Hlboká analýza úrovne presnosti a požiadaviek na presnosť obrábania kľúčových častí CNC obrábacích strojov
V modernej výrobe sa CNC obrábacie stroje stali základným zariadením na výrobu rôznych presných dielov vďaka svojej vysokej presnosti, vysokej účinnosti a vysokému stupňu automatizácie. Úroveň presnosti CNC obrábacích strojov priamo určuje kvalitu a zložitosť dielov, ktoré dokážu spracovať, a požiadavky na presnosť obrábania kľúčových dielov typických dielov zohrávajú rozhodujúcu úlohu pri výbere CNC obrábacích strojov.
CNC obrábacie stroje možno rozdeliť do rôznych typov na základe ich použitia, vrátane jednoduchých, plne funkčných, ultra presných atď. Každý typ dokáže dosiahnuť rôzne úrovne presnosti. Jednoduché CNC obrábacie stroje sa stále používajú v niektorých sústruhoch a frézkach s minimálnym rozlíšením pohybu 0,01 mm a presnosťou pohybu a obrábania zvyčajne nad (0,03 – 0,05) mm. Tento typ obrábacieho stroja je vhodný pre niektoré obrábacie úlohy s relatívne nízkymi požiadavkami na presnosť.
Ultra presné CNC obrábacie stroje sa používajú hlavne v špeciálnych obrábacích oblastiach a ich presnosť môže dosiahnuť ohromujúce úrovne pod 0,001 mm. Tieto ultra presné obrábacie stroje dokážu vyrábať mimoriadne presné diely, ktoré spĺňajú prísne požiadavky vysoko presných a špičkových odvetví, ako je letecký a kozmický priemysel a zdravotnícke zariadenia.
Okrem klasifikácie podľa účelu možno CNC obrábacie stroje rozdeliť aj na bežné a presné typy na základe presnosti. Pri testovaní presnosti CNC obrábacích strojov sa zvyčajne skúma 20 – 30 položiek. Medzi najreprezentatívnejšie a najcharakteristickejšie položky však patrí najmä presnosť polohovania jednej osi, presnosť opakovaného polohovania jednej osi a kruhovitosť skúšobného kusu vyrobeného dvoma alebo viacerými prepojenými obrábacími osami.
Presnosť polohovania jednej osi sa vzťahuje na rozsah chyby pri polohovaní ľubovoľného bodu v rámci zdvihu osi a je kľúčovým ukazovateľom, ktorý priamo odráža schopnosť presnosti obrábania obrábacieho stroja. V súčasnosti existujú určité rozdiely v predpisoch, definíciách, metódach merania a metódach spracovania údajov tohto ukazovateľa medzi krajinami sveta. Pri úvode vzorových údajov pre rôzne typy CNC obrábacích strojov medzi bežné normy patria americká norma (NAS), odporúčané normy Americkej asociácie výrobcov obrábacích strojov, nemecká norma (VDI), japonská norma (JIS), Medzinárodná organizácia pre normalizáciu (ISO) a čínska národná norma (GB).
Treba poznamenať, že spomedzi týchto noriem japonská norma špecifikuje najnižšiu hodnotu. Metóda merania je založená na jednej sade stabilných údajov a potom sa hodnota chyby komprimuje na polovicu s použitím hodnoty ±. Preto sa presnosť polohovania meraná pomocou japonských štandardných metód merania často líši viac ako dvojnásobne v porovnaní s výsledkami meranými pomocou iných noriem. Ostatné normy sa však, hoci sa líšia v spracovaní údajov, pri analýze presnosti merania a polohovania riadia zákonom štatistiky chýb. To znamená, že pre určitú chybu bodu polohovania v ovládateľnom zdvihu osi CNC obrábacieho stroja by mala odrážať chybovú situáciu tisícok polohovacích časov počas dlhodobého používania obrábacieho stroja. Pri skutočnom meraní však kvôli obmedzeniam podmienok možno vykonať iba obmedzený počet meraní (zvyčajne 5 – 7-krát).
Presnosť opakovaného polohovania jednej osi komplexne odráža celkovú presnosť každého pohyblivého komponentu osi, najmä pokiaľ ide o stabilitu polohovania osi v ktoromkoľvek bode polohovania v rámci zdvihu, čo má veľký význam. Je to základný ukazovateľ na meranie toho, či os dokáže pracovať stabilne a spoľahlivo. V moderných CNC systémoch má softvér zvyčajne bohaté funkcie kompenzácie chýb, ktoré dokážu stabilne kompenzovať systémové chyby každého článku v reťazci posuvného prevodu.
Napríklad vôľa, elastická deformácia a kontaktná tuhosť každého článku v prevodovom reťazci budú vykazovať rôzne okamžité pohyby v závislosti od faktorov, ako je veľkosť zaťaženia pracovného stola, dĺžka dráhy pohybu a rýchlosť polohovania. V niektorých servosystémoch s otvorenou a polouzavretou slučkou budú mechanické hnacie komponenty po meraní komponentov ovplyvnené rôznymi náhodnými faktormi, čo vedie k významným náhodným chybám. Napríklad tepelné predĺženie guľôčkových skrutiek môže spôsobiť posun v skutočnej polohovacej polohe pracovného stola.
Pre komplexné vyhodnotenie presnosti CNC obrábacích strojov je okrem vyššie uvedených ukazovateľov presnosti jednej osi dôležité vyhodnotiť aj presnosť obrábania viacosových kĺbových spojov. Presnosť frézovania valcových plôch alebo frézovania priestorových špirálových drážok (závitov) je ukazovateľ, ktorý dokáže komplexne vyhodnotiť charakteristiky servopohonu CNC osí (dve alebo tri osi) a interpolačnú funkciu CNC systémov v obrábacích strojoch. Obvyklou metódou hodnotenia je meranie kruhovitosti obrobenej valcovej plochy.
Pri skúšobnom rezaní CNC obrábacích strojov je efektívnym spôsobom posúdenia aj frézovanie šikmého štvorcového obrábania so štyrmi stranami, ktoré možno použiť na vyhodnotenie presnosti dvoch ovládateľných osí pri lineárnom interpolačnom pohybe. Počas tohto skúšobného rezania sa na vreteno obrábacieho stroja nainštaluje fréza používaná na presné obrábanie a frézuje sa kruhová vzorka umiestnená na pracovnom stole. Pre malé a stredné obrábacie stroje sa kruhové vzorky zvyčajne vyberajú v rozmedzí od 200 do 300 ¥. Po dokončení frézovania sa vzorka umiestni na tester kruhovitosti a zmeria sa kruhovitosť jej obrobeného povrchu.
Pozorovaním a analýzou výsledkov obrábania je možné získať mnoho dôležitých informácií o presnosti a výkone obrábacích strojov. Ak sú na frézovanej valcovej ploche zjavné vibračné vzory frézy, odráža to nestabilnú interpolačnú rýchlosť obrábacieho stroja. Ak existuje významná eliptická chyba v kruhovitosti spôsobená frézovaním, naznačuje to, že zisky dvoch riadených osových systémov pre interpolačný pohyb sa nezhodujú. Na kruhovej ploche, ak sú v bodoch, kde každá riadená os mení smer, značky zastavenia (t. j. pri kontinuálnom rezacom pohybe, ak sa posuvný pohyb zastaví v určitej polohe, nástroj vytvorí na obrábanej ploche malú časť stôp po reze kovu), naznačuje to, že vôle osi vpred a vzad neboli správne nastavené.
Posudzovanie presnosti CNC obrábacích strojov je zložitý a náročný proces a niektoré si vyžadujú presné vyhodnotenie aj po dokončení obrábania. Je to preto, že presnosť obrábacích strojov je ovplyvnená kombináciou rôznych faktorov vrátane konštrukčného riešenia obrábacieho stroja, presnosti výroby komponentov, kvality montáže, výkonu riadiacich systémov a podmienok prostredia počas procesu obrábania.
Pokiaľ ide o konštrukčné riešenie obrábacích strojov, rozumné konštrukčné usporiadanie a tuhý dizajn môžu účinne znížiť vibrácie a deformácie počas procesu obrábania, čím sa zlepší presnosť obrábania. Napríklad použitie vysokopevnostných materiálov lôžka, optimalizovaných konštrukcií stĺpov a priečnych nosníkov atď. môže pomôcť zvýšiť celkovú stabilitu obrábacieho stroja.
Presnosť výroby súčiastok zohráva tiež zásadnú úlohu v presnosti obrábacích strojov. Presnosť kľúčových komponentov, ako sú guľôčkové skrutky, lineárne vedenia a vretená, priamo určuje presnosť pohybu každej osi pohybu obrábacieho stroja. Vysokokvalitné guľôčkové skrutky zabezpečujú presný lineárny pohyb, zatiaľ čo vysoko presné lineárne vedenia poskytujú plynulé vedenie.
Kvalita montáže je tiež dôležitým faktorom ovplyvňujúcim presnosť obrábacích strojov. V procese montáže obrábacieho stroja je potrebné prísne kontrolovať parametre, ako je presnosť uchytenia, rovnobežnosť a zvislosť medzi rôznymi komponentmi, aby sa zabezpečil presný pohybový vzťah medzi pohyblivými časťami obrábacieho stroja počas prevádzky.
Výkon riadiaceho systému je kľúčový pre presné riadenie obrábacích strojov. Pokročilé CNC systémy dokážu dosiahnuť presnejšie riadenie polohy, riadenie rýchlosti a interpolačné operácie, čím sa zlepšuje presnosť obrábania obrábacích strojov. Funkcia kompenzácie chýb CNC systému zároveň dokáže poskytnúť kompenzáciu rôznych chýb obrábacieho stroja v reálnom čase, čím sa ďalej zlepšuje presnosť obrábania.
Podmienky prostredia počas procesu obrábania môžu mať tiež vplyv na presnosť obrábacieho stroja. Zmeny teploty a vlhkosti môžu spôsobiť tepelnú rozťažnosť a sťahovanie komponentov obrábacieho stroja, čím ovplyvňujú presnosť obrábania. Preto je pri vysoko presnom obrábaní zvyčajne potrebné prísne kontrolovať prostredie obrábania a udržiavať konštantnú teplotu a vlhkosť.
Stručne povedané, presnosť CNC obrábacích strojov je komplexný ukazovateľ, ktorý je ovplyvnený interakciou mnohých faktorov. Pri výbere CNC obrábacieho stroja je potrebné zvážiť faktory, ako je typ obrábacieho stroja, úroveň presnosti, technické parametre, ako aj reputácia a popredajný servis výrobcu, na základe požiadaviek na presnosť obrábania dielov. Zároveň by sa počas používania obrábacieho stroja malo vykonávať pravidelné testovanie presnosti a údržba, aby sa včas identifikovali a vyriešili problémy, čím sa zabezpečí, že obrábací stroj si vždy udrží dobrú presnosť a poskytne spoľahlivé záruky na výrobu vysoko kvalitných dielov.
S neustálym pokrokom technológií a rýchlym rozvojom výroby sa neustále zvyšujú aj požiadavky na presnosť CNC obrábacích strojov. Výrobcovia CNC obrábacích strojov neustále skúmajú a inovujú, pričom zavádzajú pokročilejšie technológie a procesy na zlepšenie presnosti a výkonu obrábacích strojov. Zároveň sa neustále zlepšujú príslušné priemyselné normy a špecifikácie, ktoré poskytujú vedeckejší a jednotnejší základ pre hodnotenie presnosti a kontrolu kvality CNC obrábacích strojov.
V budúcnosti sa CNC obrábacie stroje budú vyvíjať smerom k vyššej presnosti, efektivite a automatizácii, čo poskytne silnejšiu podporu pre transformáciu a modernizáciu výrobného priemyslu. Pre výrobné podniky bude hlboké pochopenie presných charakteristík CNC obrábacích strojov, rozumný výber a používanie CNC obrábacích strojov kľúčom k zlepšeniu kvality výrobkov a zvýšeniu konkurencieschopnosti na trhu.