Metoder til vurdering af nøjagtigheden af vertikale bearbejdningscentre
Inden for mekanisk bearbejdning er nøjagtigheden af vertikale bearbejdningscentre af afgørende betydning for bearbejdningskvaliteten. Som operatør er en nøjagtig vurdering af dens nøjagtighed et vigtigt skridt i at sikre bearbejdningseffekten. I det følgende vil metoderne til vurdering af nøjagtigheden af vertikale bearbejdningscentre blive uddybet.
Bestemmelse af relaterede elementer i prøvestykket
Materialer, værktøjer og skæreparametre for prøvestykket
Valget af testemnematerialer, værktøjer og skæreparametre har en direkte indflydelse på vurderingen af nøjagtigheden. Disse elementer bestemmes normalt i henhold til aftalen mellem produktionsfabrikken og brugeren og skal registreres korrekt.
Med hensyn til skærehastighed er den cirka 50 m/min for støbejernsdele; mens den for aluminiumsdele er cirka 300 m/min. Den passende tilspændingshastighed ligger omtrent inden for (0,05 – 0,10) mm/tand. Med hensyn til skæredybde bør den radiale skæredybde for alle fræseoperationer være 0,2 mm. Et rimeligt valg af disse parametre er grundlaget for en nøjagtig efterfølgende vurdering af nøjagtigheden. For eksempel kan en for høj skærehastighed føre til øget værktøjsslid og påvirke bearbejdningsnøjagtigheden; forkert tilspændingshastighed kan medføre, at overfladeruheden på den bearbejdede del ikke opfylder kravene.
Valget af testemnematerialer, værktøjer og skæreparametre har en direkte indflydelse på vurderingen af nøjagtigheden. Disse elementer bestemmes normalt i henhold til aftalen mellem produktionsfabrikken og brugeren og skal registreres korrekt.
Med hensyn til skærehastighed er den cirka 50 m/min for støbejernsdele; mens den for aluminiumsdele er cirka 300 m/min. Den passende tilspændingshastighed ligger omtrent inden for (0,05 – 0,10) mm/tand. Med hensyn til skæredybde bør den radiale skæredybde for alle fræseoperationer være 0,2 mm. Et rimeligt valg af disse parametre er grundlaget for en nøjagtig efterfølgende vurdering af nøjagtigheden. For eksempel kan en for høj skærehastighed føre til øget værktøjsslid og påvirke bearbejdningsnøjagtigheden; forkert tilspændingshastighed kan medføre, at overfladeruheden på den bearbejdede del ikke opfylder kravene.
Fastgørelse af prøvestykket
Fastgørelsesmetoden for teststykket er direkte relateret til stabiliteten under bearbejdningen. Teststykket skal monteres bekvemt på en speciel fikstur for at sikre maksimal stabilitet af værktøjet og fiksturen. Monteringsfladerne på fiksturen og teststykket skal være plane, hvilket er en forudsætning for at sikre bearbejdningsnøjagtigheden. Samtidig bør paralleliteten mellem teststykkets monteringsflade og fiksturens klemflade inspiceres.
Med hensyn til fastspændingsmetoden bør der anvendes en passende metode, der gør det muligt for værktøjet at trænge ind i og bearbejde hele længden af centerhullet. For eksempel anbefales det at bruge forsænkede skruer til at fastgøre teststykket, hvilket effektivt kan undgå interferens mellem værktøjet og skruerne. Andre tilsvarende metoder kan selvfølgelig også vælges. Teststykkets samlede højde afhænger af den valgte fastgørelsesmetode. En passende højde kan sikre teststykkets stabilitet under bearbejdningsprocessen og reducere nøjagtighedsafvigelsen forårsaget af faktorer som vibrationer.
Fastgørelsesmetoden for teststykket er direkte relateret til stabiliteten under bearbejdningen. Teststykket skal monteres bekvemt på en speciel fikstur for at sikre maksimal stabilitet af værktøjet og fiksturen. Monteringsfladerne på fiksturen og teststykket skal være plane, hvilket er en forudsætning for at sikre bearbejdningsnøjagtigheden. Samtidig bør paralleliteten mellem teststykkets monteringsflade og fiksturens klemflade inspiceres.
Med hensyn til fastspændingsmetoden bør der anvendes en passende metode, der gør det muligt for værktøjet at trænge ind i og bearbejde hele længden af centerhullet. For eksempel anbefales det at bruge forsænkede skruer til at fastgøre teststykket, hvilket effektivt kan undgå interferens mellem værktøjet og skruerne. Andre tilsvarende metoder kan selvfølgelig også vælges. Teststykkets samlede højde afhænger af den valgte fastgørelsesmetode. En passende højde kan sikre teststykkets stabilitet under bearbejdningsprocessen og reducere nøjagtighedsafvigelsen forårsaget af faktorer som vibrationer.
Teststykkets dimensioner
Efter flere skæreoperationer vil teststykkets udvendige dimensioner falde, og hullets diameter vil stige. Når teststykket bruges til godkendelsesinspektion, anbefales det for nøjagtigt at afspejle bearbejdningscentrets skærenøjagtighed at vælge de endelige konturbearbejdningsteststykkedimensioner, der er i overensstemmelse med dem, der er specificeret i standarden. Teststykket kan gentagne gange bruges i skæretest, men dets specifikationer skal holdes inden for ±10% af de karakteristiske dimensioner, der er angivet i standarden. Når teststykket bruges igen, bør der udføres en tyndlagsskæring for at rengøre alle overflader, før der udføres en ny præcisionsskæretest. Dette kan eliminere indflydelsen fra rester fra den tidligere bearbejdning og gøre hvert testresultat mere præcist afspejlende bearbejdningscentrets aktuelle nøjagtighedsstatus.
Efter flere skæreoperationer vil teststykkets udvendige dimensioner falde, og hullets diameter vil stige. Når teststykket bruges til godkendelsesinspektion, anbefales det for nøjagtigt at afspejle bearbejdningscentrets skærenøjagtighed at vælge de endelige konturbearbejdningsteststykkedimensioner, der er i overensstemmelse med dem, der er specificeret i standarden. Teststykket kan gentagne gange bruges i skæretest, men dets specifikationer skal holdes inden for ±10% af de karakteristiske dimensioner, der er angivet i standarden. Når teststykket bruges igen, bør der udføres en tyndlagsskæring for at rengøre alle overflader, før der udføres en ny præcisionsskæretest. Dette kan eliminere indflydelsen fra rester fra den tidligere bearbejdning og gøre hvert testresultat mere præcist afspejlende bearbejdningscentrets aktuelle nøjagtighedsstatus.
Placering af prøvestykket
Testemnet skal placeres i den midterste position af X-slaget på det vertikale bearbejdningscenter og på en passende position langs Y- og Z-akserne, der er egnet til positioneringen af testemnet og fiksturen samt værktøjets længde. Når der dog er særlige krav til testemnets positioneringsposition, skal disse tydeligt specificeres i aftalen mellem fabrikken og brugeren. Korrekt positionering kan sikre den nøjagtige relative position mellem værktøjet og testemnet under bearbejdningsprocessen og derved effektivt sikre bearbejdningsnøjagtigheden. Hvis testemnet er forkert placeret, kan det føre til problemer såsom afvigelse i bearbejdningsdimensionen og formfejl. For eksempel kan afvigelse fra den centrale position i X-retningen forårsage dimensionsfejl i det bearbejdede emnes længderetning; forkert positionering langs Y- og Z-akserne kan påvirke emnets nøjagtighed i højde- og bredderetningen.
Testemnet skal placeres i den midterste position af X-slaget på det vertikale bearbejdningscenter og på en passende position langs Y- og Z-akserne, der er egnet til positioneringen af testemnet og fiksturen samt værktøjets længde. Når der dog er særlige krav til testemnets positioneringsposition, skal disse tydeligt specificeres i aftalen mellem fabrikken og brugeren. Korrekt positionering kan sikre den nøjagtige relative position mellem værktøjet og testemnet under bearbejdningsprocessen og derved effektivt sikre bearbejdningsnøjagtigheden. Hvis testemnet er forkert placeret, kan det føre til problemer såsom afvigelse i bearbejdningsdimensionen og formfejl. For eksempel kan afvigelse fra den centrale position i X-retningen forårsage dimensionsfejl i det bearbejdede emnes længderetning; forkert positionering langs Y- og Z-akserne kan påvirke emnets nøjagtighed i højde- og bredderetningen.
Specifikke detektionselementer og metoder til nøjagtighed af behandling
Detektion af dimensionel nøjagtighed
Nøjagtighed af lineære dimensioner
Brug måleværktøjer (såsom skydelære, mikrometer osv.) til at måle de lineære dimensioner af det bearbejdede teststykke. Mål f.eks. emnets længde, bredde, højde og andre dimensioner, og sammenlign dem med de designede dimensioner. For bearbejdningscentre med høje nøjagtighedskrav bør dimensionsafvigelsen kontrolleres inden for et meget lille område, generelt på mikronniveau. Ved at måle de lineære dimensioner i flere retninger kan bearbejdningscentrets positioneringsnøjagtighed i X-, Y- og Z-akserne evalueres omfattende.
Nøjagtighed af lineære dimensioner
Brug måleværktøjer (såsom skydelære, mikrometer osv.) til at måle de lineære dimensioner af det bearbejdede teststykke. Mål f.eks. emnets længde, bredde, højde og andre dimensioner, og sammenlign dem med de designede dimensioner. For bearbejdningscentre med høje nøjagtighedskrav bør dimensionsafvigelsen kontrolleres inden for et meget lille område, generelt på mikronniveau. Ved at måle de lineære dimensioner i flere retninger kan bearbejdningscentrets positioneringsnøjagtighed i X-, Y- og Z-akserne evalueres omfattende.
Nøjagtighed af huldiameter
Til de bearbejdede huller kan værktøjer som indvendige diametermålere og koordinatmålemaskiner bruges til at detektere huldiameteren. Nøjagtigheden af huldiameteren omfatter ikke kun kravet om, at diameterstørrelsen opfylder kravene, men også indikatorer som cylindricitet. Hvis afvigelsen i huldiameteren er for stor, kan det skyldes faktorer som værktøjsslid og spindelradial kast.
Til de bearbejdede huller kan værktøjer som indvendige diametermålere og koordinatmålemaskiner bruges til at detektere huldiameteren. Nøjagtigheden af huldiameteren omfatter ikke kun kravet om, at diameterstørrelsen opfylder kravene, men også indikatorer som cylindricitet. Hvis afvigelsen i huldiameteren er for stor, kan det skyldes faktorer som værktøjsslid og spindelradial kast.
Detektion af formens nøjagtighed
Detektion af fladhed
Brug instrumenter som vaterpas og optiske planer til at detektere planheden af det bearbejdede plan. Placer vaterpasset på det bearbejdede plan, og bestem planhedsfejlen ved at observere ændringen i boblens position. Ved højpræcisionsbearbejdning skal planhedsfejlen være ekstremt lille, ellers vil den påvirke efterfølgende samling og andre processer. For eksempel, ved bearbejdning af føringsskinner på værktøjsmaskiner og andre planer, er planhedskravet ekstremt højt. Hvis den tilladte fejl overskrides, vil det medføre, at de bevægelige dele på føringsskinnerne bevæger sig ustabilt.
Detektion af fladhed
Brug instrumenter som vaterpas og optiske planer til at detektere planheden af det bearbejdede plan. Placer vaterpasset på det bearbejdede plan, og bestem planhedsfejlen ved at observere ændringen i boblens position. Ved højpræcisionsbearbejdning skal planhedsfejlen være ekstremt lille, ellers vil den påvirke efterfølgende samling og andre processer. For eksempel, ved bearbejdning af føringsskinner på værktøjsmaskiner og andre planer, er planhedskravet ekstremt højt. Hvis den tilladte fejl overskrides, vil det medføre, at de bevægelige dele på føringsskinnerne bevæger sig ustabilt.
Detektion af rundhed
For de bearbejdede cirkulære konturer (såsom cylindre, kegler osv.) kan en rundhedstester bruges til at detektere. Rundhedsfejlen afspejler bearbejdningscentrets nøjagtighedssituation under rotationsbevægelsen. Faktorer som spindelens rotationsnøjagtighed og værktøjets radiale rundløb vil påvirke rundheden. Hvis rundhedsfejlen er for stor, kan det føre til ubalance under rotationen af mekaniske dele og påvirke udstyrets normale drift.
For de bearbejdede cirkulære konturer (såsom cylindre, kegler osv.) kan en rundhedstester bruges til at detektere. Rundhedsfejlen afspejler bearbejdningscentrets nøjagtighedssituation under rotationsbevægelsen. Faktorer som spindelens rotationsnøjagtighed og værktøjets radiale rundløb vil påvirke rundheden. Hvis rundhedsfejlen er for stor, kan det føre til ubalance under rotationen af mekaniske dele og påvirke udstyrets normale drift.
Detektion af positionsnøjagtighed
Detektion af parallelisme
Registrer parallelismen mellem bearbejdede overflader eller mellem huller og overflader. For eksempel kan man bruge en måleur til at måle parallelismen mellem to planer. Fastgør måleuret på spindlen, sørg for, at indikatorhovedet berører det målte plan, bevæg arbejdsbænken, og observer ændringen i måleurets aflæsning. For stor parallelitetsfejl kan skyldes faktorer som f.eks. føringsskinnens retlinjefejl og arbejdsbænkens hældning.
Detektion af parallelisme
Registrer parallelismen mellem bearbejdede overflader eller mellem huller og overflader. For eksempel kan man bruge en måleur til at måle parallelismen mellem to planer. Fastgør måleuret på spindlen, sørg for, at indikatorhovedet berører det målte plan, bevæg arbejdsbænken, og observer ændringen i måleurets aflæsning. For stor parallelitetsfejl kan skyldes faktorer som f.eks. føringsskinnens retlinjefejl og arbejdsbænkens hældning.
Detektion af vinkelrethed
Registrer vinkelrettheden mellem bearbejdede overflader eller mellem huller og overflade ved hjælp af værktøjer som vinkelretheder og vinkelrethedsmålere. For eksempel, når man bearbejder kasseformede dele, har vinkelrettheden mellem kassens forskellige overflader en vigtig indflydelse på delenes montering og brugsegenskaber. Vinkelrethedfejlen kan skyldes vinkelrethedafvigelsen mellem maskinværktøjets koordinatakser.
Registrer vinkelrettheden mellem bearbejdede overflader eller mellem huller og overflade ved hjælp af værktøjer som vinkelretheder og vinkelrethedsmålere. For eksempel, når man bearbejder kasseformede dele, har vinkelrettheden mellem kassens forskellige overflader en vigtig indflydelse på delenes montering og brugsegenskaber. Vinkelrethedfejlen kan skyldes vinkelrethedafvigelsen mellem maskinværktøjets koordinatakser.
Evaluering af dynamisk nøjagtighed
Detektion af vibrationer
Under bearbejdningsprocessen skal vibrationssensorer bruges til at registrere vibrationssituationen i bearbejdningscentret. Vibrationer kan føre til problemer såsom øget overfladeruhed på den bearbejdede del og accelereret værktøjsslid. Ved at analysere vibrationens frekvens og amplitude er det muligt at bestemme, om der er unormale vibrationskilder, såsom ubalancerede roterende dele og løse komponenter. For højpræcisions-bearbejdningscentre bør vibrationsamplituden styres på et meget lavt niveau for at sikre stabiliteten af bearbejdningsnøjagtigheden.
Under bearbejdningsprocessen skal vibrationssensorer bruges til at registrere vibrationssituationen i bearbejdningscentret. Vibrationer kan føre til problemer såsom øget overfladeruhed på den bearbejdede del og accelereret værktøjsslid. Ved at analysere vibrationens frekvens og amplitude er det muligt at bestemme, om der er unormale vibrationskilder, såsom ubalancerede roterende dele og løse komponenter. For højpræcisions-bearbejdningscentre bør vibrationsamplituden styres på et meget lavt niveau for at sikre stabiliteten af bearbejdningsnøjagtigheden.
Detektion af termisk deformation
Bearbejdningscentret vil generere varme under langvarig drift, hvilket forårsager termisk deformation. Brug temperatursensorer til at måle temperaturændringer i nøglekomponenterne (såsom spindlen og føringsskinnen), og kombiner dem med måleinstrumenter for at detektere ændringer i bearbejdningsnøjagtigheden. Termisk deformation kan føre til gradvise ændringer i bearbejdningsdimensionerne. For eksempel kan forlængelse af spindlen under høj temperatur forårsage dimensionsafvigelser i den aksiale retning af det bearbejdede emne. For at reducere virkningen af termisk deformation på nøjagtigheden er nogle avancerede bearbejdningscentre udstyret med kølesystemer til at styre temperaturen.
Bearbejdningscentret vil generere varme under langvarig drift, hvilket forårsager termisk deformation. Brug temperatursensorer til at måle temperaturændringer i nøglekomponenterne (såsom spindlen og føringsskinnen), og kombiner dem med måleinstrumenter for at detektere ændringer i bearbejdningsnøjagtigheden. Termisk deformation kan føre til gradvise ændringer i bearbejdningsdimensionerne. For eksempel kan forlængelse af spindlen under høj temperatur forårsage dimensionsafvigelser i den aksiale retning af det bearbejdede emne. For at reducere virkningen af termisk deformation på nøjagtigheden er nogle avancerede bearbejdningscentre udstyret med kølesystemer til at styre temperaturen.
Hensyntagen til nøjagtighed ved repositionering
Sammenligning af nøjagtigheden af flere bearbejdninger af det samme teststykke
Ved gentagne gange at behandle det samme teststykke og bruge ovenstående detektionsmetoder til at måle nøjagtigheden af hvert bearbejdede teststykke, skal man observere repeterbarheden af indikatorer som dimensionsnøjagtighed, formnøjagtighed og positionsnøjagtighed. Hvis repositioneringsnøjagtigheden er dårlig, kan det føre til ustabil kvalitet af batchbehandlede emner. For eksempel, hvis repositioneringsnøjagtigheden er lav i støbeformforarbejdning, kan det forårsage inkonsistente hulrumsdimensioner i formen, hvilket påvirker formens ydeevne.
Ved gentagne gange at behandle det samme teststykke og bruge ovenstående detektionsmetoder til at måle nøjagtigheden af hvert bearbejdede teststykke, skal man observere repeterbarheden af indikatorer som dimensionsnøjagtighed, formnøjagtighed og positionsnøjagtighed. Hvis repositioneringsnøjagtigheden er dårlig, kan det føre til ustabil kvalitet af batchbehandlede emner. For eksempel, hvis repositioneringsnøjagtigheden er lav i støbeformforarbejdning, kan det forårsage inkonsistente hulrumsdimensioner i formen, hvilket påvirker formens ydeevne.
Afslutningsvis er det som operatør nødvendigt at starte med flere aspekter for at kunne vurdere nøjagtigheden af vertikale bearbejdningscentre omfattende og præcist, såsom forberedelse af testemner (herunder materialer, værktøjer, skæreparametre, fastgørelse og dimensioner), positionering af testemner, detektering af forskellige elementer i bearbejdningsnøjagtigheden (dimensionsnøjagtighed, formnøjagtighed, positionsnøjagtighed), evaluering af dynamisk nøjagtighed og hensyntagen til genpositioneringsnøjagtighed. Kun på denne måde kan bearbejdningscentret opfylde kravene til bearbejdningsnøjagtighed under produktionsprocessen og producere mekaniske dele af høj kvalitet.