Koneistusteollisuudessa koneistustarkkuus on jatkuva muotisana, joka toistetaan useita kertoja päivässä. Aina kun keskustelet jonkun alan kanssa, koneistustarkkuus mainitaan melkein aina. Mikä siis tarkalleen varmistaa työstökoneiden työstötarkkuuden? Tämä video selittää työstökoneiden sähköisen tarkkuusohjauksen erittäin selkeästi. Katsotaanpa.
Katso video Wi{0}}Fin kautta
CNC-työstökoneiden työstötarkkuus riippuu viime kädessä itse työstökoneen tarkkuudesta. CNC-työstökoneiden tarkkuus sisältää geometrisen tarkkuuden, paikannustarkkuuden, toistettavuuden ja leikkaustarkkuuden.
Geometrinen tarkkuus, joka tunnetaan myös nimellä staattinen tarkkuus, heijastaa kattavasti CNC-työstökoneen avainkomponenttien geometrisia muotovirheitä asennuksen jälkeen.
Paikannustarkkuus: Tämä osoittaa työstökoneen jokaisen liikkuvan osan liikkeen saavutettavan tarkkuuden CNC-laitteen ohjauksessa. Mitatun paikannustarkkuusarvon avulla voidaan määrittää optimaalinen työkappaleen työstötarkkuus, joka saavutetaan työstökoneen automatisoidussa työstöprosessissa. Tämä arvo viittaa eroon osan tai työkalun todellisen sijainnin ja vakioasennon välillä (teoreettinen asema, ihanteellinen asema). Mitä pienempi ero, sitä suurempi tarkkuus. Se on edellytys osien koneistustarkkuuden varmistamiselle.
Toistettavuus viittaa paikannustarkkuuden johdonmukaisuuteen, joka saavutetaan ajamalla toistuvasti samaa ohjelmakoodia CNC-työstökoneella. Se viittaa peräkkäisten tulosten johdonmukaisuuteen, jotka on saatu koneistettaessa erää kappaleita identtisissä olosuhteissa (samalla CNC-työstökoneella, eri toimintatavoilla ja samalla koneistusohjelmalla).
Leikkaustarkkuus on kattava tutkimus työstökoneen geometrisesta ja paikannustarkkuudesta leikkausolosuhteissa.
Kuten edellä näkyy, CNC-työstökoneiden tarkkuus on jaettu kahteen osaan: mekaaniseen ja sähköiseen. Mekaaninen näkökohta sisältää karan tarkkuuden, kuten juoksun ja kiskon; johtoruuvin tarkkuus; kiinnittimen tarkkuus koneistuksen aikana; ja työstökoneiden jäykkyys. Sähköinen näkökohta koskee ensisijaisesti ohjausmenetelmiä, kuten puoli-suljettua ja täysin suljettua silmukkaa, sekä takaisinkytkentä- ja kompensointimenetelmiä sekä interpoloinnin tarkkuutta koneistuksen aikana. Siksi työstökoneen tarkkuus ei määräydy sillä, onko työstökone täysin suljettu silmukka.
I. Periaate Johdanto
CNC-työstökoneen kinemaattinen ketju koostuu CNC-yksiköstä → servoanturi → servokäyttö → moottori → johtoruuvi → liikkuva elementti. Paikantunnistuslaitteen asennuspaikasta riippuen se luokitellaan täysin suljetun silmukan, puoli{1}}suljetun silmukan tai avoimen silmukan ohjaukseksi.
1. Täysin suljettu-silmukan syöttöservojärjestelmä
Työstökoneen liikkuvaan osaan (kuten työpöytään) asennetaan sijainnintunnistuslaite (kuten lineaarinen kooderi tai lineaarinen induktiosynkronointilaite), joka antaa reaaliaikaisen{0}}palautteen liikkuvan komponentin sijainnista. CNC-järjestelmä käsittelee nämä tiedot ja välittää ne servomoottorille, joka kompensoi sitten automaattisesti liikevirheet järjestelmän komentojen perusteella. Koska nämä komponentit, kuten johtoruuvi, mutterikokoonpano ja konepöytä, ovat kuitenkin suljetun silmukan sisällä, järjestelmän virheenkorjaus vakaan toiminnan varmistamiseksi on monimutkaista. Lisäksi mittauslaitteet, kuten lineaariset kooderit ja lineaarisen induktiosynkronointilaitteet, ovat kalliita, monimutkaisia asentaa ja voivat aiheuttaa värähtelyä. Siksi täysin suljetun -silmukan ohjausta ei yleensä käytetä työstökoneissa.
2. Puoli-suljettu-silmukan syöttöservojärjestelmä
Käyttömoottorin tai johtoruuvin päähän asennetaan asennontunnistuslaite, joka havaitsee johtoruuvin tai servomoottorin pyörimiskulman, mittaa epäsuorasti työstökoneen liikkuvan osan todellisen asennon ja antaa palautetta ohjausjärjestelmään. Mekaanisen valmistuksen edistymisen sekä nopeuden mittauselementtien tarkkuuden ja johtoruuvin nousun parantumisen ansiosta puoli{1}}suljetun-silmukan CNC-työstökoneet voivat nyt saavuttaa huomattavan korkean syöttötarkkuuden. Useimmat työstökoneiden valmistajat ottavat laajalti käyttöön puoli{4}}suljetun{5}}silmukan CNC-järjestelmiä.
II. Käytännön sovellukset
1. Täysin suljetut-silmukan ohjausjärjestelmät
Paikantunnistuslaitteilla (kuten lineaarisilla koodereilla ja lineaariinduktiosynkronisoijilla) on vaihtelevat tarkkuustasot (±0,01 mm, ±0,005 mm, ±0,003 mm ja ±0,02 mm). Siksi myös täysin suljetun-silmukan ohjauksessa on virheitä, ja tarkkuustaso vaikuttaa paikannustarkkuuteen.
Asennontunnistuslaitteen lämpöteho (lämpömuodonmuutos). Mittauslaite on yleensä valmistettu ei--metallisista materiaaleista, ja sen lämpölaajenemiskerroin on ristiriidassa muiden työstökoneiden osien kanssa. Se on avaintekijä työstökoneiden toimintatarkkuudessa. Siksi on tarpeen käsitellä lämmön muodostumista koneistuksen aikana lämpötilan{4}}aiheuttaman lämpömuodonmuutoksen voittamiseksi. Huippuluokan-työstökoneet käyttävät erilaisia menetelmiä, kuten onttojen ruuvien jäähdytystä, ohjaustien voitelua ja leikkausnesteen jatkuvan-lämpötilan jäähdytystä, vähentääkseen lämpömuodonmuutoksia koneistuksen aikana.
Myös sijainnintunnistuslaitteen asennus on erittäin tärkeää. Teoriassa mitä lähempänä käyttöakselia (ruuvikokoonpano) se on, sitä tarkempi mittaus on. Tilarajoitusten vuoksi vaaka voidaan asentaa vain kahdella tavalla: lähelle johtoruuvikokoonpanoa tai ohjauskiskon ulkopuolelle. Ensimmäistä asennustapaa suositellaan aina kun mahdollista, mutta se on hankalaa tarkastaa ja huoltaa. Käänteisesti, vaikka korkean-tarkkuusasteikko valitaan, se ei välttämättä täytä CNC-työstökoneen tarkkuusvaatimuksia. Ensimmäisessäkin tapauksessa vaaka on asennettu suhteellisen lähelle käyttöakselia, mutta silti on tietty etäisyys akselista. Tämä etäisyys yhdistettynä kohteen värähtelyyn ajon aikana luo merkittäviä haasteita mittakaavan tunnistamiselle ja ohjaukselle. Kun esine heiluu kohti vaa'an asennuspaikkaa, vaaka tulkitsee liikkeen virheellisesti riittämättömäksi ja järjestelmä tuottaa kiihtyvyyssignaalin. Kohde kuitenkin heilahtaa välittömästi toiselle puolelle, ja vaaka tulkitsee liikkeen virheellisesti liialliseksi, mikä johtaa hidastussignaaliin. Tämä toistuva sykli ei paranna CNC-koneen lineaaristen akseleiden hallintaa ja sen sijaan pahentaa kohteen tärinää, mikä johtaa epätavalliseen ilmiöön, jossa täysin suljetun silmukan järjestelmä on huonompi kuin puolisuljettu silmukka.
Tuotantoympäristön vaikutus: Mekaaniset käsittelylaitokset toimivat yleensä ankarissa ympäristöissä, joissa pöly ja tärinä ovat yleisiä. Asteikot ja lineaariset induktiosynkronisaattorit ovat kuitenkin tarkkuuskomponentteja, jotka perustuvat valon heijastukseen suhteellisen sijainnin mittaamiseen. Pöly ja tärinä ovat suurimmat mittaustarkkuuteen vaikuttavat tekijät. Lisäksi koneistuksen aikana leikkausöljy ja vesisumu ovat varsin vakavia, ja ne vaikuttavat merkittävästi asteikkoihin ja lineaarisiin induktiotahdistoihin. Siksi täysin suljetun-silmukan ohjausjärjestelmä on välttämätön. Oikean asennuksen ja tiivistyksen varmistamisen lisäksi tuotantoympäristöä on parannettava. Muuten tämä ilmiö voi ilmetä. Äskettäin saapuvalla työstökoneella voi olla erinomainen tarkkuus, mutta vuoden sisällä se ei vain hajoa, vaan myös kokee usein hälytyksiä.
2. Puoli-suljetun-silmukan ohjausjärjestelmä
Koska mittalaite on asennettu moottoriin tai johtoruuviin, se on helpompi tiivistää ja siksi sillä on vähemmän ympäristövaatimuksia. Puoli{1}}suljetun{2}}silmukan ohjausjärjestelmän tarkkuusvirhe määräytyy ensisijaisesti johtoruuvin välyksen perusteella. Koneistustekniikan edistymisen myötä maahantuotujen lyijyruuvien valmistusprosessi on nyt entistä kehittyneempää, ja -tarkka lyijyruuvipari eliminoi käytännössä välyksen. Lisäksi lyijyruuvipari käyttää kokoamisen aikana kaksinkertaista-rivin vasta-pyörivää kuularuuviparia, mikä eliminoi täysin välyksen. Lisäksi monet työstökoneiden valmistajat esi-venyttävät lyijyruuvia asennuksen aikana, jotta lämpö muodonmuutos ei vaikuta ruuvikäytön tarkkuuteen. Siksi tällä hetkellä puoli{11}}suljetun{12}silmukan ohjausjärjestelmät pystyvät varmistamaan erittäin suuren työstökoneen tarkkuuden.
III. Johtopäätös
Yhteenvetona voidaan todeta, että teoriassa, jos ulkoisia tekijöitä ei oteta huomioon, täysi -suljetun-silmukan ohjaus voi parantaa peruspaikannustarkkuutta verrattuna puoli-suljetun-silmukan ohjaukseen. Jos tekijöitä, kuten työstökoneiden lämmöntuottoa, ympäristön saastumista, lämpötilan nousua, tärinää ja asennusta ei kuitenkaan käsitellä tehokkaasti, täyden-suljetun-silmukan ohjaus voi olla huonompi kuin puoli-suljetun{8}}silmukan ohjaus. Tämä voi olla tehokasta lyhyellä aikavälillä, mutta ajan mittaan pölyn ja lämpötilan vaihteluiden vaikutukset asteikkoon vaikuttavat vakavasti mittauspalautetietoihin ja tekevät niistä tehottomia. Lisäksi vaakahäiriöt aiheuttavat hälytyksiä, jolloin työstökone lakkaa toimimasta.
Matala- ja keskitason-työstökoneiden kohdalla hinta- ja kilpailukykynäkökohtien vuoksi täysi-suljetun-silmukan ohjausjärjestelmä on usein yksinkertaistettu, ja tiivistys ja lämpötilan nousun hallintatoimenpiteet ovat riittämättömiä. Näissä olosuhteissa pelkkä asteikon lisääminen korkein kustannuksin ei paranna työstökoneen tarkkuutta.
