Analýza klíčových prvků pro přesnou akceptaci CNC obráběcích center
Abstrakt: Tento článek podrobně rozebírá tři klíčové položky, které je třeba měřit z hlediska přesnosti při dodávce CNC obráběcích center, a to geometrickou přesnost, přesnost polohování a přesnost řezání. Prostřednictvím hloubkové analýzy významu každé přesné položky, obsahu kontroly, běžně používaných kontrolních nástrojů a kontrolních opatření poskytuje komplexní a systematické pokyny pro přejímací práce CNC obráběcích center, které pomáhají zajistit, aby obráběcí centra měla při dodání k použití dobrý výkon a přesnost a splňovala požadavky průmyslové výroby na vysoce přesné zpracování.
I. Úvod
Jako jedno z klíčových zařízení v moderní výrobě má přesnost CNC obráběcích center přímý vliv na kvalitu obráběných obrobků a efektivitu výroby. Během fáze dodávky je zásadní provádět komplexní a pečlivá měření a přezkoumávat geometrickou přesnost, přesnost polohování a přesnost řezání. To se netýká jen spolehlivosti zařízení při jeho prvním uvedení do provozu, ale je také důležitou zárukou jeho následného dlouhodobého stabilního provozu a vysoce přesného zpracování.
II. Geometrická přesná kontrola CNC obráběcích center
(I) Položky inspekce a jejich význam
Vezměme si jako příklad běžné vertikální obráběcí centrum, jeho kontrola geometrické přesnosti zahrnuje několik důležitých aspektů.
- Rovinnost povrchu pracovního stolu: Rovinnost povrchu pracovního stolu, který slouží jako upínací reference pro obrobky, přímo ovlivňuje přesnost montáže obrobků a kvalitu rovinnosti po zpracování. Pokud rovinnost překročí toleranci, při zpracování rovinných obrobků se vyskytnou problémy, jako je nerovnoměrná tloušťka a zhoršená drsnost povrchu.
- Vzájemná kolmost pohybů v každém směru souřadnic: Odchylka kolmosti mezi osami X, Y a Z způsobí změny prostorového geometrického tvaru obráběného obrobku. Například při frézování kvádrového obrobku budou mít původně kolmé hrany úhlové odchylky, což vážně ovlivní montážní výkon obrobku.
- Rovnoběžnost povrchu pracovního stolu během pohybů ve směrech souřadnic X a Y: Tato rovnoběžnost zajišťuje, že relativní poloha mezi řezným nástrojem a povrchem pracovního stolu zůstává konstantní, když se nástroj pohybuje v rovině X a Y. V opačném případě dochází během rovinného frézování k nerovnoměrným přídavkům na obrábění, což má za následek snížení kvality povrchu a dokonce i nadměrné opotřebení řezného nástroje.
- Rovnoběžnost strany T-drážky na povrchu pracovního stolu během pohybu ve směru souřadnice X: U obráběcích úloh, které vyžadují polohování upínacího přípravku pomocí T-drážky, souvisí přesnost této rovnoběžnosti s přesností instalace upínacího přípravku, což následně ovlivňuje přesnost polohování a přesnost obrábění obrobku.
- Axiální házení vřetena: Axiální házení vřetena způsobí malé posunutí řezného nástroje v axiálním směru. Během vrtání, vyvrtávání a dalších obráběcích procesů to vede k chybám v průměru otvoru, zhoršení válcovitosti otvoru a zvýšení drsnosti povrchu.
- Radiální házení otvoru vřetena: Ovlivňuje přesnost upnutí řezného nástroje a způsobuje nestabilní radiální polohu nástroje během otáčení. Při frézování vnější kružnice nebo vyvrtávání otvorů zvyšuje chybu tvaru obrysu obrobeného dílu, což ztěžuje zajištění kruhovitosti a válcovitosti.
- Rovnoběžnost osy vřetena při pohybu vřetena ve směru souřadnice Z: Tento index přesnosti je klíčový pro zajištění konzistence relativní polohy mezi řezným nástrojem a obrobkem při obrábění v různých polohách osy Z. Pokud je rovnoběžnost špatná, dojde k nerovnoměrné hloubce obrábění při hlubokém frézování nebo vyvrtávání.
- Kolmost osy otáčení vřetena k povrchu pracovního stolu: U vertikálních obráběcích center tato kolmost přímo určuje přesnost obrábění svislých a šikmých ploch. Pokud dojde k odchylce, dochází k problémům, jako jsou nekolmé svislé plochy a nepřesné úhly šikmých ploch.
- Přímost pohybu vřetena ve směru souřadnice Z: Chyba přímosti způsobí, že se řezný nástroj během pohybu ve směru osy Z odchýlí od ideální přímé trajektorie. Při obrábění hlubokých děr nebo vícestupňových povrchů to způsobí chyby souososti mezi stupni a chyby přímosti děr.
(II) Běžně používané inspekční nástroje
Geometrická přesná kontrola vyžaduje použití řady vysoce přesných kontrolních nástrojů. Přesné vodováhy lze použít k měření rovinnosti povrchu pracovního stolu a přímosti a rovnoběžnosti v každém směru souřadnicové osy; přesné úhelníky, pravoúhlé úhelníky a rovnoběžná pravítka mohou pomoci při detekci kolmosti a rovnoběžnosti; rovnoběžné světelné trubice mohou poskytnout vysoce přesné referenční přímky pro srovnávací měření; úchylkoměry a mikrometry se široce používají k měření různých drobných posunů a házení, jako je axiální a radiální házení vřetena; vysoce přesné měřicí tyče se často používají k detekci přesnosti otvoru vřetena a polohového vztahu mezi vřetenem a souřadnicovými osami.
(III) Bezpečnostní opatření při inspekci
Kontrola geometrické přesnosti CNC obráběcích center musí být provedena najednou po jejich přesném seřízení. Je to proto, že mezi různými ukazateli geometrické přesnosti existují vzájemně propojené a interaktivní vztahy. Například rovinnost povrchu pracovního stolu a rovnoběžnost pohybu souřadnicových os se mohou vzájemně omezovat. Seřízení jedné položky může mít řetězovou reakci na další související položky. Pokud se jedna položka seřizuje a poté kontroluje postupně, je obtížné přesně určit, zda celková geometrická přesnost skutečně splňuje požadavky, a také to nevede k nalezení hlavní příčiny odchylek přesnosti a k provádění systematických seřízení a optimalizací.
III. Kontrola přesnosti polohování CNC obráběcích center
(I) Definice a faktory ovlivňující přesnost polohování
Přesnost polohování se vztahuje k přesnosti polohování, které může každá souřadnicová osa CNC obráběcího centra dosáhnout pod řízením numerického řídicího zařízení. Závisí hlavně na přesnosti řízení numerického řídicího systému a chybách mechanického převodového systému. Rozlišení numerického řídicího systému, interpolační algoritmy a přesnost zařízení pro detekci zpětné vazby budou mít vliv na přesnost polohování. Z hlediska mechanického převodu faktory, jako je chyba stoupání vodicího šroubu, vůle mezi vodicím šroubem a maticí, přímost a tření vodicí lišty, také do značné míry určují úroveň přesnosti polohování.
(II) Obsah inspekce
- Přesnost polohování a opakovací přesnost polohování každé lineární osy: Přesnost polohování odráží rozsah odchylek mezi zadanou polohou a skutečně dosaženou polohou souřadnicové osy, zatímco opakovací přesnost polohování odráží stupeň rozptylu polohy, když se souřadnicová osa opakovaně pohybuje do stejné zadané polohy. Například při frézování kontury způsobí nízká přesnost polohování odchylky mezi tvarem obrobené kontury a navrženou konturou a nízká opakovací přesnost polohování povede k nekonzistentním trajektoriím obrábění při vícenásobném zpracování stejné kontury, což ovlivní kvalitu povrchu a rozměrovou přesnost.
- Přesnost návratu mechanického počátku každé lineární osy pohybu: Mechanický počátek je referenčním bodem souřadnicové osy a jeho přesnost návratu přímo ovlivňuje přesnost počáteční polohy souřadnicové osy po zapnutí obráběcího stroje nebo po provedení operace návratu do nuly. Pokud přesnost návratu není vysoká, může to vést k odchylkám mezi počátkem souřadnicového systému obrobku při následném obrábění a navrženým počátkem, což má za následek systematické chyby polohy v celém obráběcím procesu.
- Vůle každé lineární osy pohybu: Když se souřadnicová osa přepíná mezi pohybem vpřed a vzad, v důsledku faktorů, jako je vůle mezi mechanickými převodovými komponenty a změny tření, dochází k vůli. U obráběcích úloh s častými pohyby vpřed a vzad, jako je frézování závitů nebo provádění vratného obrábění kontur, způsobí vůle „skokové“ chyby v trajektorii obrábění, což ovlivní přesnost obrábění a kvalitu povrchu.
- Přesnost polohování a opakovatelná přesnost polohování každé osy rotačního pohybu (rotační pracovní stůl): U obráběcích center s rotačními pracovními stoly je přesnost polohování a opakovatelná přesnost polohování os rotačního pohybu klíčová pro obrábění obrobků s kruhovým indexováním nebo pro vícestaniční obrábění. Například při obrábění obrobků se složitými charakteristikami kruhového rozložení, jako jsou lopatky turbín, přesnost rotační osy přímo určuje úhlovou přesnost a rovnoměrnost rozložení mezi lopatkami.
- Přesnost návratu do počátku každé osy rotačního pohybu: Podobně jako u lineární osy pohybu ovlivňuje přesnost návratu do počátku osy rotačního pohybu přesnost její počáteční úhlové polohy po operaci návratu do nuly a je důležitým základem pro zajištění přesnosti vícestaničního zpracování nebo kruhového indexování.
- Vůle každé osy rotačního pohybu: Vůle generovaná při přepínání rotační osy mezi otáčením vpřed a vzad způsobí úhlové odchylky při obrábění kruhových kontur nebo provádění úhlového indexování, což ovlivní přesnost tvaru a přesnost polohy obrobku.
(III) Metody a vybavení pro kontrolu
Kontrola přesnosti polohování obvykle využívá vysoce přesná kontrolní zařízení, jako jsou laserové interferometry a mřížkové stupnice. Laserový interferometr přesně měří posunutí souřadnicové osy vyzařováním laserového paprsku a měřením změn v jeho interferenčních proužcích, čímž získává různé ukazatele, jako je přesnost polohování, opakující se přesnost polohování a vůle. Mřížková stupnice je instalována přímo na souřadnicové ose a zpětně poskytuje informace o poloze souřadnicové osy čtením změn v mřížkových pruzích, což lze použít pro online monitorování a kontrolu parametrů souvisejících s přesností polohování.
IV. Kontrola přesnosti řezání na CNC obráběcích centrech
(I) Povaha a význam přesnosti řezu
Přesnost řezu CNC obráběcího centra je komplexní ukazatel přesnosti, který odráží úroveň přesnosti obrábění, které je obráběcí stroj schopen dosáhnout v reálném procesu řezání, a to komplexním zohledněním různých faktorů, jako je geometrická přesnost, přesnost polohování, výkon řezného nástroje, parametry řezání a stabilita procesního systému. Kontrola přesnosti řezu je konečným ověřením celkového výkonu obráběcího stroje a přímo souvisí s tím, zda obráběný obrobek splňuje konstrukční požadavky.
(II) Klasifikace a obsah inspekce
- Přesná kontrola jednoho obrábění
- Přesnost vyvrtávání – kruhovitost, válcovitost: Vyvrtávání je běžný obráběcí proces v obráběcích centrech. Kruhovitost a válcovitost vyvrtaného otvoru přímo odrážejí úroveň přesnosti obráběcího stroje, když rotační a lineární pohyby spolupracují. Chyby kruhovitosti vedou k nerovnoměrným průměrům otvorů a chyby válcovitosti způsobí ohnutí osy otvoru, což ovlivní přesnost usazení s ostatními díly.
- Rovinnost a krokový rozdíl při rovinném frézování stopkovými frézami: Při frézování roviny stopkovou frézou odráží rovinnost rovnoběžnost mezi povrchem pracovního stolu a rovinou pohybu nástroje a rovnoměrné opotřebení břitu nástroje, zatímco krokový rozdíl odráží konzistenci hloubky řezu nástroje v různých polohách během procesu rovinného frézování. Pokud existuje krokový rozdíl, naznačuje to, že existují problémy s rovnoměrností pohybu obráběcího stroje v rovině X a Y.
- Kolmost a rovnoběžnost bočního frézování stopkovými frézami: Při frézování boční plochy se kolmostí a rovnoběžností testuje kolmost mezi osou otáčení vřetena a souřadnicovou osou a vztah rovnoběžnosti mezi nástrojem a referenční plochou při řezání na boční ploše, což má velký význam pro zajištění přesnosti tvaru a přesnosti montáže boční plochy obrobku.
- Přesná kontrola obrábění standardního komplexního zkušebního kusu
- Obsah kontroly přesnosti řezání pro horizontální obráběcí centra
- Přesnost rozteče otvorů – ve směru osy X, směru osy Y, diagonálním směru a odchylce průměru otvoru: Přesnost rozteče otvorů komplexně testuje přesnost polohování obráběcího stroje v rovině X a Y a schopnost řídit rozměrovou přesnost v různých směrech. Odchylka průměru otvoru dále odráží stabilitu přesnosti procesu vrtání.
- Přímost, rovnoběžnost, rozdíl tloušťky a kolmost frézování okolních povrchů čelními frézami: Frézováním okolních povrchů čelními frézami lze během víceosého obrábění s kloubovým mechanismem detekovat vztah přesnosti polohy nástroje vzhledem k různým povrchům obrobku. Přímost, rovnoběžnost a kolmost testují geometrickou přesnost tvaru mezi povrchy a rozdíl tloušťky odráží přesnost řízení hloubky řezu nástrojem ve směru osy Z.
- Přímost, rovnoběžnost a kolmost dvouosého frézování přímých čar: Dvouosé frézování přímých čar je základní operací obrábění kontur. Tato přesná kontrola umožňuje vyhodnotit přesnost trajektorie obráběcího stroje, když se osy X a Y pohybují koordinovaně, což hraje klíčovou roli v zajištění přesnosti obrábění obrobků s různými tvary přímých kontur.
- Kruhovitost obloukového frézování stopkovými frézami: Přesnost obloukového frézování testuje především přesnost obráběcího stroje během obloukového interpolačního pohybu. Chyby kruhovitosti ovlivní tvarovou přesnost obrobků s obloukovými konturami, jako jsou ložisková tělesa a ozubená kola.
- Obsah kontroly přesnosti řezání pro horizontální obráběcí centra
(III) Podmínky a požadavky pro kontrolu přesnosti řezání
Kontrola přesnosti řezu by měla být provedena po schválení geometrické přesnosti a přesnosti polohování obráběcího stroje jako kvalifikované. Měly by být zvoleny vhodné řezné nástroje, řezné parametry a materiály obrobku. Řezné nástroje by měly mít dobrou ostrost a odolnost proti opotřebení a řezné parametry by měly být přiměřeně zvoleny podle výkonu obráběcího stroje, materiálu řezného nástroje a materiálu obrobku, aby byla zajištěna skutečná přesnost řezu obráběcího stroje za normálních řezných podmínek. Během procesu kontroly by měl být obráběný obrobek přesně změřen a pro komplexní a přesné vyhodnocení různých ukazatelů přesnosti řezu by měla být použita vysoce přesná měřicí zařízení, jako jsou souřadnicové měřicí stroje a profilometry.
V. Závěr
Kontrola geometrické přesnosti, přesnosti polohování a přesnosti řezání při dodávce CNC obráběcích center je klíčovým článkem pro zajištění kvality a výkonu obráběcích strojů. Geometrická přesnost poskytuje záruku základní přesnosti obráběcích strojů, přesnost polohování určuje přesnost obráběcích strojů při řízení pohybu a přesnost řezání je komplexní kontrolou celkové zpracovatelské schopnosti obráběcích strojů. Během samotného procesu přejímky je nutné striktně dodržovat příslušné normy a specifikace, používat vhodné kontrolní nástroje a metody a komplexně a pečlivě měřit a vyhodnocovat různé ukazatele přesnosti. Pouze pokud jsou splněny všechny tři požadavky na přesnost, může být CNC obráběcí centrum oficiálně uvedeno do výroby a provozu, čímž poskytuje vysoce přesné a vysoce efektivní obráběcí služby pro výrobní průmysl a podporuje rozvoj průmyslové výroby směrem k vyšší kvalitě a větší přesnosti. Pravidelná kontrola a kalibrace přesnosti obráběcího centra je také důležitým opatřením pro zajištění jeho dlouhodobě stabilního provozu a trvalé spolehlivosti jeho přesnosti obrábění.