Análise e optimización dos factores que afectan á precisión dimensional do mecanizado dos centros de mecanizado
Resumo: Este artigo explora exhaustivamente varios factores que afectan á precisión dimensional do mecanizado dos centros de mecanizado e divídeos en dúas categorías: factores evitables e factores irresistibles. Para os factores evitables, como os procesos de mecanizado, os cálculos numéricos na programación manual e automática, os elementos de corte e o axuste de ferramentas, etc., realízanse elaboracións detalladas e propóñense as medidas de optimización correspondentes. Para os factores irresistibles, incluíndo a deformación do arrefriamento da peza e a estabilidade da propia máquina ferramenta, analízanse as causas e os mecanismos de influencia. O obxectivo é proporcionar referencias de coñecemento completas para os técnicos dedicados á operación e xestión de centros de mecanizado, co fin de mellorar o nivel de control da precisión dimensional do mecanizado dos centros de mecanizado e mellorar a calidade do produto e a eficiencia da produción.
I. Introdución
Como equipo clave no mecanizado moderno, a precisión dimensional do mecanizado dos centros de mecanizado está directamente relacionada coa calidade e o rendemento dos produtos. No proceso de produción real, varios factores afectarán a precisión dimensional do mecanizado. É de grande importancia analizar en profundidade estes factores e buscar métodos de control eficaces.
Como equipo clave no mecanizado moderno, a precisión dimensional do mecanizado dos centros de mecanizado está directamente relacionada coa calidade e o rendemento dos produtos. No proceso de produción real, varios factores afectarán a precisión dimensional do mecanizado. É de grande importancia analizar en profundidade estes factores e buscar métodos de control eficaces.
II. Factores de influencia evitables
(I) Proceso de mecanizado
A racionalidade do proceso de mecanizado determina en gran medida a precisión dimensional do mecanizado. Baseándose no seguimento dos principios básicos do proceso de mecanizado, ao mecanizar materiais brandos como pezas de aluminio, débese prestar especial atención á influencia das limaduras de ferro. Por exemplo, durante o proceso de fresado de pezas de aluminio, debido á textura branda do aluminio, é probable que as limaduras de ferro xeradas polo corte raien a superficie mecanizada, introducindo así erros dimensionais. Para reducir estes erros, pódense tomar medidas como optimizar a ruta de eliminación de virutas e mellorar a succión do dispositivo de eliminación de virutas. Mentres tanto, na disposición do proceso, a distribución da marxe de mecanizado en bruto e mecanizado de acabado debe planificarse razoablemente. Durante o mecanizado en bruto, utilízase unha maior profundidade de corte e velocidade de avance para eliminar rapidamente unha gran cantidade de marxe, pero débese reservar unha marxe de mecanizado de acabado axeitada, xeralmente de 0,3 a 0,5 mm, para garantir que o mecanizado de acabado poida alcanzar unha maior precisión dimensional. En termos de uso de fixacións, ademais de seguir os principios de reducir os tempos de fixación e usar fixacións modulares, tamén se debe garantir a precisión de posicionamento das fixacións. Por exemplo, mediante o uso de pasadores de localización de alta precisión e superficies de localización para garantir a precisión posicional da peza durante o proceso de suxeición, evitando erros dimensionais causados pola desviación da posición de suxeición.
A racionalidade do proceso de mecanizado determina en gran medida a precisión dimensional do mecanizado. Baseándose no seguimento dos principios básicos do proceso de mecanizado, ao mecanizar materiais brandos como pezas de aluminio, débese prestar especial atención á influencia das limaduras de ferro. Por exemplo, durante o proceso de fresado de pezas de aluminio, debido á textura branda do aluminio, é probable que as limaduras de ferro xeradas polo corte raien a superficie mecanizada, introducindo así erros dimensionais. Para reducir estes erros, pódense tomar medidas como optimizar a ruta de eliminación de virutas e mellorar a succión do dispositivo de eliminación de virutas. Mentres tanto, na disposición do proceso, a distribución da marxe de mecanizado en bruto e mecanizado de acabado debe planificarse razoablemente. Durante o mecanizado en bruto, utilízase unha maior profundidade de corte e velocidade de avance para eliminar rapidamente unha gran cantidade de marxe, pero débese reservar unha marxe de mecanizado de acabado axeitada, xeralmente de 0,3 a 0,5 mm, para garantir que o mecanizado de acabado poida alcanzar unha maior precisión dimensional. En termos de uso de fixacións, ademais de seguir os principios de reducir os tempos de fixación e usar fixacións modulares, tamén se debe garantir a precisión de posicionamento das fixacións. Por exemplo, mediante o uso de pasadores de localización de alta precisión e superficies de localización para garantir a precisión posicional da peza durante o proceso de suxeición, evitando erros dimensionais causados pola desviación da posición de suxeición.
(II) Cálculos numéricos na programación manual e automática de centros de mecanizado
Tanto se se trata de programación manual como de programación automática, a precisión dos cálculos numéricos é de crucial importancia. Durante o proceso de programación, implica o cálculo das traxectorias das ferramentas, a determinación dos puntos de coordenadas, etc. Por exemplo, ao calcular a traxectoria da interpolación circular, se as coordenadas do centro do círculo ou do radio se calculan incorrectamente, inevitablemente levará a desviacións dimensionais no mecanizado. Para programar pezas de formas complexas, necesítase software CAD/CAM avanzado para levar a cabo unha modelaxe e unha planificación precisas das traxectorias das ferramentas. Durante o uso do software, débese garantir que as dimensións xeométricas do modelo sexan precisas e as traxectorias das ferramentas xeradas deben comprobarse e verificarse coidadosamente. Mentres tanto, os programadores deben ter unha base matemática sólida e unha rica experiencia en programación, e ser capaces de seleccionar correctamente as instrucións e os parámetros de programación segundo os requisitos de mecanizado das pezas. Por exemplo, ao programar operacións de perforación, parámetros como a profundidade de perforación e a distancia de retracción deben configurarse con precisión para evitar erros dimensionais causados por erros de programación.
Tanto se se trata de programación manual como de programación automática, a precisión dos cálculos numéricos é de crucial importancia. Durante o proceso de programación, implica o cálculo das traxectorias das ferramentas, a determinación dos puntos de coordenadas, etc. Por exemplo, ao calcular a traxectoria da interpolación circular, se as coordenadas do centro do círculo ou do radio se calculan incorrectamente, inevitablemente levará a desviacións dimensionais no mecanizado. Para programar pezas de formas complexas, necesítase software CAD/CAM avanzado para levar a cabo unha modelaxe e unha planificación precisas das traxectorias das ferramentas. Durante o uso do software, débese garantir que as dimensións xeométricas do modelo sexan precisas e as traxectorias das ferramentas xeradas deben comprobarse e verificarse coidadosamente. Mentres tanto, os programadores deben ter unha base matemática sólida e unha rica experiencia en programación, e ser capaces de seleccionar correctamente as instrucións e os parámetros de programación segundo os requisitos de mecanizado das pezas. Por exemplo, ao programar operacións de perforación, parámetros como a profundidade de perforación e a distancia de retracción deben configurarse con precisión para evitar erros dimensionais causados por erros de programación.
(III) Elementos de corte e compensación de ferramentas
A velocidade de corte vc, a velocidade de avance f e a profundidade de corte ap teñen impactos significativos na precisión dimensional do mecanizado. Unha velocidade de corte excesiva pode levar a un desgaste máis intenso da ferramenta, o que afecta á precisión do mecanizado; unha velocidade de avance excesiva pode aumentar a forza de corte, causando deformación da peza ou vibración da ferramenta e resultando en desviacións dimensionais. Por exemplo, ao mecanizar aceiros de aliaxe de alta dureza, se a velocidade de corte se escolle demasiado alta, o filo de corte da ferramenta é propenso ao desgaste, facendo que o tamaño mecanizado sexa máis pequeno. Os parámetros de corte razoables deben determinarse exhaustivamente tendo en conta varios factores como o material da peza, o material da ferramenta e o rendemento da máquina ferramenta. En xeral, pódense seleccionar mediante probas de corte ou consultando os manuais de corte relevantes. Mentres tanto, a compensación da ferramenta tamén é un medio importante para garantir a precisión do mecanizado. Nos centros de mecanizado, a compensación do desgaste da ferramenta pode corrixir en tempo real os cambios dimensionais causados polo desgaste da ferramenta. Os operadores deben axustar o valor de compensación da ferramenta de maneira oportuna segundo a situación real de desgaste da ferramenta. Por exemplo, durante o mecanizado continuo dun lote de pezas, as dimensións do mecanizado mídense regularmente. Cando se constata que as dimensións aumentan ou diminúen gradualmente, o valor de compensación da ferramenta modifícase para garantir a precisión do mecanizado das pezas posteriores.
A velocidade de corte vc, a velocidade de avance f e a profundidade de corte ap teñen impactos significativos na precisión dimensional do mecanizado. Unha velocidade de corte excesiva pode levar a un desgaste máis intenso da ferramenta, o que afecta á precisión do mecanizado; unha velocidade de avance excesiva pode aumentar a forza de corte, causando deformación da peza ou vibración da ferramenta e resultando en desviacións dimensionais. Por exemplo, ao mecanizar aceiros de aliaxe de alta dureza, se a velocidade de corte se escolle demasiado alta, o filo de corte da ferramenta é propenso ao desgaste, facendo que o tamaño mecanizado sexa máis pequeno. Os parámetros de corte razoables deben determinarse exhaustivamente tendo en conta varios factores como o material da peza, o material da ferramenta e o rendemento da máquina ferramenta. En xeral, pódense seleccionar mediante probas de corte ou consultando os manuais de corte relevantes. Mentres tanto, a compensación da ferramenta tamén é un medio importante para garantir a precisión do mecanizado. Nos centros de mecanizado, a compensación do desgaste da ferramenta pode corrixir en tempo real os cambios dimensionais causados polo desgaste da ferramenta. Os operadores deben axustar o valor de compensación da ferramenta de maneira oportuna segundo a situación real de desgaste da ferramenta. Por exemplo, durante o mecanizado continuo dun lote de pezas, as dimensións do mecanizado mídense regularmente. Cando se constata que as dimensións aumentan ou diminúen gradualmente, o valor de compensación da ferramenta modifícase para garantir a precisión do mecanizado das pezas posteriores.
(IV) Axuste de ferramentas
A precisión do axuste da ferramenta está directamente relacionada coa precisión dimensional do mecanizado. O proceso de axuste da ferramenta consiste en determinar a relación posicional relativa entre a ferramenta e a peza de traballo. Se o axuste da ferramenta é inexacto, inevitablemente produciranse erros dimensionais nas pezas mecanizadas. A selección dun buscador de bordos de alta precisión é unha das medidas importantes para mellorar a precisión do axuste da ferramenta. Por exemplo, mediante o uso dun buscador de bordos óptico, a posición da ferramenta e o bordo da peza de traballo pódense detectar con precisión, cunha precisión de ±0,005 mm. Para os centros de mecanizado equipados cun axustador automático de ferramentas, as súas funcións pódense utilizar plenamente para lograr un axuste rápido e preciso da ferramenta. Durante a operación de axuste da ferramenta, tamén se debe prestar atención á limpeza do ambiente de axuste da ferramenta para evitar a influencia dos residuos na precisión do axuste da ferramenta. Mentres tanto, os operadores deben seguir estritamente os procedementos operativos de axuste da ferramenta e realizar varias medicións e calcular o valor medio para reducir o erro de axuste da ferramenta.
A precisión do axuste da ferramenta está directamente relacionada coa precisión dimensional do mecanizado. O proceso de axuste da ferramenta consiste en determinar a relación posicional relativa entre a ferramenta e a peza de traballo. Se o axuste da ferramenta é inexacto, inevitablemente produciranse erros dimensionais nas pezas mecanizadas. A selección dun buscador de bordos de alta precisión é unha das medidas importantes para mellorar a precisión do axuste da ferramenta. Por exemplo, mediante o uso dun buscador de bordos óptico, a posición da ferramenta e o bordo da peza de traballo pódense detectar con precisión, cunha precisión de ±0,005 mm. Para os centros de mecanizado equipados cun axustador automático de ferramentas, as súas funcións pódense utilizar plenamente para lograr un axuste rápido e preciso da ferramenta. Durante a operación de axuste da ferramenta, tamén se debe prestar atención á limpeza do ambiente de axuste da ferramenta para evitar a influencia dos residuos na precisión do axuste da ferramenta. Mentres tanto, os operadores deben seguir estritamente os procedementos operativos de axuste da ferramenta e realizar varias medicións e calcular o valor medio para reducir o erro de axuste da ferramenta.
III. Factores irresistibles
(I) Deformación por arrefriamento das pezas despois do mecanizado
As pezas xerarán calor durante o proceso de mecanizado e deformaranse debido ao efecto de expansión e contracción térmica ao arrefriarse despois do mecanizado. Este fenómeno é común no mecanizado de metais e é difícil de evitar por completo. Por exemplo, para algunhas pezas estruturais de aliaxe de aluminio grande, a calor xerada durante o mecanizado é relativamente alta e a contracción do tamaño é obvia despois do arrefriamento. Para reducir o impacto da deformación por arrefriamento na precisión dimensional, pódese usar refrixerante razoablemente durante o proceso de mecanizado. O refrixerante non só pode reducir a temperatura de corte e o desgaste da ferramenta, senón que tamén pode facer que a peza arrefríe uniformemente e reducir o grao de deformación térmica. Ao seleccionar o refrixerante, debe basearse no material da peza e nos requisitos do proceso de mecanizado. Por exemplo, para o mecanizado de pezas de aluminio, pódese seleccionar un fluído de corte de aliaxe de aluminio especial, que teña boas propiedades de arrefriamento e lubricación. Ademais, ao realizar medicións in situ, débese ter en conta plenamente a influencia do tempo de arrefriamento no tamaño da peza. En xeral, a medición debe realizarse despois de que a peza se arrefriase á temperatura ambiente, ou pódense estimar os cambios dimensionais durante o proceso de arrefriamento e os resultados da medición pódense corrixir segundo os datos empíricos.
As pezas xerarán calor durante o proceso de mecanizado e deformaranse debido ao efecto de expansión e contracción térmica ao arrefriarse despois do mecanizado. Este fenómeno é común no mecanizado de metais e é difícil de evitar por completo. Por exemplo, para algunhas pezas estruturais de aliaxe de aluminio grande, a calor xerada durante o mecanizado é relativamente alta e a contracción do tamaño é obvia despois do arrefriamento. Para reducir o impacto da deformación por arrefriamento na precisión dimensional, pódese usar refrixerante razoablemente durante o proceso de mecanizado. O refrixerante non só pode reducir a temperatura de corte e o desgaste da ferramenta, senón que tamén pode facer que a peza arrefríe uniformemente e reducir o grao de deformación térmica. Ao seleccionar o refrixerante, debe basearse no material da peza e nos requisitos do proceso de mecanizado. Por exemplo, para o mecanizado de pezas de aluminio, pódese seleccionar un fluído de corte de aliaxe de aluminio especial, que teña boas propiedades de arrefriamento e lubricación. Ademais, ao realizar medicións in situ, débese ter en conta plenamente a influencia do tempo de arrefriamento no tamaño da peza. En xeral, a medición debe realizarse despois de que a peza se arrefriase á temperatura ambiente, ou pódense estimar os cambios dimensionais durante o proceso de arrefriamento e os resultados da medición pódense corrixir segundo os datos empíricos.
(II) Estabilidade do propio centro de mecanizado
Aspectos mecánicos
Afrouxamento entre o servomotor e o parafuso: O afrouxamento da conexión entre o servomotor e o parafuso provocará unha diminución da precisión da transmisión. Durante o proceso de mecanizado, cando o motor xira, a conexión afrouxada provocará que a rotación do parafuso se atrase ou sexa irregular, facendo que a traxectoria de movemento da ferramenta se desvíe da posición ideal e resultando en erros dimensionais. Por exemplo, durante o mecanizado de contornos de alta precisión, este afrouxamento pode causar desviacións na forma do contorno mecanizado, como o incumprimento dos requisitos en termos de rectitude e redondez. Comprobar e apertar regularmente os parafusos de conexión entre o servomotor e o parafuso é unha medida clave para evitar estes problemas. Mentres tanto, pódense usar porcas antiafrouxas ou axentes bloqueadores de roscas para mellorar a fiabilidade da conexión.
Afrouxamento entre o servomotor e o parafuso: O afrouxamento da conexión entre o servomotor e o parafuso provocará unha diminución da precisión da transmisión. Durante o proceso de mecanizado, cando o motor xira, a conexión afrouxada provocará que a rotación do parafuso se atrase ou sexa irregular, facendo que a traxectoria de movemento da ferramenta se desvíe da posición ideal e resultando en erros dimensionais. Por exemplo, durante o mecanizado de contornos de alta precisión, este afrouxamento pode causar desviacións na forma do contorno mecanizado, como o incumprimento dos requisitos en termos de rectitude e redondez. Comprobar e apertar regularmente os parafusos de conexión entre o servomotor e o parafuso é unha medida clave para evitar estes problemas. Mentres tanto, pódense usar porcas antiafrouxas ou axentes bloqueadores de roscas para mellorar a fiabilidade da conexión.
Desgaste dos rolamentos ou porcas do parafuso de bólas: O parafuso de bólas é un compoñente importante para lograr un movemento preciso no centro de mecanizado, e o desgaste dos seus rolamentos ou porcas afectará á precisión da transmisión do parafuso. A medida que o desgaste se intensifica, a folgura do parafuso aumentará gradualmente, facendo que a ferramenta se mova de forma errática durante o proceso de movemento. Por exemplo, durante o corte axial, o desgaste da porca do parafuso fará que o posicionamento da ferramenta na dirección axial sexa inexacto, o que resultará en erros dimensionais na lonxitude da peza mecanizada. Para reducir este desgaste, débese garantir unha boa lubricación do parafuso e a graxa lubricante debe substituírse regularmente. Mentres tanto, débese levar a cabo unha detección de precisión regular do parafuso de bólas e, cando o desgaste supere o rango admisible, os rolamentos ou as porcas deben substituírse de maneira oportuna.
Lubricación insuficiente entre o parafuso e a porca: Unha lubricación insuficiente aumentará a fricción entre o parafuso e a porca, o que non só acelerará o desgaste dos compoñentes, senón que tamén provocará unha resistencia ao movemento desigual e afectará a precisión do mecanizado. Durante o proceso de mecanizado, pode producirse un fenómeno de arrastre, é dicir, a ferramenta terá pausas e saltos intermitentes ao moverse a baixa velocidade, o que empeorará a calidade da superficie mecanizada e dificultará a garantía da precisión dimensional. Segundo o manual de funcionamento da máquina ferramenta, a graxa lubricante ou o aceite lubricante deben revisarse e complementarse regularmente para garantir que o parafuso e a porca estean nun bo estado de lubricación. Mentres tanto, pódense seleccionar produtos lubricantes de alto rendemento para mellorar o efecto de lubricación e reducir a fricción.
Aspectos eléctricos
Fallo do servomotor: Un fallo do servomotor afectará directamente o control de movemento da ferramenta. Por exemplo, un curtocircuíto ou un circuíto aberto no enrolamento do motor fará que o motor non poida funcionar normalmente ou teña un par de saída inestable, facendo que a ferramenta non se mova segundo a traxectoria predeterminada e resultando en erros dimensionais. Ademais, un fallo do codificador do motor afectará a precisión do sinal de retroalimentación de posición, facendo que o sistema de control da máquina-ferramenta non poida controlar con precisión a posición da ferramenta. Débese realizar un mantemento regular do servomotor, incluíndo a comprobación dos parámetros eléctricos do motor, a limpeza do ventilador de refrixeración do motor e a detección do estado de funcionamento do codificador, etc., para descubrir e eliminar oportunamente posibles riscos de fallo.
Fallo do servomotor: Un fallo do servomotor afectará directamente o control de movemento da ferramenta. Por exemplo, un curtocircuíto ou un circuíto aberto no enrolamento do motor fará que o motor non poida funcionar normalmente ou teña un par de saída inestable, facendo que a ferramenta non se mova segundo a traxectoria predeterminada e resultando en erros dimensionais. Ademais, un fallo do codificador do motor afectará a precisión do sinal de retroalimentación de posición, facendo que o sistema de control da máquina-ferramenta non poida controlar con precisión a posición da ferramenta. Débese realizar un mantemento regular do servomotor, incluíndo a comprobación dos parámetros eléctricos do motor, a limpeza do ventilador de refrixeración do motor e a detección do estado de funcionamento do codificador, etc., para descubrir e eliminar oportunamente posibles riscos de fallo.
Suciedade dentro da escala de reixa: A escala de reixa é un sensor importante que se emprega no centro de mecanizado para medir a posición e o desprazamento do movemento da ferramenta. Se hai sucidade dentro da escala de reixa, afectará á precisión das lecturas da escala de reixa, facendo que o sistema de control da máquina-ferramenta reciba información de posición incorrecta e resultando en desviacións dimensionais de mecanizado. Por exemplo, ao mecanizar sistemas de orificios de alta precisión, debido ao erro da escala de reixa, a precisión da posición dos orificios pode superar a tolerancia. Débese realizar unha limpeza e un mantemento regulares da escala de reixa, utilizando ferramentas e produtos de limpeza especiais, e seguindo os procedementos de funcionamento correctos para evitar danar a escala de reixa.
Fallo do servoamplificador: A función do servoamplificador é amplificar o sinal de comando emitido polo sistema de control e, a continuación, accionar o servomotor para que funcione. Cando o servoamplificador falla, como cando o tubo de alimentación está danado ou o factor de amplificación é anormal, fará que o servomotor funcione de forma inestable, o que afectará á precisión do mecanizado. Por exemplo, pode provocar que a velocidade do motor flutúe, facendo que a velocidade de avance da ferramenta durante o proceso de corte sexa irregular, aumentando a rugosidade da superficie da peza mecanizada e diminuíndo a precisión dimensional. Débese establecer un mecanismo perfecto de detección e reparación de fallos eléctricos da máquina-ferramenta, e o persoal profesional de reparación eléctrica debe estar equipado para diagnosticar e reparar oportunamente os fallos dos compoñentes eléctricos, como o servoamplificador.
IV. Conclusión
Existen numerosos factores que afectan á precisión dimensional do mecanizado dos centros de mecanizado. Os factores evitables, como os procesos de mecanizado, os cálculos numéricos na programación, os elementos de corte e o axuste das ferramentas, pódense controlar eficazmente optimizando os esquemas de proceso, mellorando os niveis de programación, seleccionando razoablemente os parámetros de corte e axustando con precisión as ferramentas. Os factores irresistibles, como a deformación por arrefriamento da peza e a estabilidade da propia máquina ferramenta, aínda que son difíciles de eliminar por completo, poden reducir o seu impacto na precisión do mecanizado mediante o uso de medidas de proceso razoables, como o uso de refrixerante, o mantemento regular e a detección e reparación de fallos da máquina ferramenta. No proceso de produción real, os operadores e os xestores técnicos dos centros de mecanizado deben comprender plenamente estes factores influentes e tomar medidas específicas de prevención e control para mellorar continuamente a precisión dimensional do mecanizado dos centros de mecanizado, garantir que a calidade do produto cumpra os requisitos e mellorar a competitividade do mercado das empresas.
Existen numerosos factores que afectan á precisión dimensional do mecanizado dos centros de mecanizado. Os factores evitables, como os procesos de mecanizado, os cálculos numéricos na programación, os elementos de corte e o axuste das ferramentas, pódense controlar eficazmente optimizando os esquemas de proceso, mellorando os niveis de programación, seleccionando razoablemente os parámetros de corte e axustando con precisión as ferramentas. Os factores irresistibles, como a deformación por arrefriamento da peza e a estabilidade da propia máquina ferramenta, aínda que son difíciles de eliminar por completo, poden reducir o seu impacto na precisión do mecanizado mediante o uso de medidas de proceso razoables, como o uso de refrixerante, o mantemento regular e a detección e reparación de fallos da máquina ferramenta. No proceso de produción real, os operadores e os xestores técnicos dos centros de mecanizado deben comprender plenamente estes factores influentes e tomar medidas específicas de prevención e control para mellorar continuamente a precisión dimensional do mecanizado dos centros de mecanizado, garantir que a calidade do produto cumpra os requisitos e mellorar a competitividade do mercado das empresas.