Dybdegående analyse af præcisionsniveau og bearbejdningsnøjagtighedskrav for nøgledele i CNC-maskiner
I moderne produktion er CNC-maskiner blevet kerneudstyret til produktion af forskellige præcisionsdele med deres høje præcision, høje effektivitet og høje grad af automatisering. Nøjagtighedsniveauet af CNC-maskiner bestemmer direkte kvaliteten og kompleksiteten af de dele, de kan bearbejde, og kravene til bearbejdningsnøjagtighed for nøgledele af typiske dele spiller en afgørende rolle i valget af CNC-maskiner.
CNC-maskiner kan klassificeres i forskellige typer baseret på deres anvendelse, herunder simple, fuldt funktionelle, ultrapræcise osv. Hver type kan opnå forskellige niveauer af nøjagtighed. Simple CNC-maskiner bruges stadig i nogle drejebænke og fræsemaskiner med en minimum bevægelsesopløsning på 0,01 mm og en bevægelses- og bearbejdningsnøjagtighed, der normalt er over (0,03-0,05) mm. Denne type maskiner er velegnet til nogle bearbejdningsopgaver med relativt lave præcisionskrav.
Ultrapræcisions CNC-maskiner bruges hovedsageligt inden for specialbearbejdning, og deres nøjagtighed kan nå forbløffende niveauer under 0,001 mm. Disse ultrapræcisionsmaskiner kan fremstille ekstremt præcise dele og opfylde de strenge krav fra højpræcisions- og banebrydende industrier såsom luftfart og medicinsk udstyr.
Ud over klassificering efter formål kan CNC-maskiner også klassificeres i almindelige og præcisionstyper baseret på nøjagtighed. Ved test af nøjagtigheden af CNC-maskiner involverer det normalt 20-30 punkter. De mest repræsentative og karakteristiske punkter omfatter dog primært positioneringsnøjagtighed ved enkeltakse, gentagen positioneringsnøjagtighed ved enkeltakse og rundhed af teststykket produceret af to eller flere forbundne bearbejdningsakser.
Nøjagtigheden af positionering af enkeltakser refererer til fejlområdet ved positionering af et punkt inden for aksens bevægelse, og det er en nøgleindikator, der direkte afspejler maskinens bearbejdningsnøjagtighedskapacitet. I øjeblikket er der visse forskelle i reglerne, definitionerne, målemetoderne og databehandlingsmetoderne for denne indikator mellem lande rundt om i verden. Ved introduktionen af eksempeldata for forskellige typer CNC-maskiner omfatter fælles standarder den amerikanske standard (NAS), de anbefalede standarder fra American Machine Tool Manufacturers Association, den tyske standard (VDI), den japanske standard (JIS), den internationale standardiseringsorganisation (ISO) og Kinas nationale standard (GB).
Det skal bemærkes, at blandt disse standarder specificerer den japanske standard den laveste. Målemetoden er baseret på et enkelt sæt stabile data, og derefter komprimeres fejlværdien med halvdelen ved at tage en ±-værdi. Derfor afviger positioneringsnøjagtigheden målt ved hjælp af japanske standardmålemetoder ofte med mere end dobbelt så meget som resultater målt ved hjælp af andre standarder. Andre standarder følger dog alle, selvom de er forskellige i databehandling, loven om fejlstatistik for at analysere måle- og positioneringsnøjagtighed. Det betyder, at for en bestemt positioneringspunktfejl i et kontrollerbart akseslag på en CNC-maskine, bør den afspejle fejlsituationen for tusindvis af positioneringstider under langvarig brug af maskinen. Ved faktisk måling kan der dog på grund af begrænsninger i forholdene kun foretages et begrænset antal målinger (normalt 5-7 gange).
Den gentagne positioneringsnøjagtighed for en enkelt akse afspejler omfattende den omfattende nøjagtighed af hver bevægelig komponent i aksen, især for at afspejle aksens positioneringsstabilitet på ethvert positioneringspunkt inden for slaget, hvilket er af stor betydning. Det er en grundlæggende indikator for at måle, om aksen kan fungere stabilt og pålideligt. I moderne CNC-systemer har software normalt omfattende fejlkompensationsfunktioner, som stabilt kan kompensere for systemfejl i hvert led i fremføringskæden.
For eksempel vil spillerum, elastisk deformation og kontaktstivhed for hvert led i transmissionskæden udvise forskellige øjeblikkelige bevægelser afhængigt af faktorer som arbejdsbordets belastningsstørrelse, bevægelsesafstanden og hastigheden af bevægelsespositioneringen. I nogle servosystemer med åben sløjfe og semi-lukket sløjfe vil de mekaniske drivkomponenter efter måling af komponenterne blive påvirket af forskellige tilfældige faktorer, hvilket resulterer i betydelige tilfældige fejl. For eksempel kan termisk forlængelse af kugleskruer forårsage afdrift i arbejdsbordets faktiske positioneringsposition.
For at kunne evaluere nøjagtigheden af CNC-maskiner, er det, udover de ovennævnte indikatorer for enkeltakset nøjagtighed, også afgørende at evaluere nøjagtigheden af flerakset koblingsbearbejdning. Præcisionen af fræsning af cylindriske overflader eller fræsning af rumlige spiralriller (gevind) er en indikator, der kan evaluere servofølgende bevægelseskarakteristika for CNC-akser (to eller tre akser) og interpolationsfunktionen af CNC-systemer i værktøjsmaskiner omfattende. Den sædvanlige vurderingsmetode er at måle rundheden af den bearbejdede cylindriske overflade.
Ved prøveskæring af CNC-maskiner er fræsning med den skrå firkantede bearbejdningsmetode også en effektiv vurderingsmetode, der kan bruges til at evaluere nøjagtigheden af to styrbare akser i lineær interpolationsbevægelse. Under denne prøveskæring installeres den endefræser, der bruges til præcisionsbearbejdning, på maskinens spindel, og den cirkulære prøve, der placeres på arbejdsbænken, fræses. For små og mellemstore maskiner vælges cirkulære prøver generelt inden for området 200 til 300 ¥. Efter færdig fræsning placeres prøven på en rundhedstester, og rundheden af dens bearbejdede overflade måles.
Ved at observere og analysere bearbejdningsresultaterne kan man få mange vigtige oplysninger om værktøjsmaskinernes nøjagtighed og ydeevne. Hvis der er tydelige vibrationsmønstre for fræseren på den fræsede cylindriske overflade, afspejler det værktøjsmaskinens ustabile interpolationshastighed. Hvis der er en betydelig elliptisk fejl i den rundhed, der produceres ved fræsning, indikerer det, at forstærkningerne af de to styrbare aksesystemer for interpolationsbevægelse ikke stemmer overens. Hvis der på en cirkulær overflade er stopmærker på de punkter, hvor hver styrbar akse ændrer retning (dvs. i kontinuerlig skærebevægelse, hvis fremføringsbevægelsen stopper ved en bestemt position, vil værktøjet danne et lille afsnit af metalskæremærker på bearbejdningsfladen), indikerer det, at aksens fremadrettede og bagudrettede spillerum ikke er justeret korrekt.
Nøjagtighedsvurderingen af CNC-maskiner er en kompleks og vanskelig proces, og nogle kræver endda nøjagtig evaluering efter bearbejdningen er afsluttet. Dette skyldes, at maskinværktøjernes nøjagtighed påvirkes af en kombination af forskellige faktorer, herunder maskinværktøjets strukturelle design, komponenternes fremstillingsnøjagtighed, monteringskvalitet, styresystemernes ydeevne og miljøforhold under bearbejdningsprocessen.
Med hensyn til strukturelt design af værktøjsmaskiner kan et rimeligt strukturelt layout og et stift design effektivt reducere vibrationer og deformation under bearbejdningsprocessen og derved forbedre bearbejdningsnøjagtigheden. For eksempel kan brugen af højstyrkematerialer og optimerede søjle- og tværbjælkestrukturer osv. bidrage til at forbedre maskinværktøjets samlede stabilitet.
Komponenternes fremstillingsnøjagtighed spiller også en fundamental rolle i maskinværktøjernes nøjagtighed. Nøjagtigheden af nøglekomponenter såsom kugleskruer, lineære føringer og spindler bestemmer direkte bevægelsesnøjagtigheden for hver bevægelsesakse i maskinværktøjet. Kugleskruer af høj kvalitet sikrer præcis lineær bevægelse, mens lineære føringer med høj præcision giver jævn føring.
Samlingskvalitet er også en vigtig faktor, der påvirker maskinværktøjets nøjagtighed. I monteringsprocessen af maskinværktøjet er det nødvendigt nøje at kontrollere parametre som monteringsnøjagtighed, parallelitet og vertikalitet mellem forskellige komponenter for at sikre det nøjagtige bevægelsesforhold mellem maskinværktøjets bevægelige dele under drift.
Styresystemets ydeevne er afgørende for nøjagtighedsstyringen af værktøjsmaskiner. Avancerede CNC-systemer kan opnå mere præcis positionsstyring, hastighedsstyring og interpolationsoperationer og derved forbedre maskinværktøjernes bearbejdningsnøjagtighed. Samtidig kan CNC-systemets fejlkompensationsfunktion give realtidskompensation for forskellige fejl i maskinværktøjet, hvilket yderligere forbedrer bearbejdningsnøjagtigheden.
Miljøforholdene under bearbejdningsprocessen kan også have indflydelse på maskinens nøjagtighed. Ændringer i temperatur og fugtighed kan forårsage termisk udvidelse og sammentrækning af maskinkomponenter, hvilket påvirker bearbejdningsnøjagtigheden. Derfor er det i højpræcisionsbearbejdningssituationer normalt nødvendigt at kontrollere bearbejdningsmiljøet nøje og opretholde en konstant temperatur og fugtighed.
Kort sagt er nøjagtigheden af CNC-maskiner en omfattende indikator, der påvirkes af samspillet mellem adskillige faktorer. Når man vælger en CNC-maskine, er det nødvendigt at overveje faktorer som maskintype, nøjagtighedsniveau, tekniske parametre samt producentens omdømme og eftersalgsservice baseret på delenes bearbejdningsnøjagtighedskrav. Samtidig bør der under brugen af maskinen udføres regelmæssig nøjagtighedstest og vedligeholdelse for hurtigt at identificere og løse problemer, sikre, at maskinen altid opretholder god nøjagtighed og give pålidelige garantier for produktion af dele af høj kvalitet.
Med den kontinuerlige teknologiske udvikling og den hurtige udvikling inden for fremstilling stiger kravene til nøjagtigheden af CNC-maskiner også konstant. Producenter af CNC-maskiner forsker og innoverer konstant og anvender mere avancerede teknologier og processer for at forbedre maskinernes nøjagtighed og ydeevne. Samtidig forbedres relevante industristandarder og specifikationer konstant, hvilket giver et mere videnskabeligt og ensartet grundlag for nøjagtighedsevaluering og kvalitetskontrol af CNC-maskiner.
I fremtiden vil CNC-værktøjsmaskiner udvikle sig mod højere præcision, effektivitet og automatisering, hvilket vil give stærkere støtte til transformationen og opgraderingen af fremstillingsindustrien. For fremstillingsvirksomheder vil en dyb forståelse af præcisionsegenskaberne ved CNC-værktøjsmaskiner samt et fornuftigt valg og en fornuftig brug af CNC-værktøjsmaskiner være nøglen til at forbedre produktkvaliteten og øge markedets konkurrenceevne.