CNC 시스템 기술의 급속한 발전은 CNC 공작기계의 기술 발전을 위한 토대를 마련했습니다. 시장의 요구를 충족하고 현대 제조 기술의 CNC 기술에 대한 더욱 높은 요구 사항을 충족하기 위해, 세계 CNC 기술과 장비의 현재 발전은 주로 다음과 같은 기술적 특성에 반영됩니다.
1. 고속
의 개발CNC 공작 기계고속 가공은 가공 효율을 크게 향상시키고 가공 비용을 절감할 뿐만 아니라, 부품의 표면 가공 품질과 정확도를 향상시킵니다. 초고속 가공 기술은 제조 산업에서 저비용 생산을 달성하는 데 폭넓게 적용될 수 있습니다.
1990년대 이후 유럽, 미국, 일본 등 선진국들은 차세대 고속 CNC 공작기계 개발 및 적용을 위해 경쟁하며 공작기계의 고속화 추세를 가속화하고 있습니다. 고속 스핀들 유닛(전기 스핀들, 속도 15,000~100,000r/min), 고속 및 고가감속 이송 모션 구성 요소(빠른 이동 속도 60~120m/min, 절삭 이송 속도 최대 60m/min), 고성능 CNC 및 서보 시스템, CNC 공구 시스템에서 새로운 돌파구가 마련되어 새로운 기술 수준에 도달했습니다. 초고속 절삭 메커니즘, 초경 내마모성 장수명 공구 소재 및 연마 연삭 공구, 고출력 고속 전기 스핀들, 고가감속 리니어 모터 구동 이송 구성 요소, 고성능 제어 시스템(모니터링 시스템 포함), 보호 장치 등 일련의 기술 분야에서 핵심 기술이 해결됨에 따라 차세대 고속 CNC 공작기계의 개발 및 적용을 위한 기술적 기반이 마련되었습니다.
현재 초고속 가공에서 선삭 및 밀링의 절삭 속도는 5000-8000m/min 이상에 도달했습니다. 스핀들 속도는 30000rpm 이상(일부는 최대 100000rpm까지 도달 가능)입니다. 작업대의 이동 속도(이송 속도): 1마이크로미터의 분해능에서 100m/min 이상(일부는 최대 200m/min), 0.1마이크로미터의 분해능에서 24m/min 이상입니다. 1초 이내에 자동 공구 교환 속도가 가능합니다. 작은 선 보간의 이송 속도는 12m/min에 이릅니다.
2. 높은 정밀도
의 개발CNC 공작 기계정밀 가공에서 초정밀 가공으로의 전환은 전 세계 산업 강국들이 지향하는 방향입니다. 그 정밀도는 마이크로미터 수준에서 서브미크론 수준, 심지어 나노미터 수준(<10nm)까지 이르며, 그 적용 범위는 점점 더 넓어지고 있습니다.
현재 고정밀 가공에 대한 요구에 따라 일반 CNC 공작 기계의 가공 정확도는 ± 10μm 증가에서 ± 5μM로 증가했습니다. 정밀 가공 센터의 가공 정확도는 ± 3 ~ 5μm 범위입니다. ± 1-1.5μm로 증가합니다. 더 높습니다. 초정밀 가공 정확도는 나노미터 수준(0.001마이크로미터)에 진입했으며 스핀들 회전 정확도는 0.01~0.05마이크로미터에 도달해야 하며 가공 진원도는 0.1마이크로미터, 가공 표면 거칠기 Ra=0.003마이크로미터입니다. 이러한 공작 기계는 일반적으로 벡터 제어 가변 주파수 구동 전기 스핀들(모터 및 스핀들과 통합)을 사용하여 스핀들의 반경 방향 런아웃은 2µm 미만, 축 방향 변위는 1µm 미만, 축 불균형은 G0.4 수준에 도달합니다.
고속·고정밀 가공 공작기계의 이송 구동 장치는 크게 "정밀 고속 볼스크류를 사용한 회전 서보 모터"와 "리니어 모터 직접 구동" 두 가지 유형으로 나뉩니다. 또한, 새롭게 등장하는 병렬 공작기계도 고속 이송을 쉽게 구현할 수 있습니다.
볼스크류는 그 기술력이 성숙되고 널리 적용됨에 따라 높은 정밀도(ISO3408 레벨 1)를 달성할 뿐만 아니라 고속 가공 비용도 상대적으로 저렴합니다. 따라서 오늘날까지도 많은 고속 가공 기계에 사용되고 있습니다. 현재 볼스크류로 구동되는 고속 가공 기계의 최대 이동 속도는 90m/min이며, 가속도는 1.5g입니다.
볼 스크류는 기계식 동력 전달 장치에 속하며, 전달 과정에서 탄성 변형, 마찰, 역방향 클리어런스가 불가피하게 발생하여 운동 히스테리시스 및 기타 비선형 오차를 발생시킵니다. 이러한 오차가 가공 정밀도에 미치는 영향을 제거하기 위해 1993년 리니어 모터 직접 구동 방식이 공작 기계에 적용되었습니다. 중간 링크가 없는 "제로 변속기" 방식이므로 운동 관성이 작고 시스템 강성이 높으며 응답 속도가 빠릅니다. 고속 및 가속도 구현이 가능하며, 스트로크 길이에 이론적으로 제한이 없습니다. 고정밀 위치 피드백 시스템의 작용으로 위치 결정 정밀도가 높은 수준에 도달할 수 있어 고속 및 고정밀 가공 공작 기계, 특히 중대형 공작 기계에 이상적인 구동 방식입니다. 현재 리니어 모터를 사용하는 고속 및 고정밀 가공 기계의 최대 이동 속도는 2g의 가속도로 208m/min에 달하며, 여전히 발전 가능성이 있습니다.
3. 높은 신뢰성
네트워크화된 응용 프로그램의 개발로CNC 공작 기계, CNC 공작 기계의 높은 신뢰성은 CNC 시스템 제조업체와 CNC 공작 기계 제조업체가 추구하는 목표가 되었습니다. 하루 2교대로 일하는 무인 공장의 경우, 16시간 이내에 P(t)=99% 이상의 고장 없는 비율로 연속적으로 정상적으로 작업해야 하는 경우, CNC 공작 기계의 평균 고장 간격(MTBF)은 3000시간보다 커야 합니다. 단 하나의 CNC 공작 기계에 대해 호스트와 CNC 시스템 간의 고장률 비율은 10:1입니다(CNC의 신뢰성은 호스트보다 한 자릿수 더 높습니다). 이 시점에서 CNC 시스템의 MTBF는 33333.3시간보다 커야 하고, CNC 장치, 스핀들 및 드라이브의 MTBF는 100000시간보다 커야 합니다.
현재 해외 CNC 장비의 MTBF는 6,000시간을 넘었고, 구동 장치는 3만 시간을 넘었습니다. 하지만 이상적인 목표와는 여전히 차이가 있음을 알 수 있습니다.
4. 복리
부품 가공 과정에서는 공작물 취급, 적재 및 하역, 설치 및 조정, 공구 교환, 스핀들 속도 조절 등 많은 불필요한 시간이 소모됩니다. 이러한 불필요한 시간을 최소화하기 위해 사람들은 동일한 공작 기계에 여러 가공 기능을 통합하고자 합니다. 따라서 복합 기능 공작 기계는 최근 몇 년 동안 빠르게 발전하는 모델이 되었습니다.
유연 제조 분야에서 공작기계 복합 가공이란 공작기계가 공작물을 한 번에 클램핑한 후 CNC 가공 프로그램에 따라 동일하거나 다른 유형의 가공 방법을 사용하여 선삭, 밀링, 드릴링, 보링, 연삭, 태핑, 리밍, 복잡한 형상 부품의 확장 등 다양한 가공 공정을 자동으로 수행하는 능력을 의미합니다. 프리즘 부품의 경우, 머시닝 센터는 동일한 가공 방법을 사용하여 다중 공정 복합 가공을 수행하는 가장 일반적인 공작기계입니다. 공작기계 복합 가공은 가공 정확도와 효율성을 향상시키고, 공간을 절약하며, 특히 부품의 가공 주기를 단축할 수 있음이 입증되었습니다.
5. 다축화
5축 연동 CNC 시스템과 프로그래밍 소프트웨어의 보급으로 5축 연동 제어 머시닝 센터와 CNC 밀링 머신(수직 머시닝 센터)이 최근 주요 개발 분야로 떠오르고 있습니다. 자유 표면 가공 시 볼 엔드 밀링 커터의 CNC 프로그래밍에서 5축 연동 제어가 간편하고, 3D 표면 밀링 공정 중 볼 엔드 밀링 커터의 절삭 속도를 적정 수준으로 유지할 수 있기 때문에 가공 표면의 거칠기가 크게 개선되고 가공 효율이 크게 향상됩니다. 그러나 3축 연동 제어 공작 기계에서는 절삭 속도가 0에 가까운 볼 엔드 밀링 커터의 끝이 절삭에 참여하는 것을 피할 수 없습니다. 따라서 5축 연동 공작 기계는 대체할 수 없는 성능적 이점으로 인해 주요 공작 기계 제조업체들 사이에서 활발한 개발 및 경쟁의 초점이 되었습니다.
최근 해외에서는 머시닝센터에서 비회전 절삭 공구를 이용한 6축 연동 제어를 연구하고 있습니다. 가공 형상에 제한이 없고 절삭 깊이도 매우 얇을 수 있지만, 가공 효율이 너무 낮아 실용화에 어려움이 있습니다.
6. 지능
지능은 21세기 제조 기술 발전의 주요 방향입니다. 지능형 가공은 신경망 제어, 퍼지 제어, 디지털 네트워크 기술 및 이론을 기반으로 하는 가공 유형입니다. 가공 과정에서 인간 전문가의 지능적인 활동을 시뮬레이션하여 수동 개입이 필요한 여러 불확실한 문제를 해결하는 것을 목표로 합니다. 지능의 내용은 CNC 시스템의 다양한 측면을 포함합니다.
적응형 제어, 공정 매개변수의 자동 생성 등 지능형 처리 효율성과 품질을 추구합니다.
주행 성능을 개선하고 피드포워드 제어, 모터 매개변수의 적응형 계산, 부하의 자동 식별, 모델의 자동 선택, 셀프 튜닝 등과 같은 지능형 연결을 용이하게 합니다.
간소화된 프로그래밍 및 지능형 운영(지능형 자동 프로그래밍, 지능형 인간-기계 인터페이스 등)
지능형 진단 및 모니터링을 통해 시스템 진단 및 유지관리가 용이해집니다.
세계적으로 많은 지능형 절삭 및 가공 시스템이 연구되고 있으며, 그 중 일본 지능형 CNC 장치 연구 협회의 드릴링용 지능형 가공 솔루션이 대표적인 예입니다.
7. 네트워킹
공작기계의 네트워크 제어는 주로 공작기계와 기타 외부 제어 시스템 또는 상위 컴퓨터 간의 네트워크 연결 및 제어를 의미하며, CNC 시스템을 통해 이루어집니다. CNC 공작기계는 일반적으로 먼저 생산 현장 및 기업 내부 LAN에 접속한 후, 인터넷을 통해 기업 외부와 연결되는데, 이를 인터넷/인트라넷 기술이라고 합니다.
네트워크 기술의 성숙과 발전에 따라 최근 업계에서는 디지털 제조라는 개념이 제시되었습니다. "e-manufacturing"으로도 알려진 디지털 제조는 기계 제조 기업의 현대화를 상징하는 요소 중 하나이며, 오늘날 국제적인 첨단 공작기계 제조업체의 표준 공급 방식입니다. 정보 기술의 광범위한 도입으로 인해 점점 더 많은 국내 사용자가 CNC 공작기계 수입 시 원격 통신 서비스 및 기타 기능을 필요로 합니다. CAD/CAM의 광범위한 도입을 바탕으로 기계 제조 기업은 CNC 가공 장비를 점점 더 많이 사용하고 있습니다. CNC 응용 소프트웨어는 점점 더 풍부하고 사용자 친화적으로 변하고 있습니다. 엔지니어링 및 기술 인력은 가상 설계, 가상 제조 및 기타 기술을 점점 더 적극적으로 활용하고 있습니다. 복잡한 하드웨어를 소프트웨어 인텔리전스로 대체하는 것은 현대 공작기계 개발의 중요한 추세가 되고 있습니다. 디지털 제조라는 목표 아래 프로세스 리엔지니어링 및 정보 기술 혁신을 통해 ERP와 같은 다양한 첨단 기업 관리 소프트웨어가 등장하여 기업에 더 큰 경제적 이익을 창출하고 있습니다.
8. 유연성
CNC 공작기계의 유연한 자동화 시스템 추세는 지점(CNC 단일 기계, 머시닝 센터, CNC 복합 가공기), 라인(FMC, FMS, FTL, FML)에서 표면(독립 제조 섬, FA), 차체(CIMS, 분산 네트워크 통합 제조 시스템)로 발전하는 반면, 응용 및 경제성에 중점을 둡니다. 유연한 자동화 기술은 제조 산업이 역동적인 시장 수요에 적응하고 제품을 빠르게 업데이트하는 주요 수단입니다. 이는 다양한 국가의 제조 개발의 주류 추세이며 선진 제조 분야의 기본 기술입니다. 시스템의 신뢰성과 실용성을 향상시키는 데 중점을 두고 쉬운 네트워킹 및 통합을 목표로 합니다. 단위 기술의 개발 및 개선을 강조합니다. CNC 단일 기계는 고정밀, 고속 및 높은 유연성을 향해 발전하고 있습니다. CNC 공작기계와 유연한 제조 시스템은 CAD, CAM, CAPP, MTS와 쉽게 연결될 수 있으며 정보 통합을 향해 발전합니다. 네트워크 시스템은 개방성, 통합 및 지능성을 향해 발전합니다.
9. 녹색화
21세기 금속 절삭 공작 기계는 환경 보호와 에너지 절약, 즉 절삭 공정의 친환경화를 우선시해야 합니다. 현재 이 친환경 가공 기술은 절삭유를 사용하지 않는 데 중점을 두고 있는데, 이는 절삭유가 환경을 오염시키고 작업자의 건강을 위협할 뿐만 아니라 자원과 에너지 소비를 증가시키기 때문입니다. 건식 절삭은 일반적으로 대기 분위기에서 수행되지만 절삭유를 사용하지 않는 특수 가스 분위기(질소, 냉기 또는 건식 정전 냉각 기술 사용)에서 절삭하는 것도 포함됩니다. 그러나 특정 가공 방법 및 공작물 조합의 경우 절삭유를 사용하지 않는 건식 절삭은 현재 실제로 적용하기 어렵기 때문에 최소 윤활을 사용한 준건식 절삭(MQL)이 등장했습니다. 현재 유럽의 대규모 기계 가공의 10~15%가 건식 및 준건식 절삭을 사용합니다. 다양한 가공 방법/공작물 조합을 위해 설계된 머시닝 센터와 같은 공작기계의 경우, 준건식 절삭이 주로 사용됩니다. 준건식 절삭은 일반적으로 기계 스핀들과 공구 내부의 중공 채널을 통해 절삭 영역에 극소량의 절삭유와 압축 공기를 혼합하여 분사하는 방식입니다. 다양한 금속 절삭 기계 중에서 기어 호빙 머신이 건식 절삭에 가장 많이 사용됩니다.
요컨대, CNC 공작기계 기술의 진보와 발전은 현대 제조업 발전에 유리한 조건을 제공함으로써 제조업이 더욱 인간적인 방향으로 발전하도록 촉진했습니다. CNC 공작기계 기술의 발전과 CNC 공작기계의 광범위한 적용을 통해 제조업은 기존 제조 모델을 뒤흔드는 중대한 혁명을 맞이할 것으로 예상됩니다.