werkzeugmaschinen für die Metallbearbeitung: CNC-Drehmaschinen, CNC-Fräsmaschinen, CNC-Bohrmaschinen, CNC-Bohrmaschinen, CNC-Schleifmaschinen, CNC-Zahnradbearbeitungsmaschinen usw. Sie werden hauptsächlich für die spanende Bearbeitung verschiedener Metallteile verwendet und können unterschiedliche Formmerkmale wie Ebenen, gekrümmte Oberflächen, Gewinde, Löcher und Zahnräder bearbeiten. CNC-Drehmaschinen werden beispielsweise hauptsächlich für die Drehbearbeitung von Wellen- und Scheibenteilen verwendet; CNC-Fräsmaschinen eignen sich für die Bearbeitung komplexer Formen von Ebenen und gekrümmten Oberflächen.
CNC-Werkzeugmaschinen für die Metallumformung: Dazu gehören CNC-Biegemaschinen, CNC-Pressen, CNC-Rohrbiegemaschinen usw. Sie werden hauptsächlich für die Umformbearbeitung von Blechen und Rohren wie Biege-, Stanz- und Biegeprozesse eingesetzt. In der Blechverarbeitungsindustrie kann eine CNC-Biegemaschine beispielsweise Bleche präzise nach dem eingestellten Winkel und der eingestellten Größe biegen und so Blechteile in verschiedenen Formen herstellen.
CNC-Spezialbearbeitungsmaschinen: Dazu gehören CNC-Erodiermaschinen, CNC-Drahtschneidemaschinen, CNC-Laserbearbeitungsmaschinen usw. Sie werden zur Bearbeitung von Teilen mit besonderen Material- oder Formanforderungen eingesetzt. Der Materialabtrag oder die Bearbeitung erfolgt durch spezielle Bearbeitungsverfahren wie Erodiermaschinen und Laserbestrahlung. Beispielsweise können CNC-Erodiermaschinen Formteile mit hoher Härte und Zähigkeit bearbeiten und sind daher im Formenbau von großer Bedeutung.
Andere Arten von CNC-Werkzeugmaschinen: Wie CNC-Messmaschinen, CNC-Zeichenmaschinen usw. Sie werden für Hilfsarbeiten wie Teilemessung, Erkennung und Zeichnen verwendet.
Klassifizierung nach Prozessanwendung:
CNC-Werkzeugmaschinen für die Metallbearbeitung: CNC-Drehmaschinen, CNC-Fräsmaschinen, CNC-Bohrmaschinen, CNC-Bohrmaschinen, CNC-Schleifmaschinen, CNC-Zahnradbearbeitungsmaschinen usw. Sie werden hauptsächlich für die spanende Bearbeitung verschiedener Metallteile verwendet und können unterschiedliche Formmerkmale wie Ebenen, gekrümmte Oberflächen, Gewinde, Löcher und Zahnräder bearbeiten. CNC-Drehmaschinen werden beispielsweise hauptsächlich für die Drehbearbeitung von Wellen- und Scheibenteilen verwendet; CNC-Fräsmaschinen eignen sich für die Bearbeitung komplexer Formen von Ebenen und gekrümmten Oberflächen.
CNC-Werkzeugmaschinen für die Metallumformung: Dazu gehören CNC-Biegemaschinen, CNC-Pressen, CNC-Rohrbiegemaschinen usw. Sie werden hauptsächlich für die Umformbearbeitung von Blechen und Rohren wie Biege-, Stanz- und Biegeprozesse eingesetzt. In der Blechverarbeitungsindustrie kann eine CNC-Biegemaschine beispielsweise Bleche präzise nach dem eingestellten Winkel und der eingestellten Größe biegen und so Blechteile in verschiedenen Formen herstellen.
CNC-Spezialbearbeitungsmaschinen: Dazu gehören CNC-Erodiermaschinen, CNC-Drahtschneidemaschinen, CNC-Laserbearbeitungsmaschinen usw. Sie werden zur Bearbeitung von Teilen mit besonderen Material- oder Formanforderungen eingesetzt. Der Materialabtrag oder die Bearbeitung erfolgt durch spezielle Bearbeitungsverfahren wie Erodiermaschinen und Laserbestrahlung. Beispielsweise können CNC-Erodiermaschinen Formteile mit hoher Härte und Zähigkeit bearbeiten und sind daher im Formenbau von großer Bedeutung.
Andere Arten von CNC-Werkzeugmaschinen: Wie CNC-Messmaschinen, CNC-Zeichenmaschinen usw. Sie werden für Hilfsarbeiten wie Teilemessung, Erkennung und Zeichnen verwendet.
Klassifizierung nach kontrollierter Bewegungsbahn:
CNC-Werkzeugmaschinen mit Punkt-zu-Punkt-Steuerung: Sie steuern lediglich die genaue Position des Schneidwerkzeugs von einem Punkt zum anderen, ohne die Bahn des Schneidwerkzeugs während der Bewegung zu berücksichtigen, wie beispielsweise CNC-Bohrmaschinen, CNC-Bohrmaschinen, CNC-Stanzmaschinen usw. Bei der Bearbeitung mit einer CNC-Bohrmaschine müssen lediglich die Positionskoordinaten des Lochs bestimmt werden, und das Schneidwerkzeug bewegt sich schnell zur angegebenen Position und führt dann den Bohrvorgang aus, ohne dass strenge Anforderungen an die Form der Bewegungsbahn gestellt werden.
CNC-Werkzeugmaschinen mit Linearsteuerung: Sie können nicht nur die Start- und Endpositionen des Schneidwerkzeugs oder des Arbeitstisches steuern, sondern auch die Geschwindigkeit und Flugbahn ihrer linearen Bewegung und sind in der Lage, gestufte Wellen, ebene Konturen usw. zu bearbeiten. Wenn eine CNC-Drehmaschine beispielsweise eine zylindrische oder konische Oberfläche dreht, muss sie das Schneidwerkzeug so steuern, dass es sich entlang einer geraden Linie bewegt, während die Genauigkeit der Bewegungsgeschwindigkeit und Flugbahn gewährleistet bleibt.
CNC-Werkzeugmaschinen mit Kontursteuerung: Sie können zwei oder mehr Koordinatenachsen gleichzeitig kontinuierlich steuern, sodass die Relativbewegung zwischen Schneidwerkzeug und Werkstück den Kurvenanforderungen der Teilekontur entspricht und verschiedene komplexe Kurven und gekrümmte Oberflächen bearbeitet werden können. Beispielsweise können CNC-Fräsmaschinen, Bearbeitungszentren und andere CNC-Werkzeugmaschinen mit mehrachsiger Simultanbearbeitung komplexe Freiformflächen in Luft- und Raumfahrtteilen, Hohlräumen von Automobilformen usw. bearbeiten.
CNC-Werkzeugmaschinen mit Punkt-zu-Punkt-Steuerung: Sie steuern lediglich die genaue Position des Schneidwerkzeugs von einem Punkt zum anderen, ohne die Bahn des Schneidwerkzeugs während der Bewegung zu berücksichtigen, wie beispielsweise CNC-Bohrmaschinen, CNC-Bohrmaschinen, CNC-Stanzmaschinen usw. Bei der Bearbeitung mit einer CNC-Bohrmaschine müssen lediglich die Positionskoordinaten des Lochs bestimmt werden, und das Schneidwerkzeug bewegt sich schnell zur angegebenen Position und führt dann den Bohrvorgang aus, ohne dass strenge Anforderungen an die Form der Bewegungsbahn gestellt werden.
CNC-Werkzeugmaschinen mit Linearsteuerung: Sie können nicht nur die Start- und Endpositionen des Schneidwerkzeugs oder des Arbeitstisches steuern, sondern auch die Geschwindigkeit und Flugbahn ihrer linearen Bewegung und sind in der Lage, gestufte Wellen, ebene Konturen usw. zu bearbeiten. Wenn eine CNC-Drehmaschine beispielsweise eine zylindrische oder konische Oberfläche dreht, muss sie das Schneidwerkzeug so steuern, dass es sich entlang einer geraden Linie bewegt, während die Genauigkeit der Bewegungsgeschwindigkeit und Flugbahn gewährleistet bleibt.
CNC-Werkzeugmaschinen mit Kontursteuerung: Sie können zwei oder mehr Koordinatenachsen gleichzeitig kontinuierlich steuern, sodass die Relativbewegung zwischen Schneidwerkzeug und Werkstück den Kurvenanforderungen der Teilekontur entspricht und verschiedene komplexe Kurven und gekrümmte Oberflächen bearbeitet werden können. Beispielsweise können CNC-Fräsmaschinen, Bearbeitungszentren und andere CNC-Werkzeugmaschinen mit mehrachsiger Simultanbearbeitung komplexe Freiformflächen in Luft- und Raumfahrtteilen, Hohlräumen von Automobilformen usw. bearbeiten.
Klassifizierung nach Eigenschaften der Antriebsgeräte:
CNC-Werkzeugmaschinen mit offener Regelung: Es gibt kein Rückmeldegerät zur Positionserkennung. Die vom CNC-System ausgegebenen Befehlssignale werden unidirektional an den Antrieb übertragen, um die Bewegung der Werkzeugmaschine zu steuern. Die Bearbeitungspräzision hängt hauptsächlich von der mechanischen Präzision der Werkzeugmaschine selbst und der Präzision des Antriebsmotors ab. Dieser Werkzeugmaschinentyp ist einfach aufgebaut, kostengünstig, hat aber eine relativ geringe Präzision und eignet sich für Anwendungen mit geringen Anforderungen an die Bearbeitungspräzision, wie z. B. einfache Lehr- und Trainingsgeräte oder die Grobbearbeitung von Teilen mit geringen Präzisionsanforderungen.
CNC-Werkzeugmaschinen mit geschlossenem Regelkreis: Am beweglichen Teil der Werkzeugmaschine ist ein Positionserkennungs-Feedbackgerät installiert, das die tatsächliche Bewegungsposition der Werkzeugmaschine in Echtzeit erfasst und die Ergebnisse an das CNC-System zurückmeldet. Das CNC-System vergleicht und berechnet die Rückkopplungsinformationen mit dem Befehlssignal, passt die Leistung des Antriebsgeräts an und ermöglicht so eine präzise Steuerung der Bewegung der Werkzeugmaschine. CNC-Werkzeugmaschinen mit geschlossenem Regelkreis zeichnen sich durch eine höhere Bearbeitungspräzision aus, haben jedoch eine komplexe Systemstruktur, hohe Kosten sowie eine aufwändige Fehlersuche und Wartung. Sie werden häufig in der Hochpräzisionsbearbeitung eingesetzt, beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt und im Präzisionsformenbau.
CNC-Werkzeugmaschinen mit halbgeschlossenem Regelkreis: Am Ende des Antriebsmotors oder der Spindel ist ein Positionsrückmeldegerät installiert, das den Drehwinkel bzw. die Verschiebung des Motors bzw. der Spindel erfasst und indirekt auf die Position des beweglichen Teils der Werkzeugmaschine schließt. Die Regelgenauigkeit liegt zwischen der eines offenen und eines geschlossenen Regelkreises. Dieser Werkzeugmaschinentyp zeichnet sich durch eine relativ einfache Struktur, moderate Kosten und eine einfache Fehlersuche aus und wird häufig in der mechanischen Bearbeitung eingesetzt.
CNC-Werkzeugmaschinen mit offener Regelung: Es gibt kein Rückmeldegerät zur Positionserkennung. Die vom CNC-System ausgegebenen Befehlssignale werden unidirektional an den Antrieb übertragen, um die Bewegung der Werkzeugmaschine zu steuern. Die Bearbeitungspräzision hängt hauptsächlich von der mechanischen Präzision der Werkzeugmaschine selbst und der Präzision des Antriebsmotors ab. Dieser Werkzeugmaschinentyp ist einfach aufgebaut, kostengünstig, hat aber eine relativ geringe Präzision und eignet sich für Anwendungen mit geringen Anforderungen an die Bearbeitungspräzision, wie z. B. einfache Lehr- und Trainingsgeräte oder die Grobbearbeitung von Teilen mit geringen Präzisionsanforderungen.
CNC-Werkzeugmaschinen mit geschlossenem Regelkreis: Am beweglichen Teil der Werkzeugmaschine ist ein Positionserkennungs-Feedbackgerät installiert, das die tatsächliche Bewegungsposition der Werkzeugmaschine in Echtzeit erfasst und die Ergebnisse an das CNC-System zurückmeldet. Das CNC-System vergleicht und berechnet die Rückkopplungsinformationen mit dem Befehlssignal, passt die Leistung des Antriebsgeräts an und ermöglicht so eine präzise Steuerung der Bewegung der Werkzeugmaschine. CNC-Werkzeugmaschinen mit geschlossenem Regelkreis zeichnen sich durch eine höhere Bearbeitungspräzision aus, haben jedoch eine komplexe Systemstruktur, hohe Kosten sowie eine aufwändige Fehlersuche und Wartung. Sie werden häufig in der Hochpräzisionsbearbeitung eingesetzt, beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt und im Präzisionsformenbau.
CNC-Werkzeugmaschinen mit halbgeschlossenem Regelkreis: Am Ende des Antriebsmotors oder der Spindel ist ein Positionsrückmeldegerät installiert, das den Drehwinkel bzw. die Verschiebung des Motors bzw. der Spindel erfasst und indirekt auf die Position des beweglichen Teils der Werkzeugmaschine schließt. Die Regelgenauigkeit liegt zwischen der eines offenen und eines geschlossenen Regelkreises. Dieser Werkzeugmaschinentyp zeichnet sich durch eine relativ einfache Struktur, moderate Kosten und eine einfache Fehlersuche aus und wird häufig in der mechanischen Bearbeitung eingesetzt.
VI. Anwendungen von CNC-Werkzeugmaschinen in der modernen Fertigung
Luft- und Raumfahrt: Bauteile für die Luft- und Raumfahrt zeichnen sich durch komplexe Formen, hohe Präzisionsanforderungen und schwer zu bearbeitende Materialien aus. Die hohe Präzision, Flexibilität und die Fähigkeit zur mehrachsigen Simultanbearbeitung machen CNC-Werkzeugmaschinen zu wichtigen Werkzeugen in der Luft- und Raumfahrtfertigung. Beispielsweise können Komponenten wie Schaufeln, Laufräder und Gehäuse von Flugzeugtriebwerken mit komplexen gekrümmten Oberflächen und Innenstrukturen mithilfe eines 5-achsigen Simultanbearbeitungszentrums präzise bearbeitet werden, was die Leistung und Zuverlässigkeit der Teile gewährleistet. Große Strukturkomponenten wie Flugzeugflügel und Rumpfrahmen können mit CNC-Portalfräsmaschinen und anderen Geräten bearbeitet werden, wobei die hohen Anforderungen an Präzision und Festigkeit erfüllt werden, was die Gesamtleistung und Sicherheit des Flugzeugs verbessert.
Automobilherstellung: Die Automobilindustrie zeichnet sich durch große Produktionsmengen und eine große Teilevielfalt aus. CNC-Werkzeugmaschinen spielen eine wichtige Rolle bei der Bearbeitung von Automobilteilen, beispielsweise bei der Bearbeitung von Schlüsselkomponenten wie Motorblöcken, Zylinderköpfen, Kurbelwellen und Nockenwellen sowie bei der Herstellung von Karosserieformen. CNC-Drehmaschinen, CNC-Fräsmaschinen und Bearbeitungszentren ermöglichen eine effiziente und hochpräzise Bearbeitung, die die Qualität und Konsistenz der Teile sicherstellt und die Montagepräzision sowie die Leistung des Automobils verbessert. Gleichzeitig erfüllen die flexiblen Bearbeitungsmöglichkeiten von CNC-Werkzeugmaschinen auch die Anforderungen der Mehrmodell- und Kleinserienproduktion in der Automobilindustrie und helfen Automobilunternehmen, schnell neue Modelle auf den Markt zu bringen und ihre Wettbewerbsfähigkeit am Markt zu verbessern.
Schiffbauindustrie: Im Schiffbau werden große Stahlbauteile wie Schiffsrumpfteile und Schiffspropeller bearbeitet. CNC-Schneidgeräte (wie CNC-Brennschneider, CNC-Plasmaschneider) können Stahlplatten präzise schneiden und so die Qualität und Maßgenauigkeit der Schnittkanten gewährleisten. CNC-Bohr- und Fräsmaschinen, CNC-Portalmaschinen usw. werden zur Bearbeitung von Komponenten wie dem Motorblock und dem Wellensystem von Schiffsmotoren sowie verschiedenen komplexen Strukturkomponenten von Schiffen eingesetzt. Dadurch werden die Bearbeitungseffizienz und -qualität verbessert und die Bauzeit von Schiffen verkürzt.
Bereich Formenbau: Formen sind grundlegende Prozessausrüstungen in der industriellen Produktion, und ihre Präzision und Qualität wirken sich direkt auf die Qualität und Produktionseffizienz des Produkts aus. CNC-Werkzeugmaschinen werden häufig in der Formenbearbeitung eingesetzt. Von der Grob- bis zur Feinbearbeitung von Formen können verschiedene Arten von CNC-Werkzeugmaschinen zum Einsatz kommen. Beispielsweise kann ein CNC-Bearbeitungszentrum mehrere Bearbeitungsschritte wie Fräsen, Bohren und Gewindeschneiden der Formkavität durchführen. CNC-Elektroerosionsmaschinen und CNC-Drahtschneidemaschinen werden verwendet, um einige speziell geformte und hochpräzise Teile der Form zu bearbeiten, wie z. B. schmale Rillen und scharfe Ecken. So können hochpräzise, komplex geformte Formen hergestellt werden, die den Anforderungen der Elektronik-, Haushaltsgeräte- und Automobilindustrie usw. gerecht werden.
Bereich Elektronische Information: Bei der Herstellung elektronischer Informationsprodukte werden CNC-Werkzeugmaschinen zur Bearbeitung verschiedener Präzisionsteile wie Handygehäusen, Computer-Motherboards, Chip-Verpackungsformen usw. eingesetzt. Ein CNC-Bearbeitungszentrum kann diese Teile mit hoher Geschwindigkeit und Präzision fräsen, bohren, gravieren usw. und so deren Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität sicherstellen sowie Leistung und Erscheinungsbild der elektronischen Produkte verbessern. Gleichzeitig wird mit der Entwicklung elektronischer Produkte hin zu Miniaturisierung, geringem Gewicht und hoher Leistung auch die Mikrobearbeitungstechnologie von CNC-Werkzeugmaschinen weit verbreitet eingesetzt. Sie ermöglicht die Bearbeitung kleiner Strukturen und Merkmale im Mikro- oder sogar Nanometerbereich.
Luft- und Raumfahrt: Bauteile für die Luft- und Raumfahrt zeichnen sich durch komplexe Formen, hohe Präzisionsanforderungen und schwer zu bearbeitende Materialien aus. Die hohe Präzision, Flexibilität und die Fähigkeit zur mehrachsigen Simultanbearbeitung machen CNC-Werkzeugmaschinen zu wichtigen Werkzeugen in der Luft- und Raumfahrtfertigung. Beispielsweise können Komponenten wie Schaufeln, Laufräder und Gehäuse von Flugzeugtriebwerken mit komplexen gekrümmten Oberflächen und Innenstrukturen mithilfe eines 5-achsigen Simultanbearbeitungszentrums präzise bearbeitet werden, was die Leistung und Zuverlässigkeit der Teile gewährleistet. Große Strukturkomponenten wie Flugzeugflügel und Rumpfrahmen können mit CNC-Portalfräsmaschinen und anderen Geräten bearbeitet werden, wobei die hohen Anforderungen an Präzision und Festigkeit erfüllt werden, was die Gesamtleistung und Sicherheit des Flugzeugs verbessert.
Automobilherstellung: Die Automobilindustrie zeichnet sich durch große Produktionsmengen und eine große Teilevielfalt aus. CNC-Werkzeugmaschinen spielen eine wichtige Rolle bei der Bearbeitung von Automobilteilen, beispielsweise bei der Bearbeitung von Schlüsselkomponenten wie Motorblöcken, Zylinderköpfen, Kurbelwellen und Nockenwellen sowie bei der Herstellung von Karosserieformen. CNC-Drehmaschinen, CNC-Fräsmaschinen und Bearbeitungszentren ermöglichen eine effiziente und hochpräzise Bearbeitung, die die Qualität und Konsistenz der Teile sicherstellt und die Montagepräzision sowie die Leistung des Automobils verbessert. Gleichzeitig erfüllen die flexiblen Bearbeitungsmöglichkeiten von CNC-Werkzeugmaschinen auch die Anforderungen der Mehrmodell- und Kleinserienproduktion in der Automobilindustrie und helfen Automobilunternehmen, schnell neue Modelle auf den Markt zu bringen und ihre Wettbewerbsfähigkeit am Markt zu verbessern.
Schiffbauindustrie: Im Schiffbau werden große Stahlbauteile wie Schiffsrumpfteile und Schiffspropeller bearbeitet. CNC-Schneidgeräte (wie CNC-Brennschneider, CNC-Plasmaschneider) können Stahlplatten präzise schneiden und so die Qualität und Maßgenauigkeit der Schnittkanten gewährleisten. CNC-Bohr- und Fräsmaschinen, CNC-Portalmaschinen usw. werden zur Bearbeitung von Komponenten wie dem Motorblock und dem Wellensystem von Schiffsmotoren sowie verschiedenen komplexen Strukturkomponenten von Schiffen eingesetzt. Dadurch werden die Bearbeitungseffizienz und -qualität verbessert und die Bauzeit von Schiffen verkürzt.
Bereich Formenbau: Formen sind grundlegende Prozessausrüstungen in der industriellen Produktion, und ihre Präzision und Qualität wirken sich direkt auf die Qualität und Produktionseffizienz des Produkts aus. CNC-Werkzeugmaschinen werden häufig in der Formenbearbeitung eingesetzt. Von der Grob- bis zur Feinbearbeitung von Formen können verschiedene Arten von CNC-Werkzeugmaschinen zum Einsatz kommen. Beispielsweise kann ein CNC-Bearbeitungszentrum mehrere Bearbeitungsschritte wie Fräsen, Bohren und Gewindeschneiden der Formkavität durchführen. CNC-Elektroerosionsmaschinen und CNC-Drahtschneidemaschinen werden verwendet, um einige speziell geformte und hochpräzise Teile der Form zu bearbeiten, wie z. B. schmale Rillen und scharfe Ecken. So können hochpräzise, komplex geformte Formen hergestellt werden, die den Anforderungen der Elektronik-, Haushaltsgeräte- und Automobilindustrie usw. gerecht werden.
Bereich Elektronische Information: Bei der Herstellung elektronischer Informationsprodukte werden CNC-Werkzeugmaschinen zur Bearbeitung verschiedener Präzisionsteile wie Handygehäusen, Computer-Motherboards, Chip-Verpackungsformen usw. eingesetzt. Ein CNC-Bearbeitungszentrum kann diese Teile mit hoher Geschwindigkeit und Präzision fräsen, bohren, gravieren usw. und so deren Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität sicherstellen sowie Leistung und Erscheinungsbild der elektronischen Produkte verbessern. Gleichzeitig wird mit der Entwicklung elektronischer Produkte hin zu Miniaturisierung, geringem Gewicht und hoher Leistung auch die Mikrobearbeitungstechnologie von CNC-Werkzeugmaschinen weit verbreitet eingesetzt. Sie ermöglicht die Bearbeitung kleiner Strukturen und Merkmale im Mikro- oder sogar Nanometerbereich.
VII. Entwicklungstrends bei CNC-Werkzeugmaschinen
Hohe Geschwindigkeit und hohe Präzision: Mit dem kontinuierlichen Fortschritt in Materialwissenschaft und Fertigungstechnologie werden CNC-Werkzeugmaschinen immer schneller und präziser. Der Einsatz neuer Schneidwerkstoffe und Beschichtungstechnologien sowie die Optimierung der Werkzeugmaschinenstruktur und fortschrittlicher Steuerungsalgorithmen werden die Hochgeschwindigkeits-Schneidleistung und die Bearbeitungspräzision von CNC-Werkzeugmaschinen weiter verbessern. Beispielsweise werden durch die Entwicklung schnellerer Spindelsysteme, präziserer Linearführungen und Kugelumlaufspindeln sowie durch den Einsatz hochpräziser Erkennungs- und Rückkopplungsgeräte und intelligenter Steuerungstechnologien Bearbeitungspräzisionen im Submikrometer- oder sogar Nanometerbereich erreicht, die den Anforderungen der Ultrapräzisionsbearbeitung gerecht werden.
Intelligentisierung: Zukünftige CNC-Werkzeugmaschinen werden über stärkere intelligente Funktionen verfügen. Durch den Einsatz von Technologien wie künstlicher Intelligenz, maschinellem Lernen und Big-Data-Analyse können CNC-Werkzeugmaschinen Funktionen wie automatische Programmierung, intelligente Prozessplanung, adaptive Steuerung, Fehlerdiagnose und vorausschauende Wartung erreichen. Beispielsweise kann die Werkzeugmaschine automatisch ein optimiertes CNC-Programm basierend auf dem dreidimensionalen Modell des Werkstücks generieren. Während des Bearbeitungsprozesses können die Schneidparameter automatisch an den in Echtzeit überwachten Bearbeitungszustand angepasst werden, um die Bearbeitungsqualität und -effizienz sicherzustellen. Durch die Analyse der Betriebsdaten der Werkzeugmaschine können mögliche Fehler im Voraus vorhergesagt und Wartungsarbeiten rechtzeitig durchgeführt werden. Dies reduziert Ausfallzeiten und verbessert die Zuverlässigkeit und Auslastung der Werkzeugmaschine.
Mehrachsige Simultan- und Verbundbearbeitung: Die Technologie der mehrachsigen Simultanbearbeitung wird sich weiterentwickeln. Immer mehr CNC-Werkzeugmaschinen werden über fünf- oder mehrachsige Simultanbearbeitungsfunktionen verfügen, um den Anforderungen der einmaligen Bearbeitung komplexer Teile gerecht zu werden. Gleichzeitig wird der Verbundgrad der Werkzeugmaschinen kontinuierlich steigen und mehrere Bearbeitungsprozesse wie Dreh-Fräs-Verbundbearbeitung, Fräs-Schleif-Verbundbearbeitung, additive Fertigung und subtraktive Fertigungsverbundbearbeitung usw. auf einer einzigen Werkzeugmaschine integrieren. Dies kann die Einspannzeiten von Teilen zwischen verschiedenen Werkzeugmaschinen reduzieren, die Bearbeitungspräzision und -effizienz verbessern, den Produktionszyklus verkürzen und die Produktionskosten senken. Beispielsweise kann ein Dreh-Fräs-Verbundbearbeitungszentrum Mehrprozessbearbeitungen wie Drehen, Fräsen, Bohren und Gewindeschneiden von Wellenteilen in einer einzigen Aufspannung durchführen und so die Bearbeitungspräzision und Oberflächenqualität des Teils verbessern.
Ökologisierung: Angesichts zunehmend strengerer Umweltschutzanforderungen wird bei CNC-Werkzeugmaschinen verstärkt auf die Anwendung umweltfreundlicher Fertigungstechnologien geachtet. Forschung, Entwicklung und Einsatz energiesparender Antriebssysteme, Kühl- und Schmiersysteme, Optimierung der Werkzeugmaschinenstruktur zur Reduzierung von Materialverbrauch und Energieverschwendung, Entwicklung umweltfreundlicher Kühlschmierstoffe und Schneidprozesse sowie Reduzierung von Lärm, Vibrationen und Abfallemissionen während des Bearbeitungsprozesses tragen zur nachhaltigen Entwicklung von CNC-Werkzeugmaschinen bei. Beispielsweise wird durch den Einsatz von Mikroschmiertechnologie oder Trockenschneidtechnologie der Kühlschmierstoffverbrauch reduziert und die Umweltverschmutzung verringert. Durch die Optimierung des Getriebe- und Steuerungssystems der Werkzeugmaschine wird die Energieeffizienz verbessert und der Energieverbrauch der Werkzeugmaschine gesenkt.
Vernetzung und Informatisierung: Mit der Entwicklung des industriellen Internets und des Internets der Dinge werden CNC-Werkzeugmaschinen eng mit externen Netzwerken verbunden und bilden ein intelligentes Fertigungsnetzwerk. Über das Netzwerk sind Fernüberwachung, Fernbetrieb, Ferndiagnose und -wartung der Werkzeugmaschine sowie eine nahtlose Integration mit dem Produktionsmanagementsystem, dem Produktdesignsystem, dem Supply-Chain-Managementsystem usw. des Unternehmens möglich, wodurch digitale Produktion und intelligente Fertigung ermöglicht werden. So können Unternehmensleiter beispielsweise den Betriebszustand, den Produktionsfortschritt und die Bearbeitungsqualität der Werkzeugmaschine per Mobiltelefon oder Computer überwachen und den Produktionsplan rechtzeitig anpassen. Werkzeugmaschinenhersteller können ihre verkauften Werkzeugmaschinen über das Netzwerk fernwarten und aktualisieren und so die Qualität und Effizienz des Kundendienstes verbessern.
Hohe Geschwindigkeit und hohe Präzision: Mit dem kontinuierlichen Fortschritt in Materialwissenschaft und Fertigungstechnologie werden CNC-Werkzeugmaschinen immer schneller und präziser. Der Einsatz neuer Schneidwerkstoffe und Beschichtungstechnologien sowie die Optimierung der Werkzeugmaschinenstruktur und fortschrittlicher Steuerungsalgorithmen werden die Hochgeschwindigkeits-Schneidleistung und die Bearbeitungspräzision von CNC-Werkzeugmaschinen weiter verbessern. Beispielsweise werden durch die Entwicklung schnellerer Spindelsysteme, präziserer Linearführungen und Kugelumlaufspindeln sowie durch den Einsatz hochpräziser Erkennungs- und Rückkopplungsgeräte und intelligenter Steuerungstechnologien Bearbeitungspräzisionen im Submikrometer- oder sogar Nanometerbereich erreicht, die den Anforderungen der Ultrapräzisionsbearbeitung gerecht werden.
Intelligentisierung: Zukünftige CNC-Werkzeugmaschinen werden über stärkere intelligente Funktionen verfügen. Durch den Einsatz von Technologien wie künstlicher Intelligenz, maschinellem Lernen und Big-Data-Analyse können CNC-Werkzeugmaschinen Funktionen wie automatische Programmierung, intelligente Prozessplanung, adaptive Steuerung, Fehlerdiagnose und vorausschauende Wartung erreichen. Beispielsweise kann die Werkzeugmaschine automatisch ein optimiertes CNC-Programm basierend auf dem dreidimensionalen Modell des Werkstücks generieren. Während des Bearbeitungsprozesses können die Schneidparameter automatisch an den in Echtzeit überwachten Bearbeitungszustand angepasst werden, um die Bearbeitungsqualität und -effizienz sicherzustellen. Durch die Analyse der Betriebsdaten der Werkzeugmaschine können mögliche Fehler im Voraus vorhergesagt und Wartungsarbeiten rechtzeitig durchgeführt werden. Dies reduziert Ausfallzeiten und verbessert die Zuverlässigkeit und Auslastung der Werkzeugmaschine.
Mehrachsige Simultan- und Verbundbearbeitung: Die Technologie der mehrachsigen Simultanbearbeitung wird sich weiterentwickeln. Immer mehr CNC-Werkzeugmaschinen werden über fünf- oder mehrachsige Simultanbearbeitungsfunktionen verfügen, um den Anforderungen der einmaligen Bearbeitung komplexer Teile gerecht zu werden. Gleichzeitig wird der Verbundgrad der Werkzeugmaschinen kontinuierlich steigen und mehrere Bearbeitungsprozesse wie Dreh-Fräs-Verbundbearbeitung, Fräs-Schleif-Verbundbearbeitung, additive Fertigung und subtraktive Fertigungsverbundbearbeitung usw. auf einer einzigen Werkzeugmaschine integrieren. Dies kann die Einspannzeiten von Teilen zwischen verschiedenen Werkzeugmaschinen reduzieren, die Bearbeitungspräzision und -effizienz verbessern, den Produktionszyklus verkürzen und die Produktionskosten senken. Beispielsweise kann ein Dreh-Fräs-Verbundbearbeitungszentrum Mehrprozessbearbeitungen wie Drehen, Fräsen, Bohren und Gewindeschneiden von Wellenteilen in einer einzigen Aufspannung durchführen und so die Bearbeitungspräzision und Oberflächenqualität des Teils verbessern.
Ökologisierung: Angesichts zunehmend strengerer Umweltschutzanforderungen wird bei CNC-Werkzeugmaschinen verstärkt auf die Anwendung umweltfreundlicher Fertigungstechnologien geachtet. Forschung, Entwicklung und Einsatz energiesparender Antriebssysteme, Kühl- und Schmiersysteme, Optimierung der Werkzeugmaschinenstruktur zur Reduzierung von Materialverbrauch und Energieverschwendung, Entwicklung umweltfreundlicher Kühlschmierstoffe und Schneidprozesse sowie Reduzierung von Lärm, Vibrationen und Abfallemissionen während des Bearbeitungsprozesses tragen zur nachhaltigen Entwicklung von CNC-Werkzeugmaschinen bei. Beispielsweise wird durch den Einsatz von Mikroschmiertechnologie oder Trockenschneidtechnologie der Kühlschmierstoffverbrauch reduziert und die Umweltverschmutzung verringert. Durch die Optimierung des Getriebe- und Steuerungssystems der Werkzeugmaschine wird die Energieeffizienz verbessert und der Energieverbrauch der Werkzeugmaschine gesenkt.
Vernetzung und Informatisierung: Mit der Entwicklung des industriellen Internets und des Internets der Dinge werden CNC-Werkzeugmaschinen eng mit externen Netzwerken verbunden und bilden ein intelligentes Fertigungsnetzwerk. Über das Netzwerk sind Fernüberwachung, Fernbetrieb, Ferndiagnose und -wartung der Werkzeugmaschine sowie eine nahtlose Integration mit dem Produktionsmanagementsystem, dem Produktdesignsystem, dem Supply-Chain-Managementsystem usw. des Unternehmens möglich, wodurch digitale Produktion und intelligente Fertigung ermöglicht werden. So können Unternehmensleiter beispielsweise den Betriebszustand, den Produktionsfortschritt und die Bearbeitungsqualität der Werkzeugmaschine per Mobiltelefon oder Computer überwachen und den Produktionsplan rechtzeitig anpassen. Werkzeugmaschinenhersteller können ihre verkauften Werkzeugmaschinen über das Netzwerk fernwarten und aktualisieren und so die Qualität und Effizienz des Kundendienstes verbessern.
VIII. Fazit
CNC-Werkzeugmaschinen gelten als Kernausrüstung der modernen mechanischen Bearbeitung und werden mit ihren herausragenden Eigenschaften wie hoher Präzision, hoher Effizienz und hoher Flexibilität in zahlreichen Bereichen wie der Luft- und Raumfahrt, dem Automobilbau, dem Schiffbau, der Formenbearbeitung und der elektronischen Informationsverarbeitung eingesetzt. Mit dem kontinuierlichen Fortschritt von Wissenschaft und Technologie entwickeln sich CNC-Werkzeugmaschinen immer schneller, präziser, intelligenter, simultaner und zusammengesetzter Mehrachsenbearbeitung, umweltfreundlicher, vernetzter und informatisierter Maschinen usw. CNC-Werkzeugmaschinen werden auch in Zukunft die Entwicklung der mechanischen Fertigungstechnologie anführen und eine immer wichtigere Rolle bei der Transformation und Modernisierung der Fertigungsindustrie sowie der Verbesserung der industriellen Wettbewerbsfähigkeit Chinas spielen. Unternehmen sollten die Entwicklungstrends von CNC-Werkzeugmaschinen aktiv verfolgen, ihre technologische Forschung und Entwicklung sowie die Talentförderung intensivieren, die Vorteile von CNC-Werkzeugmaschinen voll ausschöpfen, ihr eigenes Produktions- und Fertigungsniveau sowie ihre Innovationsfähigkeit verbessern und im harten Marktwettbewerb unbesiegbar bleiben.
CNC-Werkzeugmaschinen gelten als Kernausrüstung der modernen mechanischen Bearbeitung und werden mit ihren herausragenden Eigenschaften wie hoher Präzision, hoher Effizienz und hoher Flexibilität in zahlreichen Bereichen wie der Luft- und Raumfahrt, dem Automobilbau, dem Schiffbau, der Formenbearbeitung und der elektronischen Informationsverarbeitung eingesetzt. Mit dem kontinuierlichen Fortschritt von Wissenschaft und Technologie entwickeln sich CNC-Werkzeugmaschinen immer schneller, präziser, intelligenter, simultaner und zusammengesetzter Mehrachsenbearbeitung, umweltfreundlicher, vernetzter und informatisierter Maschinen usw. CNC-Werkzeugmaschinen werden auch in Zukunft die Entwicklung der mechanischen Fertigungstechnologie anführen und eine immer wichtigere Rolle bei der Transformation und Modernisierung der Fertigungsindustrie sowie der Verbesserung der industriellen Wettbewerbsfähigkeit Chinas spielen. Unternehmen sollten die Entwicklungstrends von CNC-Werkzeugmaschinen aktiv verfolgen, ihre technologische Forschung und Entwicklung sowie die Talentförderung intensivieren, die Vorteile von CNC-Werkzeugmaschinen voll ausschöpfen, ihr eigenes Produktions- und Fertigungsniveau sowie ihre Innovationsfähigkeit verbessern und im harten Marktwettbewerb unbesiegbar bleiben.