Analys och optimering av faktorer som påverkar bearbetningsmåttnoggrannheten hos fleroperationsmaskiner
Sammanfattning: Denna artikel utforskar grundligt olika faktorer som påverkar bearbetningsmåttnoggrannheten i fleroperationsmaskiner och delar in dem i två kategorier: undvikbara faktorer och oemotståndliga faktorer. För undvikbara faktorer, såsom bearbetningsprocesser, numeriska beräkningar vid manuell och automatisk programmering, skärelement och verktygsinställning etc., görs detaljerade utarbetningar och motsvarande optimeringsåtgärder föreslås. För oemotståndliga faktorer, inklusive deformation av arbetsstyckets kylning och själva verktygsmaskinens stabilitet, analyseras orsaker och påverkansmekanismer. Syftet är att tillhandahålla omfattande kunskapsreferenser för tekniker som arbetar med drift och hantering av fleroperationsmaskiner, för att förbättra kontrollnivån för bearbetningsmåttnoggrannheten i fleroperationsmaskiner och förbättra produktkvaliteten och produktionseffektiviteten.
I. Introduktion
Som en viktig utrustning inom modern bearbetning är bearbetningscentrets dimensionsnoggrannhet direkt relaterad till produkternas kvalitet och prestanda. I den faktiska produktionsprocessen påverkas bearbetningens dimensionsnoggrannhet av olika faktorer. Det är av stor betydelse att djupgående analysera dessa faktorer och söka effektiva kontrollmetoder.
Som en viktig utrustning inom modern bearbetning är bearbetningscentrets dimensionsnoggrannhet direkt relaterad till produkternas kvalitet och prestanda. I den faktiska produktionsprocessen påverkas bearbetningens dimensionsnoggrannhet av olika faktorer. Det är av stor betydelse att djupgående analysera dessa faktorer och söka effektiva kontrollmetoder.
II. Undvikbara påverkande faktorer
(I) Bearbetningsprocess
Bearbetningsprocessens rationalitet avgör i hög grad bearbetningens dimensionsnoggrannhet. Baserat på de grundläggande principerna för bearbetningsprocessen, vid bearbetning av mjuka material som aluminiumdelar, bör särskild uppmärksamhet ägnas åt inverkan av järnspån. Till exempel, under fräsningsprocessen av aluminiumdelar, på grund av aluminiumets mjuka struktur, är det troligt att järnspån som genereras vid skärning repar den bearbetade ytan, vilket introducerar dimensionsfel. För att minska sådana fel kan åtgärder som att optimera spånborttagningsvägen och förbättra spånborttagningsanordningens sugförmåga vidtas. Samtidigt bör man i processarrangemanget planera tilläggsfördelningen för grovbearbetning och finbearbetning på ett rimligt sätt. Vid grovbearbetning används ett större skärdjup och matningshastighet för att snabbt avlägsna en stor mängd tillägg, men en lämplig finbearbetningstillägg, vanligtvis 0,3–0,5 mm, bör reserveras för att säkerställa att finbearbetningen kan uppnå en högre dimensionsnoggrannhet. När det gäller användning av fixturen måste man, förutom att följa principerna om att minska fastspänningstider och använda modulära fixturer, också säkerställa fixturernas positioneringsnoggrannhet. Till exempel genom att använda högprecisionspositioneringsstift och positioneringsytor för att säkerställa arbetsstyckets positionsnoggrannhet under fastspänningsprocessen, undviks dimensionsfel orsakade av avvikelser i fastspänningspositionen.
Bearbetningsprocessens rationalitet avgör i hög grad bearbetningens dimensionsnoggrannhet. Baserat på de grundläggande principerna för bearbetningsprocessen, vid bearbetning av mjuka material som aluminiumdelar, bör särskild uppmärksamhet ägnas åt inverkan av järnspån. Till exempel, under fräsningsprocessen av aluminiumdelar, på grund av aluminiumets mjuka struktur, är det troligt att järnspån som genereras vid skärning repar den bearbetade ytan, vilket introducerar dimensionsfel. För att minska sådana fel kan åtgärder som att optimera spånborttagningsvägen och förbättra spånborttagningsanordningens sugförmåga vidtas. Samtidigt bör man i processarrangemanget planera tilläggsfördelningen för grovbearbetning och finbearbetning på ett rimligt sätt. Vid grovbearbetning används ett större skärdjup och matningshastighet för att snabbt avlägsna en stor mängd tillägg, men en lämplig finbearbetningstillägg, vanligtvis 0,3–0,5 mm, bör reserveras för att säkerställa att finbearbetningen kan uppnå en högre dimensionsnoggrannhet. När det gäller användning av fixturen måste man, förutom att följa principerna om att minska fastspänningstider och använda modulära fixturer, också säkerställa fixturernas positioneringsnoggrannhet. Till exempel genom att använda högprecisionspositioneringsstift och positioneringsytor för att säkerställa arbetsstyckets positionsnoggrannhet under fastspänningsprocessen, undviks dimensionsfel orsakade av avvikelser i fastspänningspositionen.
(II) Numeriska beräkningar vid manuell och automatisk programmering av fleroperationsmaskiner
Oavsett om det är manuell programmering eller automatisk programmering är noggrannheten i numeriska beräkningar av avgörande betydelse. Under programmeringsprocessen involverar det beräkning av verktygsbanor, bestämning av koordinatpunkter etc. Till exempel, vid beräkning av banan för cirkulär interpolering, om koordinaterna för cirkelns centrum eller radien beräknas felaktigt, kommer det oundvikligen att leda till avvikelser i bearbetningens dimensioner. För programmering av komplexa delar behövs avancerad CAD/CAM-programvara för att utföra noggrann modellering och planering av verktygsbanor. Under användning av programvaran bör modellens geometriska dimensioner säkerställas att vara noggranna, och de genererade verktygsbanorna bör noggrant kontrolleras och verifieras. Samtidigt bör programmerare ha en solid matematisk grund och rik programmeringserfarenhet, och kunna välja programmeringsinstruktioner och parametrar korrekt i enlighet med delarnas bearbetningskrav. Till exempel, vid programmering av borroperationer bör parametrar som borrdjup och återdragningsavstånd ställas in noggrant för att undvika dimensionsfel orsakade av programmeringsfel.
Oavsett om det är manuell programmering eller automatisk programmering är noggrannheten i numeriska beräkningar av avgörande betydelse. Under programmeringsprocessen involverar det beräkning av verktygsbanor, bestämning av koordinatpunkter etc. Till exempel, vid beräkning av banan för cirkulär interpolering, om koordinaterna för cirkelns centrum eller radien beräknas felaktigt, kommer det oundvikligen att leda till avvikelser i bearbetningens dimensioner. För programmering av komplexa delar behövs avancerad CAD/CAM-programvara för att utföra noggrann modellering och planering av verktygsbanor. Under användning av programvaran bör modellens geometriska dimensioner säkerställas att vara noggranna, och de genererade verktygsbanorna bör noggrant kontrolleras och verifieras. Samtidigt bör programmerare ha en solid matematisk grund och rik programmeringserfarenhet, och kunna välja programmeringsinstruktioner och parametrar korrekt i enlighet med delarnas bearbetningskrav. Till exempel, vid programmering av borroperationer bör parametrar som borrdjup och återdragningsavstånd ställas in noggrant för att undvika dimensionsfel orsakade av programmeringsfel.
(III) Skärelement och verktygskompensation
Skärhastigheten vc, matningshastigheten f och skärdjupet ap har betydande inverkan på bearbetningens dimensionsnoggrannhet. För hög skärhastighet kan leda till intensifierat verktygsslitage, vilket påverkar bearbetningsnoggrannheten; för hög matningshastighet kan öka skärkraften, vilket orsakar deformation av arbetsstycket eller verktygsvibrationer och resulterar i dimensionsavvikelser. Till exempel, vid bearbetning av höghårda legeringsstål, om skärhastigheten väljs för högt, är verktygets skäregg benägen att slitas, vilket gör den bearbetade storleken mindre. Rimliga skärparametrar bör bestämmas med hänsyn till olika faktorer såsom arbetsstyckets material, verktygsmaterial och maskinverktygets prestanda. Generellt kan de väljas genom skärtester eller genom att hänvisa till relevanta skärmanualer. Samtidigt är verktygskompensation också ett viktigt sätt att säkerställa bearbetningsnoggrannhet. I fleroperationscentra kan verktygsslitagekompensation i realtid korrigera de dimensionsförändringar som orsakas av verktygsslitage. Operatörer bör justera verktygskompensationsvärdet i tid enligt verktygets faktiska slitagesituation. Till exempel, under kontinuerlig bearbetning av en sats av delar mäts bearbetningsdimensionerna regelbundet. När det konstateras att dimensionerna gradvis ökar eller minskar, modifieras verktygskompensationsvärdet för att säkerställa bearbetningsnoggrannheten för efterföljande delar.
Skärhastigheten vc, matningshastigheten f och skärdjupet ap har betydande inverkan på bearbetningens dimensionsnoggrannhet. För hög skärhastighet kan leda till intensifierat verktygsslitage, vilket påverkar bearbetningsnoggrannheten; för hög matningshastighet kan öka skärkraften, vilket orsakar deformation av arbetsstycket eller verktygsvibrationer och resulterar i dimensionsavvikelser. Till exempel, vid bearbetning av höghårda legeringsstål, om skärhastigheten väljs för högt, är verktygets skäregg benägen att slitas, vilket gör den bearbetade storleken mindre. Rimliga skärparametrar bör bestämmas med hänsyn till olika faktorer såsom arbetsstyckets material, verktygsmaterial och maskinverktygets prestanda. Generellt kan de väljas genom skärtester eller genom att hänvisa till relevanta skärmanualer. Samtidigt är verktygskompensation också ett viktigt sätt att säkerställa bearbetningsnoggrannhet. I fleroperationscentra kan verktygsslitagekompensation i realtid korrigera de dimensionsförändringar som orsakas av verktygsslitage. Operatörer bör justera verktygskompensationsvärdet i tid enligt verktygets faktiska slitagesituation. Till exempel, under kontinuerlig bearbetning av en sats av delar mäts bearbetningsdimensionerna regelbundet. När det konstateras att dimensionerna gradvis ökar eller minskar, modifieras verktygskompensationsvärdet för att säkerställa bearbetningsnoggrannheten för efterföljande delar.
(IV) Verktygsinställning
Verktygsinställningens noggrannhet är direkt relaterad till bearbetningens dimensionsnoggrannhet. Processen för verktygsinställning går ut på att bestämma det relativa positionsförhållandet mellan verktyget och arbetsstycket. Om verktygsinställningen är felaktig kommer oundvikligen dimensionsfel att uppstå i de bearbetade delarna. Att välja en högprecisionskantavkännare är en av de viktiga åtgärderna för att förbättra verktygsinställningens noggrannhet. Genom att till exempel använda en optisk kantavkännare kan verktygets position och arbetsstyckets kant detekteras noggrant, med en noggrannhet på ±0,005 mm. För fleroperationscentra utrustade med en automatisk verktygsinställningsenhet kan dess funktioner utnyttjas fullt ut för att uppnå snabb och noggrann verktygsinställning. Under verktygsinställningen bör man också vara uppmärksam på att verktygsinställningsmiljön är ren för att undvika att skräp påverkar verktygsinställningens noggrannhet. Samtidigt bör operatörerna strikt följa driftsprocedurerna för verktygsinställning och göra flera mätningar och beräkna medelvärdet för att minska verktygsinställningsfelet.
Verktygsinställningens noggrannhet är direkt relaterad till bearbetningens dimensionsnoggrannhet. Processen för verktygsinställning går ut på att bestämma det relativa positionsförhållandet mellan verktyget och arbetsstycket. Om verktygsinställningen är felaktig kommer oundvikligen dimensionsfel att uppstå i de bearbetade delarna. Att välja en högprecisionskantavkännare är en av de viktiga åtgärderna för att förbättra verktygsinställningens noggrannhet. Genom att till exempel använda en optisk kantavkännare kan verktygets position och arbetsstyckets kant detekteras noggrant, med en noggrannhet på ±0,005 mm. För fleroperationscentra utrustade med en automatisk verktygsinställningsenhet kan dess funktioner utnyttjas fullt ut för att uppnå snabb och noggrann verktygsinställning. Under verktygsinställningen bör man också vara uppmärksam på att verktygsinställningsmiljön är ren för att undvika att skräp påverkar verktygsinställningens noggrannhet. Samtidigt bör operatörerna strikt följa driftsprocedurerna för verktygsinställning och göra flera mätningar och beräkna medelvärdet för att minska verktygsinställningsfelet.
III. Oemotståndliga faktorer
(I) Kylningsdeformation av arbetsstycken efter bearbetning
Arbetsstycken genererar värme under bearbetningsprocessen och de deformeras på grund av termisk expansion och kontraktion vid kylning efter bearbetning. Detta fenomen är vanligt vid metallbearbetning och är svårt att helt undvika. Till exempel, för vissa stora konstruktionsdelar av aluminiumlegering är värmen som genereras under bearbetning relativt hög, och storlekskrympningen är uppenbar efter kylning. För att minska effekten av kyldeformation på dimensionsnoggrannheten kan kylvätska med rimliga medel användas under bearbetningsprocessen. Kylvätskan kan inte bara minska skärtemperaturen och verktygsslitaget utan också göra att arbetsstycket kyls jämnt och minska graden av termisk deformation. Vid val av kylvätska bör det baseras på arbetsstyckets material och bearbetningsprocessens krav. Till exempel, för bearbetning av aluminiumdelar kan en speciell skärvätska av aluminiumlegering väljas, som har goda kyl- och smörjegenskaper. Dessutom bör kylningstidens inverkan på arbetsstyckets storlek beaktas fullt ut vid in-situ-mätning. Generellt sett bör mätningen utföras efter att arbetsstycket har svalnat till rumstemperatur, eller så kan dimensionsförändringarna under kylningsprocessen uppskattas och mätresultaten kan korrigeras enligt empiriska data.
Arbetsstycken genererar värme under bearbetningsprocessen och de deformeras på grund av termisk expansion och kontraktion vid kylning efter bearbetning. Detta fenomen är vanligt vid metallbearbetning och är svårt att helt undvika. Till exempel, för vissa stora konstruktionsdelar av aluminiumlegering är värmen som genereras under bearbetning relativt hög, och storlekskrympningen är uppenbar efter kylning. För att minska effekten av kyldeformation på dimensionsnoggrannheten kan kylvätska med rimliga medel användas under bearbetningsprocessen. Kylvätskan kan inte bara minska skärtemperaturen och verktygsslitaget utan också göra att arbetsstycket kyls jämnt och minska graden av termisk deformation. Vid val av kylvätska bör det baseras på arbetsstyckets material och bearbetningsprocessens krav. Till exempel, för bearbetning av aluminiumdelar kan en speciell skärvätska av aluminiumlegering väljas, som har goda kyl- och smörjegenskaper. Dessutom bör kylningstidens inverkan på arbetsstyckets storlek beaktas fullt ut vid in-situ-mätning. Generellt sett bör mätningen utföras efter att arbetsstycket har svalnat till rumstemperatur, eller så kan dimensionsförändringarna under kylningsprocessen uppskattas och mätresultaten kan korrigeras enligt empiriska data.
(II) Stabilitet hos själva bearbetningscentret
Mekaniska aspekter
Lossning mellan servomotorn och skruven: Lossningen av förbindelsen mellan servomotorn och skruven leder till en minskad transmissionsnoggrannhet. Under bearbetningsprocessen, när motorn roterar, kommer den lossade förbindelsen att orsaka att skruvens rotation blir ojämn eller släpar efter, vilket gör att verktygets rörelsebana avviker från det ideala läget och resulterar i dimensionsfel. Till exempel, under högprecisionskonturbearbetning kan denna lossning orsaka avvikelser i formen på den bearbetade konturen, såsom bristande efterlevnad av kraven vad gäller rakhet och rundhet. Regelbunden kontroll och åtdragning av förbindningsbultarna mellan servomotorn och skruven är en viktig åtgärd för att förhindra sådana problem. Samtidigt kan lösa muttrar eller gänglåsningsmedel användas för att förbättra förbindningens tillförlitlighet.
Lossning mellan servomotorn och skruven: Lossningen av förbindelsen mellan servomotorn och skruven leder till en minskad transmissionsnoggrannhet. Under bearbetningsprocessen, när motorn roterar, kommer den lossade förbindelsen att orsaka att skruvens rotation blir ojämn eller släpar efter, vilket gör att verktygets rörelsebana avviker från det ideala läget och resulterar i dimensionsfel. Till exempel, under högprecisionskonturbearbetning kan denna lossning orsaka avvikelser i formen på den bearbetade konturen, såsom bristande efterlevnad av kraven vad gäller rakhet och rundhet. Regelbunden kontroll och åtdragning av förbindningsbultarna mellan servomotorn och skruven är en viktig åtgärd för att förhindra sådana problem. Samtidigt kan lösa muttrar eller gänglåsningsmedel användas för att förbättra förbindningens tillförlitlighet.
Slitage på kulskruvlager eller muttrar: Kulskruven är en viktig komponent för att uppnå exakt rörelse i bearbetningscentret, och slitaget på dess lager eller muttrar kommer att påverka skruvens transmissionsnoggrannhet. Allt eftersom slitaget intensifieras kommer skruvens spelrum gradvis att öka, vilket gör att verktyget rör sig oregelbundet under rörelseprocessen. Till exempel, under axiell skärning, kommer slitaget på skruvmuttern att göra verktygets positionering i axiell riktning felaktig, vilket resulterar i dimensionsfel i längden på den bearbetade delen. För att minska detta slitage bör god smörjning av skruven säkerställas och smörjfettet bör bytas regelbundet. Samtidigt bör regelbunden precisionsdetektering av kulskruven utföras, och när slitaget överstiger det tillåtna intervallet bör lagren eller muttrarna bytas ut i tid.
Otillräcklig smörjning mellan skruv och mutter: Otillräcklig smörjning ökar friktionen mellan skruv och mutter, vilket inte bara accelererar slitaget på komponenterna utan också orsakar ojämnt rörelsemotstånd och påverkar bearbetningsnoggrannheten. Under bearbetningsprocessen kan krypningsfenomen uppstå, det vill säga att verktyget gör intermittenta pauser och hopp när det rör sig med låg hastighet, vilket försämrar den bearbetade ytans kvalitet och gör det svårt att garantera dimensionsnoggrannheten. Enligt maskinverktygets bruksanvisning bör smörjfett eller smörjolja regelbundet kontrolleras och fyllas på för att säkerställa att skruv och mutter är i gott smörjtillstånd. Samtidigt kan högpresterande smörjprodukter väljas för att förbättra smörjeffekten och minska friktionen.
Elektriska aspekter
Fel på servomotorn: Fel på servomotorn påverkar direkt verktygets rörelsestyrning. Till exempel kan en kortslutning eller ett öppet kretslopp i motorlindningen göra att motorn inte kan fungera normalt eller att utgående vridmoment är instabilt, vilket gör att verktyget inte kan röra sig enligt den förutbestämda banan och resulterar i dimensionsfel. Dessutom kommer fel på motorns kodare att påverka noggrannheten hos positionsåterkopplingssignalen, vilket gör att maskinverktygets styrsystem inte kan styra verktygets position exakt. Regelbundet underhåll av servomotorn bör utföras, inklusive kontroll av motorns elektriska parametrar, rengöring av motorns kylfläkt och detektering av kodarens arbetstillstånd etc., för att i tid upptäcka och eliminera potentiella felrisker.
Fel på servomotorn: Fel på servomotorn påverkar direkt verktygets rörelsestyrning. Till exempel kan en kortslutning eller ett öppet kretslopp i motorlindningen göra att motorn inte kan fungera normalt eller att utgående vridmoment är instabilt, vilket gör att verktyget inte kan röra sig enligt den förutbestämda banan och resulterar i dimensionsfel. Dessutom kommer fel på motorns kodare att påverka noggrannheten hos positionsåterkopplingssignalen, vilket gör att maskinverktygets styrsystem inte kan styra verktygets position exakt. Regelbundet underhåll av servomotorn bör utföras, inklusive kontroll av motorns elektriska parametrar, rengöring av motorns kylfläkt och detektering av kodarens arbetstillstånd etc., för att i tid upptäcka och eliminera potentiella felrisker.
Smuts inuti gitterskalan: Gitterskalan är en viktig sensor som används i fleroperationscentret för att mäta verktygets position och rörelseförskjutning. Om det finns smuts inuti gitterskalan påverkar det noggrannheten i gitterskalans avläsningar, vilket gör att maskinverktygets styrsystem får felaktig positionsinformation och resulterar i avvikelser i bearbetningens dimensioner. Till exempel, vid bearbetning av högprecisionshålsystem kan hålens positionsnoggrannhet överskrida toleransen på grund av gitterskalans fel. Regelbunden rengöring och underhåll av gitterskalan bör utföras med speciella rengöringsverktyg och rengöringsmedel, och korrekta driftsprocedurer bör följas för att undvika att skada gitterskalan.
Fel på servoförstärkare: Servoförstärkarens funktion är att förstärka styrsignalen som utfärdas av styrsystemet och sedan driva servomotorn att arbeta. När servoförstärkaren går sönder, till exempel när slutröret är skadat eller förstärkningsfaktorn är onormal, kommer det att göra att servomotorn går instabilt, vilket påverkar bearbetningsnoggrannheten. Det kan till exempel orsaka att motorhastigheten fluktuerar, vilket gör verktygets matningshastighet ojämn under skärprocessen, vilket ökar ytjämnheten hos den bearbetade delen och minskar dimensionsnoggrannheten. En perfekt mekanism för detektering och reparation av elektriska fel i maskinverktyget bör etableras, och professionell personal för elektrisk reparation bör vara utrustad för att i tid diagnostisera och reparera fel på elektriska komponenter som servoförstärkaren.
IV. Slutsats
Det finns många faktorer som påverkar bearbetningsmåttnoggrannheten i fleroperationsmaskiner. Undvikbara faktorer som bearbetningsprocesser, numeriska beräkningar vid programmering, skärelement och verktygsinställning kan effektivt kontrolleras genom att optimera processscheman, förbättra programmeringsnivåer, rimligt välja skärparametrar och noggrant ställa in verktyg. Oemotståndliga faktorer som deformation av arbetsstyckets kylning och själva maskinverktygets stabilitet, även om de är svåra att helt eliminera, kan minskas i sin inverkan på bearbetningsnoggrannheten genom att använda rimliga processåtgärder som användning av kylvätska, regelbundet underhåll samt feldetektering och reparation av maskinverktyget. I den faktiska produktionsprocessen bör operatörer och tekniska chefer på fleroperationsmaskiner fullt ut förstå dessa påverkande faktorer och vidta riktade åtgärder för förebyggande och kontroll för att kontinuerligt förbättra bearbetningsmåttnoggrannheten i fleroperationsmaskiner, säkerställa att produktkvaliteten uppfyller kraven och förbättra företagens konkurrenskraft på marknaden.
Det finns många faktorer som påverkar bearbetningsmåttnoggrannheten i fleroperationsmaskiner. Undvikbara faktorer som bearbetningsprocesser, numeriska beräkningar vid programmering, skärelement och verktygsinställning kan effektivt kontrolleras genom att optimera processscheman, förbättra programmeringsnivåer, rimligt välja skärparametrar och noggrant ställa in verktyg. Oemotståndliga faktorer som deformation av arbetsstyckets kylning och själva maskinverktygets stabilitet, även om de är svåra att helt eliminera, kan minskas i sin inverkan på bearbetningsnoggrannheten genom att använda rimliga processåtgärder som användning av kylvätska, regelbundet underhåll samt feldetektering och reparation av maskinverktyget. I den faktiska produktionsprocessen bör operatörer och tekniska chefer på fleroperationsmaskiner fullt ut förstå dessa påverkande faktorer och vidta riktade åtgärder för förebyggande och kontroll för att kontinuerligt förbättra bearbetningsmåttnoggrannheten i fleroperationsmaskiner, säkerställa att produktkvaliteten uppfyller kraven och förbättra företagens konkurrenskraft på marknaden.