Poznáte faktory, ktoré ovplyvňujú rozmerovú presnosť obrábania na obrábacom centre?

Analýza a optimalizácia faktorov ovplyvňujúcich rozmerovú presnosť obrábacích centier

Abstrakt: Tento článok dôkladne skúma rôzne faktory, ktoré ovplyvňujú rozmerovú presnosť obrábacích centier, a rozdeľuje ich do dvoch kategórií: faktory, ktorým sa dá vyhnúť, a faktory, ktorým sa nedá zabrániť. Pre faktory, ktorým sa dá vyhnúť, ako sú obrábacie procesy, numerické výpočty v manuálnom a automatickom programovaní, rezné prvky a nastavovanie nástrojov atď., sú vykonané podrobné rozpracovania a sú navrhnuté zodpovedajúce optimalizačné opatrenia. Pre faktory, ktorým sa dá vyhnúť, vrátane deformácie obrobku pri chladení a stability samotného obrábacieho stroja, sú analyzované príčiny a mechanizmy vplyvu. Cieľom je poskytnúť komplexné znalostné referencie pre technikov zapojených do prevádzky a riadenia obrábacích centier, aby sa zlepšila úroveň kontroly rozmerovej presnosti obrábacích centier a zvýšila sa kvalita výrobkov a efektivita výroby.

 

I. Úvod
Ako kľúčové zariadenie v modernom obrábaní priamo súvisí rozmerová presnosť obrábania obrábacích centier s kvalitou a výkonom výrobkov. V reálnom výrobnom procese ovplyvňujú rozmerovú presnosť obrábania rôzne faktory. Je veľmi dôležité dôkladne analyzovať tieto faktory a hľadať účinné metódy kontroly.

 

II. Faktory ovplyvňujúce situáciu, ktorým sa dá vyhnúť

 

(I) Proces obrábania
Racionalita procesu obrábania do značnej miery určuje rozmerovú presnosť obrábania. Na základe dodržiavania základných princípov procesu obrábania by sa pri obrábaní mäkkých materiálov, ako sú hliníkové diely, mala venovať osobitná pozornosť vplyvu železných pilín. Napríklad počas frézovania hliníkových dielov, kvôli mäkkej textúre hliníka, železné piliny vznikajúce pri rezaní pravdepodobne poškriabu obrobený povrch, čím spôsobia rozmerové chyby. Na zníženie týchto chýb je možné prijať opatrenia, ako je optimalizácia dráhy odvádzania triesok a zvýšenie sania zariadenia na odvádzanie triesok. Zároveň by sa v procesnom usporiadaní malo rozumne plánovať rozloženie prídavkov na hrubovanie a dokončovanie. Pri hrubovaní sa používa väčšia hĺbka rezu a rýchlosť posuvu na rýchle odstránenie veľkého množstva prídavku, ale mal by sa ponechať vhodný prídavok na dokončovanie, zvyčajne 0,3 – 0,5 mm, aby sa zabezpečila vyššia rozmerová presnosť pri dokončovaní. Pokiaľ ide o používanie upínacích prípravkov, okrem dodržiavania princípov skrátenia upínacích časov a používania modulárnych upínacích prípravkov je potrebné zabezpečiť aj presnosť ich polohovania. Napríklad použitím vysoko presných polohovacích kolíkov a polohovacích plôch na zabezpečenie presnosti polohy obrobku počas procesu upnutia, čím sa zabráni rozmerovým chybám spôsobeným odchýlkou ​​polohy upnutia.

 

(II) Numerické výpočty v manuálnom a automatickom programovaní obrábacích centier
Či už ide o manuálne alebo automatické programovanie, presnosť numerických výpočtov je kľúčová. Počas procesu programovania zahŕňa výpočet dráh nástrojov, určenie súradnicových bodov atď. Napríklad pri výpočte trajektórie kruhovej interpolácie, ak sú súradnice stredu kružnice alebo polomeru vypočítané nesprávne, nevyhnutne to povedie k rozmerovým odchýlkam pri obrábaní. Na programovanie zložitých tvarovaných dielov je potrebný pokročilý softvér CAD/CAM na presné modelovanie a plánovanie dráhy nástroja. Počas používania softvéru by sa mala zabezpečiť presnosť geometrických rozmerov modelu a vygenerované dráhy nástrojov by sa mali starostlivo skontrolovať a overiť. Programátori by zároveň mali mať solídny matematický základ a bohaté programátorské skúsenosti a mali by byť schopní správne vybrať programovacie inštrukcie a parametre podľa požiadaviek na obrábanie dielov. Napríklad pri programovaní vŕtacích operácií by sa mali presne nastaviť parametre, ako je hĺbka vŕtania a vzdialenosť odsunu, aby sa predišlo rozmerovým chybám spôsobeným chybami programovania.

 

(III) Rezné prvky a kompenzácia nástroja
Rezná rýchlosť vc, posuv f a hĺbka rezu ap majú významný vplyv na rozmerovú presnosť obrábania. Nadmerná rezná rýchlosť môže viesť k zvýšenému opotrebovaniu nástroja, a tým ovplyvniť presnosť obrábania; nadmerná rýchlosť posuvu môže zvýšiť reznú silu, spôsobiť deformáciu obrobku alebo vibrácie nástroja a viesť k rozmerovým odchýlkam. Napríklad pri obrábaní vysokotvrdých legovaných ocelí, ak je rezná rýchlosť zvolená príliš vysoká, rezná hrana nástroja je náchylná na opotrebovanie, čím sa zmenší obrábaný rozmer. Primerané parametre rezania by sa mali určiť komplexne s ohľadom na rôzne faktory, ako je materiál obrobku, materiál nástroja a výkon obrábacieho stroja. Vo všeobecnosti ich možno zvoliť pomocou skúšok rezania alebo na základe príslušných manuálov na rezanie. Kompenzácia nástroja je zároveň dôležitým prostriedkom na zabezpečenie presnosti obrábania. V obrábacích centrách môže kompenzácia opotrebenia nástroja v reálnom čase korigovať rozmerové zmeny spôsobené opotrebovaním nástroja. Operátori by mali včas upravovať hodnotu kompenzácie nástroja podľa skutočného stavu opotrebenia nástroja. Napríklad počas kontinuálneho obrábania dávky dielov sa pravidelne merajú obrábané rozmery. Keď sa zistí, že rozmery sa postupne zväčšujú alebo zmenšujú, hodnota korekcie nástroja sa upraví, aby sa zabezpečila presnosť obrábania nasledujúcich dielov.

 

(IV) Nastavenie nástroja
Presnosť nastavenia nástroja priamo súvisí s rozmerovou presnosťou obrábania. Proces nastavenia nástroja spočíva v určení relatívneho polohového vzťahu medzi nástrojom a obrobkom. Ak je nastavenie nástroja nepresné, v obrábaných dieloch sa nevyhnutne vyskytnú rozmerové chyby. Výber vysoko presného vyhľadávača hrán je jedným z dôležitých opatrení na zlepšenie presnosti nastavenia nástroja. Napríklad použitím optického vyhľadávača hrán je možné presne zistiť polohu nástroja a hrany obrobku s presnosťou ±0,005 mm. Pri obrábacích centrách vybavených automatickým nastavovačom nástrojov je možné jeho funkcie plne využiť na dosiahnutie rýchleho a presného nastavenia nástroja. Počas operácie nastavovania nástroja by sa mala venovať pozornosť aj čistote prostredia nastavovania nástroja, aby sa predišlo vplyvu nečistôt na presnosť nastavenia nástroja. Obsluha by mala prísne dodržiavať prevádzkové postupy nastavovania nástroja, vykonávať viacero meraní a vypočítavať priemernú hodnotu, aby sa znížila chyba nastavenia nástroja.

 

III. Neodolateľné faktory

 

(I) Deformácia obrobkov po opracovaní chladením
Obrobky počas obrábania vytvárajú teplo a pri ochladzovaní po obrábaní sa deformujú v dôsledku tepelnej rozťažnosti a zmršťovania. Tento jav je bežný pri obrábaní kovov a je ťažké sa mu úplne vyhnúť. Napríklad pri niektorých veľkých konštrukčných dieloch z hliníkových zliatin je teplo generované počas obrábania relatívne vysoké a po ochladení je zrejmé zmenšenie rozmerov. Na zníženie vplyvu deformácie chladením na rozmerovú presnosť je možné počas obrábania primerane použiť chladiacu kvapalinu. Chladiaca kvapalina môže nielen znížiť teplotu rezania a opotrebovanie nástroja, ale tiež zabezpečiť rovnomerné ochladenie obrobku a znížiť stupeň tepelnej deformácie. Pri výbere chladiacej kvapaliny by sa malo vychádzať z požiadaviek materiálu obrobku a procesu obrábania. Napríklad pri obrábaní hliníkových dielov je možné zvoliť špeciálnu reznú kvapalinu zo zliatiny hliníka, ktorá má dobré chladiace a mazacie vlastnosti. Okrem toho by sa pri meraní in situ mal plne zohľadniť vplyv času chladenia na veľkosť obrobku. Vo všeobecnosti by sa meranie malo vykonávať po ochladení obrobku na izbovú teplotu alebo sa dajú odhadnúť rozmerové zmeny počas procesu chladenia a výsledky merania sa môžu korigovať podľa empirických údajov.

 

(II) Stabilita samotného obrábacieho centra

 

Mechanické aspekty
Uvoľnenie medzi servomotorom a skrutkou: Uvoľnenie spojenia medzi servomotorom a skrutkou vedie k zníženiu presnosti prenosu. Počas obrábania, keď sa motor otáča, uvoľnené spojenie spôsobí oneskorenie alebo nerovnomerné otáčanie skrutky, čím sa trajektória pohybu nástroja odchýli od ideálnej polohy a dôjde k rozmerovým chybám. Napríklad pri vysoko presnom obrábaní kontúr môže toto uvoľnenie spôsobiť odchýlky v tvare obrobeného kontúry, ako napríklad nedodržanie požiadaviek na priamosť a kruhovitosť. Pravidelná kontrola a uťahovanie spojovacích skrutiek medzi servomotorom a skrutkou je kľúčovým opatrením na predchádzanie takýmto problémom. Na zvýšenie spoľahlivosti spojenia možno použiť matice proti uvoľneniu alebo prostriedky na zaistenie závitov.

 

Opotrebovanie ložísk alebo matíc guľôčkových skrutiek: Guľôčková skrutka je dôležitou súčasťou pre dosiahnutie presného pohybu v obrábacom centre a opotrebovanie jej ložísk alebo matíc ovplyvňuje presnosť prenosu skrutky. S rastúcim opotrebením sa vôľa skrutky postupne zvyšuje, čo spôsobuje nepravidelný pohyb nástroja počas procesu pohybu. Napríklad pri axiálnom rezaní opotrebovanie matice skrutky spôsobí nepresné polohovanie nástroja v axiálnom smere, čo vedie k rozmerovým chybám v dĺžke obrábaného dielu. Na zníženie tohto opotrebenia je potrebné zabezpečiť dobré mazanie skrutky a pravidelne vymieňať mazivo. Zároveň je potrebné pravidelne kontrolovať presnosť guľôčkovej skrutky a ak opotrebenie prekročí povolený rozsah, ložiská alebo matice by sa mali včas vymeniť.

 

Nedostatočné mazanie medzi skrutkou a maticou: Nedostatočné mazanie zvýši trenie medzi skrutkou a maticou, čo nielen urýchli opotrebovanie súčiastok, ale spôsobí aj nerovnomerný odpor pohybu a ovplyvní presnosť obrábania. Počas obrábania sa môže vyskytnúť jav plazenia, to znamená, že nástroj bude mať pri nízkom otáčaní občasné prestávky a skoky, čo zhorší kvalitu obrobeného povrchu a sťaží zaručenie rozmerovej presnosti. Podľa návodu na obsluhu obrábacieho stroja by sa mal mazací tuk alebo mazací olej pravidelne kontrolovať a dopĺňať, aby sa zabezpečilo, že skrutka a matica sú v dobrom stave mazania. Zároveň je možné zvoliť vysokovýkonné mazivá na zlepšenie mazacieho účinku a zníženie trenia.

 

Elektrické aspekty
Porucha servomotora: Porucha servomotora priamo ovplyvní riadenie pohybu nástroja. Napríklad skrat alebo prerušenie vinutia motora spôsobí, že motor nebude schopný normálne pracovať alebo bude mať nestabilný výstupný krútiaci moment, čo znemožní nástroju pohybovať sa podľa vopred určenej trajektórie a vedie k rozmerovým chybám. Okrem toho porucha enkódera motora ovplyvní presnosť signálu spätnej väzby polohy, čo spôsobí, že riadiaci systém obrábacieho stroja nebude schopný presne riadiť polohu nástroja. Mala by sa vykonávať pravidelná údržba servomotora vrátane kontroly elektrických parametrov motora, čistenia chladiaceho ventilátora motora a zisťovania prevádzkového stavu enkódera atď., aby sa včas zistili a odstránili potenciálne riziká poruchy.

 

Nečistoty vo vnútri mriežkovej stupnice: Mriežková stupnica je dôležitý senzor používaný v obrábacom centre na meranie polohy a posunu nástroja. Ak sa vo vnútri mriežkovej stupnice nachádzajú nečistoty, ovplyvní to presnosť údajov na mriežkovej stupnici, čo spôsobí, že riadiaci systém obrábacieho stroja bude dostávať nesprávne informácie o polohe, čo bude mať za následok odchýlky rozmerov pri obrábaní. Napríklad pri obrábaní vysoko presných systémov otvorov môže v dôsledku chyby mriežkovej stupnice presnosť polohy otvorov prekročiť toleranciu. Pravidelné čistenie a údržba mriežkovej stupnice by sa mala vykonávať pomocou špeciálnych čistiacich nástrojov a prostriedkov a dodržiavaním správnych prevádzkových postupov, aby sa predišlo poškodeniu mriežkovej stupnice.

 

Porucha servozosilňovača: Funkciou servozosilňovača je zosilniť povelové signály vydané riadiacim systémom a následne uviesť servomotor do prevádzky. Ak servozosilňovač zlyhá, napríklad keď je poškodená výkonová trubica alebo je zosilňovací faktor abnormálny, servomotor beží nestabilne, čo ovplyvňuje presnosť obrábania. Môže to napríklad spôsobiť kolísanie otáčok motora, čo spôsobí nerovnomerný posuv nástroja počas procesu rezania, zvýši drsnosť povrchu obrábaného dielu a zníži rozmerovú presnosť. Mal by byť zavedený dokonalý mechanizmus detekcie a opravy elektrických porúch obrábacieho stroja a profesionálni pracovníci elektrickej opravy by mali byť vybavení na včasnú diagnostiku a opravu porúch elektrických komponentov, ako je servozosilňovač.

 

IV. Záver
Na rozmerovú presnosť obrábania obrábacích centier vplýva množstvo faktorov. Faktory, ktorým sa dá vyhnúť, ako sú obrábacie procesy, numerické výpočty v programovaní, rezné prvky a nastavovanie nástrojov, možno účinne kontrolovať optimalizáciou procesných schém, zlepšením úrovní programovania, rozumným výberom parametrov rezania a presným nastavením nástrojov. Neodolateľné faktory, ako je deformácia obrobku pri chladení a stabilita samotného obrábacieho stroja, hoci je ťažké ich úplne odstrániť, možno znížiť ich vplyv na presnosť obrábania použitím primeraných procesných opatrení, ako je použitie chladiacej kvapaliny, pravidelná údržba a detekcia a oprava porúch obrábacieho stroja. V reálnom výrobnom procese by operátori a technickí manažéri obrábacích centier mali plne rozumieť týmto ovplyvňujúcim faktorom a prijímať cielené opatrenia na prevenciu a kontrolu, aby neustále zlepšovali rozmerovú presnosť obrábania obrábacích centier, zabezpečili, aby kvalita výrobkov spĺňala požiadavky, a zvýšili konkurencieschopnosť podnikov na trhu.