Analyse van de belangrijkste elementen in de precisieacceptatie van CNC-bewerkingscentra
Samenvatting: Dit artikel gaat gedetailleerd in op de drie belangrijkste aspecten die gemeten moeten worden voor nauwkeurigheid bij de levering van CNC-bewerkingscentra, namelijk geometrische precisie, positioneringsprecisie en snijprecisie. Door een diepgaande analyse van de connotaties van elk precisie-item, de inspectie-inhoud, veelgebruikte inspectietools en inspectiemaatregelen, biedt het uitgebreide en systematische richtlijnen voor de acceptatie van CNC-bewerkingscentra. Dit draagt bij aan de garantie dat de bewerkingscentra goede prestaties en precisie leveren bij levering en voldoen aan de hoge precisie-eisen van industriële productie.
I. Inleiding
Als een van de belangrijkste apparatuur in de moderne productie, heeft de precisie van CNC-bewerkingscentra direct invloed op de kwaliteit van de bewerkte werkstukken en de productie-efficiëntie. Tijdens de leveringsfase is het cruciaal om uitgebreide en nauwkeurige metingen uit te voeren en de geometrische precisie, positioneringsnauwkeurigheid en snijnauwkeurigheid te controleren. Dit heeft niet alleen betrekking op de betrouwbaarheid van de apparatuur bij ingebruikname, maar is ook een belangrijke garantie voor de stabiele werking en de uiterst nauwkeurige bewerking op lange termijn.
II. Geometrische precisie-inspectie van CNC-bewerkingscentra
(I) Inspectie-items en connotaties
Als we het gewone verticale bewerkingscentrum als voorbeeld nemen, omvat de geometrische precisie-inspectie ervan verschillende belangrijke aspecten.
- Vlakheid van het werktafeloppervlak: Als klemreferentie voor werkstukken heeft de vlakheid van het werktafeloppervlak direct invloed op de installatienauwkeurigheid van werkstukken en de vlakke kwaliteit na bewerking. Als de vlakheid de tolerantie overschrijdt, kunnen problemen zoals een ongelijkmatige dikte en een verslechterde oppervlakteruwheid optreden bij de bewerking van vlakke werkstukken.
- Onderlinge loodrechtheid van bewegingen in elke coördinaatrichting: De afwijking in loodrechtheid tussen de X-, Y- en Z-coördinaatassen veroorzaakt afwijkingen in de ruimtelijke geometrische vorm van het bewerkte werkstuk. Bij het frezen van een kubusvormig werkstuk zullen de oorspronkelijk loodrechte randen bijvoorbeeld hoekafwijkingen vertonen, wat de assemblageprestaties van het werkstuk ernstig beïnvloedt.
- Parallelliteit van het werktafeloppervlak tijdens bewegingen in de X- en Y-coördinaatrichting: Deze parallelliteit zorgt ervoor dat de relatieve positieverhouding tussen het snijgereedschap en het werktafeloppervlak constant blijft wanneer het gereedschap in het X- en Y-vlak beweegt. Anders ontstaan er tijdens vlakfrezen ongelijkmatige bewerkingstoleranties, wat resulteert in een afname van de oppervlaktekwaliteit en zelfs overmatige slijtage van het snijgereedschap.
- Parallelliteit van de zijkant van de T-sleuf op het werktafeloppervlak tijdens beweging in de X-coördinaatrichting: Bij bewerkingstaken waarbij de positionering van het opspanmiddel met behulp van de T-sleuf vereist is, hangt de nauwkeurigheid van deze parallelliteit samen met de nauwkeurigheid van de installatie van het opspanmiddel, wat op zijn beurt de positioneringsnauwkeurigheid en de bewerkingsnauwkeurigheid van het werkstuk beïnvloedt.
- Axiale spindelafwijking: De axiale spindelafwijking veroorzaakt een kleine verschuiving van het snijgereedschap in axiale richting. Tijdens het boren, boren en andere bewerkingen leidt dit tot fouten in de gatdiameter, verslechtering van de cilindriciteit van het gat en een toename van de oppervlakteruwheid.
- Radiale rondloop van de spilboring: Dit beïnvloedt de klemnauwkeurigheid van het snijgereedschap, waardoor de radiale positie van het gereedschap tijdens rotatie instabiel wordt. Bij het frezen van de buitencirkel of het boren van gaten vergroot dit de contourafwijking van het bewerkte onderdeel, waardoor het moeilijk wordt om rondheid en cilindriciteit te garanderen.
- Parallelliteit van de spilas wanneer de spilkast langs de Z-coördinaatrichting beweegt: Deze precisie-index is cruciaal om de consistente relatieve positie tussen het snijgereedschap en het werkstuk te garanderen bij bewerkingen op verschillende Z-asposities. Bij een slechte parallelliteit ontstaan er ongelijkmatige bewerkingsdieptes tijdens diep frezen of kotteren.
- Loodrechtheid van de rotatieas van de spil ten opzichte van het werktafeloppervlak: bij verticale bewerkingscentra bepaalt deze loodrechtheid direct de precisie van de bewerking van verticale en schuine oppervlakken. Bij een afwijking ontstaan problemen zoals niet-loodrechte verticale oppervlakken en onnauwkeurige schuine hoeken.
- Rechtheid van de spindelkastbeweging langs de Z-coördinaatrichting: De rechtheidsfout zorgt ervoor dat het snijgereedschap afwijkt van de ideale rechte baan tijdens de beweging langs de Z-as. Bij het bewerken van diepe gaten of meertrapsoppervlakken ontstaan er coaxialiteitsfouten tussen de trappen en rechtheidsfouten in de gaten.
(II) Veelgebruikte inspectie-instrumenten
Geometrische precisie-inspectie vereist het gebruik van een reeks zeer nauwkeurige inspectie-instrumenten. Precisiewaterpassen kunnen worden gebruikt om de vlakheid van het werktafeloppervlak en de rechtheid en parallelliteit in elke coördinaatassenrichting te meten; nauwkeurige vierkante vakken, rechthoekige vierkanten en parallelle linialen kunnen helpen bij het detecteren van loodrechtheid en parallelliteit; parallelle lichtbuizen kunnen zeer nauwkeurige referentielijnen bieden voor vergelijkende metingen; meetklokken en micrometers worden veel gebruikt om diverse kleine verschuivingen en slingeringen te meten, zoals de axiale en radiale slingering van de spindel; zeer nauwkeurige teststaven worden vaak gebruikt om de nauwkeurigheid van de spindelboring en de positieverhouding tussen de spindel en de coördinaatassen te bepalen.
(III) Inspectievoorzorgsmaatregelen
De geometrische precisie-inspectie van CNC-bewerkingscentra moet in één keer worden uitgevoerd na de nauwkeurige afstelling van de CNC-bewerkingscentra. Dit komt doordat er onderling samenhangende en interactieve relaties bestaan tussen de verschillende indicatoren van geometrische precisie. Zo kunnen de vlakheid van het werktafeloppervlak en de parallelliteit van de beweging van de coördinaatassen elkaar beperken. Het afstellen van één item kan een kettingreactie veroorzaken op andere gerelateerde items. Als één item wordt afgesteld en vervolgens één voor één wordt geïnspecteerd, is het moeilijk om nauwkeurig te bepalen of de algehele geometrische precisie daadwerkelijk aan de eisen voldoet. Het is ook niet bevorderlijk voor het vinden van de hoofdoorzaak van precisieafwijkingen en het uitvoeren van systematische aanpassingen en optimalisaties.
III. Positioneringsprecisie-inspectie van CNC-bewerkingscentra
(I) Definitie en beïnvloedende factoren van positioneringsprecisie
Positioneringsnauwkeurigheid verwijst naar de positienauwkeurigheid die elke coördinaatas van een CNC-bewerkingscentrum kan bereiken onder controle van het numerieke besturingsapparaat. Dit hangt voornamelijk af van de regelnauwkeurigheid van het numerieke besturingssysteem en de fouten van het mechanische transmissiesysteem. De resolutie van het numerieke besturingssysteem, interpolatiealgoritmen en de nauwkeurigheid van feedbackdetectiesystemen hebben allemaal invloed op de positioneringsnauwkeurigheid. Wat betreft mechanische transmissie bepalen factoren zoals de spoedfout van de spindel, de speling tussen de spindel en de moer, en de rechtheid en wrijving van de geleiderail ook grotendeels de positioneringsnauwkeurigheid.
(II) Inhoud van de inspectie
- Positioneringsnauwkeurigheid en repetitieve positioneringsnauwkeurigheid van elke lineaire bewegingsas: Positioneringsnauwkeurigheid weerspiegelt het afwijkingsbereik tussen de opgedragen positie en de daadwerkelijk bereikte positie van de coördinaatas, terwijl repetitieve positioneringsnauwkeurigheid de mate van positiespreiding weerspiegelt wanneer de coördinaatas herhaaldelijk naar dezelfde opgedragen positie beweegt. Bij contourfrezen bijvoorbeeld zal een slechte positioneringsnauwkeurigheid afwijkingen veroorzaken tussen de bewerkte contourvorm en de ontworpen contour, en een slechte repetitieve positioneringsnauwkeurigheid zal leiden tot inconsistente bewerkingstrajecten bij het meerdere keren bewerken van dezelfde contour, wat de oppervlaktekwaliteit en maatnauwkeurigheid beïnvloedt.
- Terugkeerprecisie van de mechanische oorsprong van elke lineaire bewegingsas: De mechanische oorsprong is het referentiepunt van de coördinaatas en de terugkeerprecisie beïnvloedt direct de nauwkeurigheid van de beginpositie van de coördinaatas nadat de machine is ingeschakeld of de nulpunt-terugkeerbewerking is uitgevoerd. Als de terugkeerprecisie niet hoog is, kan dit leiden tot afwijkingen tussen de oorsprong van het werkstukcoördinatensysteem bij de daaropvolgende bewerking en de ontworpen oorsprong, wat resulteert in systematische positiefouten in het gehele bewerkingsproces.
- Speling van elke lineaire bewegingsas: Wanneer de coördinaatas schakelt tussen voorwaartse en achterwaartse bewegingen, door factoren zoals de speling tussen mechanische transmissiecomponenten en veranderingen in wrijving, zal er speling optreden. Bij bewerkingstaken met frequente voorwaartse en achterwaartse bewegingen, zoals het frezen van schroefdraad of het uitvoeren van reciprocerende contourbewerking, zal speling "stap"-achtige fouten in het bewerkingstraject veroorzaken, wat de bewerkingsnauwkeurigheid en oppervlaktekwaliteit beïnvloedt.
- Positioneringsnauwkeurigheid en repetitieve positioneringsnauwkeurigheid van elke rotatiebewegingsas (roterende werktafel): Bij bewerkingscentra met roterende werktafels zijn de positioneringsnauwkeurigheid en repetitieve positioneringsnauwkeurigheid van de rotatiebewegingsassen cruciaal voor het bewerken van werkstukken met cirkelvormige indexering of bewerking met meerdere stations. Bij de bewerking van werkstukken met complexe cirkelvormige verdelingskarakteristieken, zoals turbinebladen, bepaalt de nauwkeurigheid van de rotatieas bijvoorbeeld direct de hoeknauwkeurigheid en de verdelingsuniformiteit tussen de bladen.
- Terugkeernauwkeurigheid van de oorsprong van elke roterende bewegingsas: Net als bij de lineaire bewegingsas heeft de terugkeernauwkeurigheid van de oorsprong van de roterende bewegingsas invloed op de nauwkeurigheid van de initiële hoekpositie na de nulpuntretourbewerking en is het een belangrijke basis voor het waarborgen van de nauwkeurigheid van multi-stationverwerking of circulaire indexeringsverwerking.
- Speling van elke roterende bewegingsas: De speling die ontstaat wanneer de roterende as schakelt tussen voorwaartse en achterwaartse rotatie, veroorzaakt hoekafwijkingen bij het bewerken van cirkelvormige contouren of het uitvoeren van hoekindexering, wat van invloed is op de vormnauwkeurigheid en positienauwkeurigheid van het werkstuk.
(III) Inspectiemethoden en -apparatuur
Voor de inspectie van de positioneringsnauwkeurigheid wordt doorgaans gebruikgemaakt van zeer nauwkeurige inspectieapparatuur, zoals laserinterferometers en roosterschalen. De laserinterferometer meet nauwkeurig de verplaatsing van de coördinaatas door een laserstraal uit te zenden en de veranderingen in de interferentielijnen te meten. Dit levert diverse indicatoren op, zoals positioneringsnauwkeurigheid, repetitieve positioneringsnauwkeurigheid en speling. De roosterschaal wordt direct op de coördinaatas geïnstalleerd en koppelt de positie-informatie van de coördinaatas terug door de veranderingen in de roosterstrepen te meten. Deze informatie kan worden gebruikt voor online monitoring en inspectie van parameters die verband houden met de positioneringsnauwkeurigheid.
IV. Inspectie van de snijprecisie van CNC-bewerkingscentra
(I) Aard en betekenis van snijprecisie
De snijnauwkeurigheid van een CNC-bewerkingscentrum is een allesomvattende precisie, die het nauwkeurigheidsniveau weerspiegelt dat de bewerkingsmachine kan bereiken tijdens het daadwerkelijke snijproces, rekening houdend met diverse factoren zoals geometrische precisie, positioneringsnauwkeurigheid, prestaties van het snijgereedschap, snijparameters en de stabiliteit van het processysteem. De inspectie van de snijnauwkeurigheid is de laatste verificatie van de algehele prestaties van de bewerkingsmachine en is direct gerelateerd aan de vraag of het bewerkte werkstuk voldoet aan de ontwerpeisen.
(II) Classificatie en inhoud van de inspectie
- Precisie-inspectie van een enkele bewerking
- Kotternauwkeurigheid – Rondheid, cilindriciteit: Kotteren is een veelvoorkomend bewerkingsproces in bewerkingscentra. De rondheid en cilindriciteit van het geboorde gat weerspiegelen direct het precisieniveau van de bewerkingsmachine wanneer de roterende en lineaire bewegingen samenwerken. Rondheidsfouten leiden tot ongelijke gatdiameters, en cilindriciteitsfouten zorgen ervoor dat de as van het gat buigt, wat de pasnauwkeurigheid met andere onderdelen beïnvloedt.
- Vlakheid en stapverschil bij vlakfrezen met frezen: Bij het frezen van een vlak met een frezen weerspiegelt de vlakheid de parallelliteit tussen het werktafeloppervlak en het gereedschapsbewegingsvlak en de gelijkmatige slijtage van de snijkant van het gereedschap, terwijl het stapverschil de consistentie van de snijdiepte van het gereedschap op verschillende posities tijdens het vlakfrezen weerspiegelt. Een stapverschil duidt op problemen met de bewegingsuniformiteit van de machine in het X- en Y-vlak.
- Loodrechtheid en parallelliteit bij het frezen van zijkanten met frezen: Bij het frezen van de zijkant testen de loodrechtheid en parallelliteit respectievelijk de loodrechtheid tussen de rotatie-as van de spindel en de coördinaten-as en de parallelliteit tussen het gereedschap en het referentievlak bij het frezen op de zijkant, wat van groot belang is voor het waarborgen van de vormnauwkeurigheid en montagenauwkeurigheid van de zijkant van het werkstuk.
- Precisie-inspectie van het bewerken van een standaard uitgebreid teststuk
- Inhoud van de snijnauwkeurigheidsinspectie voor horizontale bewerkingscentra
- Nauwkeurigheid van de afstand tussen de gaten — in de X-asrichting, Y-asrichting, diagonale richting en afwijking van de gatdiameter: De nauwkeurigheid van de afstand tussen de gaten test de positioneringsnauwkeurigheid van de machine in het X- en Y-vlak en het vermogen om de maatnauwkeurigheid in verschillende richtingen te regelen. De afwijking van de gatdiameter weerspiegelt bovendien de precisiestabiliteit van het boorproces.
- Rechtheid, parallelliteit, dikteverschil en loodrechtheid bij het frezen van de omringende oppervlakken met frezen: Door de omringende oppervlakken te frezen met frezen, kan de positionele precisie van het gereedschap ten opzichte van verschillende oppervlakken van het werkstuk worden gedetecteerd tijdens het bewerken met een meerassige koppeling. Rechtheid, parallelliteit en loodrechtheid testen respectievelijk de geometrische vormnauwkeurigheid tussen de oppervlakken, en het dikteverschil weerspiegelt de precisie van de snijdiepteregeling van het gereedschap in de Z-asrichting.
- Rechtheid, parallelliteit en haaksheid van het frezen van rechte lijnen met twee-assige koppeling: Het frezen van rechte lijnen met twee-assige koppeling is een basisbewerking voor contourbewerking. Deze precisie-inspectie kan de trajectnauwkeurigheid van de machine beoordelen wanneer de X- en Y-assen gecoördineerd bewegen, wat een belangrijke rol speelt bij het waarborgen van de nauwkeurigheid bij het bewerken van werkstukken met verschillende rechte contouren.
- Rondheid van boogfrezen met kopfrezen: De nauwkeurigheid van boogfrezen test voornamelijk de precisie van de machine tijdens de booginterpolatiebeweging. Rondheidsfouten beïnvloeden de vormnauwkeurigheid van werkstukken met boogcontouren, zoals lagerhuizen en tandwielen.
- Inhoud van de snijnauwkeurigheidsinspectie voor horizontale bewerkingscentra
(III) Voorwaarden en vereisten voor snijprecisie-inspectie
De inspectie van de snijnauwkeurigheid moet worden uitgevoerd nadat de geometrische precisie en positioneringsnauwkeurigheid van de machine als gekwalificeerd zijn goedgekeurd. Geschikte snijgereedschappen, snijparameters en werkstukmaterialen moeten worden geselecteerd. De snijgereedschappen moeten scherp en slijtvast zijn, en de snijparameters moeten redelijkerwijs worden geselecteerd op basis van de prestaties van de machine, het materiaal van het snijgereedschap en het materiaal van het werkstuk om te garanderen dat de werkelijke snijnauwkeurigheid van de machine onder normale snijomstandigheden wordt geïnspecteerd. Tijdens het inspectieproces moet het bewerkte werkstuk nauwkeurig worden gemeten en moet zeer nauwkeurige meetapparatuur, zoals coördinatenmeetmachines en profielmeters, worden gebruikt om de verschillende indicatoren van de snijnauwkeurigheid uitgebreid en nauwkeurig te evalueren.
V. Conclusie
De inspectie van geometrische precisie, positioneringsprecisie en snijprecisie bij de levering van CNC-bewerkingscentra is een essentiële schakel om de kwaliteit en prestaties van de bewerkingsmachines te waarborgen. Geometrische precisie garandeert de basisprecisie van de bewerkingsmachines, positioneringsprecisie bepaalt de nauwkeurigheid van de bewerkingsmachines in bewegingsbesturing, en snijprecisie is een uitgebreide inspectie van het algehele bewerkingsvermogen van de bewerkingsmachines. Tijdens het daadwerkelijke acceptatieproces is het noodzakelijk om de relevante normen en specificaties strikt te volgen, geschikte inspectietools en -methoden te gebruiken en de verschillende precisie-indicatoren uitgebreid en nauwgezet te meten en te evalueren. Pas wanneer aan alle drie de precisie-eisen is voldaan, kan het CNC-bewerkingscentrum officieel in productie worden genomen en in gebruik worden genomen. Het levert zeer nauwkeurige en efficiënte bewerkingsdiensten voor de maakindustrie en bevordert de ontwikkeling van industriële productie naar een hogere kwaliteit en grotere precisie. Tegelijkertijd is het regelmatig opnieuw controleren en kalibreren van de precisie van het bewerkingscentrum ook een belangrijke maatregel om een stabiele werking op lange termijn en de continue betrouwbaarheid van de bewerkingsprecisie te garanderen.