Análise profunda do nivel de precisión e dos requisitos de exactitude do mecanizado para as pezas clave das máquinas-ferramenta CNC
Na fabricación moderna, as máquinas-ferramenta CNC convertéronse no equipo central para producir diversas pezas de precisión coa súa alta precisión, alta eficiencia e alto grao de automatización. O nivel de precisión das máquinas-ferramenta CNC determina directamente a calidade e a complexidade das pezas que poden procesar, e os requisitos de precisión de mecanizado para as pezas clave das pezas típicas xogan un papel decisivo na selección das máquinas-ferramenta CNC.
As máquinas ferramenta CNC pódense clasificar en varios tipos segundo o seu uso, incluíndo simples, totalmente funcionais, de ultraprecisión, etc. Cada tipo pode acadar diferentes niveis de precisión. As máquinas ferramenta CNC simples aínda se usan nalgúns tornos e fresadoras, cunha resolución de movemento mínima de 0,01 mm e unha precisión de movemento e mecanizado normalmente superior a (0,03-0,05) mm. Este tipo de máquina ferramenta é axeitada para algunhas tarefas de mecanizado con requisitos de precisión relativamente baixos.
As máquinas-ferramenta CNC de ultraprecisión úsanse principalmente en campos de mecanizado especiais, e a súa precisión pode alcanzar niveis sorprendentes por debaixo de 0,001 mm. Esta máquina-ferramenta de ultraalta precisión pode fabricar pezas extremadamente precisas, cumprindo os estritos requisitos das industrias de alta precisión e vangarda como a aeroespacial e os equipos médicos.
Ademais da clasificación por propósito, as máquinas ferramenta CNC tamén se poden clasificar en tipos ordinarios e de precisión segundo a precisión. Ao probar a precisión das máquinas ferramenta CNC, adoitan implicarse entre 20 e 30 elementos. Non obstante, os elementos máis representativos e característicos inclúen principalmente a precisión de posicionamento dun só eixe, a precisión de posicionamento repetido dun só eixe e a redondeza da peza de proba producida por dous ou máis eixes de mecanizado conectados.
A precisión de posicionamento nun só eixe refírese ao rango de erro ao posicionar calquera punto dentro da carreira do eixe, e é un indicador clave que reflicte directamente a capacidade de precisión de mecanizado da máquina ferramenta. Na actualidade, existen certas diferenzas nas regulacións, definicións, métodos de medición e métodos de procesamento de datos deste indicador entre os países de todo o mundo. Na introdución de datos de mostra para varios tipos de máquinas ferramenta CNC, as normas comúns inclúen a Norma Americana (NAS), as normas recomendadas pola Asociación Americana de Fabricantes de Máquinas Ferramentas, a Norma Alemá (VDI), a Norma Xaponesa (JIS), a Organización Internacional de Normalización (ISO) e a Norma Nacional da China (GB).
Cómpre sinalar que, entre estes estándares, o estándar xaponés especifica o máis baixo. O método de medición baséase nun único conxunto de datos estables e, a continuación, o valor de erro comprímese á metade tomando un valor ±. Polo tanto, a precisión de posicionamento medida mediante métodos de medición estándar xaponeses adoita diferir en máis do dobre en comparación cos resultados medidos con outros estándares. Non obstante, outros estándares, aínda que diferentes no procesamento de datos, seguen todos a lei das estatísticas de erro para analizar a precisión de medición e posicionamento. Isto significa que para un determinado erro de punto de posicionamento nunha carreira de eixe controlable dunha máquina ferramenta CNC, debería reflectir a situación de erro de miles de veces de posicionamento durante o uso a longo prazo da máquina ferramenta. Non obstante, na medición real, debido ás limitacións nas condicións, só se pode realizar un número limitado de medicións (normalmente de 5 a 7 veces).
A precisión do posicionamento repetido dun só eixe reflicte de forma exhaustiva a precisión global de cada compoñente móbil do eixe, especialmente para reflectir a estabilidade de posicionamento do eixe en calquera punto de posicionamento dentro da carreira, o que é de grande importancia. É un indicador básico para medir se o eixe pode funcionar de forma estable e fiable. Nos sistemas CNC modernos, o software adoita ter funcións ricas de compensación de erros, que poden compensar de forma estable os erros do sistema de cada elo da cadea de transmisión de alimentación.
Por exemplo, a folgura, a deformación elástica e a rixidez de contacto de cada elo da cadea de transmisión mostrarán diferentes movementos instantáneos dependendo de factores como o tamaño da carga da mesa de traballo, a lonxitude da distancia de movemento e a velocidade do posicionamento do movemento. Nalgúns sistemas servo de alimentación de bucle aberto e semipechado, os compoñentes de accionamento mecánico despois de medilos veranse afectados por varios factores accidentais, o que resultará en erros aleatorios significativos. Por exemplo, o alongamento térmico dos parafusos de bólas pode causar desviación na posición de posicionamento real da mesa de traballo.
Para avaliar exhaustivamente o rendemento de precisión das máquinas-ferramenta CNC, ademais dos indicadores de precisión dun só eixe mencionados anteriormente, tamén é crucial avaliar a precisión do mecanizado de articulacións multieixe. A precisión do fresado de superficies cilíndricas ou do fresado de ranuras en espiral espaciais (roscas) é un indicador que pode avaliar exhaustivamente as características de seguimento do movemento servo dos eixes CNC (dous ou tres eixes) e a función de interpolación dos sistemas CNC nas máquinas-ferramenta. O método habitual de avaliación é medir a redondeza da superficie cilíndrica mecanizada.
No corte de proba de máquinas-ferramenta CNC, o fresado co método de mecanizado oblicuo cadrado de catro lados tamén é unha forma eficaz de xuízo, que se pode usar para avaliar a precisión de dous eixes controlables no movemento de interpolación lineal. Durante este corte de proba, a fresa de mango utilizada para o mecanizado de precisión instálase no eixo da máquina-ferramenta e frésase a mostra circular colocada na mesa de traballo. Para máquinas-ferramenta pequenas e medianas, as mostras circulares xeralmente selecciónanse dentro do rango de 200 a 300 ¥. Despois de completar o fresado, colócase a mostra nun probador de redondez e mida a redondez da súa superficie mecanizada.
Ao observar e analizar os resultados do mecanizado, pódese obter moita información importante sobre a precisión e o rendemento das máquinas-ferramenta. Se hai patróns de vibración obvios da fresa na superficie cilíndrica fresada, isto reflicte a velocidade de interpolación inestable da máquina-ferramenta; se hai un erro elíptico significativo na redondeza producida polo fresado, indica que as ganancias dos dous sistemas de eixes controlables para o movemento de interpolación non coinciden; nunha superficie circular, se hai marcas de parada nos puntos onde cada eixe controlable cambia de dirección (é dicir, no movemento de corte continuo, se o movemento de alimentación se detén nunha determinada posición, a ferramenta formará unha pequena sección de marcas de corte de metal na superficie de mecanizado), indica que as folguras cara adiante e cara atrás do eixe non se axustaron correctamente.
A avaliación da precisión das máquinas-ferramenta CNC é un proceso complexo e difícil, e algunhas incluso requiren unha avaliación precisa despois de que se complete o mecanizado. Isto débese a que a precisión das máquinas-ferramenta está influenciada por unha combinación de varios factores, incluíndo o deseño estrutural da máquina-ferramenta, a precisión de fabricación dos compoñentes, a calidade da montaxe, o rendemento dos sistemas de control e as condicións ambientais durante o proceso de mecanizado.
En termos de deseño estrutural das máquinas-ferramenta, unha disposición estrutural razoable e un deseño ríxido poden reducir eficazmente a vibración e a deformación durante o proceso de mecanizado, mellorando así a precisión do mecanizado. Por exemplo, o uso de materiais de base de alta resistencia, estruturas de columnas e vigas transversais optimizadas, etc., pode axudar a mellorar a estabilidade xeral da máquina-ferramenta.
A precisión da fabricación dos compoñentes tamén xoga un papel fundamental na precisión das máquinas-ferramenta. A precisión dos compoñentes clave, como os parafusos de bólas, as guías lineais e os fusos, determina directamente a precisión do movemento de cada eixe de movemento da máquina-ferramenta. Os parafusos de bólas de alta calidade garanten un movemento lineal preciso, mentres que as guías lineais de alta precisión proporcionan unha guía suave.
A calidade da montaxe tamén é un factor importante que afecta á precisión das máquinas-ferramenta. No proceso de montaxe da máquina-ferramenta, é necesario controlar estritamente os parámetros como a precisión do axuste, o paralelismo e a verticalidade entre os distintos compoñentes para garantir a relación de movemento precisa entre as pezas móbiles da máquina-ferramenta durante o funcionamento.
O rendemento do sistema de control é crucial para o control de precisión das máquinas-ferramenta. Os sistemas CNC avanzados poden lograr un control de posición, control de velocidade e operacións de interpolación máis precisos, mellorando así a precisión do mecanizado das máquinas-ferramenta. Mentres tanto, a función de compensación de erros do sistema CNC pode proporcionar compensación en tempo real para varios erros da máquina-ferramenta, mellorando aínda máis a precisión do mecanizado.
As condicións ambientais durante o proceso de mecanizado tamén poden ter un impacto na precisión da máquina ferramenta. Os cambios de temperatura e humidade poden causar expansión e contracción térmica dos compoñentes da máquina ferramenta, o que afecta á precisión do mecanizado. Polo tanto, en situacións de mecanizado de alta precisión, adoita ser necesario controlar estritamente o ambiente de mecanizado e manter unha temperatura e humidade constantes.
En resumo, a precisión das máquinas ferramenta CNC é un indicador completo que está influenciado pola interacción de numerosos factores. Ao elixir unha máquina ferramenta CNC, é necesario ter en conta factores como o tipo de máquina ferramenta, o nivel de precisión, os parámetros técnicos, así como a reputación e o servizo posvenda do fabricante, en función dos requisitos de precisión de mecanizado das pezas. Ao mesmo tempo, durante o uso da máquina ferramenta, débense realizar probas de precisión e mantemento regulares para identificar e resolver os problemas con prontitude, garantindo que a máquina ferramenta manteña sempre unha boa precisión e proporcionando garantías fiables para a produción de pezas de alta calidade.
Co progreso continuo da tecnoloxía e o rápido desenvolvemento da fabricación, os requisitos de precisión das máquinas-ferramenta CNC tamén aumentan constantemente. Os fabricantes de máquinas-ferramenta CNC investigan e innovan constantemente, adoptando tecnoloxías e procesos máis avanzados para mellorar a precisión e o rendemento das máquinas-ferramenta. Ao mesmo tempo, os estándares e especificacións relevantes da industria mellóranse constantemente, proporcionando unha base máis científica e unificada para a avaliación da precisión e o control de calidade das máquinas-ferramenta CNC.
No futuro, as máquinas-ferramenta CNC desenvolveranse cara a unha maior precisión, eficiencia e automatización, proporcionando un maior apoio á transformación e modernización da industria manufacturera. Para as empresas manufactureras, unha comprensión profunda das características de precisión das máquinas-ferramenta CNC, unha selección e un uso razoables das máquinas-ferramenta CNC serán clave para mellorar a calidade do produto e aumentar a competitividade no mercado.