Требования к точности ключевых деталей типовых вертикальных обрабатывающих центров определяют уровень точности при выборе станков с ЧПУ. Станки с ЧПУ можно разделить на простые, полнофункциональные, сверхточные и т.д. в зависимости от области применения, а также от достигаемой ими точности. Простой тип в настоящее время используется в некоторых токарных и фрезерных станках с минимальным разрешением перемещения 0,01 мм, при этом точность перемещения и точность обработки превышают (0,03–0,05) мм. Сверхточный тип используется для специальной обработки с точностью менее 0,001 мм. В данной статье рассматриваются наиболее широко используемые полнофункциональные станки с ЧПУ (в основном обрабатывающие центры).
Вертикальные обрабатывающие центры можно разделить на обычные и прецизионные по точности. Как правило, станки с ЧПУ имеют 20-30 параметров контроля точности, но наиболее характерными из них являются: точность позиционирования по одной оси, точность повторного позиционирования по одной оси и круглость деталей, полученных при обработке по двум или более связанным осям.
Точность позиционирования и точность повторного позиционирования в целом отражают общую точность каждого движущегося компонента оси. В частности, точность повторного позиционирования отражает стабильность позиционирования оси в любой точке позиционирования в пределах её хода, что является основным показателем стабильности и надёжности работы оси. В настоящее время программное обеспечение систем ЧПУ обладает богатым набором функций компенсации погрешностей, позволяющих стабильно компенсировать системные ошибки в каждом звене цепи передачи подачи. Например, такие факторы, как зазоры, упругая деформация и контактная жёсткость в каждом звене цепи передачи, часто отражают различные мгновенные перемещения, зависящие от величины нагрузки на рабочий стол, длины перемещения и скорости позиционирования. В некоторых сервосистемах подачи с разомкнутым и полузамкнутым контуром механические приводные компоненты после измерения компонентов подвергаются воздействию различных случайных факторов и также имеют значительные случайные погрешности, такие как дрейф фактического положения рабочего стола, вызванный тепловым удлинением шарико-винтовой пары. Короче говоря, если есть возможность выбора, выбирайте устройство с наилучшей точностью повторного позиционирования!
Точность вертикального обрабатывающего центра при фрезеровании цилиндрических поверхностей или фрезеровании пространственных спиральных канавок (резьбы) является комплексной оценкой характеристик следящего движения сервопривода осей ЧПУ (двух или трех осей) и функции интерполяции системы ЧПУ станка. Метод оценки заключается в измерении круглости обработанной цилиндрической поверхности. В станках с ЧПУ существует также метод фрезерования косого квадрата с четырьмя сторонами для резки тестовых образцов, который также может определить точность двух управляемых осей в линейном интерполяционном движении. При выполнении этой пробной резки концевая фреза, используемая для прецизионной обработки, устанавливается на шпиндель станка, и фрезеруется круглый образец, помещенный на верстак. Для станков малого и среднего размера круглый образец обычно берется при Ф 200 ~ Ф 300, затем помещают вырезанный образец на кругломер и измеряют круглость его обработанной поверхности. Очевидные паттерны вибрации фрезы на цилиндрической поверхности указывают на нестабильную скорость интерполяции станка; Фрезерованная округлость имеет значительную эллиптическую погрешность, отражающую несоответствие в коэффициенте усиления двух управляемых систем осей для интерполяционного движения; если на каждой точке изменения направления движения управляемой оси на круговой поверхности имеются стопорные метки (при непрерывном резании остановка подачи в определенном положении приведет к образованию небольшого сегмента следов резания металла на обрабатываемой поверхности), это свидетельствует о том, что зазоры прямого и обратного хода оси не были отрегулированы должным образом.
Точность позиционирования по одной оси относится к диапазону погрешности при позиционировании в любой точке в пределах хода оси, что может напрямую отражать возможности точности обработки станка, что делает ее важнейшим техническим показателем станков с ЧПУ. В настоящее время в разных странах мира действуют различные правила, определения, методы измерения и обработки данных для этого показателя. При представлении различных образцов станков с ЧПУ обычно используются такие стандарты, как Американский стандарт (NAS) и рекомендуемые стандарты Американской ассоциации производителей станков, Немецкий стандарт (VDI), Японский стандарт (JIS), Международная организация по стандартизации (ISO) и Китайский национальный стандарт (GB). Самым низким стандартом среди этих стандартов является японский стандарт, поскольку его метод измерения основан на одном наборе стабильных данных, а затем значение погрешности сжимается вдвое с помощью значения ±. Таким образом, точность позиционирования, измеренная его методом измерения, часто более чем в два раза превышает измеренную другими стандартами.
Несмотря на различия в обработке данных между различными стандартами, все они отражают необходимость анализа и измерения точности позиционирования на основе статистики ошибок. То есть, ошибка позиционирования точки в управляемом осевом ходе станка с ЧПУ (вертикального обрабатывающего центра) должна отражать ошибку позиционирования этой точки тысячи раз в течение длительного использования станка в будущем. Однако мы можем провести измерения лишь ограниченное количество раз (обычно 5-7 раз) в процессе измерения.
Точность вертикальных обрабатывающих центров определить сложно, а некоторые из них требуют обработки перед оценкой, так что этот этап довольно сложен.