I bearbejdningsindustrien er bearbejdningsnøjagtighed et konstant buzzword, som gentages flere gange dagligt. Når du chatter med nogen i branchen, nævnes bearbejdningsnøjagtighed næsten altid. Så hvad sikrer præcis bearbejdningsnøjagtigheden af værktøjsmaskiner? Denne video forklarer den elektriske præcisionsstyring af værktøjsmaskiner meget tydeligt. Lad os tage et kig.
Se videoen på Wi-Fi
Bearbejdningsnøjagtigheden af CNC-værktøjsmaskiner afhænger i sidste ende af nøjagtigheden af selve værktøjsmaskinen. CNC-værktøjsmaskinens nøjagtighed omfatter geometrisk nøjagtighed, positioneringsnøjagtighed, repeterbarhed og skærenøjagtighed.
Geometrisk nøjagtighed, også kendt som statisk nøjagtighed, afspejler udførligt de geometriske formfejl på nøglekomponenter i en CNC-værktøjsmaskine efter montering.
Positioneringsnøjagtighed: Dette angiver den opnåelige nøjagtighed af bevægelsen af hver bevægelig del af værktøjsmaskinen under kontrol af CNC-enheden. Den målte positioneringsnøjagtighedsværdi kan bruges til at bestemme den optimale bearbejdningsnøjagtighed for emnet, der kan opnås under værktøjsmaskinens automatiserede bearbejdningsproces. Denne værdi refererer til forskellen mellem den faktiske position af en del eller et værktøj og standardpositionen (teoretisk position, ideel position). Jo mindre forskel, jo højere nøjagtighed. Det er forudsætningen for at sikre en nøjagtig bearbejdning af dele.
Repeterbarhed refererer til konsistensen af positioneringsnøjagtighed opnået ved gentagne gange at køre den samme programkode på en CNC-værktøjsmaskine. Det refererer til konsistensen af successive resultater opnået ved bearbejdning af en batch af dele under identiske forhold (på samme CNC-værktøjsmaskine, med forskellige betjeningsmetoder og samme delprogram).
Skærenøjagtighed er en omfattende undersøgelse af værktøjsmaskinens geometriske og positioneringsnøjagtighed under skæreforhold.
Som det kan ses ovenfor, er nøjagtigheden af CNC-værktøjsmaskiner opdelt i to aspekter: mekanisk og elektrisk. Det mekaniske aspekt omfatter spindelnøjagtighed, såsom udløb og samleskinne; blyskruens nøjagtighed; fiksturnøjagtighed under bearbejdning; og maskinværktøjsstivhed. Det elektriske aspekt involverer primært kontrolmetoder, såsom semi-lukket sløjfe og fuldt lukket sløjfe, samt feedback- og kompensationsmetoder og interpolationsnøjagtighed under bearbejdning. Værktøjsmaskinens nøjagtighed er derfor ikke bestemt af, om værktøjsmaskinen er fuldstændig lukket sløjfe.
I. Principintroduktion
Den kinematiske kæde af en CNC-værktøjsmaskine består af CNC-enheden → servoencoder → servodrev → motor → ledeskrue → bevægeligt element. Afhængigt af placeringen af positionsdetekteringsenheden er den kategoriseret som fuldstændig lukket sløjfe, semi-lukket sløjfe eller åben sløjfekontrol.
1. Fuldt lukket-sløjfefødeservosystem
En positionsfølende enhed (såsom en lineær koder eller lineær induktionssynkronisering) er installeret på en værktøjsmaskines bevægelige komponent (såsom et arbejdsbord) for at give feedback i realtid om den bevægelige komponents position. Denne information behandles af CNC-systemet og kommunikeres til servomotoren, som derefter automatisk kompenserer for bevægelsesfejl baseret på systemkommandoer. Men da disse komponenter, såsom blyskruen, møtriksamlingen og maskinbordet, er indeholdt i den lukkede sløjfe, er det komplekst at fejlsøge systemet for at sikre stabil drift. Ydermere er måleenheder som lineære indkodere og lineære induktionssynkronisatorer dyre, komplekse at installere og kan forårsage oscillation. Derfor bruges fuldstændig lukket-sløjfekontrol generelt ikke på værktøjsmaskiner.
2. Semi-Closed-Loop Feed Servo System
En positionsfølende enhed er installeret for enden af drivmotoren eller ledeskruen for at detektere rotationsvinklen af ledeskruen eller servomotoren, indirekte måling af den faktiske position af værktøjsmaskinens bevægelige komponent og giver feedback til kontrolsystemet. På grund af fremskridt inden for mekanisk fremstilling og forbedringer i nøjagtigheden af hastighedsfølende elementer og blyskruestigning kan CNC-værktøjsmaskiner med semi-lukket-sløjfe nu opnå bemærkelsesværdig høj fremføringsnøjagtighed. De fleste værktøjsmaskiner anvender i vid udstrækning semi-lukkede-sløjfe CNC-systemer.
II. Praktiske applikationer
1. Fuldt lukkede-løkkekontrolsystemer
Positionsdetekteringsenheder (såsom lineære indkodere og lineære induktionssynkronisatorer) har varierende nøjagtighedsniveauer (±0,01 mm, ±0,005 mm, ±0,003 mm og ±0,02 mm). Derfor vil fuld lukket-sløjfekontrol også have fejl, og positioneringsnøjagtigheden påvirkes af nøjagtighedsniveauet.
Den termiske ydeevne (termisk deformation) af positionsdetektionsanordningen. Måleanordningen er generelt lavet af ikke-metalliske materialer, og dens termiske udvidelseskoefficient er ikke i overensstemmelse med andre værktøjsmaskiners komponenter. Det er en nøglefaktor i værktøjsmaskinens driftsnøjagtighed. Derfor er det nødvendigt at adressere varmeudviklingen under bearbejdning for at overvinde temperatur-induceret termisk deformation. High-værktøjsmaskiner bruger forskellige metoder, såsom hulskruekøling, føringsvejssmøring og konstant-temperaturkøling af skærevæske, for at reducere termisk deformation under bearbejdning.
Installationen af positionsdetekteringsanordningen er også meget vigtig. I teorien, jo tættere den er på drivaksen (skruesamling), jo mere nøjagtig er målingen. På grund af pladsbegrænsninger er der kun to måder at installere en vægt på: nær ledeskruenheden eller uden for styreskinnen. Den første installationsmetode anbefales, når det er muligt, men det er ubelejligt at inspicere og vedligeholde. Omvendt, selvom en skala med høj-præcision er valgt, opfylder den muligvis ikke nøjagtighedskravene for CNC-værktøjsmaskinen. Selv i det første tilfælde er vægten monteret relativt tæt på drivaksen, men der er stadig en vis afstand fra aksen. Denne afstand, kombineret med genstandens svingning under kørsel, skaber betydelige udfordringer for skalaregistrering og -kontrol. Når objektet svinger mod vægtens monteringsposition, tolker vægten fejlagtigt bevægelsen som utilstrækkelig, og systemet genererer et accelerationssignal. Objektet svinger dog straks til den anden side, og skalaen tolker fejlagtigt bevægelsen som overdreven, hvilket resulterer i et decelerationssignal. Denne gentagne cyklus formår ikke at forbedre kontrollen af CNC-maskinens lineære akser og forværrer i stedet objektets vibration, hvilket fører til det usædvanlige fænomen med et fuldstændigt lukket sløjfesystem, der er ringere end et semi-lukket sløjfe.
Påvirkning af produktionsmiljøet: Mekaniske forarbejdningsanlæg opererer generelt i barske miljøer, hvor støv og vibrationer er almindelige. Imidlertid er skalaer og lineære induktionssynkronisatorer præcisionskomponenter, der er afhængige af lysreflektion for at måle relativ position. Støv og vibrationer er de største faktorer, der påvirker målenøjagtigheden. Under bearbejdning er skæreolie og vandtåge desuden ret alvorlige, hvilket påvirker vægte og lineære induktionssynkronisatorer betydeligt. Derfor er et fuldstændigt lukket-sløjfekontrolsystem vigtigt. Udover at sikre korrekt installation og tætning, skal produktionsmiljøet forbedres. Ellers kan dette fænomen opstå. En nyligt ankommet værktøjsmaskine kan have fremragende nøjagtighed, men inden for et år nedbrydes den ikke kun, men oplever også hyppige alarmer.
2. Semi-lukket-kontrolsystem
Da måleapparatet er monteret på motoren eller ledeskruen, er det lettere at tætne og har derfor færre miljøkrav. Nøjagtighedsfejlen for et semi-lukket-sløjfekontrolsystem bestemmes primært af blyskruens slør. Med fremskridt inden for bearbejdningsteknologi er fremstillingsprocessen for importerede blyskruer nu mere sofistikeret, og blyskrueparret med høj-præcision eliminerer stort set slør. Under monteringen anvender blyskrueparret desuden et dobbelt-række modsat-roterende kugleskruepar, hvilket fuldstændigt eliminerer tilbageslag. Derudover strækker mange værktøjsmaskiner før- blyskruen under samlingen for at eliminere virkningen af termisk deformation på skruetrækkets nøjagtighed. Derfor er styringssystemer med semi-lukket-sløjfe i øjeblikket i stand til at sikre en meget høj maskinværktøjsnøjagtighed.
III. Konklusion
Sammenfattende kan det ses, at i teorien, hvis eksterne faktorer ikke tages i betragtning, kan fuld-lukket-sløjfekontrol forbedre den grundlæggende positioneringsnøjagtighed sammenlignet med semi-lukket-sløjfekontrol. Men hvis faktorer som værktøjsmaskiners varmegenerering, miljøforurening, temperaturstigning, vibrationer og installation ikke behandles effektivt, kan fuld-lukket-sløjfekontrol være ringere end semi-lukket-sløjfestyring. Dette kan være effektivt på kort sigt, men over tid vil virkningerne af støv- og temperaturudsving på skalaen alvorligt påvirke målingsfeedbackdataene, hvilket gør dem ineffektive. Ydermere vil vægtfejl generere alarmer, hvilket får værktøjsmaskinen til at stoppe med at fungere.
For lav-- og mellem-værktøjsmaskiner er det fulde-lukkede-sløjfekontrolsystem ofte forenklet på grund af omkostnings- og konkurrenceevne, med utilstrækkelige tætnings- og temperaturstigningskontrolforanstaltninger. Under disse omstændigheder vil blot tilføjelse af en skala til en høj pris ikke forbedre maskinværktøjets nøjagtighed.
