W dzisiejszym przemyśle wytwórczym obrabiarki CNC stały się podstawą produkcji dzięki swoim wydajnym i precyzyjnym możliwościom obróbki. Wymagania dotyczące dokładności obróbki kluczowych części typowych obrabiarek CNC są niewątpliwie kluczowymi czynnikami decydującymi o wyborze precyzyjnych obrabiarek CNC.
Obrabiarki CNC, ze względu na ich różnorodne zastosowania, dzielą się na różne kategorie, takie jak proste, w pełni funkcjonalne i ultraprecyzyjne, a ich poziom dokładności jest bardzo zróżnicowany. Proste obrabiarki CNC nadal zajmują ważne miejsce w dzisiejszym sektorze tokarek i frezarek, z minimalną rozdzielczością ruchu 0,01 mm oraz dokładnością ruchu i obróbki wynoszącą zazwyczaj od 0,03 do 0,05 mm lub więcej. Chociaż dokładność jest stosunkowo ograniczona, w niektórych scenariuszach obróbki, gdzie wymagania dotyczące precyzji nie są zbyt rygorystyczne, proste obrabiarki CNC odgrywają niezastąpioną rolę ze względu na korzyści ekonomiczne i łatwość obsługi.
W przeciwieństwie do tego, ultraprecyzyjne obrabiarki CNC są projektowane specjalnie do specjalnych potrzeb obróbczych, oferując dokładność rzędu 0,001 mm lub mniejszą. Ultraprecyzyjne obrabiarki CNC są często wykorzystywane w dziedzinach wymagających wysokiej precyzji i najnowocześniejszych rozwiązań, takich jak przemysł lotniczy i medyczny, zapewniając solidne wsparcie techniczne w produkcji niezwykle złożonych i wymagających precyzji komponentów.
Z punktu widzenia dokładności, obrabiarki CNC można podzielić na zwykłe i precyzyjne. Zazwyczaj istnieje od 20 do 30 kryteriów kontroli dokładności dla obrabiarek CNC, ale najbardziej krytyczne i reprezentatywne to dokładność pozycjonowania pojedynczej osi, dokładność powtarzalnego pozycjonowania pojedynczej osi oraz okrągłość badanego elementu wytwarzanego przez dwie lub więcej połączonych osi obróbki.
Dokładność pozycjonowania i powtarzalna dokładność pozycjonowania wzajemnie się uzupełniają i razem tworzą kompleksowy profil dokładności ruchomych elementów osi obrabiarki. Szczególnie w zakresie powtarzalnej dokładności pozycjonowania, działa ona niczym lustro, wyraźnie odzwierciedlając stabilność pozycjonowania osi w dowolnym punkcie jej ruchu. Ta cecha staje się podstawą pomiaru stabilności i niezawodności wału, a także ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia długotrwałej, stabilnej pracy obrabiarki i powtarzalnej jakości obróbki.
Dzisiejsze oprogramowanie systemów CNC jest niczym inteligentny rzemieślnik, z bogatymi i zróżnicowanymi funkcjami kompensacji błędów, zdolnymi do precyzyjnej i stabilnej kompensacji błędów systemowych generowanych w każdym ogniwie łańcucha posuwu. Biorąc za przykład różne ogniwa łańcucha napędowego, zmiany takich czynników, jak luz, odkształcenie sprężyste i sztywność styku, nie są stałe, lecz wykazują dynamiczne, chwilowe zmiany pędu, zależne od takich zmiennych, jak wielkość obciążenia stołu roboczego, długość drogi przesuwu i prędkość pozycjonowania ruchu.
W niektórych systemach serwonapędowych z otwartą i częściowo zamkniętą pętlą, mechaniczne elementy napędowe znajdujące się za elementami pomiarowymi, niczym statki poruszające się do przodu na wietrze i deszczu, są narażone na działanie różnych czynników losowych. Na przykład, zjawisko wydłużenia cieplnego śrub kulowych może powodować dryft w rzeczywistym położeniu stołu roboczego, co prowadzi do znacznych błędów losowych w dokładności obróbki. Podsumowując, jeśli w procesie selekcji dokonamy właściwego wyboru, nie ma wątpliwości, że priorytetem będzie sprzęt o najwyższej powtarzalnej dokładności pozycjonowania, co stanowi solidne zabezpieczenie jakości obróbki.
Precyzja frezowania powierzchni cylindrycznych lub frezowania przestrzennych rowków spiralnych (gwintów), podobnie jak precyzyjna linijka do pomiaru wydajności obrabiarki, jest kluczowym wskaźnikiem kompleksowej oceny charakterystyk ruchu serwonapędu osi CNC (dwóch lub trzech osi) oraz funkcji interpolacji układu CNC obrabiarki. Skuteczną metodą określenia tego wskaźnika jest pomiar okrągłości obrabianej powierzchni cylindrycznej.
W praktyce cięcia elementów testowych na obrabiarkach CNC, metoda frezowania skośnego, kwadratowego, czterostronnego również wykazuje swoją unikalną wartość, umożliwiając precyzyjną ocenę dokładności dwóch sterowanych osi w ruchu interpolacji liniowej. Podczas wykonywania tej próbnej operacji skrawania konieczne jest staranne zamontowanie frezu walcowo-czołowego używanego do obróbki precyzyjnej na wrzecionie maszyny, a następnie dokładne frezowanie próbki kołowej umieszczonej na stole roboczym. W przypadku małych i średnich obrabiarek, rozmiar próbki kołowej zazwyczaj mieści się w przedziale od 200 do 300 jenów. Zakres ten został przetestowany w praktyce i pozwala na skuteczną ocenę dokładności obróbki obrabiarki.
Po zakończeniu frezowania ostrożnie umieść wycięty element na mierniku okrągłości i zmierz okrągłość jego obrobionej powierzchni za pomocą precyzyjnego przyrządu pomiarowego. W tym procesie konieczna jest uważna obserwacja i analiza wyników pomiarów. Jeśli na frezowanej powierzchni walcowej widoczne są wyraźne wzorce drgań frezu, jest to sygnał ostrzegawczy, że prędkość interpolacji obrabiarki może być niestabilna. Jeśli okrągłość uzyskana podczas frezowania wykazuje wyraźne błędy eliptyczne, często oznacza to, że wzmocnienia dwóch sterowanych układów osi w ruchu interpolacyjnym nie zostały dobrze dopasowane. Jeśli na powierzchni kołowej w każdym punkcie zmiany kierunku ruchu sterowanej osi znajdują się znaki zatrzymania (tj. w ciągłym ruchu skrawania zatrzymanie ruchu posuwowego w określonym położeniu spowoduje powstanie niewielkiego fragmentu śladów skrawania metalu na powierzchni obrabianej), oznacza to, że luz osi w przód i w tył nie został idealnie dopasowany.
Pojęcie dokładności pozycjonowania pojedynczej osi odnosi się do zakresu błędu generowanego podczas pozycjonowania dowolnego punktu w obrębie osi. Jest to niczym latarnia morska, bezpośrednio oświetlająca dokładność obróbki obrabiarki, stając się niewątpliwie jednym z najważniejszych wskaźników technicznych obrabiarek CNC.
Obecnie na całym świecie występują pewne różnice w przepisach, definicjach, metodach pomiaru i metodach przetwarzania danych dotyczących dokładności pozycjonowania jednoosiowego. Wśród szerokiej gamy przykładowych danych dotyczących obrabiarek CNC, powszechnie cytowane standardy obejmują: normę amerykańską (NAS), normy rekomendowane przez Amerykańskie Stowarzyszenie Producentów Obrabiarek (American Machine Tool Manufacturers Association), normę niemiecką (VDI), normę japońską (JIS), normę Międzynarodowej Organizacji Normalizacyjnej (ISO) oraz chińską normę narodową (China National Standard).
Wśród tych olśniewających standardów, standardy japońskie są stosunkowo łagodne pod względem przepisów. Metoda pomiaru opiera się na pojedynczym zestawie stabilnych danych, a następnie sprytnie wykorzystuje wartości ±, aby skompresować wartość błędu o połowę. W rezultacie dokładność pozycjonowania uzyskana za pomocą japońskich standardowych metod pomiarowych często różni się ponad dwukrotnie w porównaniu z innymi standardami.
Chociaż inne standardy różnią się sposobem przetwarzania danych, są one głęboko zakorzenione w statystykach błędów, służących do analizy i pomiaru dokładności pozycjonowania. W szczególności, dla pewnego błędu punktu pozycjonowania w sterowanym przesuwie osi obrabiarki CNC, powinien on odzwierciedlać potencjalne błędy, które mogą wystąpić podczas tysięcy pozycjonowań podczas długotrwałego użytkowania obrabiarki w przyszłości. Jednak, ze względu na ograniczenia wynikające z rzeczywistych warunków, często możemy wykonać tylko ograniczoną liczbę operacji podczas pomiaru, zazwyczaj od 5 do 7 razy.
Ocena dokładności obrabiarek CNC przypomina trudną podróż w poszukiwaniu rozwiązania zagadki, której nie da się osiągnąć z dnia na dzień. Niektóre wskaźniki dokładności wymagają starannej inspekcji i analizy obrabianych produktów po zakończeniu obróbki na obrabiarce, co niewątpliwie zwiększa trudność i złożoność oceny dokładności.
Aby zapewnić dobór obrabiarek CNC spełniających potrzeby produkcyjne, musimy dogłębnie zbadać parametry dokładności obrabiarek oraz przeprowadzić kompleksową i szczegółową analizę przed podjęciem decyzji o zakupie. Jednocześnie kluczowa jest odpowiednia i dogłębna komunikacja oraz wymiana informacji z producentami obrabiarek CNC. Zrozumienie poziomu procesu produkcyjnego producenta, rygorystycznych środków kontroli jakości oraz kompleksowości obsługi posprzedażowej może stanowić cenniejszą podstawę do podejmowania decyzji.
W praktycznych zastosowaniach, typ i poziom dokładności obrabiarek CNC powinny być również dobierane naukowo i racjonalnie, w oparciu o specyficzne zadania obróbcze i wymagania dotyczące precyzji detali. W przypadku detali o ekstremalnie wysokich wymaganiach precyzji, obrabiarki wyposażone w zaawansowane systemy CNC i komponenty o wysokiej precyzji powinny być bez wahania traktowane priorytetowo. Taki wybór nie tylko zapewnia doskonałą jakość obróbki, ale także poprawia wydajność produkcji, zmniejsza liczbę braków i przynosi przedsiębiorstwu większe korzyści ekonomiczne.
Ponadto, regularne, precyzyjne testy i skrupulatna konserwacja obrabiarek CNC to kluczowe środki zapewniające długotrwałą, stabilną pracę i utrzymanie wysokiej precyzji obróbki. Szybka identyfikacja i rozwiązywanie potencjalnych problemów z dokładnością pozwala skutecznie wydłużyć żywotność obrabiarek, gwarantując stabilność i niezawodność obróbki. Podobnie jak w przypadku dbania o cenny samochód wyścigowy, tylko ciągła dbałość i konserwacja mogą zapewnić jego dobrą wydajność na torze.
Podsumowując, dokładność obrabiarek CNC to wielowymiarowy i kompleksowy wskaźnik, który obejmuje cały proces projektowania i rozwoju obrabiarki, jej produkcji i montażu, instalacji i debugowania, a także codziennego użytkowania i konserwacji. Tylko dzięki kompleksowemu zrozumieniu i opanowaniu odpowiedniej wiedzy i technologii możemy mądrze wybrać najbardziej odpowiednią obrabiarkę CNC do rzeczywistych działań produkcyjnych, w pełni wykorzystać jej potencjał wydajności oraz zapewnić silne wsparcie i moc dynamicznego rozwoju przemysłu wytwórczego.