Analýza kľúčových prvkov pri presnom akceptovaní CNC obrábacích centier
Abstrakt: Tento článok podrobne rozoberá tri kľúčové položky, ktoré je potrebné merať z hľadiska presnosti pri dodávke CNC obrábacích centier, a to geometrickú presnosť, presnosť polohovania a presnosť rezania. Prostredníctvom hĺbkovej analýzy významov každej presnej položky, obsahu kontroly, bežne používaných kontrolných nástrojov a preventívnych opatrení pri kontrole poskytuje komplexné a systematické usmernenie pre schvaľovacie práce CNC obrábacích centier, ktoré pomáha zabezpečiť, aby obrábacie centrá mali pri dodaní na použitie dobrý výkon a presnosť a spĺňali požiadavky priemyselnej výroby na vysoko presné spracovanie.
I. Úvod
Ako jedno z kľúčových zariadení v modernej výrobe, presnosť CNC obrábacích centier priamo ovplyvňuje kvalitu obrábaných obrobkov a efektivitu výroby. Počas fázy dodávky je nevyhnutné vykonať komplexné a dôkladné merania a overiť geometrickú presnosť, presnosť polohovania a presnosť rezania. To súvisí nielen so spoľahlivosťou zariadenia pri jeho prvom uvedení do prevádzky, ale je to aj dôležitá záruka jeho následnej dlhodobej stabilnej prevádzky a vysoko presného spracovania.
II. Kontrola geometrickej presnosti CNC obrábacích centier
(I) Položky kontroly a ich význam
Ak vezmeme ako príklad bežné vertikálne obrábacie centrum, jeho kontrola geometrickej presnosti pokrýva niekoľko dôležitých aspektov.
- Rovinnosť povrchu pracovného stola: Ako referencia upnutia obrobkov, rovinnosť povrchu pracovného stola priamo ovplyvňuje presnosť inštalácie obrobkov a rovinnú kvalitu po spracovaní. Ak rovinnosť prekročí toleranciu, pri spracovaní rovinných obrobkov sa vyskytnú problémy, ako je nerovnomerná hrúbka a zhoršená drsnosť povrchu.
- Vzájomná kolmosť pohybov v každom smere súradníc: Odchýlka kolmosti medzi osami X, Y a Z spôsobí zmeny priestorového geometrického tvaru obrábaného obrobku. Napríklad pri frézovaní kvádrového obrobku budú mať pôvodne kolmé hrany uhlové odchýlky, čo vážne ovplyvní montážny výkon obrobku.
- Rovnobežnosť povrchu pracovného stola počas pohybov v smeroch súradníc X a Y: Táto rovnobežnosť zabezpečuje, že relatívna poloha medzi rezným nástrojom a povrchom pracovného stola zostáva konštantná, keď sa nástroj pohybuje v rovine X a Y. V opačnom prípade sa počas rovinného frézovania vyskytnú nerovnomerné prídavky na obrábanie, čo vedie k zníženiu kvality povrchu a dokonca k nadmernému opotrebovaniu rezného nástroja.
- Rovnobežnosť strany T-drážky na povrchu pracovného stola počas pohybu v smere súradnice X: Pri obrábacích úlohách, ktoré vyžadujú polohovanie upínacieho prípravku pomocou T-drážky, presnosť tejto rovnobežnosti súvisí s presnosťou inštalácie upínacieho prípravku, čo následne ovplyvňuje presnosť polohovania a presnosť obrábania obrobku.
- Axiálne hádzanie vretena: Axiálne hádzanie vretena spôsobí malé posunutie rezného nástroja v axiálnom smere. Počas vŕtania, vyvrtávania a iných obrábacích procesov to bude mať za následok chyby vo veľkosti priemeru otvoru, zhoršenie valcovitosti otvoru a zvýšenie drsnosti povrchu.
- Radiálne hádzanie otvoru vretena: Ovplyvňuje presnosť upnutia rezného nástroja, čo spôsobuje nestabilnú radiálnu polohu nástroja počas otáčania. Pri frézovaní vonkajšej kružnice alebo vyvŕtavaní otvorov zvyšuje chybu tvaru obrysu obrábaného dielu, čo sťažuje zabezpečenie kruhovitosti a valcovitosti.
- Rovnobežnosť osi vretena pri pohybe vretenovej skrinky pozdĺž smeru súradnice Z: Tento index presnosti je kľúčový pre zabezpečenie konzistentnosti relatívnej polohy medzi rezným nástrojom a obrobkom pri obrábaní v rôznych polohách osi Z. Ak je rovnobežnosť nedostatočná, pri hlbokom frézovaní alebo vyvŕtavaní sa vyskytnú nerovnomerné hĺbky obrábania.
- Kolmosť osi otáčania vretena k povrchu pracovného stola: Pri vertikálnych obrábacích centrách táto kolmosť priamo určuje presnosť obrábania zvislých a šikmých plôch. Ak existuje odchýlka, vyskytnú sa problémy, ako sú nekolmé zvislé plochy a nepresné uhly šikmých plôch.
- Priamosť pohybu vretenovej skrine pozdĺž smeru súradnice Z: Chyba priamosti spôsobí, že sa rezný nástroj počas pohybu pozdĺž osi Z odchýli od ideálnej priamej trajektórie. Pri obrábaní hlbokých otvorov alebo viacstupňových povrchov to spôsobí chyby súososti medzi stupňami a chyby priamosti otvorov.
(II) Bežne používané inšpekčné nástroje
Geometrická presná kontrola vyžaduje použitie série vysoko presných kontrolných nástrojov. Na meranie rovinnosti povrchu pracovného stola a priamosti a rovnobežnosti v každom smere súradnicovej osi možno použiť presné vodováhy; presné uhlomery, pravouhlé uhlomery a rovnobežné pravítka môžu pomôcť pri detekcii kolmosti a rovnobežnosti; rovnobežné svetelné trubice môžu poskytnúť vysoko presné referenčné priamky na porovnávacie meranie; úchylkomery a mikrometre sa široko používajú na meranie rôznych malých posunutí a hádzania, ako je axiálne a radiálne hádzanie vretena; vysoko presné testovacie tyče sa často používajú na detekciu presnosti otvoru vretena a polohového vzťahu medzi vretenom a súradnicovými osami.
(III) Bezpečnostné opatrenia pri kontrole
Kontrola geometrickej presnosti CNC obrábacích centier sa musí vykonať naraz po presnom nastavení CNC obrábacích centier. Je to preto, že medzi rôznymi ukazovateľmi geometrickej presnosti existujú vzájomne prepojené a interaktívne vzťahy. Napríklad rovinnosť povrchu pracovného stola a rovnobežnosť pohybu súradnicových osí sa môžu navzájom obmedzovať. Nastavenie jednej položky môže mať reťazovú reakciu na ďalšie súvisiace položky. Ak sa jedna položka nastavuje a potom sa kontroluje postupne, je ťažké presne určiť, či celková geometrická presnosť skutočne spĺňa požiadavky, a tiež to nevedie k nájdeniu základnej príčiny odchýlok presnosti a k vykonávaniu systematických úprav a optimalizácií.
III. Kontrola presnosti polohovania CNC obrábacích centier
(I) Definícia a faktory ovplyvňujúce presnosť polohovania
Presnosť polohovania sa vzťahuje na presnosť polohovania, ktorú dokáže dosiahnuť každá súradnicová os CNC obrábacieho centra pod riadením numerickým riadiacim zariadením. Závisí to hlavne od presnosti riadenia numerického riadiaceho systému a od chýb mechanického prenosového systému. Rozlíšenie numerického riadiaceho systému, interpolačné algoritmy a presnosť zariadení na detekciu spätnej väzby budú mať vplyv na presnosť polohovania. Pokiaľ ide o mechanický prenos, faktory, ako je chyba stúpania vodiacej skrutky, vôľa medzi vodiacou skrutkou a maticou, priamosť a trenie vodiacej lišty, tiež do značnej miery určujú úroveň presnosti polohovania.
(II) Obsah inšpekcie
- Presnosť polohovania a opakujúca sa presnosť polohovania každej lineárnej osi pohybu: Presnosť polohovania odráža rozsah odchýlky medzi zadanou polohou a skutočne dosiahnutou polohou súradnicovej osi, zatiaľ čo opakujúca sa presnosť polohovania odráža stupeň rozptylu polohy, keď sa súradnicová os opakovane pohybuje do rovnakej zadanej polohy. Napríklad pri frézovaní kontúr spôsobí nízka presnosť polohovania odchýlky medzi tvarom obrobeného kontúry a navrhnutým kontúrom a nízka opakujúca sa presnosť polohovania povedie k nekonzistentným trajektóriám obrábania pri viacnásobnom spracovaní toho istého kontúry, čo ovplyvní kvalitu povrchu a rozmerovú presnosť.
- Presnosť návratu mechanického začiatku každej osi lineárneho pohybu: Mechanický počiatok je referenčným bodom súradnicovej osi a jeho presnosť návratu priamo ovplyvňuje presnosť počiatočnej polohy súradnicovej osi po zapnutí obrábacieho stroja alebo po vykonaní operácie návratu do nulovej polohy. Ak presnosť návratu nie je vysoká, môže to viesť k odchýlkam medzi počiatkom súradnicového systému obrobku pri následnom obrábaní a navrhnutým počiatkom, čo má za následok systematické chyby polohy v celom procese obrábania.
- Vôľa každej lineárnej osi pohybu: Keď sa súradnicová os prepína medzi pohybom dopredu a dozadu, v dôsledku faktorov, ako je vôľa medzi mechanickými prevodovými komponentmi a zmeny trenia, dochádza k vôli. Pri obrábacích úlohách s častými pohybmi dopredu a dozadu, ako je frézovanie závitov alebo vykonávanie vratného obrábania kontúr, vôľa spôsobí „skokové“ chyby v trajektórii obrábania, čo ovplyvňuje presnosť obrábania a kvalitu povrchu.
- Presnosť polohovania a opakovateľná presnosť polohovania každej osi rotačného pohybu (rotačný pracovný stôl): Pre obrábacie centrá s rotačnými pracovnými stolmi je presnosť polohovania a opakovateľná presnosť polohovania osí rotačného pohybu kľúčová pre obrábanie obrobkov s kruhovým indexovaním alebo viacstanicovým obrábaním. Napríklad pri obrábaní obrobkov so zložitými charakteristikami kruhového rozloženia, ako sú lopatky turbín, presnosť rotačnej osi priamo určuje uhlovú presnosť a rovnomernosť rozloženia medzi lopatkami.
- Presnosť návratu z východiskového bodu každej osi rotačného pohybu: Podobne ako pri osi lineárneho pohybu, presnosť návratu z východiskového bodu osi rotačného pohybu ovplyvňuje presnosť jej počiatočnej uhlovej polohy po operácii návratu do nulového bodu a je dôležitým základom pre zabezpečenie presnosti viacstanicového spracovania alebo kruhového indexovania.
- Vôľa každej rotačnej osi: Vôľa vznikajúca pri prepínaní rotačnej osi medzi otáčaním dopredu a dozadu spôsobí uhlové odchýlky pri obrábaní kruhových kontúr alebo vykonávaní uhlového indexovania, čo ovplyvní presnosť tvaru a presnosť polohy obrobku.
(III) Metódy a vybavenie kontroly
Kontrola presnosti polohovania zvyčajne využíva vysoko presné kontrolné zariadenia, ako sú laserové interferometre a mriežkové stupnice. Laserový interferometer presne meria posunutie súradnicovej osi vyžarovaním laserového lúča a meraním zmien v jeho interferenčných prúžkoch, čím získava rôzne ukazovatele, ako je presnosť polohovania, opakujúca sa presnosť polohovania a vôľa. Mriežková stupnica je priamo nainštalovaná na súradnicovej osi a spätne poskytuje informácie o polohe súradnicovej osi čítaním zmien v mriežkových prúžkoch, čo možno použiť na online monitorovanie a kontrolu parametrov súvisiacich s presnosťou polohovania.
IV. Kontrola presnosti rezania CNC obrábacích centier
(I) Povaha a význam presnosti rezania
Presnosť rezania CNC obrábacieho centra je komplexná presnosť, ktorá odráža úroveň presnosti obrábania, ktorú môže obrábací stroj dosiahnuť v skutočnom procese rezania komplexným zohľadnením rôznych faktorov, ako je geometrická presnosť, presnosť polohovania, výkon rezného nástroja, parametre rezania a stabilita procesného systému. Kontrola presnosti rezania je konečným overením celkového výkonu obrábacieho stroja a priamo súvisí s tým, či obrábaný obrobok spĺňa konštrukčné požiadavky.
(II) Klasifikácia a obsah inšpekcie
- Presná kontrola jedného obrábania
- Presnosť vŕtania – kruhovitosť, valcovitosť: Vŕtanie je bežný proces obrábania v obrábacích centrách. Kruhovitosť a valcovitosť vyvŕtaného otvoru priamo odrážajú úroveň presnosti obrábacieho stroja, keď rotačný a lineárny pohyb pracujú spoločne. Chyby kruhovitosti vedú k nerovnomerným veľkostiam priemeru otvoru a chyby valcovitosti spôsobia ohnutie osi otvoru, čo ovplyvní presnosť uchytenia s ostatnými dielmi.
- Rovinnosť a rozdiel krokov pri rovinnom frézovaní čelnými frézami: Pri frézovaní roviny čelnou frézou rovinnosť odráža rovnobežnosť medzi povrchom pracovného stola a rovinou pohybu nástroja a rovnomerné opotrebovanie reznej hrany nástroja, zatiaľ čo rozdiel krokov odráža konzistentnosť hĺbky rezu nástroja v rôznych polohách počas procesu rovinného frézovania. Ak existuje rozdiel krokov, naznačuje to, že existujú problémy s rovnomernosťou pohybu obrábacieho stroja v rovine X a Y.
- Kolmosť a rovnobežnosť bočného frézovania čelnými frézami: Pri frézovaní bočnej plochy sa kolmosťou a rovnobežnosťou testuje kolmosť medzi osou otáčania vretena a súradnicovou osou a vzťah rovnobežnosti medzi nástrojom a referenčnou plochou pri rezaní na bočnej ploche, čo má veľký význam pre zabezpečenie presnosti tvaru a presnosti montáže bočnej plochy obrobku.
- Presná kontrola obrábania štandardného komplexného skúšobného kusu
- Obsah kontroly presnosti rezania pre horizontálne obrábacie centrá
- Presnosť rozstupu vŕtaných otvorov – v smere osi X, smere osi Y, diagonálnom smere a odchýlke priemeru otvoru: Presnosť rozstupu vŕtaných otvorov komplexne testuje presnosť polohovania obrábacieho stroja v rovine X a Y a schopnosť riadiť rozmerovú presnosť v rôznych smeroch. Odchýlka priemeru otvoru ďalej odráža stabilitu presnosti procesu vŕtania.
- Priamočiarosť, rovnobežnosť, rozdiel hrúbky a kolmosť frézovania okolitých plôch čelnými frézami: Frézovaním okolitých plôch čelnými frézami je možné počas viacosového obrábania s prepojením zistiť vzťah presnosti polohy nástroja vzhľadom na rôzne povrchy obrobku. Priamočiarosť, rovnobežnosť a kolmosť testujú presnosť geometrického tvaru medzi povrchmi a rozdiel hrúbky odráža presnosť riadenia hĺbky rezu nástroja v smere osi Z.
- Priamosť, rovnobežnosť a kolmosť dvojosového frézovania priamych čiar: Dvojosové frézovanie priamych čiar je základná operácia obrábania kontúr. Táto presná kontrola umožňuje vyhodnotiť presnosť trajektórie obrábacieho stroja, keď sa osi X a Y pohybujú koordinovane, čo zohráva kľúčovú úlohu pri zabezpečovaní presnosti obrábania obrobkov s rôznymi tvarmi priamych kontúr.
- Kruhovitosť oblúkového frézovania s frézami: Presnosť oblúkového frézovania testuje najmä presnosť obrábacieho stroja počas oblúkového interpolačného pohybu. Chyby kruhovitosti ovplyvnia presnosť tvaru obrobkov s oblúkovými kontúrami, ako sú ložiskové telesá a ozubené kolesá.
- Obsah kontroly presnosti rezania pre horizontálne obrábacie centrá
(III) Podmienky a požiadavky na kontrolu presnosti rezania
Kontrola presnosti rezania by sa mala vykonať po overení geometrickej presnosti a presnosti polohovania obrábacieho stroja. Mali by sa vybrať vhodné rezné nástroje, parametre rezania a materiály obrobku. Rezné nástroje by mali mať dobrú ostrosť a odolnosť proti opotrebovaniu a parametre rezania by sa mali primerane zvoliť podľa výkonu obrábacieho stroja, materiálu rezného nástroja a materiálu obrobku, aby sa zabezpečila skutočná presnosť rezania obrábacieho stroja za normálnych podmienok rezania. Počas procesu kontroly by sa mal obrábaný obrobok presne zmerať a na komplexné a presné vyhodnotenie rôznych ukazovateľov presnosti rezania by sa mali použiť vysoko presné meracie zariadenia, ako sú súradnicové meracie stroje a profilometre.
V. Záver
Kontrola geometrickej presnosti, presnosti polohovania a presnosti rezania pri dodávke CNC obrábacích centier je kľúčovým článkom na zabezpečenie kvality a výkonu obrábacích strojov. Geometrická presnosť poskytuje záruku základnej presnosti obrábacích strojov, presnosť polohovania určuje presnosť obrábacích strojov pri riadení pohybu a presnosť rezania je komplexnou kontrolou celkovej spracovateľskej schopnosti obrábacích strojov. Počas samotného procesu preberania je potrebné prísne dodržiavať príslušné normy a špecifikácie, prijať vhodné kontrolné nástroje a metódy a komplexne a dôkladne merať a hodnotiť rôzne ukazovatele presnosti. Iba ak sú splnené všetky tri požiadavky na presnosť, môže byť CNC obrábacie centrum oficiálne uvedené do výroby a používania, čím sa poskytujú vysoko presné a vysoko efektívne obrábacie služby pre výrobný priemysel a podporuje sa rozvoj priemyselnej výroby smerom k vyššej kvalite a väčšej presnosti. Pravidelná kontrola a kalibrácia presnosti obrábacieho centra je zároveň dôležitým opatrením na zabezpečenie jeho dlhodobej stabilnej prevádzky a nepretržitej spoľahlivosti jeho presnosti obrábania.