Глибокий аналіз рівня точності та вимог до точності обробки ключових деталей верстатів з ЧПК
У сучасному виробництві верстати з ЧПК стали основним обладнанням для виготовлення різноманітних прецизійних деталей завдяки високій точності, високій ефективності та високому ступеню автоматизації. Рівень точності верстатів з ЧПК безпосередньо визначає якість та складність деталей, які вони можуть обробляти, а вимоги до точності обробки ключових деталей типових деталей відіграють вирішальну роль у виборі верстатів з ЧПК.
Верстати з ЧПК можна класифікувати на різні типи залежно від їх використання, включаючи прості, повнофункціональні, надточні тощо. Кожен тип може досягати різного рівня точності. Прості верстати з ЧПК досі використовуються в деяких токарних та фрезерних верстатах з мінімальною роздільною здатністю руху 0,01 мм, а точність руху та обробки зазвичай перевищує (0,03-0,05) мм. Цей тип верстата підходить для деяких завдань обробки з відносно низькими вимогами до точності.
Надточні верстати з ЧПК в основному використовуються в спеціальних галузях обробки, а їхня точність може досягати вражаючих рівнів нижче 0,001 мм. Цей надвисокоточний верстат може виготовляти надзвичайно точні деталі, що відповідають суворим вимогам високоточних та передових галузей промисловості, таких як аерокосмічна та медична промисловість.
Окрім класифікації за призначенням, верстати з ЧПК також можна класифікувати на звичайні та прецизійні типи за точністю. Під час перевірки точності верстатів з ЧПК зазвичай охоплюють 20-30 пунктів. Однак найбільш репрезентативними та характерними пунктами є точність позиціонування по одній осі, точність повторюваного позиціонування по одній осі та круглість випробуваного зразка, виготовленого двома або більше пов'язаними осями обробки.
Точність позиціонування по одній осі стосується діапазону похибки під час позиціонування будь-якої точки в межах ходу осі, і це ключовий показник, який безпосередньо відображає можливості точності обробки верстата. Наразі існують певні відмінності в нормативних актах, визначеннях, методах вимірювання та методах обробки даних цього показника між країнами світу. При введенні зразків даних для різних типів верстатів з ЧПК, загальними стандартами є Американський стандарт (NAS), рекомендовані стандарти Американської асоціації виробників верстатів, Німецький стандарт (VDI), Японський стандарт (JIS), Міжнародна організація зі стандартизації (ISO) та Китайський національний стандарт (GB).
Слід зазначити, що серед цих стандартів японський стандарт визначає найнижчий. Метод вимірювання базується на одному наборі стабільних даних, а потім значення похибки стискається вдвічі, приймаючи значення ±. Тому точність позиціонування, виміряна за допомогою японських стандартних методів вимірювання, часто відрізняється більш ніж удвічі порівняно з результатами, виміряними за допомогою інших стандартів. Однак інші стандарти, хоча й відрізняються в обробці даних, всі дотримуються закону статистики похибок для аналізу точності вимірювань та позиціонування. Це означає, що для певної похибки точки позиціонування в керованому ході осі верстата з ЧПК вона повинна відображати ситуацію з похибкою тисяч разів позиціонування під час тривалого використання верстата. Однак, під час фактичного вимірювання, через обмеження умов, можна виконати лише обмежену кількість вимірювань (зазвичай 5-7 разів).
Точність повторюваного позиціонування по одній осі всебічно відображає комплексну точність кожного рухомого компонента осі, особливо для відображення стабільності позиціонування осі в будь-якій точці позиціонування в межах ходу, що має велике значення. Це основний показник для вимірювання того, чи може вісь працювати стабільно та надійно. У сучасних системах ЧПК програмне забезпечення зазвичай має багаті функції компенсації помилок, які можуть стабільно компенсувати системні помилки кожної ланки ланцюга передачі подачі.
Наприклад, зазор, пружна деформація та контактна жорсткість кожної ланки в ланцюзі передачі демонструватимуть різні миттєві рухи залежно від таких факторів, як розмір навантаження робочого столу, довжина відстані переміщення та швидкість позиціонування. У деяких сервосистемах подачі з розімкнутим та напівзамкнутим контуром, на механічні компоненти приводу після вимірювання компонентів впливатимуть різні випадкові фактори, що призводитиме до значних випадкових похибок. Наприклад, теплове видовження кулькових гвинтів може спричинити дрейф фактичного положення позиціонування робочого столу.
Для комплексної оцінки точності верстатів з ЧПК, окрім вищезгаданих показників точності однієї осі, також важливо оцінити точність багатоосьової обробки з'єднаннями. Точність фрезерування циліндричних поверхонь або фрезерування просторових спіральних канавок (різьб) є показником, який може комплексно оцінити характеристики руху сервоприводу осей ЧПК (двох або трьох осей) та функцію інтерполяції систем ЧПК у верстатах. Звичайним методом оцінки є вимірювання круглості обробленої циліндричної поверхні.
Під час пробного різання на верстатах з ЧПК фрезерування методом похилого квадрата з чотирьох сторін також є ефективним способом оцінки, який можна використовувати для оцінки точності двох керованих осей у лінійному інтерполяційному русі. Під час цього пробного різання кінцева фреза, що використовується для прецизійної обробки, встановлюється на шпиндель верстата, а круглий зразок, розміщений на робочому столі, фрезерується. Для малих та середніх верстатів круглі зразки зазвичай вибираються в діапазоні від ¥200 до ¥300. Після завершення фрезерування зразок поміщають на вимірник круглості та вимірюють круглість його обробленої поверхні.
Спостерігаючи та аналізуючи результати обробки, можна отримати багато важливої інформації про точність та продуктивність верстатів. Якщо на фрезерованій циліндричній поверхні є очевидні вібраційні закономірності фрези, це відображає нестабільну швидкість інтерполяції верстата; якщо є значна еліптична похибка круглості, що виникає внаслідок фрезерування, це вказує на те, що коефіцієнти підсилення двох керованих систем осей для інтерполяційного руху не збігаються; на круговій поверхні, якщо є позначки зупинки в точках, де кожна керована вісь змінює напрямок (тобто, при безперервному русі різання, якщо рух подачі зупиняється в певному положенні, інструмент утворює невелику ділянку слідів різання металу на оброблюваній поверхні), це вказує на те, що зазори осі вперед і назад не були відрегульовані належним чином.
Оцінка точності верстатів з ЧПК є складним і важким процесом, а деякі навіть потребують точної оцінки після завершення обробки. Це пояснюється тим, що на точність верстатів впливає поєднання різних факторів, включаючи конструктивне рішення верстата, точність виготовлення компонентів, якість складання, продуктивність систем керування та умови навколишнього середовища під час процесу обробки.
Що стосується конструктивного проектування верстатів, то розумне структурне компонування та жорстка конструкція можуть ефективно зменшити вібрацію та деформацію під час процесу обробки, тим самим підвищуючи точність обробки. Наприклад, використання високоміцних матеріалів станини, оптимізованих конструкцій колон та поперечних балок тощо може допомогти підвищити загальну стійкість верстата.
Точність виготовлення компонентів також відіграє фундаментальну роль у точності верстатів. Точність ключових компонентів, таких як кулькові гвинтові передачі, лінійні напрямні та шпинделі, безпосередньо визначає точність руху кожної осі руху верстата. Високоякісні кулькові гвинтові передачі забезпечують точний лінійний рух, а високоточні лінійні напрямні забезпечують плавне ведення.
Якість складання також є важливим фактором, що впливає на точність верстатів. У процесі складання верстата необхідно суворо контролювати такі параметри, як точність прилягання, паралельність та вертикальність між різними компонентами, щоб забезпечити точне співвідношення руху між рухомими частинами верстата під час роботи.
Продуктивність системи керування має вирішальне значення для контролю точності верстатів. Сучасні системи ЧПК можуть досягати точнішого контролю положення, контролю швидкості та інтерполяційних операцій, тим самим підвищуючи точність обробки верстатів. Тим часом, функція компенсації помилок системи ЧПК може забезпечити компенсацію різних помилок верстата в режимі реального часу, що ще більше підвищує точність обробки.
Умови навколишнього середовища під час процесу обробки також можуть впливати на точність верстата. Зміни температури та вологості можуть спричинити теплове розширення та стиснення компонентів верстата, що впливає на точність обробки. Тому в умовах високоточної обробки зазвичай необхідно суворо контролювати середовище обробки та підтримувати постійну температуру та вологість.
Підсумовуючи, точність верстатів з ЧПК є комплексним показником, на який впливає взаємодія численних факторів. Вибираючи верстат з ЧПК, необхідно враховувати такі фактори, як тип верстата, рівень точності, технічні параметри, а також репутацію та післяпродажне обслуговування виробника, виходячи з вимог до точності обробки деталей. Водночас, під час використання верстата слід проводити регулярні перевірки точності та технічне обслуговування, щоб своєчасно виявляти та вирішувати проблеми, забезпечуючи постійну підтримку високої точності верстата та надаючи надійні гарантії виробництва високоякісних деталей.
З постійним прогресом технологій та швидким розвитком виробництва, вимоги до точності верстатів з ЧПК також постійно зростають. Виробники верстатів з ЧПК постійно проводять дослідження та впроваджують інновації, впроваджуючи більш передові технології та процеси для підвищення точності та продуктивності верстатів. Водночас, відповідні галузеві стандарти та специфікації постійно вдосконалюються, забезпечуючи більш наукову та єдину основу для оцінки точності та контролю якості верстатів з ЧПК.
У майбутньому верстати з ЧПК розвиватимуться в напрямку підвищення точності, ефективності та автоматизації, забезпечуючи сильнішу підтримку трансформації та модернізації виробничої галузі. Для виробничих підприємств глибоке розуміння характеристик точності верстатів з ЧПК, розумний вибір та використання верстатів з ЧПК будуть ключем до покращення якості продукції та підвищення конкурентоспроможності на ринку.