Βαθιά ανάλυση του επιπέδου ακρίβειας και των απαιτήσεων ακρίβειας κατεργασίας για βασικά μέρη των εργαλειομηχανών CNC
Στη σύγχρονη κατασκευή, οι εργαλειομηχανές CNC έχουν γίνει ο βασικός εξοπλισμός για την παραγωγή διαφόρων εξαρτημάτων ακριβείας χάρη στην υψηλή ακρίβεια, την υψηλή απόδοση και τον υψηλό βαθμό αυτοματισμού τους. Το επίπεδο ακρίβειας των εργαλειομηχανών CNC καθορίζει άμεσα την ποιότητα και την πολυπλοκότητα των εξαρτημάτων που μπορούν να επεξεργαστούν και οι απαιτήσεις ακρίβειας κατεργασίας για βασικά μέρη τυπικών εξαρτημάτων παίζουν καθοριστικό ρόλο στην επιλογή των εργαλειομηχανών CNC.
Οι εργαλειομηχανές CNC μπορούν να ταξινομηθούν σε διάφορους τύπους με βάση τη χρήση τους, όπως απλές, πλήρως λειτουργικές, εξαιρετικά ακριβείς κ.λπ. Κάθε τύπος μπορεί να επιτύχει διαφορετικά επίπεδα ακρίβειας. Απλές εργαλειομηχανές CNC εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται σε ορισμένους τόρνους και φρέζες, με ελάχιστη ανάλυση κίνησης 0,01 mm και ακρίβεια κίνησης και κατεργασίας συνήθως πάνω από (0,03-0,05) mm. Αυτός ο τύπος εργαλειομηχανής είναι κατάλληλος για ορισμένες εργασίες κατεργασίας με σχετικά χαμηλές απαιτήσεις ακρίβειας.
Οι εργαλειομηχανές CNC εξαιρετικά ακριβείας χρησιμοποιούνται κυρίως σε ειδικούς τομείς κατεργασίας και η ακρίβειά τους μπορεί να φτάσει σε εκπληκτικά επίπεδα κάτω από 0,001 mm. Αυτή η εργαλειομηχανή εξαιρετικά υψηλής ακρίβειας μπορεί να κατασκευάσει εξαιρετικά ακριβή εξαρτήματα, ικανοποιώντας τις αυστηρές απαιτήσεις βιομηχανιών υψηλής ακρίβειας και αιχμής, όπως η αεροδιαστημική και ο ιατρικός εξοπλισμός.
Εκτός από την ταξινόμηση ανά σκοπό, οι εργαλειομηχανές CNC μπορούν επίσης να ταξινομηθούν σε κανονικούς και ακριβείς τύπους με βάση την ακρίβεια. Κατά τον έλεγχο της ακρίβειας των εργαλειομηχανών CNC, συνήθως λαμβάνονται υπόψη 20-30 στοιχεία. Ωστόσο, τα πιο αντιπροσωπευτικά και χαρακτηριστικά στοιχεία περιλαμβάνουν κυρίως την ακρίβεια τοποθέτησης σε έναν άξονα, την ακρίβεια επαναλαμβανόμενης τοποθέτησης σε έναν άξονα και την στρογγυλότητα του δοκιμίου που παράγεται από δύο ή περισσότερους συνδεδεμένους άξονες κατεργασίας.
Η ακρίβεια τοποθέτησης σε έναν άξονα αναφέρεται στο εύρος σφάλματος κατά την τοποθέτηση οποιουδήποτε σημείου εντός της διαδρομής του άξονα και αποτελεί βασικό δείκτη που αντικατοπτρίζει άμεσα την ικανότητα ακρίβειας κατεργασίας της εργαλειομηχανής. Προς το παρόν, υπάρχουν ορισμένες διαφορές στους κανονισμούς, τους ορισμούς, τις μεθόδους μέτρησης και τις μεθόδους επεξεργασίας δεδομένων αυτού του δείκτη μεταξύ των χωρών σε όλο τον κόσμο. Στην εισαγωγή δειγμάτων δεδομένων για διάφορους τύπους εργαλειομηχανών CNC, τα κοινά πρότυπα περιλαμβάνουν το Αμερικανικό Πρότυπο (NAS), τα συνιστώμενα πρότυπα της Αμερικανικής Ένωσης Κατασκευαστών Εργαλειομηχανών, το Γερμανικό Πρότυπο (VDI), το Ιαπωνικό Πρότυπο (JIS), τον Διεθνή Οργανισμό Τυποποίησης (ISO) και το Εθνικό Πρότυπο της Κίνας (GB).
Θα πρέπει να σημειωθεί ότι μεταξύ αυτών των προτύπων, το ιαπωνικό πρότυπο καθορίζει το χαμηλότερο. Η μέθοδος μέτρησης βασίζεται σε ένα μόνο σύνολο σταθερών δεδομένων και στη συνέχεια η τιμή σφάλματος συμπιέζεται κατά το ήμισυ λαμβάνοντας μια τιμή ±. Επομένως, η ακρίβεια τοποθέτησης που μετράται με ιαπωνικές τυποποιημένες μεθόδους μέτρησης συχνά διαφέρει περισσότερο από δύο φορές σε σύγκριση με τα αποτελέσματα που μετρώνται με άλλα πρότυπα. Ωστόσο, άλλα πρότυπα, αν και διαφέρουν στην επεξεργασία δεδομένων, ακολουθούν όλα τον νόμο των στατιστικών σφάλματος για την ανάλυση της ακρίβειας μέτρησης και τοποθέτησης. Αυτό σημαίνει ότι για ένα συγκεκριμένο σφάλμα σημείου τοποθέτησης σε μια ελεγχόμενη διαδρομή άξονα μιας εργαλειομηχανής CNC, θα πρέπει να αντικατοπτρίζει την κατάσταση σφάλματος χιλιάδων φορών τοποθέτησης κατά τη μακροχρόνια χρήση της εργαλειομηχανής. Ωστόσο, στην πραγματική μέτρηση, λόγω περιορισμών στις συνθήκες, μπορεί να γίνει μόνο ένας περιορισμένος αριθμός μετρήσεων (συνήθως 5-7 φορές).
Η ακρίβεια επαναλαμβανόμενης τοποθέτησης ενός άξονα αντικατοπτρίζει πλήρως την ολοκληρωμένη ακρίβεια κάθε κινούμενου εξαρτήματος του άξονα, ειδικά για την αντανάκλαση της σταθερότητας τοποθέτησης του άξονα σε οποιοδήποτε σημείο τοποθέτησης εντός της διαδρομής, η οποία έχει μεγάλη σημασία. Είναι ένας βασικός δείκτης για τη μέτρηση της σταθερότητας και της αξιοπιστίας του άξονα. Στα σύγχρονα συστήματα CNC, το λογισμικό συνήθως διαθέτει πλούσιες λειτουργίες αντιστάθμισης σφαλμάτων, οι οποίες μπορούν να αντισταθμίσουν σταθερά τα σφάλματα συστήματος κάθε συνδέσμου στην αλυσίδα μετάδοσης τροφοδοσίας.
Για παράδειγμα, το διάκενο, η ελαστική παραμόρφωση και η ακαμψία επαφής κάθε συνδέσμου στην αλυσίδα μετάδοσης θα εμφανίζουν διαφορετικές στιγμιαίες κινήσεις ανάλογα με παράγοντες όπως το μέγεθος φορτίου του πάγκου εργασίας, το μήκος της απόστασης κίνησης και η ταχύτητα τοποθέτησης της κίνησης. Σε ορισμένα συστήματα σερβοκινητήρα τροφοδοσίας ανοιχτού και ημικλειστού βρόχου, τα μηχανικά εξαρτήματα κίνησης μετά τη μέτρηση των εξαρτημάτων θα επηρεάζονται από διάφορους τυχαίους παράγοντες, με αποτέλεσμα σημαντικά τυχαία σφάλματα. Για παράδειγμα, η θερμική επιμήκυνση των σφαιρικών βιδών μπορεί να προκαλέσει μετατόπιση στην πραγματική θέση τοποθέτησης του πάγκου εργασίας.
Προκειμένου να αξιολογηθεί συνολικά η απόδοση ακρίβειας των εργαλειομηχανών CNC, εκτός από τους δείκτες ακρίβειας ενός άξονα που αναφέρθηκαν παραπάνω, είναι επίσης σημαντικό να αξιολογηθεί η ακρίβεια της κατεργασίας με πολλαπλούς άξονες σύνδεσης. Η ακρίβεια της φρεζαρίσματος κυλινδρικών επιφανειών ή της φρεζαρίσματος χωρικών σπειροειδών αυλακώσεων (σπειρωμάτων) είναι ένας δείκτης που μπορεί να αξιολογήσει συνολικά τα χαρακτηριστικά κίνησης του σερβομηχανισμού των αξόνων CNC (δύο ή τρεις άξονες) και τη λειτουργία παρεμβολής των συστημάτων CNC στις εργαλειομηχανές. Η συνήθης μέθοδος κρίσης είναι η μέτρηση της στρογγυλότητας της κατεργασμένης κυλινδρικής επιφάνειας.
Στη δοκιμαστική κοπή εργαλειομηχανών CNC, η φρεζάρισμα με τη μέθοδο της λοξής τετραγωνικής τετράπλευρης κατεργασίας είναι επίσης ένας αποτελεσματικός τρόπος κρίσης, ο οποίος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αξιολόγηση της ακρίβειας δύο ελεγχόμενων αξόνων σε γραμμική κίνηση παρεμβολής. Κατά τη διάρκεια αυτής της δοκιμαστικής κοπής, ο ακραίος μύλος που χρησιμοποιείται για κατεργασία ακριβείας εγκαθίσταται στον άξονα της εργαλειομηχανής και το κυκλικό δείγμα που τοποθετείται στον πάγκο εργασίας φρεζάρεται. Για μικρές και μεσαίες εργαλειομηχανές, τα κυκλικά δείγματα επιλέγονται γενικά εντός του εύρους των ¥ 200 έως ¥ 300. Μετά την ολοκλήρωση της φρεζαρίσματος, τοποθετήστε το δείγμα σε έναν ελεγκτή στρογγυλότητας και μετρήστε τη στρογγυλότητα της κατεργασμένης επιφάνειάς του.
Παρατηρώντας και αναλύοντας τα αποτελέσματα της κατεργασίας, μπορούν να ληφθούν πολλές σημαντικές πληροφορίες σχετικά με την ακρίβεια και την απόδοση των εργαλειομηχανών. Εάν υπάρχουν εμφανή μοτίβα κραδασμών της φρέζας στην κυλινδρική επιφάνεια της φρέζας, αυτό αντικατοπτρίζει την ασταθή ταχύτητα παρεμβολής της εργαλειομηχανής. Εάν υπάρχει σημαντικό ελλειπτικό σφάλμα στην στρογγυλότητα που παράγεται από την φρεζάρισμα, αυτό υποδεικνύει ότι τα κέρδη των δύο ελεγχόμενων συστημάτων αξόνων για την κίνηση παρεμβολής δεν ταιριάζουν. Σε μια κυκλική επιφάνεια, εάν υπάρχουν σημάδια στοπ στα σημεία όπου κάθε ελεγχόμενος άξονας αλλάζει κατεύθυνση (δηλαδή, σε συνεχή κίνηση κοπής, εάν η κίνηση τροφοδοσίας σταματήσει σε μια συγκεκριμένη θέση, το εργαλείο θα σχηματίσει ένα μικρό τμήμα σημαδιών κοπής μετάλλου στην επιφάνεια κατεργασίας), αυτό υποδεικνύει ότι οι εμπρόσθιες και οπίσθιες αποστάσεις του άξονα δεν έχουν ρυθμιστεί σωστά.
Η αξιολόγηση της ακρίβειας των εργαλειομηχανών CNC είναι μια σύνθετη και δύσκολη διαδικασία και ορισμένες απαιτούν ακόμη και ακριβή αξιολόγηση μετά την ολοκλήρωση της κατεργασίας. Αυτό συμβαίνει επειδή η ακρίβεια των εργαλειομηχανών επηρεάζεται από έναν συνδυασμό διαφόρων παραγόντων, όπως ο δομικός σχεδιασμός της εργαλειομηχανής, η ακρίβεια κατασκευής των εξαρτημάτων, η ποιότητα συναρμολόγησης, η απόδοση των συστημάτων ελέγχου και οι περιβαλλοντικές συνθήκες κατά τη διάρκεια της διαδικασίας κατεργασίας.
Όσον αφορά τον δομικό σχεδιασμό των εργαλειομηχανών, μια λογική δομική διάταξη και ένας άκαμπτος σχεδιασμός μπορούν να μειώσουν αποτελεσματικά τους κραδασμούς και τις παραμορφώσεις κατά τη διάρκεια της διαδικασίας κατεργασίας, βελτιώνοντας έτσι την ακρίβεια κατεργασίας. Για παράδειγμα, η χρήση υλικών κλίνης υψηλής αντοχής, βελτιστοποιημένων δομών κολώνων και εγκάρσιων δοκών κ.λπ., μπορούν να βοηθήσουν στην ενίσχυση της συνολικής σταθερότητας της εργαλειομηχανής.
Η ακρίβεια κατασκευής των εξαρτημάτων παίζει επίσης θεμελιώδη ρόλο στην ακρίβεια των εργαλειομηχανών. Η ακρίβεια βασικών εξαρτημάτων, όπως οι σφαιρικές βίδες, οι γραμμικοί οδηγοί και οι άξονες, καθορίζει άμεσα την ακρίβεια κίνησης κάθε άξονα κίνησης της εργαλειομηχανής. Οι σφαιρικές βίδες υψηλής ποιότητας εξασφαλίζουν ακριβή γραμμική κίνηση, ενώ οι γραμμικοί οδηγοί υψηλής ακρίβειας παρέχουν ομαλή καθοδήγηση.
Η ποιότητα συναρμολόγησης είναι επίσης ένας σημαντικός παράγοντας που επηρεάζει την ακρίβεια των εργαλειομηχανών. Κατά τη διαδικασία συναρμολόγησης της εργαλειομηχανής, είναι απαραίτητο να ελέγχονται αυστηρά οι παράμετροι όπως η ακρίβεια τοποθέτησης, η παραλληλία και η κατακόρυφοτητα μεταξύ των διαφόρων εξαρτημάτων, ώστε να διασφαλίζεται η ακριβής σχέση κίνησης μεταξύ των κινούμενων μερών της εργαλειομηχανής κατά τη λειτουργία.
Η απόδοση του συστήματος ελέγχου είναι κρίσιμη για τον έλεγχο της ακρίβειας των εργαλειομηχανών. Τα προηγμένα συστήματα CNC μπορούν να επιτύχουν πιο ακριβή έλεγχο θέσης, έλεγχο ταχύτητας και παρεμβολή, βελτιώνοντας έτσι την ακρίβεια κατεργασίας των εργαλειομηχανών. Εν τω μεταξύ, η λειτουργία αντιστάθμισης σφαλμάτων του συστήματος CNC μπορεί να παρέχει αντιστάθμιση σε πραγματικό χρόνο για διάφορα σφάλματα της εργαλειομηχανής, βελτιώνοντας περαιτέρω την ακρίβεια κατεργασίας.
Οι περιβαλλοντικές συνθήκες κατά τη διάρκεια της διαδικασίας κατεργασίας μπορούν επίσης να επηρεάσουν την ακρίβεια της εργαλειομηχανής. Οι αλλαγές στη θερμοκρασία και την υγρασία μπορεί να προκαλέσουν θερμική διαστολή και συστολή των εξαρτημάτων της εργαλειομηχανής, επηρεάζοντας έτσι την ακρίβεια της κατεργασίας. Επομένως, σε περιπτώσεις κατεργασίας υψηλής ακρίβειας, είναι συνήθως απαραίτητο να ελέγχεται αυστηρά το περιβάλλον κατεργασίας και να διατηρείται σταθερή η θερμοκρασία και η υγρασία.
Συνοψίζοντας, η ακρίβεια των εργαλειομηχανών CNC είναι ένας ολοκληρωμένος δείκτης που επηρεάζεται από την αλληλεπίδραση πολλών παραγόντων. Κατά την επιλογή μιας εργαλειομηχανής CNC, είναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη παράγοντες όπως ο τύπος της εργαλειομηχανής, το επίπεδο ακρίβειας, οι τεχνικές παράμετροι, καθώς και η φήμη και η εξυπηρέτηση μετά την πώληση του κατασκευαστή, με βάση τις απαιτήσεις ακρίβειας κατεργασίας των εξαρτημάτων. Ταυτόχρονα, κατά τη χρήση της εργαλειομηχανής, θα πρέπει να διεξάγονται τακτικές δοκιμές ακρίβειας και συντήρησης για τον άμεσο εντοπισμό και την επίλυση προβλημάτων, διασφαλίζοντας ότι η εργαλειομηχανή διατηρεί πάντα καλή ακρίβεια και παρέχοντας αξιόπιστες εγγυήσεις για την παραγωγή εξαρτημάτων υψηλής ποιότητας.
Με τη συνεχή πρόοδο της τεχνολογίας και την ραγδαία ανάπτυξη της κατασκευής, οι απαιτήσεις για την ακρίβεια των εργαλειομηχανών CNC αυξάνονται επίσης συνεχώς. Οι κατασκευαστές εργαλειομηχανών CNC ερευνούν και καινοτομούν συνεχώς, υιοθετώντας πιο προηγμένες τεχνολογίες και διαδικασίες για τη βελτίωση της ακρίβειας και της απόδοσης των εργαλειομηχανών. Ταυτόχρονα, τα σχετικά βιομηχανικά πρότυπα και οι προδιαγραφές βελτιώνονται συνεχώς, παρέχοντας μια πιο επιστημονική και ενοποιημένη βάση για την αξιολόγηση της ακρίβειας και τον ποιοτικό έλεγχο των εργαλειομηχανών CNC.
Στο μέλλον, οι εργαλειομηχανές CNC θα εξελιχθούν προς υψηλότερη ακρίβεια, απόδοση και αυτοματισμό, παρέχοντας ισχυρότερη υποστήριξη για τον μετασχηματισμό και την αναβάθμιση της μεταποιητικής βιομηχανίας. Για τις μεταποιητικές επιχειρήσεις, η βαθιά κατανόηση των χαρακτηριστικών ακρίβειας των εργαλειομηχανών CNC, η λογική επιλογή και χρήση των εργαλειομηχανών CNC, θα είναι το κλειδί για τη βελτίωση της ποιότητας των προϊόντων και την ενίσχυση της ανταγωνιστικότητας της αγοράς.