Czy wiesz, jakie czynniki wpływają na dokładność wymiarową obróbki w centrum obróbczym?

Analiza i optymalizacja czynników wpływających na dokładność wymiarową obróbki centrów obróbczych

Streszczenie: W niniejszym artykule szczegółowo omówiono różne czynniki wpływające na dokładność wymiarową obróbki centrów obróbczych, dzieląc je na dwie kategorie: czynniki unikalne i czynniki nieuniknione. W przypadku czynników unikalnych, takich jak procesy obróbki, obliczenia numeryczne w programowaniu ręcznym i automatycznym, elementy skrawające i ustawienia narzędzi itp., przeprowadzono szczegółowe badania i zaproponowano odpowiednie środki optymalizacyjne. W przypadku czynników nieuniknionych, w tym odkształceń chłodzenia przedmiotu obrabianego i stabilności samej obrabiarki, przeanalizowano przyczyny i mechanizmy wpływu. Celem jest dostarczenie kompleksowych źródeł wiedzy dla techników zajmujących się obsługą i zarządzaniem centrami obróbczymi, aby poprawić poziom kontroli dokładności wymiarowej obróbki centrów obróbczych oraz poprawić jakość produktów i wydajność produkcji.

 

I. Wprowadzenie
Centra obróbcze, jako kluczowe wyposażenie nowoczesnej obróbki skrawaniem, mają bezpośredni wpływ na jakość i wydajność produktów. W rzeczywistym procesie produkcyjnym na dokładność wymiarową obróbki wpływa wiele czynników. Dokładna analiza tych czynników i poszukiwanie skutecznych metod kontroli ma ogromne znaczenie.

 

II. Czynniki wpływające, których można uniknąć

 

(I) Proces obróbki skrawaniem
Racjonalność procesu obróbki w dużej mierze determinuje dokładność wymiarową obróbki. Zgodnie z podstawowymi zasadami obróbki, podczas obróbki miękkich materiałów, takich jak elementy aluminiowe, należy zwrócić szczególną uwagę na wpływ opiłków żelaza. Na przykład, podczas frezowania elementów aluminiowych, ze względu na miękką teksturę aluminium, opiłki żelaza powstające podczas skrawania mogą zarysować obrabianą powierzchnię, powodując błędy wymiarowe. Aby ograniczyć te błędy, można podjąć działania takie jak optymalizacja ścieżki odprowadzania wiórów i zwiększenie siły ssania urządzenia odprowadzającego wióry. Jednocześnie, w organizacji procesu, należy rozsądnie zaplanować rozkład naddatków dla obróbki zgrubnej i wykańczającej. Podczas obróbki zgrubnej stosuje się większą głębokość skrawania i posuw, aby szybko usunąć dużą ilość naddatku, ale należy zachować odpowiedni naddatek dla obróbki wykańczającej, zazwyczaj 0,3–0,5 mm, aby zapewnić wyższą dokładność wymiarową obróbki wykańczającej. W zakresie stosowania oprzyrządowania, oprócz przestrzegania zasad skrócenia czasu mocowania i stosowania oprzyrządowania modułowego, należy również zapewnić dokładność pozycjonowania oprzyrządowania. Przykładowo, stosując precyzyjne kołki ustalające i powierzchnie ustalające, można zagwarantować dokładność położenia przedmiotu obrabianego w trakcie procesu zaciskania, unikając błędów wymiarowych spowodowanych odchyleniem położenia zacisku.

 

(II) Obliczenia numeryczne w programowaniu ręcznym i automatycznym centrów obróbczych
Niezależnie od tego, czy jest to programowanie ręczne, czy automatyczne, dokładność obliczeń numerycznych ma kluczowe znaczenie. Podczas procesu programowania obejmuje on obliczanie ścieżek narzędzia, określanie punktów współrzędnych itp. Na przykład, podczas obliczania trajektorii interpolacji kołowej, nieprawidłowe obliczenie współrzędnych środka okręgu lub promienia nieuchronnie doprowadzi do odchyleń wymiarowych obróbki. Do programowania części o złożonych kształtach niezbędne jest zaawansowane oprogramowanie CAD/CAM do dokładnego modelowania i planowania ścieżek narzędzi. Podczas korzystania z oprogramowania należy upewnić się, że wymiary geometryczne modelu są dokładne, a wygenerowane ścieżki narzędzi powinny być starannie sprawdzane i weryfikowane. Jednocześnie programiści powinni posiadać solidne podstawy matematyczne i bogate doświadczenie programistyczne oraz umieć prawidłowo dobierać instrukcje i parametry programowania zgodnie z wymaganiami obróbki części. Na przykład, podczas programowania operacji wiercenia, parametry takie jak głębokość wiercenia i odległość wycofania powinny być precyzyjnie ustawione, aby uniknąć błędów wymiarowych spowodowanych błędami programowania.

 

(III) Elementy skrawające i kompensacja narzędzia
Prędkość skrawania vc, posuw f i głębokość skrawania ap mają istotny wpływ na dokładność wymiarową obróbki. Nadmierna prędkość skrawania może prowadzić do zwiększonego zużycia narzędzia, wpływając tym samym na dokładność obróbki; nadmierna prędkość posuwu może zwiększyć siłę skrawania, powodując odkształcenie przedmiotu obrabianego lub drgania narzędzia, a w rezultacie odchylenia wymiarowe. Na przykład, podczas obróbki stali stopowych o wysokiej twardości, jeśli prędkość skrawania zostanie wybrana zbyt wysoka, ostrze narzędzia będzie podatne na zużycie, co spowoduje zmniejszenie obrabianego przedmiotu. Rozsądne parametry skrawania powinny być dobierane kompleksowo, uwzględniając różne czynniki, takie jak materiał przedmiotu obrabianego, materiał narzędzia i wydajność obrabiarki. Zasadniczo można je dobrać poprzez testy skrawania lub zapoznając się z odpowiednimi instrukcjami obróbki. Kompensacja narzędzia jest również ważnym sposobem zapewnienia dokładności obróbki. W centrach obróbczych kompensacja zużycia narzędzia pozwala w czasie rzeczywistym korygować zmiany wymiarów spowodowane zużyciem narzędzia. Operatorzy powinni na bieżąco dostosowywać wartość kompensacji narzędzia do rzeczywistego stanu zużycia narzędzia. Na przykład, podczas ciągłej obróbki partii części, wymiary obrabiane są regularnie mierzone. Gdy okaże się, że wymiary stopniowo zwiększają się lub zmniejszają, wartość kompensacji narzędzia jest modyfikowana w celu zapewnienia dokładności obróbki kolejnych części.

 

(IV) Ustawienie narzędzi
Dokładność ustawienia narzędzia jest bezpośrednio związana z dokładnością wymiarową obróbki. Proces ustawiania narzędzia polega na określeniu względnego położenia narzędzia względem przedmiotu obrabianego. Niedokładne ustawienie narzędzia nieuchronnie prowadzi do błędów wymiarowych w obrabianych elementach. Wybór precyzyjnego czujnika krawędzi jest jednym z ważnych czynników wpływających na poprawę dokładności ustawienia narzędzia. Na przykład, dzięki zastosowaniu optycznego czujnika krawędzi, położenie narzędzia i krawędzi przedmiotu obrabianego może zostać precyzyjnie określone z dokładnością ±0,005 mm. W centrach obróbczych wyposażonych w automatyczny system ustawiania narzędzi, jego funkcje mogą być w pełni wykorzystane do szybkiego i dokładnego ustawienia narzędzia. Podczas ustawiania narzędzia należy również zwrócić uwagę na czystość środowiska, w którym odbywa się ustawianie, aby uniknąć wpływu zanieczyszczeń na dokładność ustawienia narzędzia. Jednocześnie operatorzy powinni ściśle przestrzegać procedur ustawiania narzędzia, wykonywać wielokrotne pomiary i obliczać średnią wartość w celu zmniejszenia błędu ustawienia narzędzia.

 

III. Czynniki nieodparte

 

(I) Odkształcenie chłodzące przedmiotów obrabianych po obróbce
Przedmioty obrabiane generują ciepło podczas obróbki i ulegają odkształceniu z powodu rozszerzalności i kurczenia cieplnego podczas chłodzenia po obróbce. Zjawisko to jest powszechne w obróbce metali i trudno go całkowicie uniknąć. Na przykład, w przypadku niektórych dużych elementów konstrukcyjnych ze stopów aluminium, ciepło generowane podczas obróbki jest stosunkowo wysokie, a skurcz wymiarowy jest widoczny po schłodzeniu. Aby zmniejszyć wpływ odkształceń spowodowanych chłodzeniem na dokładność wymiarową, podczas obróbki można rozsądnie stosować chłodziwo. Chłodziwo może nie tylko obniżyć temperaturę skrawania i zużycie narzędzia, ale także zapewnić równomierne chłodzenie przedmiotu obrabianego i zmniejszyć stopień odkształceń cieplnych. Dobór chłodziwa powinien być oparty na materiale przedmiotu obrabianego i wymaganiach procesu obróbki. Na przykład, do obróbki części aluminiowych można zastosować specjalny płyn chłodząco-smarujący ze stopów aluminium, który charakteryzuje się dobrymi właściwościami chłodzącymi i smarującymi. Ponadto, wykonując pomiary in-situ, należy w pełni uwzględnić wpływ czasu chłodzenia na rozmiar przedmiotu obrabianego. Pomiaru należy zazwyczaj dokonać po ostygnięciu przedmiotu obrabianego do temperatury pokojowej, w przeciwnym razie można oszacować zmiany wymiarów zachodzące podczas procesu chłodzenia i skorygować wyniki pomiaru na podstawie danych empirycznych.

 

(II) Stabilność samego centrum obróbczego

 

Aspekty mechaniczne
Luzowanie połączenia między serwomotorem a śrubą: Luzowanie połączenia między serwomotorem a śrubą prowadzi do zmniejszenia dokładności przekładni. Podczas obróbki, gdy silnik się obraca, poluzowane połączenie powoduje opóźnienie lub nierównomierny obrót śruby, co powoduje odchylenie trajektorii ruchu narzędzia od idealnego położenia i prowadzi do błędów wymiarowych. Na przykład, podczas precyzyjnej obróbki konturów, to luzowanie może powodować odchylenia w kształcie obrabianego konturu, takie jak niezgodność z wymaganiami dotyczącymi prostoliniowości i okrągłości. Regularne sprawdzanie i dokręcanie śrub łączących serwomotor ze śrubą jest kluczowym środkiem zapobiegającym tego typu problemom. Jednocześnie, aby zwiększyć niezawodność połączenia, można zastosować nakrętki zabezpieczające przed luzowaniem lub środki zabezpieczające gwinty.

 

Zużycie łożysk lub nakrętek śrub kulowych: Śruba kulowa jest ważnym elementem zapewniającym precyzyjny ruch w centrum obróbczym, a zużycie łożysk lub nakrętek wpływa na dokładność przeniesienia napędu śruby. Wraz ze wzrostem zużycia luz śruby będzie stopniowo wzrastał, powodując chaotyczny ruch narzędzia. Na przykład, podczas cięcia osiowego, zużycie nakrętki śruby spowoduje niedokładne pozycjonowanie narzędzia w kierunku osiowym, co doprowadzi do błędów wymiarowych długości obrabianego elementu. Aby zmniejszyć to zużycie, należy zapewnić dobre smarowanie śruby i regularnie wymieniać smar. Jednocześnie należy regularnie przeprowadzać precyzyjną kontrolę śruby kulowej, a gdy zużycie przekroczy dopuszczalny zakres, należy niezwłocznie wymienić łożyska lub nakrętki.

 

Niedostateczne smarowanie między śrubą a nakrętką: Niedostateczne smarowanie zwiększa tarcie między śrubą a nakrętką, nie tylko przyspieszając zużycie elementów, ale także powodując nierównomierne opory ruchu i wpływając na dokładność obróbki. Podczas obróbki może wystąpić zjawisko pełzania, czyli przerywane przerwy i skoki narzędzia podczas ruchu z niską prędkością, co pogarsza jakość obrabianej powierzchni i utrudnia zagwarantowanie dokładności wymiarowej. Zgodnie z instrukcją obsługi obrabiarki, należy regularnie sprawdzać i uzupełniać smar lub olej smarowy, aby zapewnić prawidłowe smarowanie śruby i nakrętki. Jednocześnie, aby poprawić efekt smarowania i zmniejszyć tarcie, można wybrać wysokowydajne środki smarne.

 

Aspekty elektryczne
Awaria serwosilnika: Awaria serwosilnika ma bezpośredni wpływ na sterowanie ruchem narzędzia. Na przykład, zwarcie lub przerwa w obwodzie uzwojenia silnika uniemożliwi jego normalną pracę lub spowoduje niestabilny moment obrotowy na wyjściu, uniemożliwiając narzędziu poruszanie się zgodnie z zadaną trajektorią, co z kolei doprowadzi do błędów wymiarowych. Ponadto, awaria enkodera silnika wpłynie na dokładność sygnału sprzężenia zwrotnego położenia, uniemożliwiając precyzyjne sterowanie położeniem narzędzia przez układ sterowania obrabiarki. Należy regularnie przeprowadzać konserwację serwosilnika, w tym sprawdzanie parametrów elektrycznych silnika, czyszczenie wentylatora chłodzącego silnika i monitorowanie stanu pracy enkodera itp., aby na czas wykryć i wyeliminować potencjalne zagrożenia związane z awariami.

 

Zabrudzenia wewnątrz kratki pomiarowej: Kratka pomiarowa jest ważnym czujnikiem używanym w centrum obróbczym do pomiaru położenia i przemieszczenia narzędzia. Zabrudzenia wewnątrz kratki pomiarowej wpływają na dokładność odczytów, powodując nieprawidłowe odczyty położenia przez system sterowania obrabiarki i odchylenia wymiarów obróbki. Na przykład, podczas obróbki precyzyjnych układów otworów, z powodu błędu kratki pomiarowej, dokładność położenia otworów może przekroczyć dopuszczalną tolerancję. Należy regularnie czyścić i konserwować kratkę pomiarową, używając specjalnych narzędzi i środków czyszczących, a także przestrzegając prawidłowych procedur obsługi, aby uniknąć jej uszkodzenia.

 

Awaria serwowzmacniacza: Funkcją serwowzmacniacza jest wzmocnienie sygnału sterującego wysyłanego przez układ sterowania, a następnie napędzanie serwosilnika. Awaria serwowzmacniacza, na przykład w przypadku uszkodzenia lampy mocy lub nieprawidłowego współczynnika wzmocnienia, spowoduje niestabilną pracę serwosilnika, co wpłynie na dokładność obróbki. Może to na przykład powodować wahania prędkości obrotowej silnika, co z kolei może prowadzić do nierównomiernego posuwu narzędzia podczas skrawania, zwiększenia chropowatości powierzchni obrabianego elementu i obniżenia dokładności wymiarowej. Należy opracować skuteczny mechanizm wykrywania i naprawy usterek elektrycznych obrabiarki, a profesjonalny personel techniczny powinien być odpowiednio wyposażony, aby móc terminowo diagnozować i naprawiać usterki podzespołów elektrycznych, takich jak serwowzmacniacz.

 

IV. Wnioski
Na dokładność wymiarową obróbki centrów obróbczych wpływa wiele czynników. Czynniki, których można uniknąć, takie jak procesy obróbki, obliczenia numeryczne w programowaniu, elementy skrawające i ustawienia narzędzi, można skutecznie kontrolować poprzez optymalizację schematów procesów, udoskonalanie programowania, rozsądny dobór parametrów skrawania i precyzyjne ustawienie narzędzi. Czynniki nieuniknione, takie jak odkształcenia chłodzenia przedmiotu obrabianego i stabilność samej obrabiarki, choć trudne do całkowitego wyeliminowania, można ograniczyć ich wpływ na dokładność obróbki, stosując rozsądne środki procesowe, takie jak stosowanie chłodziwa, regularna konserwacja oraz wykrywanie i naprawa usterek obrabiarki. W rzeczywistym procesie produkcyjnym operatorzy i kierownicy techniczni centrów obróbczych powinni w pełni rozumieć te czynniki i podejmować ukierunkowane działania zapobiegawcze i kontrolne, aby stale poprawiać dokładność wymiarową obróbki centrów obróbczych, zapewnić zgodność jakości produktu z wymaganiami oraz zwiększyć konkurencyjność rynkową przedsiębiorstw.