В современном обрабатывающем производстве станки с ЧПУ стали основой производства благодаря своей эффективности и точности обработки. Требования к точности обработки ключевых деталей типовых станков с ЧПУ, несомненно, являются ключевыми факторами, определяющими выбор прецизионного станка с ЧПУ.
Станки с ЧПУ подразделяются на простые, полнофункциональные и сверхточные, в зависимости от их многообразия применения, а уровень их точности значительно варьируется. Простые станки с ЧПУ по-прежнему занимают своё место в современном мире токарных и фрезерных станков, обеспечивая минимальное разрешение перемещения 0,01 мм, а точность перемещения и обработки обычно составляет от 0,03 до 0,05 мм и выше. Хотя их точность относительно невысока, в некоторых случаях обработки, где требования к точности не слишком строгие, простые станки с ЧПУ играют незаменимую роль благодаря своей экономической эффективности и простоте эксплуатации.
В отличие от них, сверхточные станки с ЧПУ разработаны специально для особых задач обработки, обеспечивая поразительную точность обработки до 0,001 мм и менее. Сверхточные станки с ЧПУ часто используются в высокоточных и передовых областях, таких как аэрокосмическая и медицинская техника, обеспечивая надежную техническую поддержку для производства чрезвычайно сложных и высокоточных компонентов.
С точки зрения точности станки с ЧПУ можно разделить на обычные и прецизионные. Обычно для станков с ЧПУ существует 20–30 параметров контроля точности, но наиболее важными и показательными из них являются точность позиционирования по одной оси, точность повторного позиционирования по одной оси и круглость контролируемой детали, полученной при обработке по двум или более связанным осям.
Точность позиционирования и точность повторного позиционирования дополняют друг друга и вместе определяют комплексный профиль точности подвижных компонентов оси станка. Особенно это касается точности повторного позиционирования, которая, как зеркало, чётко отражает стабильность позиционирования оси в любой точке её хода. Эта характеристика становится краеугольным камнем для оценки стабильности и надёжности работы вала и имеет решающее значение для обеспечения долгосрочной стабильной работы станка и стабильности качества обработки.
Современное программное обеспечение для систем ЧПУ подобно умному мастеру, обладающему богатым набором функций компенсации ошибок, способному точно и стабильно компенсировать системные ошибки, возникающие в каждом звене цепи передачи подачи. Например, изменения таких факторов, как зазор, упругая деформация и контактная жёсткость, не являются постоянными, а представляют собой динамические мгновенные изменения импульса, зависящие от таких переменных, как величина нагрузки на рабочий стол, длина перемещения и скорость позиционирования.
В некоторых сервосистемах подачи с открытым и полузамкнутым контуром управления механические приводные компоненты, расположенные после измерительных компонентов, подобны кораблям, движущимся под воздействием ветра и дождя, подверженным различным случайным факторам. Например, явление теплового удлинения шарико-винтовых пар может привести к дрейфу фактического положения рабочего стола, что приводит к значительным случайным погрешностям в точности обработки. Подводя итог, можно сказать, что при правильном выборе оборудования приоритет, безусловно, следует отдавать оборудованию с наивысшей точностью повторного позиционирования, что обеспечивает надежную гарантию качества обработки.
Точность фрезерования цилиндрических поверхностей или фрезерования пространственных спиральных канавок (резьбы), подобно тонкой линейке для измерения производительности станка, является ключевым показателем для комплексной оценки характеристик следящего движения осей ЧПУ (двух или трёх осей) и интерполяционной функции системы ЧПУ станка. Эффективным методом определения этого показателя является измерение круглости обработанной цилиндрической поверхности.
В практике обработки опытных образцов на станках с ЧПУ метод фрезерования косоугольного квадрата с четырёх сторон также демонстрирует свою уникальную ценность, позволяя точно оценить точность обработки двух управляемых осей при линейной интерполяции. При выполнении этой пробной обработки необходимо тщательно установить концевую фрезу, используемую для прецизионной обработки, на шпиндель станка, а затем выполнить тщательное фрезерование круглого образца, установленного на верстаке. Для станков малого и среднего размера размер круглого образца обычно выбирается в диапазоне от 200 до 300 йен. Этот диапазон проверен на практике и позволяет эффективно оценить точность обработки станка.
После завершения фрезерования аккуратно поместите вырезанный образец на измеритель круглости и измерьте круглость его обработанной поверхности с помощью прецизионного измерительного прибора. При этом необходимо внимательно наблюдать и анализировать результаты измерений. Если на фрезерованной цилиндрической поверхности имеются очевидные следы вибрации фрезы, это предупреждает нас о том, что скорость интерполяции станка может быть нестабильной; Если на круглости, полученной фрезерованием, имеются очевидные эллиптические погрешности, это часто отражает то, что коэффициенты усиления двух управляемых систем осей при интерполяционном движении не были хорошо согласованы; Если на каждой точке изменения направления движения управляемой оси на круговой поверхности есть метки останова (т. е. при непрерывном движении резания остановка движения подачи в определенном положении приведет к образованию небольшого сегмента следов резки металла на обработанной поверхности), это означает, что прямой и обратный зазор оси не был отрегулирован до идеального состояния.
Понятие точности позиционирования по одной оси относится к диапазону погрешности, возникающей при позиционировании любой точки в пределах хода оси. Это своего рода маяк, напрямую освещающий точность обработки станка и, несомненно, являющийся одним из важнейших технических показателей станков с ЧПУ.
В настоящее время в разных странах мира существуют определённые различия в правилах, определениях, методах измерения и методах обработки данных, касающихся точности позиционирования по одной оси. В рамках внедрения широкого спектра данных образцов станков с ЧПУ, к наиболее распространённым и часто цитируемым стандартам относятся Американский стандарт (NAS), стандарты, рекомендованные Американской ассоциацией производителей станков, Немецкий стандарт (VDI), Японский стандарт (JIS), Международная организация по стандартизации (ISO) и Китайский национальный стандарт (GB).
Среди этих ошеломляющих стандартов японские стандарты относительно либеральны в плане регулирования. Метод измерения основан на одном наборе стабильных данных, а затем умело использует ±-значения для уменьшения погрешности вдвое. В результате точность позиционирования, полученная с помощью японских стандартных методов измерения, часто отличается более чем в два раза от точности других стандартов.
Хотя другие стандарты различаются по способу обработки данных, они глубоко укоренены в статистике ошибок для анализа и измерения точности позиционирования. В частности, для определённой ошибки позиционирования точки в управляемом ходе оси станка с ЧПУ он должен быть способен отражать возможные ошибки, которые могут возникнуть в течение тысяч циклов позиционирования при длительной эксплуатации станка в будущем. Однако, учитывая реальные условия, мы часто можем выполнить лишь ограниченное количество операций в ходе измерения, обычно 5–7 раз.
Оценка точности станков с ЧПУ подобна решению сложной головоломки, которую невозможно достичь за один день. Некоторые показатели точности требуют тщательного осмотра и анализа обработанных изделий после фактической обработки на станке, что, несомненно, усложняет оценку точности.
Чтобы гарантировать выбор станков с ЧПУ, соответствующих производственным потребностям, нам необходимо глубоко изучить параметры точности станков и провести всесторонний и детальный анализ перед принятием решения о закупке. При этом крайне важно поддерживать достаточную и глубокую коммуникацию и обмен информацией с производителями станков с ЧПУ. Понимание уровня производственного процесса производителя, строгости мер контроля качества и полноты послепродажного обслуживания может стать ценной основой для принятия решений.
В практических условиях тип и уровень точности станков с ЧПУ также должны быть научно обоснованы и подобраны с учётом конкретных задач обработки и требований к точности деталей. Для деталей с особо высокими требованиями к точности следует без колебаний отдавать приоритет станкам, оснащённым передовыми системами ЧПУ и высокоточными компонентами. Такой выбор не только гарантирует превосходное качество обработки, но и повышает эффективность производства, снижает процент брака и приносит предприятию большую экономическую выгоду.
Кроме того, регулярные прецизионные испытания и тщательное техническое обслуживание станков с ЧПУ являются ключевыми мерами для обеспечения долгосрочной стабильной работы и поддержания высокой точности обработки. Своевременное выявление и устранение потенциальных проблем с точностью позволяет существенно продлить срок службы станков, обеспечивая стабильность и надежность качества обработки. Как и уход за дорогим гоночным автомобилем, только постоянное внимание и техническое обслуживание могут обеспечить его отличную работу на трассе.
Подводя итог, можно сказать, что точность станков с ЧПУ — это многомерный и комплексный показатель, который учитывается на протяжении всего процесса проектирования и разработки станка, его изготовления и сборки, монтажа и отладки, а также ежедневной эксплуатации и обслуживания. Только глубоко понимая и осваивая соответствующие знания и технологии, мы можем разумно выбрать наиболее подходящий станок с ЧПУ для реального производства, полностью раскрыть его потенциал эффективности и внести мощный вклад в стремительное развитие обрабатывающей промышленности.