Анализ и оптимизация на факторите, влияещи върху точността на размерите на обработващите центри
Резюме: Тази статия задълбочено изследва различни фактори, които влияят върху точността на размерите на машинната обработка на обработващите центрове, и ги разделя на две категории: предотвратими фактори и непреодолими фактори. За предотвратими фактори, като например процеси на обработка, числени изчисления при ръчно и автоматично програмиране, режещи елементи и настройка на инструментите и др., са направени подробни разработки и са предложени съответните мерки за оптимизация. За непреодолими фактори, включително деформация на охлаждането на детайла и стабилността на самата машина, са анализирани причините и механизмите на влияние. Целта е да се предоставят изчерпателни справочни знания за техниците, ангажирани с експлоатацията и управлението на обработващи центрове, така че да се подобри нивото на контрол на точността на размерите на машинните центрове и да се подобри качеството на продукта и ефективността на производството.
I. Въведение
Като ключово оборудване в съвременната машинна обработка, точността на размерите на машинната обработка на машинните центрове е пряко свързана с качеството и производителността на продуктите. В реалния производствен процес различни фактори ще повлияят на точността на размерите на машинната обработка. От голямо значение е задълбоченият анализ на тези фактори и търсенето на ефективни методи за контрол.
Като ключово оборудване в съвременната машинна обработка, точността на размерите на машинната обработка на машинните центрове е пряко свързана с качеството и производителността на продуктите. В реалния производствен процес различни фактори ще повлияят на точността на размерите на машинната обработка. От голямо значение е задълбоченият анализ на тези фактори и търсенето на ефективни методи за контрол.
II. Избежими фактори на влияние
(I) Процес на обработка
Рационалността на процеса на обработка до голяма степен определя точността на размерите при обработката. Въз основа на спазването на основните принципи на процеса на обработка, при обработка на меки материали като алуминиеви части, трябва да се обърне специално внимание на влиянието на железните стружки. Например, по време на фрезоване на алуминиеви части, поради меката текстура на алуминия, железните стружки, генерирани от рязането, е вероятно да надраскат обработваната повърхност, като по този начин въведат грешки в размерите. За да се намалят тези грешки, могат да се предприемат мерки като оптимизиране на пътя за отстраняване на стружките и подобряване на засмукването на устройството за отстраняване на стружки. В същото време, в организацията на процеса, разпределението на припуските за груба и чиста обработка трябва да бъде разумно планирано. По време на груба обработка се използва по-голяма дълбочина на рязане и скорост на подаване, за да се отстрани бързо голямо количество припуск, но трябва да се запази подходящ припуск за чиста обработка, обикновено 0,3 – 0,5 мм, за да се гарантира, че чистата обработка може да постигне по-висока точност на размерите. По отношение на използването на приспособления, освен спазването на принципите за намаляване на времето за затягане и използване на модулни приспособления, трябва да се осигури и точността на позициониране на приспособленията. Например, чрез използване на високопрецизни локализиращи щифтове и локализиращи повърхности, за да се осигури точността на позициониране на детайла по време на процеса на затягане, като се избягват грешки в размерите, причинени от отклонението на позицията на затягане.
Рационалността на процеса на обработка до голяма степен определя точността на размерите при обработката. Въз основа на спазването на основните принципи на процеса на обработка, при обработка на меки материали като алуминиеви части, трябва да се обърне специално внимание на влиянието на железните стружки. Например, по време на фрезоване на алуминиеви части, поради меката текстура на алуминия, железните стружки, генерирани от рязането, е вероятно да надраскат обработваната повърхност, като по този начин въведат грешки в размерите. За да се намалят тези грешки, могат да се предприемат мерки като оптимизиране на пътя за отстраняване на стружките и подобряване на засмукването на устройството за отстраняване на стружки. В същото време, в организацията на процеса, разпределението на припуските за груба и чиста обработка трябва да бъде разумно планирано. По време на груба обработка се използва по-голяма дълбочина на рязане и скорост на подаване, за да се отстрани бързо голямо количество припуск, но трябва да се запази подходящ припуск за чиста обработка, обикновено 0,3 – 0,5 мм, за да се гарантира, че чистата обработка може да постигне по-висока точност на размерите. По отношение на използването на приспособления, освен спазването на принципите за намаляване на времето за затягане и използване на модулни приспособления, трябва да се осигури и точността на позициониране на приспособленията. Например, чрез използване на високопрецизни локализиращи щифтове и локализиращи повърхности, за да се осигури точността на позициониране на детайла по време на процеса на затягане, като се избягват грешки в размерите, причинени от отклонението на позицията на затягане.
(II) Числени изчисления при ръчно и автоматично програмиране на обработващи центри
Независимо дали става въпрос за ръчно или автоматично програмиране, точността на числените изчисления е от решаващо значение. По време на процеса на програмиране се изчисляват траекториите на инструментите, определят се координатни точки и др. Например, при изчисляване на траекторията на кръгова интерполация, ако координатите на центъра на окръжността или радиуса са изчислени неправилно, това неизбежно ще доведе до отклонения в размерите на обработката. За програмиране на сложни детайли е необходим усъвършенстван CAD/CAM софтуер, за да се извърши точно моделиране и планиране на траекторията на инструмента. По време на използването на софтуера трябва да се гарантира точността на геометричните размери на модела, а генерираните траектории на инструмента трябва да бъдат внимателно проверени и верифицирани. В същото време програмистите трябва да имат солидна математическа основа и богат опит в програмирането, както и да могат правилно да избират инструкции и параметри за програмиране според изискванията за обработка на детайлите. Например, при програмиране на операции по пробиване, параметри като дълбочина на пробиване и разстояние на отдръпване трябва да бъдат точно зададени, за да се избегнат грешки в размерите, причинени от грешки в програмирането.
Независимо дали става въпрос за ръчно или автоматично програмиране, точността на числените изчисления е от решаващо значение. По време на процеса на програмиране се изчисляват траекториите на инструментите, определят се координатни точки и др. Например, при изчисляване на траекторията на кръгова интерполация, ако координатите на центъра на окръжността или радиуса са изчислени неправилно, това неизбежно ще доведе до отклонения в размерите на обработката. За програмиране на сложни детайли е необходим усъвършенстван CAD/CAM софтуер, за да се извърши точно моделиране и планиране на траекторията на инструмента. По време на използването на софтуера трябва да се гарантира точността на геометричните размери на модела, а генерираните траектории на инструмента трябва да бъдат внимателно проверени и верифицирани. В същото време програмистите трябва да имат солидна математическа основа и богат опит в програмирането, както и да могат правилно да избират инструкции и параметри за програмиране според изискванията за обработка на детайлите. Например, при програмиране на операции по пробиване, параметри като дълбочина на пробиване и разстояние на отдръпване трябва да бъдат точно зададени, за да се избегнат грешки в размерите, причинени от грешки в програмирането.
(III) Режещи елементи и компенсация на инструмента
Скоростта на рязане vc, скоростта на подаване f и дълбочината на рязане ap оказват значително влияние върху точността на размерите при обработката. Прекомерната скорост на рязане може да доведе до засилено износване на инструмента, като по този начин повлияе на точността на обработката; прекомерната скорост на подаване може да увеличи силата на рязане, причинявайки деформация на детайла или вибрации на инструмента и водещи до отклонения в размерите. Например, при обработка на високотвърди легирани стомани, ако скоростта на рязане е избрана твърде висока, режещият ръб на инструмента е склонен към износване, което прави обработвания размер по-малък. Разумните параметри на рязане трябва да се определят всеобхватно, като се вземат предвид различни фактори, като материал на детайла, материал на инструмента и производителност на машинния инструмент. Обикновено те могат да бъдат избрани чрез тестове за рязане или чрез справка със съответните ръководства за рязане. В същото време компенсацията на инструмента също е важно средство за осигуряване на точност на обработката. В обработващите центрове компенсацията на износването на инструмента може в реално време да коригира промените в размерите, причинени от износването на инструмента. Операторите трябва да коригират стойността на компенсацията на инструмента своевременно според действителното състояние на износване на инструмента. Например, по време на непрекъсната обработка на партида от части, размерите на обработката се измерват редовно. Когато се установи, че размерите постепенно се увеличават или намаляват, стойността на компенсацията на инструмента се променя, за да се осигури точността на обработка на следващите части.
Скоростта на рязане vc, скоростта на подаване f и дълбочината на рязане ap оказват значително влияние върху точността на размерите при обработката. Прекомерната скорост на рязане може да доведе до засилено износване на инструмента, като по този начин повлияе на точността на обработката; прекомерната скорост на подаване може да увеличи силата на рязане, причинявайки деформация на детайла или вибрации на инструмента и водещи до отклонения в размерите. Например, при обработка на високотвърди легирани стомани, ако скоростта на рязане е избрана твърде висока, режещият ръб на инструмента е склонен към износване, което прави обработвания размер по-малък. Разумните параметри на рязане трябва да се определят всеобхватно, като се вземат предвид различни фактори, като материал на детайла, материал на инструмента и производителност на машинния инструмент. Обикновено те могат да бъдат избрани чрез тестове за рязане или чрез справка със съответните ръководства за рязане. В същото време компенсацията на инструмента също е важно средство за осигуряване на точност на обработката. В обработващите центрове компенсацията на износването на инструмента може в реално време да коригира промените в размерите, причинени от износването на инструмента. Операторите трябва да коригират стойността на компенсацията на инструмента своевременно според действителното състояние на износване на инструмента. Например, по време на непрекъсната обработка на партида от части, размерите на обработката се измерват редовно. Когато се установи, че размерите постепенно се увеличават или намаляват, стойността на компенсацията на инструмента се променя, за да се осигури точността на обработка на следващите части.
(IV) Настройка на инструмента
Точността на настройката на инструмента е пряко свързана с точността на размерите на машинната обработка. Процесът на настройка на инструмента е да се определи относителното позиционно съотношение между инструмента и детайла. Ако настройката на инструмента е неточна, неизбежно ще възникнат грешки в размерите на обработваните части. Изборът на високопрецизен ръботърсач е една от важните мерки за подобряване на точността на настройката на инструмента. Например, чрез използване на оптичен ръботърсач, позицията на инструмента и ръбът на детайла могат да бъдат точно определени с точност от ±0,005 мм. За обработващи центрове, оборудвани с автоматичен инструментотърсач, неговите функции могат да бъдат напълно използвани за постигане на бързо и точно настройване на инструмента. По време на операцията по настройка на инструмента трябва да се обърне внимание и на чистотата на средата за настройка на инструмента, за да се избегне влиянието на отломки върху точността на настройката на инструмента. Междувременно операторите трябва стриктно да спазват работните процедури на настройката на инструмента, да правят множество измервания и да изчисляват средната стойност, за да намалят грешката при настройката на инструмента.
Точността на настройката на инструмента е пряко свързана с точността на размерите на машинната обработка. Процесът на настройка на инструмента е да се определи относителното позиционно съотношение между инструмента и детайла. Ако настройката на инструмента е неточна, неизбежно ще възникнат грешки в размерите на обработваните части. Изборът на високопрецизен ръботърсач е една от важните мерки за подобряване на точността на настройката на инструмента. Например, чрез използване на оптичен ръботърсач, позицията на инструмента и ръбът на детайла могат да бъдат точно определени с точност от ±0,005 мм. За обработващи центрове, оборудвани с автоматичен инструментотърсач, неговите функции могат да бъдат напълно използвани за постигане на бързо и точно настройване на инструмента. По време на операцията по настройка на инструмента трябва да се обърне внимание и на чистотата на средата за настройка на инструмента, за да се избегне влиянието на отломки върху точността на настройката на инструмента. Междувременно операторите трябва стриктно да спазват работните процедури на настройката на инструмента, да правят множество измервания и да изчисляват средната стойност, за да намалят грешката при настройката на инструмента.
III. Непреодолими фактори
(I) Деформация при охлаждане на детайли след обработка
По време на обработката детайлите генерират топлина и се деформират поради ефекта на термично разширение и свиване при охлаждане след обработка. Това явление е често срещано при обработката на метали и е трудно да се избегне напълно. Например, за някои големи конструктивни детайли от алуминиеви сплави, генерираната топлина по време на обработката е сравнително висока и свиването на размера е очевидно след охлаждане. За да се намали влиянието на деформацията от охлаждане върху точността на размерите, може разумно да се използва охлаждаща течност по време на процеса на обработка. Охлаждащата течност може не само да намали температурата на рязане и износването на инструмента, но и да накара детайла да се охлади равномерно и да намали степента на термична деформация. При избора на охлаждаща течност, тя трябва да се основава на материала на детайла и изискванията на процеса на обработка. Например, за обработка на алуминиеви детайли може да се избере специална режеща течност от алуминиева сплав, която има добри охлаждащи и смазочни свойства. Освен това, при извършване на измервания на място, трябва да се вземе предвид влиянието на времето за охлаждане върху размера на детайла. Обикновено измерването трябва да се извършва след като детайлът се е охладил до стайна температура или могат да се оценят промените в размерите по време на процеса на охлаждане и резултатите от измерването могат да се коригират според емпирични данни.
По време на обработката детайлите генерират топлина и се деформират поради ефекта на термично разширение и свиване при охлаждане след обработка. Това явление е често срещано при обработката на метали и е трудно да се избегне напълно. Например, за някои големи конструктивни детайли от алуминиеви сплави, генерираната топлина по време на обработката е сравнително висока и свиването на размера е очевидно след охлаждане. За да се намали влиянието на деформацията от охлаждане върху точността на размерите, може разумно да се използва охлаждаща течност по време на процеса на обработка. Охлаждащата течност може не само да намали температурата на рязане и износването на инструмента, но и да накара детайла да се охлади равномерно и да намали степента на термична деформация. При избора на охлаждаща течност, тя трябва да се основава на материала на детайла и изискванията на процеса на обработка. Например, за обработка на алуминиеви детайли може да се избере специална режеща течност от алуминиева сплав, която има добри охлаждащи и смазочни свойства. Освен това, при извършване на измервания на място, трябва да се вземе предвид влиянието на времето за охлаждане върху размера на детайла. Обикновено измерването трябва да се извършва след като детайлът се е охладил до стайна температура или могат да се оценят промените в размерите по време на процеса на охлаждане и резултатите от измерването могат да се коригират според емпирични данни.
(II) Стабилност на самия обработващ център
Механични аспекти
Разхлабване между серво мотора и винта: Разхлабването на връзката между серво мотора и винта ще доведе до намаляване на точността на предаване. По време на процеса на обработка, когато моторът се върти, разхлабената връзка ще доведе до забавяне или неравномерно въртене на винта, като по този начин траекторията на движение на инструмента се отклонява от идеалната позиция и води до грешки в размерите. Например, по време на високопрецизна контурна обработка, това разхлабване може да причини отклонения във формата на обработения контур, като например несъответствие с изискванията по отношение на праволинейност и закръгленост. Редовната проверка и затягане на свързващите болтове между серво мотора и винта е ключова мярка за предотвратяване на подобни проблеми. Междувременно, могат да се използват гайки против разхлабване или агенти за закрепване на резби, за да се повиши надеждността на връзката.
Разхлабване между серво мотора и винта: Разхлабването на връзката между серво мотора и винта ще доведе до намаляване на точността на предаване. По време на процеса на обработка, когато моторът се върти, разхлабената връзка ще доведе до забавяне или неравномерно въртене на винта, като по този начин траекторията на движение на инструмента се отклонява от идеалната позиция и води до грешки в размерите. Например, по време на високопрецизна контурна обработка, това разхлабване може да причини отклонения във формата на обработения контур, като например несъответствие с изискванията по отношение на праволинейност и закръгленост. Редовната проверка и затягане на свързващите болтове между серво мотора и винта е ключова мярка за предотвратяване на подобни проблеми. Междувременно, могат да се използват гайки против разхлабване или агенти за закрепване на резби, за да се повиши надеждността на връзката.
Износване на лагери или гайки на сачмените винтове: Сачменият винт е важен компонент за осъществяване на прецизно движение в обработващия център и износването на неговите лагери или гайки ще повлияе на точността на предаване на винта. С увеличаването на износването, хлабината на винта постепенно ще се увеличава, което ще доведе до хаотично движение на инструмента по време на процеса на движение. Например, по време на аксиално рязане, износването на гайката на винта ще направи позиционирането на инструмента в аксиална посока неточно, което ще доведе до размерни грешки в дължината на обработвания детайл. За да се намали това износване, трябва да се осигури добро смазване на винта и редовно да се сменя смазочната грес. В същото време трябва да се извършва редовно прецизно откриване на сачмения винт и когато износването надвиши допустимия диапазон, лагерите или гайките трябва да се сменят своевременно.
Недостатъчно смазване между винта и гайката: Недостатъчното смазване ще увеличи триенето между винта и гайката, не само ускорявайки износването на компонентите, но и причинявайки неравномерно съпротивление при движение и влияейки върху точността на обработката. По време на процеса на обработка може да възникне феномен на „пълзене“, т.е. инструментът ще има периодични паузи и подскоци при движение с ниска скорост, което влошава качеството на обработваната повърхност и затруднява гарантирането на точността на размерите. Съгласно ръководството за експлоатация на машинния инструмент, смазочната грес или смазочно масло трябва редовно да се проверяват и допълват, за да се гарантира, че винтът и гайката са в добро състояние на смазване. Междувременно могат да се изберат високоефективни смазочни продукти, за да се подобри ефектът на смазване и да се намали триенето.
Електрически аспекти
Повреда на серво мотора: Повредата на серво мотора ще повлияе директно върху управлението на движението на инструмента. Например, късо съединение или отворена верига на намотката на мотора ще доведе до невъзможност за нормална работа на мотора или нестабилен изходен въртящ момент, което ще направи инструмента неспособен да се движи по предварително определената траектория и ще доведе до грешки в размерите. Освен това, повредата на енкодера на мотора ще повлияе на точността на сигнала за обратна връзка за позицията, което ще доведе до невъзможност на системата за управление на машинния инструмент да контролира прецизно позицията на инструмента. Трябва да се извършва редовна поддръжка на серво мотора, включително проверка на електрическите параметри на мотора, почистване на охлаждащия вентилатор на мотора и откриване на работното състояние на енкодера и др., за да се открият и отстранят своевременно потенциални опасности от повреди.
Повреда на серво мотора: Повредата на серво мотора ще повлияе директно върху управлението на движението на инструмента. Например, късо съединение или отворена верига на намотката на мотора ще доведе до невъзможност за нормална работа на мотора или нестабилен изходен въртящ момент, което ще направи инструмента неспособен да се движи по предварително определената траектория и ще доведе до грешки в размерите. Освен това, повредата на енкодера на мотора ще повлияе на точността на сигнала за обратна връзка за позицията, което ще доведе до невъзможност на системата за управление на машинния инструмент да контролира прецизно позицията на инструмента. Трябва да се извършва редовна поддръжка на серво мотора, включително проверка на електрическите параметри на мотора, почистване на охлаждащия вентилатор на мотора и откриване на работното състояние на енкодера и др., за да се открият и отстранят своевременно потенциални опасности от повреди.
Замърсявания вътре в решетъчната скала: Решетъчната скала е важен сензор, използван в обработващия център за измерване на позицията и движението на инструмента. Ако има замърсявания вътре в решетъчната скала, това ще повлияе на точността на показанията ѝ, като по този начин ще доведе до получаване на неправилна информация за позицията от системата за управление на машината и ще доведе до отклонения в размерите на обработката. Например, при обработка на високопрецизни системи от отвори, поради грешката в решетъчната скала, точността на позициониране на отворите може да надвиши допустимото отклонение. Трябва да се извършва редовно почистване и поддръжка на решетъчната скала, като се използват специални почистващи инструменти и препарати, и се спазват правилните процедури за работа, за да се избегне повреда на решетъчната скала.
Повреда на серво усилвателя: Функцията на серво усилвателя е да усилва командния сигнал, подаван от системата за управление, и след това да задейства серво мотора. Когато серво усилвателят се повреди, например когато захранващата лампа е повредена или коефициентът на усилване е ненормален, това ще доведе до нестабилна работа на серво мотора, което ще повлияе на точността на обработката. Например, това може да доведе до колебания в скоростта на двигателя, което ще направи скоростта на подаване на инструмента по време на процеса на рязане неравномерна, ще увеличи грапавостта на повърхността на обработвания детайл и ще намали точността на размерите. Трябва да се установи перфектен механизъм за откриване и отстраняване на електрически повреди на машинния инструмент, а професионалният персонал по електротехника трябва да бъде оборудван за навременна диагностика и отстраняване на повреди на електрически компоненти, като например серво усилвателя.
IV. Заключение
Съществуват множество фактори, влияещи върху точността на размерите на машинната обработка на обработващите центрове. Избежими фактори, като например процесите на обработка, числените изчисления в програмирането, режещите елементи и настройката на инструментите, могат да бъдат ефективно контролирани чрез оптимизиране на схемите на процесите, подобряване на нивата на програмиране, разумен избор на параметри на рязане и точно настройване на инструментите. Непреодолими фактори, като деформацията на детайла при охлаждане и стабилността на самата машина, макар и трудни за пълно елиминиране, могат да намалят влиянието си върху точността на обработка чрез използване на разумни мерки за процеса, като например използване на охлаждаща течност, редовна поддръжка, откриване и ремонт на повреди на машината. В реалния производствен процес операторите и техническите ръководители на обработващи центрове трябва напълно да разбират тези влияещи фактори и да предприемат целенасочени мерки за превенция и контрол, за да подобряват непрекъснато точността на размерите на машинната обработка на обработващите центрове, да гарантират, че качеството на продукта отговаря на изискванията и да повишават пазарната конкурентоспособност на предприятията.
Съществуват множество фактори, влияещи върху точността на размерите на машинната обработка на обработващите центрове. Избежими фактори, като например процесите на обработка, числените изчисления в програмирането, режещите елементи и настройката на инструментите, могат да бъдат ефективно контролирани чрез оптимизиране на схемите на процесите, подобряване на нивата на програмиране, разумен избор на параметри на рязане и точно настройване на инструментите. Непреодолими фактори, като деформацията на детайла при охлаждане и стабилността на самата машина, макар и трудни за пълно елиминиране, могат да намалят влиянието си върху точността на обработка чрез използване на разумни мерки за процеса, като например използване на охлаждаща течност, редовна поддръжка, откриване и ремонт на повреди на машината. В реалния производствен процес операторите и техническите ръководители на обработващи центрове трябва напълно да разбират тези влияещи фактори и да предприемат целенасочени мерки за превенция и контрол, за да подобряват непрекъснато точността на размерите на машинната обработка на обработващите центрове, да гарантират, че качеството на продукта отговаря на изискванията и да повишават пазарната конкурентоспособност на предприятията.