Poglobljena analiza ravni natančnosti in zahtev glede natančnosti obdelave ključnih delov CNC obdelovalnih strojev
V sodobni proizvodnji so CNC obdelovalni stroji postali osrednja oprema za izdelavo različnih preciznih delov zaradi visoke natančnosti, visoke učinkovitosti in visoke stopnje avtomatizacije. Raven natančnosti CNC obdelovalnih strojev neposredno določa kakovost in kompleksnost delov, ki jih lahko obdelujejo, zahteve glede natančnosti obdelave ključnih delov tipičnih delov pa igrajo odločilno vlogo pri izbiri CNC obdelovalnih strojev.
CNC obdelovalne stroje lahko glede na njihovo uporabo razdelimo v različne vrste, vključno s preprostimi, popolnoma funkcionalnimi, ultra natančnimi itd. Vsaka vrsta lahko doseže različne stopnje natančnosti. Preprosti CNC obdelovalni stroji se še vedno uporabljajo v nekaterih stružnicah in rezkalnih strojih, z minimalno ločljivostjo gibanja 0,01 mm in natančnostjo gibanja in obdelave običajno nad (0,03–0,05) mm. Ta vrsta obdelovalnega stroja je primerna za nekatere obdelovalne naloge z relativno nizkimi zahtevami po natančnosti.
Ultra precizni CNC obdelovalni stroji se uporabljajo predvsem na področjih posebne obdelave, njihova natančnost pa lahko doseže osupljive ravni pod 0,001 mm. Ta ultra precizni obdelovalni stroj lahko izdeluje izjemno natančne dele, ki izpolnjujejo stroge zahteve visoko preciznih in najsodobnejših industrij, kot sta vesoljska in medicinska oprema.
Poleg razvrstitve po namenu lahko CNC obdelovalne stroje razvrstimo tudi v običajne in precizne glede na natančnost. Pri preizkušanju natančnosti CNC obdelovalnih strojev se običajno preveri 20–30 elementov. Najbolj reprezentativni in značilni elementi pa vključujejo predvsem natančnost pozicioniranja ene osi, natančnost ponavljajočega se pozicioniranja ene osi in okroglost preskušanca, izdelanega z dvema ali več povezanimi obdelovalnimi osmi.
Natančnost pozicioniranja ene osi se nanaša na območje napake pri pozicioniranju katere koli točke znotraj hoda osi in je ključni kazalnik, ki neposredno odraža zmogljivost natančnosti obdelave obdelovalnega stroja. Trenutno obstajajo določene razlike v predpisih, definicijah, merilnih metodah in metodah obdelave podatkov tega kazalnika med državami po svetu. Pri uvedbi vzorčnih podatkov za različne vrste CNC obdelovalnih strojev so med skupnimi standardi ameriški standard (NAS), priporočeni standardi Ameriškega združenja proizvajalcev obdelovalnih strojev, nemški standard (VDI), japonski standard (JIS), Mednarodna organizacija za standardizacijo (ISO) in kitajski nacionalni standard (GB).
Treba je opozoriti, da med temi standardi japonski standard določa najnižjo vrednost. Metoda merjenja temelji na enem samem nizu stabilnih podatkov, nato pa se vrednost napake stisne za polovico z uporabo vrednosti ±. Zato se natančnost pozicioniranja, izmerjena z japonskimi standardnimi merilnimi metodami, pogosto razlikuje za več kot dvakrat v primerjavi z rezultati, izmerjenimi z drugimi standardi. Vendar pa drugi standardi, čeprav se razlikujejo pri obdelavi podatkov, vsi sledijo zakonu statistike napak za analizo meritev in natančnosti pozicioniranja. To pomeni, da bi morala določena napaka točke pozicioniranja v krmiljenem gibu osi CNC obdelovalnega stroja odražati stanje napak tisočkrat pozicioniranja med dolgotrajno uporabo obdelovalnega stroja. Vendar pa je pri dejanskih meritvah zaradi omejitev pogojev mogoče izvesti le omejeno število meritev (običajno 5-7-krat).
Natančnost ponavljajočega se pozicioniranja posamezne osi celovito odraža celovito natančnost vsakega gibljivega sestavnega dela osi, zlasti kar zadeva stabilnost pozicioniranja osi na kateri koli točki pozicioniranja znotraj giba, kar je zelo pomembno. Je osnovni kazalnik za merjenje, ali os deluje stabilno in zanesljivo. V sodobnih CNC sistemih ima programska oprema običajno bogate funkcije kompenzacije napak, ki lahko stabilno kompenzirajo sistemske napake vsakega člena v verigi prenosa podajanja.
Na primer, zračnost, elastična deformacija in kontaktna togost vsakega člena v prenosni verigi bodo kazali različne trenutne premike, odvisno od dejavnikov, kot so velikost obremenitve delovne mize, dolžina gibljive razdalje in hitrost pozicioniranja gibanja. V nekaterih servo sistemih z odprto in polzaprto zanko za podajanje bodo na mehanske pogonske komponente po merjenju komponent vplivali različni naključni dejavniki, kar bo povzročilo znatne naključne napake. Na primer, toplotni raztezek krogličnih vreten lahko povzroči premik v dejanskem položaju pozicioniranja delovne mize.
Za celovito oceno natančnosti CNC obdelovalnih strojev je poleg zgoraj omenjenih kazalnikov natančnosti ene osi ključnega pomena tudi ocena natančnosti večosne obdelave z vzvodom. Natančnost rezkanja valjastih površin ali rezkanja prostorskih spiralnih utorov (navojev) je kazalnik, ki lahko celovito oceni značilnosti gibanja servo motorja CNC osi (dve ali tri osi) in interpolacijsko funkcijo CNC sistemov v obdelovalnih strojih. Običajna metoda ocenjevanja je merjenje okroglosti obdelane valjaste površine.
Pri poskusnem rezanju CNC obdelovalnih strojev je tudi metoda poševnega kvadratnega rezkanja s štirimi stranmi učinkovit način presoje, ki se lahko uporabi za oceno natančnosti dveh krmiljenih osi pri linearnem interpolacijskem gibanju. Med tem poskusnim rezkanjem se na vreteno obdelovalnega stroja namesti končni rezkar, ki se uporablja za natančno obdelavo, in se rezka krožni vzorec, nameščen na delovni mizi. Pri majhnih in srednje velikih obdelovalnih strojih se krožni vzorci običajno izberejo v cenovnem razredu od 200 do 300 ¥. Po končanem rezkanju se vzorec postavi na preizkuševalec okroglosti in izmeri okroglost obdelane površine.
Z opazovanjem in analizo rezultatov obdelave je mogoče pridobiti številne pomembne informacije o natančnosti in delovanju obdelovalnih strojev. Če so na rezkani valjasti površini očitni vzorci vibracij rezkarja, to odraža nestabilno hitrost interpolacije obdelovalnega stroja; če obstaja znatna eliptična napaka v okroglosti, ki jo povzroči rezkanje, to pomeni, da se ojačanja obeh krmilnih osnih sistemov za interpolacijsko gibanje ne ujemajo; če so na krožni površini oznake zaustavitve na točkah, kjer vsaka krmilna os spremeni smer (tj. pri neprekinjenem rezalnem gibanju, če se podajalno gibanje ustavi na določenem položaju, bo orodje na obdelovalni površini tvorilo majhen del sledi rezanja kovine), to pomeni, da razmik osi naprej in nazaj ni bil pravilno nastavljen.
Ocenjevanje natančnosti CNC obdelovalnih strojev je kompleksen in težaven postopek, nekateri pa zahtevajo natančno oceno celo po končani obdelavi. To je zato, ker na natančnost obdelovalnih strojev vpliva kombinacija različnih dejavnikov, vključno s strukturno zasnovo obdelovalnega stroja, natančnostjo izdelave komponent, kakovostjo montaže, delovanjem krmilnih sistemov in okoljskimi pogoji med postopkom obdelave.
Kar zadeva strukturno zasnovo obdelovalnih strojev, lahko razumna strukturna postavitev in toga zasnova učinkovito zmanjšata vibracije in deformacije med postopkom obdelave, s čimer se izboljša natančnost obdelave. Na primer, uporaba visoko trdnih materialov ležišča, optimizirane strukture stebrov in prečnih nosilcev itd. lahko pomaga izboljšati splošno stabilnost obdelovalnega stroja.
Natančnost izdelave komponent igra temeljno vlogo tudi pri natančnosti obdelovalnih strojev. Natančnost ključnih komponent, kot so kroglična vretena, linearna vodila in vretena, neposredno določa natančnost gibanja vsake osi gibanja obdelovalnega stroja. Visokokakovostna kroglična vretena zagotavljajo natančno linearno gibanje, visoko natančna linearna vodila pa zagotavljajo gladko vodenje.
Kakovost montaže je prav tako pomemben dejavnik, ki vpliva na natančnost obdelovalnih strojev. Med procesom montaže obdelovalnega stroja je treba strogo nadzorovati parametre, kot so natančnost prileganja, vzporednost in navpičnost med različnimi komponentami, da se zagotovi natančno razmerje gibanja med gibljivimi deli obdelovalnega stroja med delovanjem.
Zmogljivost krmilnega sistema je ključnega pomena za nadzor natančnosti obdelovalnih strojev. Napredni CNC sistemi lahko dosežejo natančnejši nadzor položaja, nadzor hitrosti in interpolacijske operacije, s čimer izboljšajo natančnost obdelave obdelovalnih strojev. Hkrati lahko funkcija kompenzacije napak CNC sistema zagotovi kompenzacijo različnih napak obdelovalnega stroja v realnem času, kar dodatno izboljša natančnost obdelave.
Okoljski pogoji med postopkom obdelave lahko vplivajo tudi na natančnost obdelovalnega stroja. Spremembe temperature in vlažnosti lahko povzročijo toplotno raztezanje in krčenje komponent obdelovalnega stroja, kar vpliva na natančnost obdelave. Zato je pri visoko natančni obdelavi običajno potrebno strogo nadzorovati obdelovalno okolje in vzdrževati konstantno temperaturo in vlažnost.
Skratka, natančnost CNC obdelovalnih strojev je celovit kazalnik, na katerega vpliva interakcija številnih dejavnikov. Pri izbiri CNC obdelovalnega stroja je treba upoštevati dejavnike, kot so vrsta obdelovalnega stroja, stopnja natančnosti, tehnični parametri ter ugled in poprodajne storitve proizvajalca, ki temeljijo na zahtevah glede natančnosti obdelave delov. Hkrati je treba med uporabo obdelovalnega stroja redno izvajati preverjanje natančnosti in vzdrževanje, da se pravočasno prepoznajo in odpravijo težave, s čimer se zagotovi, da obdelovalni stroj vedno ohranja dobro natančnost in da se zagotovijo zanesljiva jamstva za proizvodnjo visokokakovostnih delov.
Z nenehnim napredkom tehnologije in hitrim razvojem proizvodnje se nenehno povečujejo tudi zahteve glede natančnosti CNC obdelovalnih strojev. Proizvajalci CNC obdelovalnih strojev nenehno raziskujejo in uvajajo inovacije ter sprejemajo naprednejše tehnologije in procese za izboljšanje natančnosti in zmogljivosti obdelovalnih strojev. Hkrati se nenehno izboljšujejo ustrezni industrijski standardi in specifikacije, kar zagotavlja bolj znanstveno in enotno osnovo za ocenjevanje natančnosti in nadzor kakovosti CNC obdelovalnih strojev.
V prihodnosti se bodo CNC obdelovalni stroji razvijali v smeri večje natančnosti, učinkovitosti in avtomatizacije, kar bo zagotovilo močnejšo podporo za preoblikovanje in nadgradnjo predelovalne industrije. Za proizvodna podjetja bo poglobljeno razumevanje natančnih značilnosti CNC obdelovalnih strojev ter razumna izbira in uporaba CNC obdelovalnih strojev ključ do izboljšanja kakovosti izdelkov in povečanja konkurenčnosti na trgu.