Djupgående analys av precisionsnivå och bearbetningsnoggrannhetskrav för viktiga delar av CNC-maskiner
Inom modern tillverkning har CNC-maskiner blivit kärnutrustningen för att producera olika precisionsdelar med sin höga precision, höga effektivitet och höga grad av automatisering. Noggrannhetsnivån hos CNC-maskiner avgör direkt kvaliteten och komplexiteten hos de delar de kan bearbeta, och bearbetningsnoggrannhetskraven för nyckeldelar av typiska delar spelar en avgörande roll i valet av CNC-maskiner.
CNC-maskiner kan klassificeras i olika typer baserat på deras användning, inklusive enkla, fullt funktionella, ultraprecision, etc. Varje typ kan uppnå olika nivåer av noggrannhet. Enkla CNC-maskiner används fortfarande i vissa svarvar och fräsmaskiner, med en minsta rörelseupplösning på 0,01 mm, och rörelse- och bearbetningsnoggrannhet vanligtvis över (0,03-0,05) mm. Denna typ av maskin är lämplig för vissa bearbetningsuppgifter med relativt låga precisionskrav.
Ultraprecisions-CNC-maskiner används huvudsakligen inom specialbearbetningsområden, och deras noggrannhet kan nå häpnadsväckande nivåer under 0,001 mm. Denna ultraprecisionsmaskin kan tillverka extremt precisa delar och uppfylla de strikta kraven från högprecisions- och banbrytande industrier som flyg- och rymdteknik och medicinsk utrustning.
Förutom klassificering efter ändamål kan CNC-maskiner även klassificeras i vanliga och precisionstyper baserat på noggrannhet. Vid testning av noggrannheten hos CNC-maskiner omfattar det vanligtvis 20–30 punkter. De mest representativa och karakteristiska punkterna inkluderar dock huvudsakligen positioneringsnoggrannhet vid en axel, upprepad positioneringsnoggrannhet vid en axel och rundheten hos teststycket som produceras av två eller flera länkade bearbetningsaxlar.
Noggrannhet i positionering på en axel hänvisar till felintervallet vid positionering av en punkt inom axelns slaglängd, och det är en nyckelindikator som direkt återspeglar maskinens bearbetningsnoggrannhet. För närvarande finns det vissa skillnader i regler, definitioner, mätmetoder och databehandlingsmetoder för denna indikator mellan länder runt om i världen. Vid introduktionen av exempeldata för olika typer av CNC-maskiner inkluderar vanliga standarder den amerikanska standarden (NAS), de rekommenderade standarderna från American Machine Tool Manufacturers Association, den tyska standarden (VDI), den japanska standarden (JIS), den internationella standardiseringsorganisationen (ISO) och Kinas nationella standard (GB).
Det bör noteras att bland dessa standarder anger den japanska standarden den lägsta. Mätmetoden baseras på en enda uppsättning stabila data, och sedan komprimeras felvärdet med hälften genom att ta ett ±-värde. Därför skiljer sig positioneringsnoggrannheten som mäts med japanska standardmätmetoder ofta mer än dubbelt så mycket som resultat som mäts med andra standarder. Andra standarder, även om de skiljer sig åt i databehandling, följer dock alla lagen om felstatistik för att analysera mät- och positioneringsnoggrannhet. Detta innebär att för ett visst positioneringspunktfel i ett kontrollerbart axelslag för en CNC-maskin, bör det återspegla felsituationen för tusentals positioneringstider under långvarig användning av maskinverktyget. Vid faktisk mätning kan dock, på grund av begränsade förhållanden, endast ett begränsat antal mätningar göras (vanligtvis 5-7 gånger).
Noggrannheten vid upprepad positionering på en enda axel återspeglar på ett omfattande sätt den övergripande noggrannheten för varje rörlig komponent i axeln, särskilt för att återspegla axelns positioneringsstabilitet vid varje positioneringspunkt inom slaget, vilket är av stor betydelse. Det är en grundläggande indikator för att mäta om axeln kan arbeta stabilt och tillförlitligt. I moderna CNC-system har programvara vanligtvis omfattande felkompensationsfunktioner, som stabilt kan kompensera för systemfel i varje länk i matningsöverföringskedjan.
Till exempel kommer spelrummet, den elastiska deformationen och kontaktstyvheten för varje länk i transmissionskedjan att uppvisa olika momentana rörelser beroende på faktorer som arbetsbänkens belastningsstorlek, rörelsesträckans längd och positioneringshastigheten för rörelsen. I vissa servosystem med öppen och halvsluten slinga kommer de mekaniska drivkomponenterna efter mätning av komponenterna att påverkas av olika oavsiktliga faktorer, vilket resulterar i betydande slumpmässiga fel. Till exempel kan termisk förlängning av kulskruvar orsaka avdrift i arbetsbänkens faktiska positioneringsposition.
För att kunna utvärdera noggrannheten hos CNC-verktygsmaskiner på ett heltäckande sätt, utöver de ovan nämnda noggrannhetsindikatorerna för en axel, är det också avgörande att utvärdera noggrannheten vid fleraxlig länkbearbetning. Precisionen vid fräsning av cylindriska ytor eller fräsning av rumsliga spiralspår (gängor) är en indikator som kan utvärdera servoföljningsegenskaperna hos CNC-axlar (två eller tre axlar) och interpoleringsfunktionen hos CNC-system i verktygsmaskiner på ett heltäckande sätt. Den vanliga bedömningsmetoden är att mäta rundheten hos den bearbetade cylindriska ytan.
Vid provskärning av CNC-verktygsmaskiner är fräsning med sned fyrkantsbearbetning också ett effektivt bedömningsmetod, som kan användas för att utvärdera noggrannheten hos två styrbara axlar i linjär interpoleringsrörelse. Under denna provskärning installeras pinnfräsen som används för precisionsbearbetning på verktygsmaskinens spindel, och det cirkulära provet som placeras på arbetsbänken fräses. För små och medelstora verktygsmaskiner väljs cirkulära prover i allmänhet inom intervallet 200 till 300 ¥. Efter avslutad fräsning placeras provet på en rundhetsprovare och rundheten på dess bearbetade yta mäts.
Genom att observera och analysera bearbetningsresultaten kan man få fram mycket viktig information om verktygsmaskinernas noggrannhet och prestanda. Om det finns tydliga vibrationsmönster hos fräsen på den frästa cylindriska ytan, återspeglar det verktygsmaskinens instabila interpolationshastighet. Om det finns ett betydande elliptiskt fel i rundheten som produceras vid fräsning, indikerar det att förstärkningarna hos de två styrbara axelsystemen för interpolationsrörelsen inte matchar. Om det på en cirkulär yta finns stoppmärken på de punkter där varje styrbar axel ändrar riktning (dvs. om matningsrörelsen stannar vid en viss position i kontinuerlig skärrörelse kommer verktyget att bilda en liten sektion av metallskärmärken på bearbetningsytan), indikerar det att axelns fram- och bakåtspel inte har justerats korrekt.
Noggrannhetsbedömningen av CNC-verktygsmaskiner är en komplex och svår process, och vissa kräver till och med noggrann utvärdering efter att bearbetningen är klar. Detta beror på att verktygsmaskinernas noggrannhet påverkas av en kombination av olika faktorer, inklusive maskinens strukturella design, komponenternas tillverkningsnoggrannhet, monteringskvalitet, styrsystemens prestanda och miljöförhållanden under bearbetningsprocessen.
När det gäller strukturell design av verktygsmaskiner kan en rimlig strukturell layout och styv design effektivt minska vibrationer och deformation under bearbetningsprocessen, vilket förbättrar bearbetningsnoggrannheten. Till exempel kan användning av höghållfasta bäddmaterial, optimerade pelar- och tvärbalksstrukturer etc. bidra till att förbättra maskinverktygets övergripande stabilitet.
Tillverkningsnoggrannheten hos komponenter spelar också en grundläggande roll för verktygsmaskinernas noggrannhet. Noggrannheten hos nyckelkomponenter som kulskruvar, linjärstyrningar och spindlar avgör direkt rörelsenoggrannheten för varje rörelseaxel i verktygsmaskinen. Högkvalitativa kulskruvar säkerställer exakt linjär rörelse, medan högprecisionslinjärstyrningar ger jämn styrning.
Monteringskvaliteten är också en viktig faktor som påverkar verktygsmaskinernas noggrannhet. I monteringsprocessen av verktygsmaskinerna är det nödvändigt att noggrant kontrollera parametrar som passningsnoggrannhet, parallellitet och vertikalitet mellan olika komponenter för att säkerställa ett korrekt rörelseförhållande mellan verktygsmaskinernas rörliga delar under drift.
Styrsystemets prestanda är avgörande för noggrannhetskontrollen av verktygsmaskiner. Avancerade CNC-system kan uppnå mer exakt positionskontroll, hastighetskontroll och interpoleringsoperationer, vilket förbättrar bearbetningsnoggrannheten hos verktygsmaskiner. Samtidigt kan CNC-systemets felkompensationsfunktion ge realtidskompensation för olika fel i verktygsmaskinerna, vilket ytterligare förbättrar bearbetningsnoggrannheten.
Miljöförhållandena under bearbetningsprocessen kan också påverka maskinens noggrannhet. Förändringar i temperatur och fuktighet kan orsaka termisk expansion och sammandragning av maskinkomponenter, vilket påverkar bearbetningsnoggrannheten. Därför är det i högprecisionsbearbetningssituationer vanligtvis nödvändigt att noggrant kontrollera bearbetningsmiljön och upprätthålla konstant temperatur och fuktighet.
Sammanfattningsvis är noggrannheten hos CNC-verktygsmaskiner en omfattande indikator som påverkas av samspelet mellan många faktorer. När man väljer en CNC-verktygsmaskin är det nödvändigt att beakta faktorer som maskintyp, noggrannhetsnivå, tekniska parametrar, samt tillverkarens rykte och eftermarknadsservice, baserat på delarnas bearbetningsnoggrannhetskrav. Samtidigt bör regelbunden noggrannhetstestning och underhåll utföras under användningen av verktygsmaskinen för att snabbt identifiera och lösa problem, säkerställa att verktygsmaskinen alltid upprätthåller god noggrannhet och ge tillförlitliga garantier för produktion av högkvalitativa delar.
Med den kontinuerliga teknikutvecklingen och den snabba utvecklingen av tillverkning ökar också kraven på noggrannhet hos CNC-verktygsmaskiner ständigt. Tillverkare av CNC-verktygsmaskiner forskar och förnyar sig ständigt och använder mer avancerade tekniker och processer för att förbättra verktygsmaskinernas noggrannhet och prestanda. Samtidigt förbättras relevanta branschstandarder och specifikationer ständigt, vilket ger en mer vetenskaplig och enhetlig grund för noggrannhetsutvärdering och kvalitetskontroll av CNC-verktygsmaskiner.
I framtiden kommer CNC-verktygsmaskiner att utvecklas mot högre precision, effektivitet och automatisering, vilket ger starkare stöd för omvandlingen och uppgraderingen av tillverkningsindustrin. För tillverkningsföretag kommer en djup förståelse av precisionsegenskaperna hos CNC-verktygsmaskiner, samt ett rimligt val och användning av CNC-verktygsmaskiner, att vara nyckeln till att förbättra produktkvaliteten och öka marknadens konkurrenskraft.