Анализ и оптимизация факторов, влияющих на размерную точность обработки на обрабатывающих центрах
Аннотация: В данной статье подробно рассматриваются различные факторы, влияющие на размерную точность обработки обрабатывающих центров, и они делятся на две категории: устранимые факторы и непреодолимые факторы. Для устранимых факторов, таких как процессы обработки, численные расчеты в ручном и автоматическом программировании, режущие элементы, наладка инструмента и т. д., проводятся подробные разработки и предлагаются соответствующие меры оптимизации. Для непреодолимых факторов, включая деформацию охлаждения заготовки и устойчивость самого станка, анализируются причины и механизмы влияния. Целью является предоставление всесторонних справочных материалов для технических специалистов, занимающихся эксплуатацией и управлением обрабатывающими центрами, чтобы повысить уровень контроля размерной точности обработки обрабатывающих центров и повысить качество продукции и эффективность производства.
I. Введение
Будучи ключевым оборудованием современной механической обработки, точность обработки на обрабатывающих центрах напрямую связана с качеством и производительностью продукции. В процессе производства на точность обработки влияют различные факторы. Крайне важно проводить глубокий анализ этих факторов и разрабатывать эффективные методы контроля.
Будучи ключевым оборудованием современной механической обработки, точность обработки на обрабатывающих центрах напрямую связана с качеством и производительностью продукции. В процессе производства на точность обработки влияют различные факторы. Крайне важно проводить глубокий анализ этих факторов и разрабатывать эффективные методы контроля.
II. Устранимые факторы влияния
(I) Процесс обработки
Рациональность процесса обработки во многом определяет размерную точность обработки. Исходя из основных принципов обработки, при обработке мягких материалов, таких как алюминиевые детали, следует уделять особое внимание влиянию железной стружки. Например, при фрезеровании алюминиевых деталей из-за мягкой текстуры алюминия образующиеся при резании железные стружки могут царапать обработанную поверхность, приводя к погрешностям размеров. Для снижения этих погрешностей можно принять такие меры, как оптимизация пути отвода стружки и усиление всасывания стружкодробильного устройства. При этом в организации процесса следует разумно планировать распределение припусков черновой и чистовой обработки. При черновой обработке для быстрого снятия большого количества припуска используются большая глубина резания и подача, но для обеспечения более высокой размерной точности чистовой обработки следует зарезервировать соответствующий припуск, обычно 0,3–0,5 мм. При использовании приспособлений, помимо соблюдения принципов сокращения времени зажима и использования модульных приспособлений, необходимо также обеспечить точность позиционирования приспособлений. Например, за счёт использования высокоточных установочных штифтов и установочных поверхностей, обеспечивающих точность позиционирования заготовки в процессе зажима, исключая погрешности размеров, вызванные отклонением положения зажима.
Рациональность процесса обработки во многом определяет размерную точность обработки. Исходя из основных принципов обработки, при обработке мягких материалов, таких как алюминиевые детали, следует уделять особое внимание влиянию железной стружки. Например, при фрезеровании алюминиевых деталей из-за мягкой текстуры алюминия образующиеся при резании железные стружки могут царапать обработанную поверхность, приводя к погрешностям размеров. Для снижения этих погрешностей можно принять такие меры, как оптимизация пути отвода стружки и усиление всасывания стружкодробильного устройства. При этом в организации процесса следует разумно планировать распределение припусков черновой и чистовой обработки. При черновой обработке для быстрого снятия большого количества припуска используются большая глубина резания и подача, но для обеспечения более высокой размерной точности чистовой обработки следует зарезервировать соответствующий припуск, обычно 0,3–0,5 мм. При использовании приспособлений, помимо соблюдения принципов сокращения времени зажима и использования модульных приспособлений, необходимо также обеспечить точность позиционирования приспособлений. Например, за счёт использования высокоточных установочных штифтов и установочных поверхностей, обеспечивающих точность позиционирования заготовки в процессе зажима, исключая погрешности размеров, вызванные отклонением положения зажима.
(II) Численные расчеты в ручном и автоматическом программировании обрабатывающих центров
Независимо от того, ручное это программирование или автоматическое, точность численных расчетов имеет решающее значение. В процессе программирования он включает в себя расчет траекторий инструмента, определение точек координат и т. д. Например, при расчете траектории круговой интерполяции, если координаты центра окружности или радиуса рассчитаны неправильно, это неизбежно приведет к размерным отклонениям обработки. Для программирования деталей сложной формы необходимо передовое программное обеспечение CAD/CAM для выполнения точного моделирования и планирования траектории инструмента. При использовании программного обеспечения следует гарантировать точность геометрических размеров модели, а также тщательно проверять и верифицировать созданные траектории инструмента. При этом программисты должны иметь прочную математическую базу и богатый опыт программирования, а также уметь правильно выбирать инструкции программирования и параметры в соответствии с требованиями обработки деталей. Например, при программировании операций сверления такие параметры, как глубина сверления и расстояние отвода, должны быть точно установлены, чтобы избежать размерных ошибок, вызванных ошибками программирования.
Независимо от того, ручное это программирование или автоматическое, точность численных расчетов имеет решающее значение. В процессе программирования он включает в себя расчет траекторий инструмента, определение точек координат и т. д. Например, при расчете траектории круговой интерполяции, если координаты центра окружности или радиуса рассчитаны неправильно, это неизбежно приведет к размерным отклонениям обработки. Для программирования деталей сложной формы необходимо передовое программное обеспечение CAD/CAM для выполнения точного моделирования и планирования траектории инструмента. При использовании программного обеспечения следует гарантировать точность геометрических размеров модели, а также тщательно проверять и верифицировать созданные траектории инструмента. При этом программисты должны иметь прочную математическую базу и богатый опыт программирования, а также уметь правильно выбирать инструкции программирования и параметры в соответствии с требованиями обработки деталей. Например, при программировании операций сверления такие параметры, как глубина сверления и расстояние отвода, должны быть точно установлены, чтобы избежать размерных ошибок, вызванных ошибками программирования.
(III) Режущие элементы и компенсация инструмента
Скорость резания vc, подача f и глубина резания ap оказывают значительное влияние на размерную точность обработки. Чрезмерная скорость резания может привести к усиленному износу инструмента, тем самым влияя на точность обработки; чрезмерная скорость подачи может увеличить силу резания, вызывая деформацию заготовки или вибрацию инструмента и приводя к размерным отклонениям. Например, при обработке высокотвердых легированных сталей, если выбрана слишком высокая скорость резания, режущая кромка инструмента подвержена износу, что приводит к уменьшению размера обработки. Рациональные параметры резания должны быть определены комплексно с учетом различных факторов, таких как материал заготовки, материал инструмента и производительность станка. Как правило, их можно выбрать путем испытаний на резку или обратившись к соответствующим руководствам по резанию. Между тем, компенсация на инструмент также является важным средством обеспечения точности обработки. В обрабатывающих центрах компенсация износа инструмента может в режиме реального времени корректировать изменения размеров, вызванные износом инструмента. Операторы должны своевременно корректировать значение компенсации на инструмент в соответствии с фактическим износом инструмента. Например, при непрерывной обработке партии деталей регулярно измеряются размеры обработки. При обнаружении постепенного увеличения или уменьшения размеров корректируется значение коррекции на инструмент для обеспечения точности обработки последующих деталей.
Скорость резания vc, подача f и глубина резания ap оказывают значительное влияние на размерную точность обработки. Чрезмерная скорость резания может привести к усиленному износу инструмента, тем самым влияя на точность обработки; чрезмерная скорость подачи может увеличить силу резания, вызывая деформацию заготовки или вибрацию инструмента и приводя к размерным отклонениям. Например, при обработке высокотвердых легированных сталей, если выбрана слишком высокая скорость резания, режущая кромка инструмента подвержена износу, что приводит к уменьшению размера обработки. Рациональные параметры резания должны быть определены комплексно с учетом различных факторов, таких как материал заготовки, материал инструмента и производительность станка. Как правило, их можно выбрать путем испытаний на резку или обратившись к соответствующим руководствам по резанию. Между тем, компенсация на инструмент также является важным средством обеспечения точности обработки. В обрабатывающих центрах компенсация износа инструмента может в режиме реального времени корректировать изменения размеров, вызванные износом инструмента. Операторы должны своевременно корректировать значение компенсации на инструмент в соответствии с фактическим износом инструмента. Например, при непрерывной обработке партии деталей регулярно измеряются размеры обработки. При обнаружении постепенного увеличения или уменьшения размеров корректируется значение коррекции на инструмент для обеспечения точности обработки последующих деталей.
(IV) Настройка инструмента
Точность настройки инструмента напрямую связана с точностью размеров обработки. Процесс настройки инструмента заключается в определении относительного расположения инструмента и заготовки. Если настройка инструмента неточная, в обработанных деталях неизбежно возникнут размерные погрешности. Выбор высокоточного кромкоискателя является одной из важных мер для повышения точности настройки инструмента. Например, используя оптический кромкоискатель, можно точно определить положение инструмента и кромки заготовки с точностью ±0,005 мм. Для обрабатывающих центров, оснащенных автоматическим наладчиком инструмента, его функции могут быть полностью использованы для достижения быстрой и точной настройки инструмента. Во время операции настройки инструмента следует также уделять внимание чистоте среды настройки инструмента, чтобы избежать влияния мусора на точность настройки инструмента. При этом операторы должны строго следовать рабочим процедурам настройки инструмента, проводить многократные измерения и рассчитывать среднее значение, чтобы уменьшить погрешность настройки инструмента.
Точность настройки инструмента напрямую связана с точностью размеров обработки. Процесс настройки инструмента заключается в определении относительного расположения инструмента и заготовки. Если настройка инструмента неточная, в обработанных деталях неизбежно возникнут размерные погрешности. Выбор высокоточного кромкоискателя является одной из важных мер для повышения точности настройки инструмента. Например, используя оптический кромкоискатель, можно точно определить положение инструмента и кромки заготовки с точностью ±0,005 мм. Для обрабатывающих центров, оснащенных автоматическим наладчиком инструмента, его функции могут быть полностью использованы для достижения быстрой и точной настройки инструмента. Во время операции настройки инструмента следует также уделять внимание чистоте среды настройки инструмента, чтобы избежать влияния мусора на точность настройки инструмента. При этом операторы должны строго следовать рабочим процедурам настройки инструмента, проводить многократные измерения и рассчитывать среднее значение, чтобы уменьшить погрешность настройки инструмента.
III. Непреодолимые факторы
(I) Охлаждающая деформация заготовок после обработки
Заготовки будут генерировать тепло в процессе обработки и деформироваться из-за эффекта теплового расширения и сжатия при охлаждении после обработки. Это явление распространено при обработке металлов и его трудно полностью избежать. Например, для некоторых крупных конструкционных деталей из алюминиевого сплава тепло, выделяемое во время обработки, относительно велико, а усадка размера очевидна после охлаждения. Чтобы уменьшить влияние деформации охлаждения на точность размеров, можно разумно использовать охлаждающую жидкость в процессе обработки. Охлаждающая жидкость может не только снизить температуру резания и износ инструмента, но и обеспечить равномерное охлаждение заготовки и уменьшить степень термической деформации. При выборе охлаждающей жидкости следует основываться на материале заготовки и требованиях к процессу обработки. Например, для обработки алюминиевых деталей можно выбрать специальную смазочно-охлаждающую жидкость для алюминиевого сплава, которая обладает хорошими охлаждающими и смазывающими свойствами. Кроме того, при выполнении измерений на месте следует полностью учитывать влияние времени охлаждения на размер заготовки. Как правило, измерение следует проводить после того, как заготовка остынет до комнатной температуры, в противном случае можно оценить изменения размеров в процессе охлаждения и скорректировать результаты измерений в соответствии с эмпирическими данными.
Заготовки будут генерировать тепло в процессе обработки и деформироваться из-за эффекта теплового расширения и сжатия при охлаждении после обработки. Это явление распространено при обработке металлов и его трудно полностью избежать. Например, для некоторых крупных конструкционных деталей из алюминиевого сплава тепло, выделяемое во время обработки, относительно велико, а усадка размера очевидна после охлаждения. Чтобы уменьшить влияние деформации охлаждения на точность размеров, можно разумно использовать охлаждающую жидкость в процессе обработки. Охлаждающая жидкость может не только снизить температуру резания и износ инструмента, но и обеспечить равномерное охлаждение заготовки и уменьшить степень термической деформации. При выборе охлаждающей жидкости следует основываться на материале заготовки и требованиях к процессу обработки. Например, для обработки алюминиевых деталей можно выбрать специальную смазочно-охлаждающую жидкость для алюминиевого сплава, которая обладает хорошими охлаждающими и смазывающими свойствами. Кроме того, при выполнении измерений на месте следует полностью учитывать влияние времени охлаждения на размер заготовки. Как правило, измерение следует проводить после того, как заготовка остынет до комнатной температуры, в противном случае можно оценить изменения размеров в процессе охлаждения и скорректировать результаты измерений в соответствии с эмпирическими данными.
(II) Устойчивость самого обрабатывающего центра
Механические аспекты
Ослабление соединения серводвигателя и винта: ослабление соединения серводвигателя и винта приведет к снижению точности передачи. Во время обработки, когда двигатель вращается, ослабленное соединение приведет к задержке или неравномерности вращения винта, что приведет к отклонению траектории движения инструмента от идеального положения и возникновению погрешностей размеров. Например, при высокоточной контурной обработке такое ослабление может привести к отклонениям формы обработанного контура, таким как несоответствие требованиям по прямолинейности и круглости. Регулярная проверка и затяжка соединительных болтов между серводвигателем и винтом является ключевой мерой для предотвращения таких проблем. Между тем, для повышения надежности соединения можно использовать гайки, препятствующие ослаблению, или фиксаторы резьбы.
Ослабление соединения серводвигателя и винта: ослабление соединения серводвигателя и винта приведет к снижению точности передачи. Во время обработки, когда двигатель вращается, ослабленное соединение приведет к задержке или неравномерности вращения винта, что приведет к отклонению траектории движения инструмента от идеального положения и возникновению погрешностей размеров. Например, при высокоточной контурной обработке такое ослабление может привести к отклонениям формы обработанного контура, таким как несоответствие требованиям по прямолинейности и круглости. Регулярная проверка и затяжка соединительных болтов между серводвигателем и винтом является ключевой мерой для предотвращения таких проблем. Между тем, для повышения надежности соединения можно использовать гайки, препятствующие ослаблению, или фиксаторы резьбы.
Износ шарико-винтовых подшипников или гаек: шарико-винтовая передача является важным компонентом для реализации точного перемещения в обрабатывающем центре, и износ ее подшипников или гаек повлияет на точность передачи винта. По мере увеличения износа зазор винта будет постепенно увеличиваться, что приведет к неравномерному перемещению инструмента в процессе перемещения. Например, во время осевой обработки износ гайки винта приведет к неточному позиционированию инструмента в осевом направлении, что приведет к погрешностям размеров по длине обрабатываемой детали. Чтобы уменьшить этот износ, следует обеспечить хорошую смазку винта и регулярно заменять консистентную смазку. Между тем, следует регулярно проводить контроль точности шарико-винтовой передачи, и когда износ превышает допустимый диапазон, подшипники или гайки следует своевременно заменять.
Недостаточная смазка между винтом и гайкой: Недостаточная смазка увеличит трение между винтом и гайкой, что не только ускорит износ компонентов, но и вызовет неравномерное сопротивление движению и снизит точность обработки. В процессе обработки может возникнуть эффект проскальзывания, то есть инструмент будет периодически останавливаться и дергаться при движении на низкой скорости, что ухудшит качество обработанной поверхности и затруднит обеспечение точности размеров. В соответствии с руководством по эксплуатации станка, следует регулярно проверять и дополнять смазку или смазочное масло, чтобы гарантировать хорошее смазывание винта и гайки. Между тем, можно выбрать высокоэффективные смазочные продукты для улучшения смазочного эффекта и снижения трения.
Электрические аспекты
Отказ серводвигателя: Отказ серводвигателя напрямую влияет на управление движением инструмента. Например, короткое замыкание или обрыв обмотки двигателя приведёт к некорректной работе двигателя или нестабильному выходному крутящему моменту, что помешает инструменту двигаться по заданной траектории и приведёт к размерным ошибкам. Кроме того, отказ энкодера двигателя повлияет на точность сигнала обратной связи по положению, что приведёт к невозможности точного управления положением инструмента системой управления станка. Необходимо регулярно проводить техническое обслуживание серводвигателя, включая проверку электрических параметров двигателя, очистку вентилятора охлаждения двигателя, определение рабочего состояния энкодера и т. д., чтобы своевременно обнаруживать и устранять потенциальные опасности неисправностей.
Отказ серводвигателя: Отказ серводвигателя напрямую влияет на управление движением инструмента. Например, короткое замыкание или обрыв обмотки двигателя приведёт к некорректной работе двигателя или нестабильному выходному крутящему моменту, что помешает инструменту двигаться по заданной траектории и приведёт к размерным ошибкам. Кроме того, отказ энкодера двигателя повлияет на точность сигнала обратной связи по положению, что приведёт к невозможности точного управления положением инструмента системой управления станка. Необходимо регулярно проводить техническое обслуживание серводвигателя, включая проверку электрических параметров двигателя, очистку вентилятора охлаждения двигателя, определение рабочего состояния энкодера и т. д., чтобы своевременно обнаруживать и устранять потенциальные опасности неисправностей.
Грязь внутри шкалы: шкала – важный датчик, используемый в обрабатывающем центре для измерения положения и смещения инструмента. Попадание грязи внутрь шкалы влияет на точность показаний шкалы, что приводит к получению системой управления станка неверной информации о положении и, как следствие, к отклонениям размеров обработки. Например, при обработке высокоточных отверстий из-за погрешности шкалы точность позиционирования отверстий может превышать допуск. Необходимо регулярно очищать и обслуживать шкалу, используя специальные инструменты и чистящие средства, соблюдая правильные рабочие процедуры, чтобы избежать повреждения шкалы.
Отказ сервоусилителя: Функция сервоусилителя заключается в усилении командного сигнала, выдаваемого системой управления, и последующем приведении в действие серводвигателя. Выход сервоусилителя из строя, например, при повреждении силовой трубки или ненормальном коэффициенте усиления, приводит к нестабильной работе серводвигателя, что влияет на точность обработки. Например, это может привести к колебаниям скорости двигателя, что делает подачу инструмента неравномерной, увеличивает шероховатость поверхности обрабатываемой детали и снижает размерную точность. Необходимо разработать совершенный механизм обнаружения и устранения неисправностей электрооборудования станка, а также обеспечить наличие квалифицированного персонала по ремонту электрооборудования для своевременной диагностики и устранения неисправностей электрических компонентов, таких как сервоусилитель.
IV. Заключение
На размерную точность обработки обрабатывающих центров влияет множество факторов. Такие факторы, как процессы обработки, числовые расчеты в программировании, режущие элементы и настройка инструмента, можно эффективно контролировать путем оптимизации технологических схем, повышения уровня программирования, разумного выбора параметров резания и точной настройки инструментов. Влияние непреодолимых факторов, таких как деформация при охлаждении заготовки и стабильность самого станка, хотя и трудно полностью устранить, можно снизить, применяя разумные технологические меры, такие как использование СОЖ, регулярное техническое обслуживание, выявление неисправностей и ремонт станка. В процессе производства операторы и технические руководители обрабатывающих центров должны полностью понимать эти факторы влияния и принимать целенаправленные меры по профилактике и контролю для постоянного повышения размерной точности обработки обрабатывающих центров, обеспечения соответствия качества продукции требованиям и повышения конкурентоспособности предприятий на рынке.
На размерную точность обработки обрабатывающих центров влияет множество факторов. Такие факторы, как процессы обработки, числовые расчеты в программировании, режущие элементы и настройка инструмента, можно эффективно контролировать путем оптимизации технологических схем, повышения уровня программирования, разумного выбора параметров резания и точной настройки инструментов. Влияние непреодолимых факторов, таких как деформация при охлаждении заготовки и стабильность самого станка, хотя и трудно полностью устранить, можно снизить, применяя разумные технологические меры, такие как использование СОЖ, регулярное техническое обслуживание, выявление неисправностей и ремонт станка. В процессе производства операторы и технические руководители обрабатывающих центров должны полностью понимать эти факторы влияния и принимать целенаправленные меры по профилактике и контролю для постоянного повышения размерной точности обработки обрабатывающих центров, обеспечения соответствия качества продукции требованиям и повышения конкурентоспособности предприятий на рынке.