Аналіз та оптимізація факторів, що впливають на точність розмірів обробки обробних центрів
Анотація: У цій статті детально досліджуються різні фактори, що впливають на точність розмірів обробки обробних центрів, і вони поділяються на дві категорії: фактори, яких можна уникнути, та фактори, яких можна уникнути. Для факторів, яких можна уникнути, таких як процеси обробки, числові розрахунки в ручному та автоматичному програмуванні, ріжучі елементи та налаштування інструменту тощо, наведено детальні розробки та запропоновано відповідні заходи оптимізації. Для факторів, яких можна уникнути, включаючи деформацію охолодження заготовки та стабільність самого верстата, проаналізовано причини та механізми впливу. Метою є надання вичерпних знань технікам, які займаються експлуатацією та управлінням обробними центрами, з метою покращення рівня контролю точності розмірів обробки обробних центрів, підвищення якості продукції та ефективності виробництва.
I. Вступ
Як ключове обладнання в сучасній обробці, точність розмірів обробки обробних центрів безпосередньо пов'язана з якістю та продуктивністю продукції. У реальному виробничому процесі на точність розмірів обробки впливають різні фактори. Дуже важливо глибоко проаналізувати ці фактори та знайти ефективні методи контролю.
Як ключове обладнання в сучасній обробці, точність розмірів обробки обробних центрів безпосередньо пов'язана з якістю та продуктивністю продукції. У реальному виробничому процесі на точність розмірів обробки впливають різні фактори. Дуже важливо глибоко проаналізувати ці фактори та знайти ефективні методи контролю.
II. Фактори впливу, яких можна уникнути
(I) Процес обробки
Раціональність процесу обробки значною мірою визначає точність розмірів обробки. Виходячи з дотримання основних принципів процесу обробки, під час обробки м'яких матеріалів, таких як алюмінієві деталі, слід звертати особливу увагу на вплив залізних тирси. Наприклад, під час фрезерування алюмінієвих деталей, через м'яку текстуру алюмінію, залізні тирса, що утворюються під час різання, можуть дряпати оброблену поверхню, тим самим створюючи похибки розмірів. Для зменшення таких похибок можна вжити таких заходів, як оптимізація шляху видалення стружки та посилення всмоктування пристрою для видалення стружки. Тим часом, у схемі процесу обробки слід розумно планувати розподіл припусків на чорнову та чистову обробку. Під час чорнової обробки використовується більша глибина різання та швидкість подачі для швидкого видалення великої кількості припуску, але слід залишити відповідний припуск на чистову обробку, зазвичай 0,3–0,5 мм, щоб забезпечити вищу точність розмірів під час чистової обробки. Щодо використання кріпильних пристроїв, окрім дотримання принципів скорочення часу затискання та використання модульних кріпильних пристроїв, необхідно також забезпечити точність позиціонування кріпильних пристроїв. Наприклад, використовуючи високоточні фіксуючі штифти та фіксуючі поверхні для забезпечення точності положення заготовки під час процесу затискання, уникаючи розмірних помилок, спричинених відхиленням положення затискання.
Раціональність процесу обробки значною мірою визначає точність розмірів обробки. Виходячи з дотримання основних принципів процесу обробки, під час обробки м'яких матеріалів, таких як алюмінієві деталі, слід звертати особливу увагу на вплив залізних тирси. Наприклад, під час фрезерування алюмінієвих деталей, через м'яку текстуру алюмінію, залізні тирса, що утворюються під час різання, можуть дряпати оброблену поверхню, тим самим створюючи похибки розмірів. Для зменшення таких похибок можна вжити таких заходів, як оптимізація шляху видалення стружки та посилення всмоктування пристрою для видалення стружки. Тим часом, у схемі процесу обробки слід розумно планувати розподіл припусків на чорнову та чистову обробку. Під час чорнової обробки використовується більша глибина різання та швидкість подачі для швидкого видалення великої кількості припуску, але слід залишити відповідний припуск на чистову обробку, зазвичай 0,3–0,5 мм, щоб забезпечити вищу точність розмірів під час чистової обробки. Щодо використання кріпильних пристроїв, окрім дотримання принципів скорочення часу затискання та використання модульних кріпильних пристроїв, необхідно також забезпечити точність позиціонування кріпильних пристроїв. Наприклад, використовуючи високоточні фіксуючі штифти та фіксуючі поверхні для забезпечення точності положення заготовки під час процесу затискання, уникаючи розмірних помилок, спричинених відхиленням положення затискання.
(II) Чисельні розрахунки в ручному та автоматичному програмуванні обробних центрів
Незалежно від того, чи це ручне, чи автоматичне програмування, точність числових розрахунків має вирішальне значення. Під час процесу програмування він включає розрахунок траєкторій інструменту, визначення координатних точок тощо. Наприклад, під час розрахунку траєкторії кругової інтерполяції, якщо координати центру кола або радіуса розраховані неправильно, це неминуче призведе до відхилень розмірів обробки. Для програмування деталей складної форми необхідне сучасне програмне забезпечення CAD/CAM для точного моделювання та планування траєкторій інструменту. Під час використання програмного забезпечення слід забезпечити точність геометричних розмірів моделі, а згенеровані траєкторії інструменту слід ретельно перевірити та верифікувати. Тим часом програмісти повинні мати міцну математичну основу та багатий досвід програмування, а також вміти правильно вибирати інструкції та параметри програмування відповідно до вимог обробки деталей. Наприклад, під час програмування операцій свердління, такі параметри, як глибина свердління та відстань відведення, повинні бути точно встановлені, щоб уникнути помилок розмірів, спричинених помилками програмування.
Незалежно від того, чи це ручне, чи автоматичне програмування, точність числових розрахунків має вирішальне значення. Під час процесу програмування він включає розрахунок траєкторій інструменту, визначення координатних точок тощо. Наприклад, під час розрахунку траєкторії кругової інтерполяції, якщо координати центру кола або радіуса розраховані неправильно, це неминуче призведе до відхилень розмірів обробки. Для програмування деталей складної форми необхідне сучасне програмне забезпечення CAD/CAM для точного моделювання та планування траєкторій інструменту. Під час використання програмного забезпечення слід забезпечити точність геометричних розмірів моделі, а згенеровані траєкторії інструменту слід ретельно перевірити та верифікувати. Тим часом програмісти повинні мати міцну математичну основу та багатий досвід програмування, а також вміти правильно вибирати інструкції та параметри програмування відповідно до вимог обробки деталей. Наприклад, під час програмування операцій свердління, такі параметри, як глибина свердління та відстань відведення, повинні бути точно встановлені, щоб уникнути помилок розмірів, спричинених помилками програмування.
(III) Ріжучі елементи та компенсація інструменту
Швидкість різання vc, подача f та глибина різання ap суттєво впливають на точність розмірів обробки. Надмірна швидкість різання може призвести до посиленого зносу інструменту, що впливає на точність обробки; надмірна швидкість подачі може збільшити силу різання, спричиняючи деформацію заготовки або вібрацію інструменту та спричиняючи відхилення розмірів. Наприклад, під час обробки високотвердих легованих сталей, якщо швидкість різання обрана занадто високою, ріжуча кромка інструменту схильна до зносу, що зменшує розмір оброблюваної деталі. Розумні параметри різання слід визначати комплексно, враховуючи різні фактори, такі як матеріал заготовки, матеріал інструменту та продуктивність верстата. Як правило, їх можна вибрати за допомогою випробувань на різання або звернувшись до відповідних посібників з різання. Тим часом компенсація інструменту також є важливим засобом забезпечення точності обробки. В обробних центрах компенсація зносу інструменту може в режимі реального часу коригувати зміни розмірів, спричинені зносом інструменту. Оператори повинні своєчасно коригувати значення компенсації інструменту відповідно до фактичного стану зносу інструменту. Наприклад, під час безперервної обробки партії деталей розміри обробки регулярно вимірюються. Коли виявляється, що розміри поступово збільшуються або зменшуються, значення корекції інструменту змінюється для забезпечення точності обробки наступних деталей.
Швидкість різання vc, подача f та глибина різання ap суттєво впливають на точність розмірів обробки. Надмірна швидкість різання може призвести до посиленого зносу інструменту, що впливає на точність обробки; надмірна швидкість подачі може збільшити силу різання, спричиняючи деформацію заготовки або вібрацію інструменту та спричиняючи відхилення розмірів. Наприклад, під час обробки високотвердих легованих сталей, якщо швидкість різання обрана занадто високою, ріжуча кромка інструменту схильна до зносу, що зменшує розмір оброблюваної деталі. Розумні параметри різання слід визначати комплексно, враховуючи різні фактори, такі як матеріал заготовки, матеріал інструменту та продуктивність верстата. Як правило, їх можна вибрати за допомогою випробувань на різання або звернувшись до відповідних посібників з різання. Тим часом компенсація інструменту також є важливим засобом забезпечення точності обробки. В обробних центрах компенсація зносу інструменту може в режимі реального часу коригувати зміни розмірів, спричинені зносом інструменту. Оператори повинні своєчасно коригувати значення компенсації інструменту відповідно до фактичного стану зносу інструменту. Наприклад, під час безперервної обробки партії деталей розміри обробки регулярно вимірюються. Коли виявляється, що розміри поступово збільшуються або зменшуються, значення корекції інструменту змінюється для забезпечення точності обробки наступних деталей.
(IV) Налаштування інструменту
Точність налаштування інструменту безпосередньо пов'язана з точністю розмірів обробки. Процес налаштування інструменту полягає у визначенні відносного розташування інструменту та заготовки. Якщо налаштування інструменту неточне, в оброблюваних деталях неминуче виникнуть похибки розмірів. Вибір високоточної кромошукача є одним із важливих заходів для підвищення точності налаштування інструменту. Наприклад, за допомогою оптичного кромошукача можна точно визначити положення інструменту та крайки заготовки з точністю ±0,005 мм. Для обробних центрів, оснащених автоматичним налаштовувачем інструменту, його функції можна повною мірою використовувати для досягнення швидкого та точного налаштування інструменту. Під час операції налаштування інструменту також слід звертати увагу на чистоту середовища налаштування інструменту, щоб уникнути впливу сміття на точність налаштування інструменту. Тим часом оператори повинні суворо дотримуватися робочих процедур налаштування інструменту, проводити багаторазові вимірювання та обчислювати середнє значення, щоб зменшити похибку налаштування інструменту.
Точність налаштування інструменту безпосередньо пов'язана з точністю розмірів обробки. Процес налаштування інструменту полягає у визначенні відносного розташування інструменту та заготовки. Якщо налаштування інструменту неточне, в оброблюваних деталях неминуче виникнуть похибки розмірів. Вибір високоточної кромошукача є одним із важливих заходів для підвищення точності налаштування інструменту. Наприклад, за допомогою оптичного кромошукача можна точно визначити положення інструменту та крайки заготовки з точністю ±0,005 мм. Для обробних центрів, оснащених автоматичним налаштовувачем інструменту, його функції можна повною мірою використовувати для досягнення швидкого та точного налаштування інструменту. Під час операції налаштування інструменту також слід звертати увагу на чистоту середовища налаштування інструменту, щоб уникнути впливу сміття на точність налаштування інструменту. Тим часом оператори повинні суворо дотримуватися робочих процедур налаштування інструменту, проводити багаторазові вимірювання та обчислювати середнє значення, щоб зменшити похибку налаштування інструменту.
III. Непереборні фактори
(I) Деформація заготовок при охолодженні після механічної обробки
Під час обробки заготовки виділяють тепло, а під час охолодження після обробки вони деформуються через ефект теплового розширення та стиснення. Це явище поширене в обробці металів і його важко повністю уникнути. Наприклад, для деяких великих конструкційних деталей з алюмінієвих сплавів тепло, що виділяється під час обробки, є відносно високим, а зменшення розміру помітне після охолодження. Щоб зменшити вплив деформації охолодження на точність розмірів, під час процесу обробки можна розумно використовувати охолоджувальну рідину. Охолоджувальна рідина може не тільки знизити температуру різання та знос інструменту, але й забезпечити рівномірне охолодження заготовки та зменшити ступінь теплової деформації. Вибираючи охолоджувальну рідину, слід ґрунтуватися на матеріалі заготовки та вимогах процесу обробки. Наприклад, для обробки алюмінієвих деталей можна вибрати спеціальну рідину для різання з алюмінієвого сплаву, яка має хороші охолоджувальні та змащувальні властивості. Крім того, під час вимірювання на місці слід повністю враховувати вплив часу охолодження на розмір заготовки. Як правило, вимірювання слід проводити після того, як заготовка охолоне до кімнатної температури, або можна оцінити зміни розмірів під час процесу охолодження та скоригувати результати вимірювань відповідно до емпіричних даних.
Під час обробки заготовки виділяють тепло, а під час охолодження після обробки вони деформуються через ефект теплового розширення та стиснення. Це явище поширене в обробці металів і його важко повністю уникнути. Наприклад, для деяких великих конструкційних деталей з алюмінієвих сплавів тепло, що виділяється під час обробки, є відносно високим, а зменшення розміру помітне після охолодження. Щоб зменшити вплив деформації охолодження на точність розмірів, під час процесу обробки можна розумно використовувати охолоджувальну рідину. Охолоджувальна рідина може не тільки знизити температуру різання та знос інструменту, але й забезпечити рівномірне охолодження заготовки та зменшити ступінь теплової деформації. Вибираючи охолоджувальну рідину, слід ґрунтуватися на матеріалі заготовки та вимогах процесу обробки. Наприклад, для обробки алюмінієвих деталей можна вибрати спеціальну рідину для різання з алюмінієвого сплаву, яка має хороші охолоджувальні та змащувальні властивості. Крім того, під час вимірювання на місці слід повністю враховувати вплив часу охолодження на розмір заготовки. Як правило, вимірювання слід проводити після того, як заготовка охолоне до кімнатної температури, або можна оцінити зміни розмірів під час процесу охолодження та скоригувати результати вимірювань відповідно до емпіричних даних.
(II) Стабільність самого обробного центру
Механічні аспекти
Ослаблення з'єднання між серводвигуном та гвинтом: Ослаблення з'єднання між серводвигуном та гвинтом призведе до зниження точності передачі. Під час обробки, коли двигун обертається, ослаблене з'єднання призведе до затримки або нерівномірності обертання гвинта, що призведе до відхилення траєкторії руху інструменту від ідеального положення та призведе до помилок у розмірах. Наприклад, під час високоточної контурної обробки це ослаблення може спричинити відхилення форми обробленого контуру, такі як невідповідність вимогам щодо прямолінійності та округлості. Регулярна перевірка та затягування з'єднувальних болтів між серводвигуном та гвинтом є ключовим заходом для запобігання таким проблемам. Тим часом, для підвищення надійності з'єднання можна використовувати гайки, що запобігають ослабленню, або фіксатори різьби.
Ослаблення з'єднання між серводвигуном та гвинтом: Ослаблення з'єднання між серводвигуном та гвинтом призведе до зниження точності передачі. Під час обробки, коли двигун обертається, ослаблене з'єднання призведе до затримки або нерівномірності обертання гвинта, що призведе до відхилення траєкторії руху інструменту від ідеального положення та призведе до помилок у розмірах. Наприклад, під час високоточної контурної обробки це ослаблення може спричинити відхилення форми обробленого контуру, такі як невідповідність вимогам щодо прямолінійності та округлості. Регулярна перевірка та затягування з'єднувальних болтів між серводвигуном та гвинтом є ключовим заходом для запобігання таким проблемам. Тим часом, для підвищення надійності з'єднання можна використовувати гайки, що запобігають ослабленню, або фіксатори різьби.
Знос підшипників або гайок кулькового гвинта: Кульковий гвинт є важливим компонентом для реалізації точного руху в обробному центрі, а знос його підшипників або гайок впливає на точність передачі гвинта. Зі збільшенням зносу зазор гвинта поступово збільшується, що призводить до нерівномірного руху інструменту під час процесу руху. Наприклад, під час осьового різання знос гайки гвинта призводить до неточного позиціонування інструменту в осьовому напрямку, що призводить до похибок розмірів у довжині оброблюваної деталі. Щоб зменшити цей знос, слід забезпечити хороше змащення гвинта та регулярно замінювати мастило. Тим часом слід регулярно перевіряти точність кулькового гвинта, і коли знос перевищує допустимий діапазон, підшипники або гайки слід своєчасно замінювати.
Недостатнє змащення між гвинтом і гайкою: Недостатнє змащення збільшить тертя між гвинтом і гайкою, не тільки прискорюючи знос компонентів, але й спричиняючи нерівномірний опір руху та впливаючи на точність обробки. Під час процесу обробки може виникати явище повзання, тобто інструмент матиме періодичні паузи та стрибки під час руху з низькою швидкістю, що погіршує якість обробленої поверхні та ускладнює гарантію точності розмірів. Згідно з інструкцією з експлуатації верстата, мастило або мастильну оливу слід регулярно перевіряти та доповнювати, щоб забезпечити хороший стан змащення гвинта та гайки. Тим часом можна вибрати високоефективні мастильні матеріали для покращення ефекту змащення та зменшення тертя.
Електричні аспекти
Відмова серводвигуна: Відмова серводвигуна безпосередньо вплине на керування рухом інструменту. Наприклад, коротке замикання або розрив ланцюга обмотки двигуна призведе до того, що двигун не зможе нормально працювати або матиме нестабільний вихідний крутний момент, що призведе до неможливості руху інструменту за заданою траєкторією та призведе до помилок у розмірах. Крім того, відмова енкодера двигуна вплине на точність сигналу зворотного зв'язку про положення, через що система керування верстатом не зможе точно контролювати положення інструменту. Слід регулярно проводити технічне обслуговування серводвигуна, включаючи перевірку електричних параметрів двигуна, очищення вентилятора охолодження двигуна та виявлення робочого стану енкодера тощо, щоб своєчасно виявляти та усувати потенційні небезпеки несправностей.
Відмова серводвигуна: Відмова серводвигуна безпосередньо вплине на керування рухом інструменту. Наприклад, коротке замикання або розрив ланцюга обмотки двигуна призведе до того, що двигун не зможе нормально працювати або матиме нестабільний вихідний крутний момент, що призведе до неможливості руху інструменту за заданою траєкторією та призведе до помилок у розмірах. Крім того, відмова енкодера двигуна вплине на точність сигналу зворотного зв'язку про положення, через що система керування верстатом не зможе точно контролювати положення інструменту. Слід регулярно проводити технічне обслуговування серводвигуна, включаючи перевірку електричних параметрів двигуна, очищення вентилятора охолодження двигуна та виявлення робочого стану енкодера тощо, щоб своєчасно виявляти та усувати потенційні небезпеки несправностей.
Бруд всередині решітчастої шкали: Решітчаста шкала є важливим датчиком, який використовується в обробному центрі для вимірювання положення та переміщення інструменту. Якщо всередині решітчастої шкали є бруд, це вплине на точність її показань, що призведе до отримання системою керування верстатом неправильної інформації про положення та призведе до відхилень розмірів обробки. Наприклад, під час обробки високоточних систем отворів, через похибку решітчастої шкали, точність положення отворів може перевищувати допуск. Слід регулярно чистити та обслуговувати решітчасту шкалу, використовуючи спеціальні засоби для чищення та очищення, а також дотримуючись правильних процедур експлуатації, щоб уникнути пошкодження решітчастої шкали.
Відмова сервопідсилювача: Функція сервопідсилювача полягає в посиленні командного сигналу, що видається системою керування, а потім у приведенні серводвигуна в робоче положення. Коли сервопідсилювач виходить з ладу, наприклад, коли пошкоджена силова лампа або коефіцієнт підсилення є ненормальним, це призводить до нестабільної роботи серводвигуна, що впливає на точність обробки. Наприклад, це може призвести до коливань швидкості двигуна, що робить швидкість подачі інструменту під час процесу різання нерівномірною, збільшує шорсткість поверхні оброблюваної деталі та знижує точність розмірів. Слід створити ідеальний механізм виявлення та усунення несправностей електричних компонентів верстата, а професійний персонал з ремонту електротехніки повинен бути оснащений для своєчасної діагностики та усунення несправностей електричних компонентів, таких як сервопідсилювач.
IV. Висновок
На точність розмірів обробки обробних центрів впливає безліч факторів. Фактори, яких можна уникнути, такі як процеси обробки, числові розрахунки в програмуванні, ріжучі елементи та налаштування інструментів, можна ефективно контролювати шляхом оптимізації технологічних схем, покращення рівнів програмування, розумного вибору параметрів різання та точного налаштування інструментів. Непереборні фактори, такі як деформація охолодження заготовки та стабільність самого верстата, хоча їх важко повністю усунути, можна зменшити їхній вплив на точність обробки, використовуючи розумні технологічні заходи, такі як використання охолоджувальної рідини, регулярне технічне обслуговування, виявлення несправностей та ремонт верстата. У реальному виробничому процесі оператори та технічні керівники обробних центрів повинні повністю розуміти ці фактори впливу та вживати цілеспрямованих заходів щодо запобігання та контролю, щоб постійно покращувати точність розмірів обробки обробних центрів, забезпечувати відповідність якості продукції вимогам та підвищувати конкурентоспроможність підприємств на ринку.
На точність розмірів обробки обробних центрів впливає безліч факторів. Фактори, яких можна уникнути, такі як процеси обробки, числові розрахунки в програмуванні, ріжучі елементи та налаштування інструментів, можна ефективно контролювати шляхом оптимізації технологічних схем, покращення рівнів програмування, розумного вибору параметрів різання та точного налаштування інструментів. Непереборні фактори, такі як деформація охолодження заготовки та стабільність самого верстата, хоча їх важко повністю усунути, можна зменшити їхній вплив на точність обробки, використовуючи розумні технологічні заходи, такі як використання охолоджувальної рідини, регулярне технічне обслуговування, виявлення несправностей та ремонт верстата. У реальному виробничому процесі оператори та технічні керівники обробних центрів повинні повністю розуміти ці фактори впливу та вживати цілеспрямованих заходів щодо запобігання та контролю, щоб постійно покращувати точність розмірів обробки обробних центрів, забезпечувати відповідність якості продукції вимогам та підвищувати конкурентоспроможність підприємств на ринку.