Hloubková analýza úrovně přesnosti a požadavků na přesnost obrábění klíčových součástí CNC obráběcích strojů
V moderní výrobě se CNC obráběcí stroje staly základním zařízením pro výrobu různých přesných dílů díky své vysoké přesnosti, vysoké účinnosti a vysokému stupni automatizace. Úroveň přesnosti CNC obráběcích strojů přímo určuje kvalitu a složitost dílů, které mohou zpracovávat, a požadavky na přesnost obrábění klíčových dílů typických dílů hrají rozhodující roli při výběru CNC obráběcích strojů.
CNC obráběcí stroje lze rozdělit do různých typů na základě jejich použití, včetně jednoduchých, plně funkčních, ultra přesných atd. Každý typ může dosáhnout různé úrovně přesnosti. Jednoduché CNC obráběcí stroje se stále používají v některých soustruzích a frézkách s minimálním rozlišením pohybu 0,01 mm a přesností pohybu a obrábění obvykle nad (0,03-0,05) mm. Tento typ obráběcího stroje je vhodný pro některé obráběcí úkoly s relativně nízkými požadavky na přesnost.
Ultrapřesné CNC obráběcí stroje se používají hlavně ve speciálních obráběcích oblastech a jejich přesnost může dosáhnout ohromujících úrovní pod 0,001 mm. Tyto ultrapřesné obráběcí stroje dokáží vyrábět extrémně přesné díly a splňovat přísné požadavky vysoce přesných a špičkových odvětví, jako je letecký a kosmický průmysl a lékařské vybavení.
Kromě klasifikace podle účelu lze CNC obráběcí stroje také rozdělit na běžné a přesné typy na základě přesnosti. Při testování přesnosti CNC obráběcích strojů se obvykle jedná o 20–30 položek. Mezi nejreprezentativnější a nejcharakterističtější položky však patří zejména přesnost polohování v jedné ose, přesnost opakovaného polohování v jedné ose a kruhovitost zkušebního kusu vyrobeného dvěma nebo více propojenými obráběcími osami.
Přesnost polohování jedné osy se vztahuje k rozsahu chyb při polohování libovolného bodu v rámci zdvihu osy a je klíčovým ukazatelem, který přímo odráží schopnost obrábění obráběcího stroje. V současné době existují určité rozdíly v předpisech, definicích, metodách měření a metodách zpracování dat tohoto ukazatele mezi zeměmi po celém světě. V úvodu vzorových dat pro různé typy CNC obráběcích strojů patří mezi běžné normy americká norma (NAS), doporučené normy Americké asociace výrobců obráběcích strojů, německá norma (VDI), japonská norma (JIS), Mezinárodní organizace pro normalizaci (ISO) a čínská národní norma (GB).
Je třeba poznamenat, že mezi těmito normami japonská norma specifikuje nejnižší hodnotu. Metoda měření je založena na jediné sadě stabilních dat a poté je hodnota chyby komprimována na polovinu o hodnotu ±. Proto se přesnost polohování měřená pomocí japonských standardních metod měření často liší více než dvojnásobně ve srovnání s výsledky měřenými pomocí jiných norem. Jiné normy se však, ačkoli se liší ve zpracování dat, všechny řídí zákonem statistiky chyb pro analýzu přesnosti měření a polohování. To znamená, že pro určitou chybu bodu polohování v řiditelném zdvihu osy CNC obráběcího stroje by měla odrážet chybovou situaci tisíců polohovacích časů během dlouhodobého používání obráběcího stroje. Ve skutečném měření však lze kvůli omezením podmínek provést pouze omezený počet měření (obvykle 5–7krát).
Přesnost opakovaného polohování jedné osy komplexně odráží celkovou přesnost každé pohyblivé součásti osy, zejména pokud jde o stabilitu polohování osy v jakémkoli bodě polohování v rámci zdvihu, což má velký význam. Je to základní ukazatel pro měření, zda osa může pracovat stabilně a spolehlivě. V moderních CNC systémech má software obvykle bohaté funkce kompenzace chyb, které dokáží stabilně kompenzovat systémové chyby každého článku v řetězci posuvu.
Například vůle, elastická deformace a kontaktní tuhost každého článku v převodovém řetězci budou vykazovat různé okamžité pohyby v závislosti na faktorech, jako je velikost zatížení pracovního stolu, délka dráhy pohybu a rychlost polohování. V některých servosystémech s otevřenou a částečně uzavřenou smyčkou budou mechanické hnací komponenty po změření komponent ovlivněny různými náhodnými faktory, což vede k významným náhodným chybám. Například tepelné prodloužení kuličkových šroubů může způsobit posun ve skutečné poloze pracovního stolu.
Pro komplexní vyhodnocení přesnosti CNC obráběcích strojů je kromě výše uvedených ukazatelů přesnosti jedné osy zásadní také vyhodnotit přesnost víceosého obrábění pomocí táhel. Přesnost frézování válcových ploch nebo frézování prostorových spirálových drážek (závitů) je ukazatel, který umožňuje komplexně vyhodnotit charakteristiky servopohonu CNC os (dvou nebo tří os) a interpolační funkci CNC systémů v obráběcích strojích. Obvyklou metodou posouzení je měření kruhovitosti obrobené válcové plochy.
Při zkušebním řezání na CNC obráběcích strojích je frézování šikmým čtvercem se čtyřmi stranami také efektivním způsobem posouzení, který lze použít k vyhodnocení přesnosti dvou řiditelných os při lineárním interpolačním pohybu. Během tohoto zkušebního řezání se na vřeteno obráběcího stroje nasadí fréza používaná pro přesné obrábění a frézuje se kruhový vzorek umístěný na pracovním stole. U malých a středních obráběcích strojů se kruhové vzorky obvykle vybírají v cenovém rozmezí od 200 do 300 ¥. Po dokončení frézování se vzorek umístí na tester kruhovitosti a změří se kruhovitost jeho obrobeného povrchu.
Pozorováním a analýzou výsledků obrábění lze získat mnoho důležitých informací o přesnosti a výkonu obráběcích strojů. Pokud jsou na frézované válcové ploše zřejmé vibrační vzorce frézy, odráží to nestabilní interpolační rychlost obráběcího stroje. Pokud existuje významná eliptická chyba v kruhovitosti způsobené frézováním, znamená to, že zesílení dvou řiditelných osových systémů pro interpolační pohyb se neshodují. Pokud jsou na kruhové ploše zarážky v bodech, kde každá řiditelná osa mění směr (tj. při plynulém řezném pohybu, pokud se posuv zastaví v určité poloze, nástroj vytvoří na obráběné ploše malou část stop po řezu kovu), znamená to, že vůle osy vpřed a vzad nebyly správně nastaveny.
Posouzení přesnosti CNC obráběcích strojů je složitý a obtížný proces a některé vyžadují přesné vyhodnocení i po dokončení obrábění. Je to proto, že přesnost obráběcích strojů je ovlivněna kombinací různých faktorů, včetně konstrukčního řešení obráběcího stroje, přesnosti výroby součástí, kvality montáže, výkonu řídicích systémů a podmínek prostředí během obráběcího procesu.
Pokud jde o konstrukční návrh obráběcích strojů, rozumné konstrukční uspořádání a tuhá konstrukce mohou účinně snížit vibrace a deformace během obráběcího procesu, a tím zlepšit přesnost obrábění. Například použití vysokopevnostních materiálů lože, optimalizované konstrukce sloupů a příčníků atd. může pomoci zvýšit celkovou stabilitu obráběcího stroje.
Přesnost výroby součástí hraje také zásadní roli v přesnosti obráběcích strojů. Přesnost klíčových součástí, jako jsou kuličkové šrouby, lineární vedení a vřetena, přímo určuje přesnost pohybu každé osy pohybu obráběcího stroje. Vysoce kvalitní kuličkové šrouby zajišťují přesný lineární pohyb, zatímco vysoce přesná lineární vedení poskytují plynulé vedení.
Kvalita montáže je také důležitým faktorem ovlivňujícím přesnost obráběcích strojů. V procesu montáže obráběcího stroje je nutné přísně kontrolovat parametry, jako je přesnost usazení, rovnoběžnost a svislost mezi různými součástmi, aby se zajistil přesný pohyb mezi pohyblivými částmi obráběcího stroje během provozu.
Výkon řídicího systému je klíčový pro přesné řízení obráběcích strojů. Pokročilé CNC systémy dokáží dosáhnout přesnějšího řízení polohy, řízení rychlosti a interpolačních operací, čímž zlepšují přesnost obrábění. Funkce kompenzace chyb CNC systému zároveň může poskytovat kompenzaci různých chyb obráběcího stroje v reálném čase, což dále zlepšuje přesnost obrábění.
Podmínky prostředí během obráběcího procesu mohou mít také vliv na přesnost obráběcího stroje. Změny teploty a vlhkosti mohou způsobit tepelnou roztažnost a smršťování součástí obráběcího stroje, a tím ovlivnit přesnost obrábění. Proto je při vysoce přesném obrábění obvykle nutné přísně kontrolovat obráběcí prostředí a udržovat konstantní teplotu a vlhkost.
Stručně řečeno, přesnost CNC obráběcích strojů je komplexní ukazatel, který je ovlivněn interakcí mnoha faktorů. Při výběru CNC obráběcího stroje je nutné zvážit faktory, jako je typ obráběcího stroje, úroveň přesnosti, technické parametry, jakož i pověst a poprodejní servis výrobce, a to na základě požadavků na přesnost obrábění dílů. Zároveň by se během používání obráběcího stroje měly provádět pravidelné testy přesnosti a údržba, aby se včas identifikovaly a řešily problémy, a zajistilo se, že si obráběcí stroj vždy udrží dobrou přesnost a poskytne se spolehlivá záruka výroby vysoce kvalitních dílů.
S neustálým pokrokem technologií a rychlým rozvojem výroby se neustále zvyšují i požadavky na přesnost CNC obráběcích strojů. Výrobci CNC obráběcích strojů neustále zkoumají a inovují, zavádějí pokročilejší technologie a procesy ke zlepšení přesnosti a výkonu obráběcích strojů. Zároveň se neustále zlepšují příslušné průmyslové normy a specifikace, které poskytují vědečtější a jednotnější základ pro hodnocení přesnosti a kontrolu kvality CNC obráběcích strojů.
V budoucnu se CNC obráběcí stroje budou vyvíjet směrem k vyšší přesnosti, efektivitě a automatizaci, což poskytne silnější podporu pro transformaci a modernizaci výrobního průmyslu. Pro výrobní podniky bude hluboké pochopení přesných charakteristik CNC obráběcích strojů, rozumný výběr a používání CNC obráběcích strojů klíčem ke zlepšení kvality výrobků a zvýšení konkurenceschopnosti na trhu.