Dyp analyse av presisjonsnivå og krav til maskineringsnøyaktighet for viktige deler av CNC-maskinverktøy
I moderne produksjon har CNC-maskinverktøy blitt kjerneutstyret for å produsere ulike presisjonsdeler med høy presisjon, høy effektivitet og høy grad av automatisering. Nøyaktighetsnivået til CNC-maskinverktøy bestemmer direkte kvaliteten og kompleksiteten til delene de kan bearbeide, og kravene til maskineringsnøyaktighet for nøkkeldeler av typiske deler spiller en avgjørende rolle i valget av CNC-maskinverktøy.
CNC-maskinverktøy kan klassifiseres i ulike typer basert på bruken, inkludert enkle, fullt funksjonelle, ultrapresisjon, osv. Hver type kan oppnå ulike nivåer av nøyaktighet. Enkle CNC-maskinverktøy brukes fortsatt i noen dreiebenker og fresemaskiner, med en minimum bevegelsesoppløsning på 0,01 mm, og bevegelses- og maskineringsnøyaktighet vanligvis over (0,03–0,05) mm. Denne typen maskinverktøy er egnet for noen maskineringsoppgaver med relativt lave presisjonskrav.
Ultrapresisjons CNC-maskiner brukes hovedsakelig innen spesielle maskineringsfelt, og nøyaktigheten kan nå forbløffende nivåer under 0,001 mm. Denne ultrapresisjonsmaskinen kan produsere ekstremt presise deler, og oppfyller de strenge kravene til høypresisjons- og banebrytende industrier som luftfart og medisinsk utstyr.
I tillegg til klassifisering etter formål, kan CNC-maskinverktøy også klassifiseres i vanlige og presisjonstyper basert på nøyaktighet. Når man tester nøyaktigheten til CNC-maskinverktøy, involverer det vanligvis 20–30 elementer. Imidlertid inkluderer de mest representative og karakteristiske elementene hovedsakelig nøyaktighet ved posisjonering av én akse, nøyaktighet ved gjentatt posisjonering av én akse og rundheten til teststykket produsert av to eller flere koblede maskineringsakser.
Posisjoneringsnøyaktighet for enkeltakse refererer til feilområdet ved posisjonering av et hvilket som helst punkt innenfor akseslaget, og det er en nøkkelindikator som direkte gjenspeiler maskinverktøyets maskineringsnøyaktighetskapasitet. For tiden er det visse forskjeller i forskrifter, definisjoner, målemetoder og databehandlingsmetoder for denne indikatoren mellom land rundt om i verden. Ved introduksjon av eksempeldata for ulike typer CNC-maskinverktøy inkluderer vanlige standarder den amerikanske standarden (NAS), de anbefalte standardene fra American Machine Tool Manufacturers Association, den tyske standarden (VDI), den japanske standarden (JIS), den internasjonale standardiseringsorganisasjonen (ISO) og Kinas nasjonale standard (GB).
Det skal bemerkes at blant disse standardene spesifiserer den japanske standarden den laveste. Målemetoden er basert på et enkelt sett med stabile data, og deretter komprimeres feilverdien med halvparten ved å ta en ±-verdi. Derfor avviker posisjoneringsnøyaktigheten målt ved hjelp av japanske standardmålemetoder ofte med mer enn dobbelt så mye som resultater målt ved hjelp av andre standarder. Imidlertid følger andre standarder, selv om de er forskjellige i databehandling, alle loven om feilstatistikk for å analysere måle- og posisjoneringsnøyaktighet. Dette betyr at for en viss posisjoneringspunktfeil i et kontrollerbart akseslag på en CNC-maskinverktøy, bør den gjenspeile feilsituasjonen for tusenvis av posisjoneringstider under langvarig bruk av maskinverktøyet. Ved faktisk måling kan imidlertid bare et begrenset antall målinger gjøres på grunn av begrensninger i forhold (vanligvis 5–7 ganger).
Den gjentatte posisjoneringsnøyaktigheten for én akse gjenspeiler den omfattende nøyaktigheten til hver bevegelige komponent i aksen, spesielt for å gjenspeile posisjoneringsstabiliteten til aksen på ethvert posisjoneringspunkt innenfor slaget, noe som er av stor betydning. Det er en grunnleggende indikator for å måle om aksen kan fungere stabilt og pålitelig. I moderne CNC-systemer har programvare vanligvis omfattende feilkompensasjonsfunksjoner, som stabilt kan kompensere for systemfeilene i hvert ledd i mateoverføringskjeden.
For eksempel vil klaringen, den elastiske deformasjonen og kontaktstivheten til hvert ledd i transmisjonskjeden vise forskjellige øyeblikkelige bevegelser avhengig av faktorer som arbeidsbenkens laststørrelse, bevegelsesavstanden og hastigheten på bevegelsesposisjoneringen. I noen servosystemer med åpen sløyfe og semi-lukket sløyfe vil de mekaniske drivkomponentene etter måling av komponentene bli påvirket av forskjellige tilfeldige faktorer, noe som resulterer i betydelige tilfeldige feil. For eksempel kan termisk forlengelse av kuleskruer forårsake avdrift i arbeidsbenkens faktiske posisjoneringsposisjon.
For å kunne evaluere nøyaktighetsytelsen til CNC-maskinverktøy på en omfattende måte, er det i tillegg til nøyaktighetsindikatorene for én akse som er nevnt ovenfor, også avgjørende å evaluere nøyaktigheten til flerakset koblingsmaskinering. Presisjonen ved fresing av sylindriske overflater eller fresing av romlige spiralspor (gjenger) er en indikator som kan evaluere servofølgende bevegelseskarakteristikker til CNC-akser (to eller tre akser) og interpolasjonsfunksjonen til CNC-systemer i maskinverktøy på en omfattende måte. Den vanlige vurderingsmetoden er å måle rundheten til den maskinerte sylindriske overflaten.
Ved prøveskjæring av CNC-maskinverktøy er fresing med skrå firkantet firesidig maskinering også en effektiv vurderingsmetode, som kan brukes til å evaluere nøyaktigheten til to kontrollerbare akser i lineær interpolasjonsbevegelse. Under denne prøveskjæringen installeres endefresen som brukes til presisjonsmaskinering på maskinverktøyets spindel, og den sirkulære prøven som plasseres på arbeidsbenken freses. For små og mellomstore maskinverktøy velges sirkulære prøver vanligvis i området 200 til 300 yen. Etter at fresingen er fullført, plasseres prøven på en rundhetstester og rundheten på den maskinerte overflaten måles.
Ved å observere og analysere maskineringsresultatene kan man få mye viktig informasjon om nøyaktigheten og ytelsen til maskinverktøyene. Hvis det er tydelige vibrasjonsmønstre for fresekutteren på den freste sylindriske overflaten, gjenspeiler det maskinverktøyets ustabile interpolasjonshastighet. Hvis det er en betydelig elliptisk feil i rundheten produsert av fresing, indikerer det at forsterkningene til de to kontrollerbare aksesystemene for interpolasjonsbevegelse ikke samsvarer. På en sirkulær overflate, hvis det er stoppmerker på punktene der hver kontrollerbar akse endrer retning (dvs. i kontinuerlig skjærebevegelse, hvis matebevegelsen stopper i en bestemt posisjon, vil verktøyet danne en liten seksjon med metallskjæremerker på maskineringsoverflaten), indikerer det at aksens fremover- og bakoverklaringer ikke er justert riktig.
Nøyaktighetsvurderingen av CNC-maskinverktøy er en kompleks og vanskelig prosess, og noen krever til og med nøyaktig evaluering etter at maskineringen er fullført. Dette er fordi nøyaktigheten til maskinverktøy påvirkes av en kombinasjon av ulike faktorer, inkludert maskinverktøyets strukturelle design, komponentenes produksjonsnøyaktighet, monteringskvalitet, ytelsen til kontrollsystemer og miljøforhold under maskineringsprosessen.
Når det gjelder strukturell design av maskinverktøy, kan en rimelig strukturell utforming og stiv design effektivt redusere vibrasjon og deformasjon under maskineringsprosessen, og dermed forbedre maskineringsnøyaktigheten. For eksempel kan bruk av høyfaste sjiktmaterialer, optimaliserte søyle- og tverrbjelkestrukturer, etc. bidra til å forbedre maskinverktøyets generelle stabilitet.
Produksjonsnøyaktigheten til komponenter spiller også en grunnleggende rolle i nøyaktigheten til maskinverktøy. Nøyaktigheten til nøkkelkomponenter som kuleskruer, lineære føringer og spindler bestemmer direkte bevegelsesnøyaktigheten til hver bevegelsesakse i maskinverktøyet. Kuleskruer av høy kvalitet sikrer presis lineær bevegelse, mens lineære føringer med høy presisjon gir jevn føring.
Monteringskvalitet er også en viktig faktor som påvirker nøyaktigheten til maskinverktøy. I monteringsprosessen av maskinverktøyet er det nødvendig å strengt kontrollere parametere som monteringsnøyaktighet, parallellitet og vertikalitet mellom ulike komponenter for å sikre nøyaktig bevegelsesforhold mellom maskinverktøyets bevegelige deler under drift.
Kontrollsystemets ytelse er avgjørende for nøyaktighetskontrollen av maskinverktøy. Avanserte CNC-systemer kan oppnå mer presis posisjonskontroll, hastighetskontroll og interpolasjonsoperasjoner, og dermed forbedre maskineringsnøyaktigheten til maskinverktøy. Samtidig kan feilkompensasjonsfunksjonen til CNC-systemet gi sanntidskompensasjon for ulike feil i maskinverktøyet, noe som ytterligere forbedrer maskineringsnøyaktigheten.
Miljøforholdene under maskineringsprosessen kan også påvirke maskinverktøyets nøyaktighet. Endringer i temperatur og fuktighet kan forårsake termisk utvidelse og sammentrekning av maskinverktøyets komponenter, og dermed påvirke maskineringsnøyaktigheten. Derfor er det i høypresisjonsmaskineringssituasjoner vanligvis nødvendig å kontrollere maskineringsmiljøet strengt og opprettholde konstant temperatur og fuktighet.
Oppsummert er nøyaktigheten til CNC-maskinverktøy en omfattende indikator som påvirkes av samspillet mellom en rekke faktorer. Når man velger et CNC-maskinverktøy, er det nødvendig å vurdere faktorer som maskintype, nøyaktighetsnivå, tekniske parametere, samt produsentens omdømme og ettersalgsservice, basert på kravene til maskineringsnøyaktighet for delene. Samtidig bør det utføres regelmessig nøyaktighetstesting og vedlikehold under bruk av maskinverktøyet for å raskt identifisere og løse problemer, sikre at maskinverktøyet alltid opprettholder god nøyaktighet og gi pålitelige garantier for produksjon av deler av høy kvalitet.
Med den kontinuerlige teknologiske utviklingen og den raske utviklingen av produksjonen øker også kravene til nøyaktigheten til CNC-maskinverktøy stadig. Produsenter av CNC-maskinverktøy forsker og innoverer kontinuerlig, og tar i bruk mer avanserte teknologier og prosesser for å forbedre nøyaktigheten og ytelsen til maskinverktøy. Samtidig forbedres relevante industristandarder og spesifikasjoner stadig, noe som gir et mer vitenskapelig og enhetlig grunnlag for nøyaktighetsevaluering og kvalitetskontroll av CNC-maskinverktøy.
I fremtiden vil CNC-maskinverktøy utvikles mot høyere presisjon, effektivitet og automatisering, noe som vil gi sterkere støtte til transformasjon og oppgradering av produksjonsindustrien. For produksjonsbedrifter vil en dyp forståelse av presisjonsegenskapene til CNC-maskinverktøy, samt fornuftig valg og bruk av CNC-maskinverktøy, være nøkkelen til å forbedre produktkvaliteten og styrke markedets konkurranseevne.