Задълбочен анализ на нивото на прецизност и изискванията за точност на обработка на ключови части от CNC машини
В съвременното производство, CNC машините са се превърнали в основно оборудване за производство на различни прецизни части, благодарение на високата си прецизност, висока ефективност и висока степен на автоматизация. Нивото на точност на CNC машините пряко определя качеството и сложността на частите, които могат да обработват, а изискванията за точност на обработка на ключови части от типичните части играят решаваща роля при избора на CNC машини.
CNC машините могат да бъдат класифицирани в различни видове въз основа на тяхното използване, включително прости, напълно функционални, ултра прецизни и др. Всеки тип може да постигне различни нива на точност. Прости CNC машини все още се използват в някои стругове и фрези, с минимална резолюция на движение от 0,01 мм и точност на движение и обработка обикновено над (0,03-0,05) мм. Този тип машинен инструмент е подходящ за някои задачи по обработка с относително ниски изисквания за точност.
Ултрапрецизните CNC машини се използват главно в специални области на машинна обработка и тяхната точност може да достигне изумителни нива под 0,001 мм. Тези ултрависокопрецизни машини могат да произвеждат изключително прецизни части, отговаряйки на строгите изисквания на високопрецизни и авангардни индустрии като аерокосмическа и медицинска техника.
В допълнение към класификацията по предназначение, CNC машините могат да бъдат класифицирани и в обикновени и прецизни типове въз основа на точността. При тестване на точността на CNC машините обикновено се използват 20-30 елемента. Най-представителните и характерни елементи обаче включват главно точност на позициониране по една ос, точност на многократно позициониране по една ос и кръглост на изпитваната част, произведена от две или повече свързани машинни оси.
Точността на позициониране по една ос се отнася до диапазона на грешката при позициониране на която и да е точка в рамките на хода на оста и е ключов индикатор, който директно отразява способността за точност на обработка на машинния инструмент. Понастоящем съществуват известни разлики в разпоредбите, дефинициите, методите за измерване и методите за обработка на данни за този индикатор между страните по света. При въвеждането на примерни данни за различни видове CNC машини, общите стандарти включват Американския стандарт (NAS), препоръчителните стандарти на Американската асоциация на производителите на машинни инструменти, Немския стандарт (VDI), Японския стандарт (JIS), Международната организация по стандартизация (ISO) и Националния стандарт на Китай (GB).
Трябва да се отбележи, че сред тези стандарти, японският стандарт определя най-ниската стойност. Методът на измерване се основава на един набор от стабилни данни, след което стойността на грешката се компресира наполовина, като се вземе ± стойност. Следователно, точността на позициониране, измерена с помощта на японски стандартни методи за измерване, често се различава повече от два пъти в сравнение с резултатите, измерени с помощта на други стандарти. Въпреки това, други стандарти, макар и различни в обработката на данните, следват закона за статистиката на грешките, за да анализират точността на измерване и позициониране. Това означава, че за определена грешка в точката на позициониране при контролируем ход на ос на CNC машина, тя трябва да отразява ситуацията на грешка от хиляди пъти позициониране по време на дългосрочна употреба на машината. Въпреки това, при действително измерване, поради ограничения в условията, може да се направи само ограничен брой измервания (обикновено 5-7 пъти).
Точността на многократно позициониране на една ос отразява цялостната точност на всеки движещ се компонент на оста, особено що се отнася до отразяване на стабилността на позиционирането на оста във всяка точка на позициониране в рамките на хода, което е от голямо значение. Това е основен индикатор за измерване на това дали оста може да работи стабилно и надеждно. В съвременните CNC системи софтуерът обикновено има богати функции за компенсация на грешки, които могат стабилно да компенсират системните грешки на всяко звено във веригата за подаване.
Например, хлабината, еластичната деформация и контактната твърдост на всяко звено в трансмисионната верига ще показват различни моментни движения в зависимост от фактори като размера на натоварването на работната маса, дължината на разстоянието на движение и скоростта на позициониране. В някои серво системи за подаване с отворен и полузатворен контур, механичните задвижващи компоненти след измерване на компонентите ще бъдат повлияни от различни случайни фактори, което ще доведе до значителни случайни грешки. Например, термичното удължение на сачмено-винтовите винтове може да причини отклонение в действителното положение на позициониране на работната маса.
За да се оцени цялостно точността на CNC машините, в допълнение към посочените по-горе показатели за точност на една ос, е изключително важно да се оцени и точността на многоосната механична обработка с лостова връзка. Прецизността на фрезоване на цилиндрични повърхности или фрезоване на пространствени спирални канали (резби) е индикатор, който може цялостно да оцени характеристиките на серво следващото движение на CNC осите (две или три оси) и интерполационната функция на CNC системите в машините. Обичайният метод за оценка е измерване на кръглостта на обработваната цилиндрична повърхност.
При пробното рязане на CNC машини, фрезоването с четиристранно наклонено квадратно фрезоване също е ефективен начин за оценка, който може да се използва за оценка на точността на две управляеми оси при линейно интерполационно движение. По време на това пробно рязане, фрезата, използвана за прецизна обработка, се монтира на шпиндела на машината и кръглият образец, поставен на работната маса, се фрезова. За малки и средни машини кръглите образци обикновено се избират в диапазона от 200 до 300 юана. След завършване на фрезоването, образецът се поставя върху тестер за кръглост и се измерва кръглостта на обработената му повърхност.
Чрез наблюдение и анализ на резултатите от обработката може да се получи много важна информация за точността и производителността на машинните инструменти. Ако има очевидни модели на вибрации на фрезата върху фрезованата цилиндрична повърхност, това отразява нестабилната скорост на интерполация на машинния инструмент; Ако има значителна елиптична грешка в закръглеността, получена от фрезоването, това показва, че коефициентите на усилване на двете управляеми оси за интерполационно движение не съвпадат; Върху кръгла повърхност, ако има стоп-маркери в точките, където всяка управляема ос променя посоката си (т.е. при непрекъснато движение на рязане, ако движението на подаване спре в определена позиция, инструментът ще образува малка секция от следи от рязане на метал върху обработваната повърхност), това показва, че предните и задните хлабини на оста не са регулирани правилно.
Оценката на точността на CNC машините е сложен и труден процес, а някои дори изискват точна оценка след завършване на обработката. Това е така, защото точността на машините се влияе от комбинация от различни фактори, включително структурния дизайн на машината, точността на производство на компонентите, качеството на сглобяване, производителността на системите за управление и условията на околната среда по време на процеса на обработка.
По отношение на структурния дизайн на машинните инструменти, разумното структурно разположение и твърдата конструкция могат ефективно да намалят вибрациите и деформациите по време на процеса на обработка, като по този начин подобрят точността на обработката. Например, използването на високоякостни материали за легло, оптимизирани конструкции на колони и напречни греди и др. може да помогне за подобряване на общата стабилност на машинния инструмент.
Точността на производство на компонентите също играе основна роля за точността на машинните инструменти. Точността на ключови компоненти, като сачмени винтове, линейни водачи и шпиндели, директно определя точността на движение на всяка ос на движение на машинния инструмент. Висококачествените сачмени винтове осигуряват прецизно линейно движение, докато високопрецизните линейни водачи осигуряват плавно насочване.
Качеството на сглобяване също е важен фактор, влияещ върху точността на машинните инструменти. В процеса на сглобяване на машината е необходимо стриктно да се контролират параметри като точност на сглобяване, паралелизъм и вертикалност между различните компоненти, за да се осигури точно съотношение на движението между движещите се части на машината по време на работа.
Производителността на системата за управление е от решаващо значение за контрола на точността на машинните инструменти. Усъвършенстваните CNC системи могат да постигнат по-прецизен контрол на позицията, контрол на скоростта и интерполационни операции, като по този начин подобряват точността на обработка на машинните инструменти. В същото време, функцията за компенсация на грешките на CNC системата може да осигури компенсация в реално време за различни грешки на машинния инструмент, като допълнително подобрява точността на обработка.
Условията на околната среда по време на процеса на обработка също могат да окажат влияние върху точността на машинния инструмент. Промените в температурата и влажността могат да причинят термично разширение и свиване на компонентите на машинния инструмент, като по този начин повлияят на точността на обработката. Следователно, при високопрецизна обработка обикновено е необходимо стриктно да се контролира средата на обработка и да се поддържа постоянна температура и влажност.
В обобщение, точността на CNC машините е всеобхватен показател, който се влияе от взаимодействието на множество фактори. При избора на CNC машина е необходимо да се вземат предвид фактори като вида на машината, нивото на точност, техническите параметри, както и репутацията и следпродажбеното обслужване на производителя, въз основа на изискванията за точност на обработка на частите. В същото време, по време на употреба на машината, трябва да се извършват редовни тестове за точност и поддръжка, за да се идентифицират и отстранят проблемите своевременно, като се гарантира, че машината винаги поддържа добра точност и се предоставят надеждни гаранции за производството на висококачествени части.
С непрекъснатия напредък на технологиите и бързото развитие на производството, изискванията за точност на CNC машините също непрекъснато се увеличават. Производителите на CNC машини непрекъснато изследват и внедряват иновации, като внедряват по-модерни технологии и процеси за подобряване на точността и производителността на машините. В същото време съответните индустриални стандарти и спецификации непрекъснато се усъвършенстват, осигурявайки по-научна и унифицирана основа за оценка на точността и контрол на качеството на CNC машините.
В бъдеще, CNC машините ще се развиват към по-висока прецизност, ефективност и автоматизация, осигурявайки по-силна подкрепа за трансформацията и модернизацията на производствената индустрия. За производствените предприятия, задълбоченото разбиране на прецизните характеристики на CNC машините, разумният избор и използване на CNC машини ще бъдат ключът към подобряване на качеството на продуктите и повишаване на конкурентоспособността на пазара.