Kai pjūvis metalu tik pradėjo rimtai plisti, viskas sukosi aplink rankinius staklius, kuriais valdė patyrę staklių operatoriai, praleidę metus mokdamiesi savo amato. Visa operacija reikalavo daug rankų darbo ir, nuoširdžiai kalbant, buvo gan klaidų linkusi, nes viskas priklausė nuo žmogaus įgūdžių. 1940-aisiais, kai pasirodė skaitmeninio valdymo technologija, viskas dramatiškai pasikeitė – buvo naudojamos perforuotos kortelės mašinų programavimui, tai buvo pirmoji automatizacijos forma, kurią žmonės išvis matė. Pažengę į priekį iki 70-ųjų, mikroprocesoriai visiškai revoliucionizavo galimas galimybes. Netrukdyta atsirado skaitmeninio valdymo staklių sistemos, arba CNC, kaip jos dažnai vadinamos šiandien. Šios naujos sistemos galėjo apdoroti labai sudėtingas formas ir pjūvius su nuostabia tikslumu, kuris anksčiau buvo nepasiekiamas. Gamintojai beveik iš karto pastebėjo realius pagerinimus – kai kurios dirbtuvės pranešė, kad gamybos laikas sutrumpėjo maždaug dviem trečdaliais lyginant su senesnėmis metodais, be to, gerokai pagerėjo vienodumas tarp partijų.
Tarp svarbių pasiekimų verta paminėti Whirlwind mašiną, sukurtą MIT 1952 metais, kuri laikoma pirmąja tikra NC sistema, o vėliau – svarbų proveržį 1976 metais, kai pasirodė CAD/CAM programinė įranga, kuri labai palengvino perėjimą nuo dizaino prie faktinės gamybos. Pažengę į priekį iki 90-ųjų, pasirodė daugiakanalės CNC mašinos. Jos galėjo vienu metu apdoroti labai sudėtingas dalis, naudojamas aviacijos pramonėje, todėl sutaupė laiko ir sumažino klaidas. Šiandien modernios 5 ašių CNC sistemos gali pasiekti tikslumą iki plius arba minus 0,001 mm. Tai yra net penkiolika kartų geriau nei tai buvo įmanoma pasiekti 80-aisiais, todėl gamybos procesai tampa tikslūs ir efektyvesni daugelyje pramonės šakų.
Skaitmeninio valdymo (CNC) technologija iš esmės pakeitė senąsias rankinio maršrutų koregavimo priemones, įdiegiant vadinamąją algoritmų tikslumą. Tai leido įmonėms dirbti be pertraukų ir gaminti labai tiksliai detales, tokias kaip reaktyvinių variklių turbinų mentelės ir sudėtingos medicininės įterpimo priemonės, kurios turi idealiai tikti į žmogaus kūną. Automobilių gamintojai nurodo, kad šiuolaikinėmis CNC frezavimo mašinomis galima pagaminti variklio blokus maždaug per pusę laiko, nei naudojant senąsias gręžimo mašinas, kurios buvo naudojamos prieš dešimtmečius. Tikras pokyčių sukėlėjas yra tokios funkcijos kaip automatinis įrankių keitiklis ir įmontuotos aušinimo sistemos, kurios yra daugelyje šiuolaikinių įmonių. Šie patobulinimai reiškia, kad klaidų apdirbimo procese sumažėjo dramatiškai – maždaug 90 procentų srityse, kur tikslūs matavimai yra svarbiausi, ypač aviacijos gamyboje ir dantų protezavimo gamyboje.
Šiuolaikinės daugiapakopės CNC sistemos gali pasiekti apie 0,005 mm tikslumą, todėl atsiveria gamybos galimybės sudėtingiems formoms, kurios anksčiau reikalavo 3D spausdinimo technologijų. Skirtumas tarp standartinių trijų ašių mašinų ir šių pažengusių penkių ašių konfigūracijų yra gana reikšmingas. Veikiant penkioms ašims kartu (X, Y, Z ašys bei A ir B sukiojimasis), nereikia sustoti ir rankiniu būdu koreguoti detalių apdirbimo metu. Paruošimo laikas taip pat žymiai sumažėja – daugelis įmonių nurodo, kad paruošimo darbus sumažino beveik dviem trečdaliais gaminant tokias prekes kaip lėktuvų variklių turbinų mentis ar ortopedinės chirurgijos pritaikytus implantatus.
Pagal prieš metus žurnale Nature paskelbtus tyrimus, penkių ašių CNC staklės gali sumažinti gamybos laiką maždaug 40 procentų, kai dirbama su sunkiomis titano detalėmis, naudojamomis lėktuvų gamyboje, lyginant su tradicinėmis trijų ašių sistemomis. Tikrai įspūdinga yra tai, kaip šios staklės daro aukšto greičio operacijas. Kai kurios modelių pjovimo įrankiai sukasi iki penkiasdešimt tūkstančių apsukimų per minutę ir vis tiek išlaiko matmenų tikslumą penkių mikronų ribose ar mažiau, net judant per kietą plieną milžinišku greičiu – penkiolika šimtų metrų per minutę. Toks našumas yra svarbus elektromotorių korpusų gamyboje, ypač kad gamintojams reikia dirbti su jautriomis aliuminio sienomis, kurios tiesiogine prasme negali pakęsti jokio virpesio per apdirbimo procesus.
Trys inovacijos skatina CNC įrankių įrangos tobulinimą:
Kai šie įrankiai naudojami kartu su adaptacinėmis valdymo sistemomis, jie užtikrina neputrūptą 72 valandų gamybos ciklą formų ir įrankių gamyboje, išlaikant ±0,0025 mm tikslumą
Šiuolaikinės CNC sistemos integruoja Industrijos 4.0 principus, derindamos IoT ryšius su dirbtinio intelekto valdoma sprendimų priėmimu. Vienos pirminių automatizacijos sprendimų teikėjo platforma su dirbtiniu intelektu leidžia be pertraukimų integruoti robotus per realaus laiko duomenų apdorojimą, sumažinant rankinį įsikišimą 60% ir gerinant nuoseklumą metalo apdirbimo operacijose
IoT jutikliai, integruoti į CNC stakles, stebi vibraciją, temperatūrą ir įrankių nubrozdinimus, perduodami duomenis į centralizuotus skydelius. Šie sistemos sumažina nenuspėjamą prastovą 30 % dėl prognozuojamų įspėjimų. Pavyzdžiui, titano apdirbimo metu temperatūros svyravimai aktyvuoja automatinį aušinimo reguliavimą per 0,5 sekundės, išlaikant matmenų stabilumą.
Pažengę analizės platformos apdoroja milžiniškus operacinius duomenų rinkinius, kad prognozuotų priežiūros poreikius. Prognozuojami algoritmai sumažina staklių prastovą 45 % lyginant su tradicine planuota aptarnavimu ir pratęsia įrankių gyvavimo laiką 22 % didelio našumo aplinkose dėl optimizuotų keitimo ciklų.
Giliausio mokymosi modeliai analizuoja istorinius apdirbimo duomenis, kad sukurtų efektyvias įrankių trajektorijas, mažinančias medžiagos atliekas. Vienas automobilių gamintojas, diegdamas adaptacines trajektorijų sprendimus, pasiekė 18 % greitesnio ciklo laiką aliuminio variklio komponentams.
Neuroninių tinklų valdomos kompiuterinės regos sistemos tikrina apdirbtas dalis su mikronų tikslumu. Pagal Pasaulio ekonomikos forumo duomenis, dirbtinio intelekto valdomos kokybės kontrolės sistemos aptinka 98 % paviršiaus anomalijų aviacijos komponentuose, sumažindamos papildomą apdirbimą 75 %.
Savęs optimizuojančios CNC sistemos per operaciją koreguoja pjaustymo parametrus remiantis jutiklių informacija. Apdirbant nerūdijantį plieną, uždarosios kilpos valdymas palaiko ±0,001 colio tikslumą nepaisant medžiagos kietumo svyravimų, pasiekiant 99,8 % pirmojo bandymo naudingumo rodiklį.
Aviacijos gamybos srityje CNC technologijos svarbiai prisideda kuriant sudėtingas dalis, kurios naudojamos reaktyviniuose varikliuose ir turbinose, kai reikia tikslumo iki mikronų. Daugelis įmonių šioje srityje šiuo metu labai pasikliauja 5 ašių CNC staklėmis, gaminant kritiškai svarbias skrydžio dalis, kurios privalo atitikti FAA inspekcijos reikalavimus ir AS9100 kokybės standartus. Apie trys ketvirtadaliai aviacijos kompanijų jau yra pereinamosios prie šių pažengusių sistemų. Kodėl tai yra svarbu? Na, šiuolaikiniai lėktuvų dizainai reikalauja dirbti su tvirtomis medžiagomis, tokiose kaip titanas ir Inconel, kurios gali būti apdirbamos labai tiksliai – tikslumu nuo plius arba minus 0.0001 colio. Toks tikslumas nėra tik dėl atitikimo specifikacijoms – jis faktiškai padeda sumažinti kuro suvartojimą, kas yra vis svarbiau, kai avialinijos ieško būdų sumažinti išlaidas ir mažinti poveikį aplinkai.
Automobilių gamintojai naudoja greitaeigius CNC sistemas, kad masiškai gamintų variklio blokus, pavarų dėžių korpusus ir EV baterijų komponentus – daugiau nei 500 detalių per valandą, išlaikant 99,98 % matmenų nuoseklumą. Toks mastelio pritaikymas sumažina prototipų kūrimo išlaidas 40 %, tuo pačiu užtikrinant regioninį pritaikymą.
Kompiuterinio skaitmeninio valdymo (CNC) mašinos gali gaminti JAV maisto ir vaistų administracijos (FDA) patvirtintus chirurginius įrankius ir implantų dalis, kurių detalės gali būti vos 0,002 colio dydžio, o tai iš tiesų plonesnė nei įprastų žmogaus plaukų sruogos. Šios specializuotos šveicariško stiliaus CNC gręžimo staklės tapo beveik pramonei būdinga įranga visoje 456 milijardų dolerių vertės medicinos priemonių sektoriuje. Jos puikiai dirba su biologiškai suderinamomis medžiagomis, tokiomis kaip kobalto-chromo lydiniai ir PEEK polimerai, kad būtų sukurti, pavyzdžiui, širdies stentai kraujagyslėms arba klubo ir kelių protezai. Taip pat vyksta dar kažkas – šiuolaikiniai gamintojai naudoja nano apdailos metodus, kurie esą išnaikina mikroskopinius paviršiaus defektus. Kodėl tai svarbu? Todėl kad net menkiausios klyktelės gali sukelti problemų po operacijos, kai svetimi objektai yra įstatomi į žmogaus kūną.
Vienas iš pirminių tiekėjų aviacijos sektoriuje sumažino titano turbinos diskų apdirbimo laiką 62%, naudodamas 9 ašių CNC centrus su adaptaciniu maršrutų algoritmais. Integruodamas robotizuotą darbo kūnų valdymą ir procese naudojamą lazerio nuskaitymą, sistema pasiekė:
| Metrinė | Patobulinimas |
|---|---|
| Medžiagų atliekos | 34% mažiau |
| Paviršiaus apdorojimo vientisumas | Ra 0,2 μm |
| Gamintojo laikas | 19 dienų 7 dienos |
Šis atvejis parodo, kaip daugiapakopės CNC sistemos įveikia iššūkius, kuriuos kelia egzotiški metalai, tuo pačiu atitinkantys aviacijos sektoriaus reikalavimus dėl nulinės klaidos.
CNC ateitis priklauso nuo robotų integracijos, o tai leidžia pasiekti 95% nepertraukiamą darbą, naudojant inteligentines plokštelės keitimo sistemas. Vadovaujantys gamintojai praneša apie 40% našumo padidėjimą gaminant turbinos mentis naudojant robotizuotus CNC klasterius, kurie realiu laiku optimizuoja įrankių maršrutus.
Pramonė daro pažangą tvarumo srityje, naudodama energiją taupančias svaras, kurios sunaudoja 30 % mažiau energijos nei įprastos modeliai. Pažengusios drožlių surinkimo sistemos perdirba 98 % metalo atliekų, tuo tarpu minimalaus kiekio tepimo technologija sumažina aušinimo skysčių naudojimą 75 % – ypač naudinga tikslaus medicinos įrangos gamyboje.
CNC apdirbimo paklausa iki 2030 metų tikimasi augti vidutiniškai 5 % metinės sudėtinės augimo normos, ypač dėl aviacijos ir elektrinių automobilių sektorių, kurie reikalauja sudėtingų, lengtų komponentų. Tikimasi, kad rinka pasieks 126 mlrd. JAV dolerių, o Azijos ir Ramiojo vandenyno regionas sudarys 45 % visų naujų įrengimų.
EN
