Jak zwiększyć dokładność obróbki

Dokładność obróbki obrabiarek CNC zależy ostatecznie od dokładności samej maszyny. Dokładność obrabiarek CNC obejmuje dokładność geometryczną, dokładność pozycjonowania, dokładność powtarzalnego pozycjonowania i dokładność cięcia.

Dokładność geometryczna: znana również jako dokładność statyczna, jest kompleksowym odzwierciedleniem kluczowych części obrabiarki CNC po złożeniu kompleksowego błędu geometrycznego.

Dokładność pozycjonowania: wskazuje dokładność, jaką można osiągnąć pod kontrolą urządzenia sterującego numerycznie. Na podstawie zmierzonej wartości dokładności pozycjonowania najlepszą dokładność obróbki przedmiotu obrabianego można określić w procesie automatycznej obróbki obrabiarki. Odnosi się do różnicy pomiędzy rzeczywistym położeniem części lub narzędzia a położeniem standardowym (położeniem teoretycznym i położeniem idealnym). Im mniejsza różnica, tym większa dokładność. Jest to przesłanka zapewnienia dokładności obróbki części.

Dokładność powtarzania pozycjonowania: odnosi się do spójności dokładności pozycjonowania uzyskanej poprzez wielokrotne uruchamianie tego samego kodu programu na maszynie CNC. Jest to stały stopień ciągłych wyników uzyskanych poprzez obróbkę partii części w tych samych warunkach (ta sama obrabiarka CNC, różne metody operacji i ten sam program części).

Dokładność cięcia: jest to kompleksowa kontrola dokładności geometrycznej i dokładności pozycjonowania obrabiarki w warunkach skrawania.

Z powyższego widać, że dokładność obrabiarek CNC można podzielić na aspekty mechaniczne i elektryczne, takie jak dokładność wrzeciona, taka jak bicie, szyna itp.; Precyzja śruby pociągowej; Dokładność mocowania, sztywność obrabiarki i tak dalej. W aspekcie elektrycznym istnieją głównie metody sterowania, takie jak pętla półzamknięta, pętla całkowicie zamknięta, metody sprzężenia zwrotnego i kompensacji, dokładność interpolacji w przetwarzaniu itp. Dlatego dokładność obrabiarki nie zależy od tego, czy obrabiarka jest w pełni zamkniętej pętli, czy nie.

1. Wprowadzenie do zasad

Łańcuch ruchu obrabiarki CNC obejmuje urządzenie CNC → enkoder serwo → sterownik serwo → silnik → śrubę → ruchome części. W zależności od pozycji montażowej urządzenia do wykrywania położenia można je podzielić na sterowanie w pełnej pętli zamkniętej, sterowanie w pętli półzamkniętej i sterowanie w pętli otwartej.

System serwosterowania z pełną pętlą zamkniętą

Urządzenie do wykrywania położenia (takie jak linijka, liniowy synchronizator indukcyjny itp.) jest instalowane na ruchomych częściach obrabiarki (takich jak stół warsztatowy), a położenie ruchomych części jest przekazywane w czasie rzeczywistym. Po przetworzeniu przez system sterowania numerycznego, serwomotor zostaje poinformowany o stanie obrabiarki, a serwomotor automatycznie kompensuje błąd ruchu za pomocą instrukcji systemowych. Jednak ponieważ powoduje to umieszczenie w pętli zamkniętej dużych ogniw bezwładnościowych, takich jak śruba pociągowa, para nakrętek i stół roboczy obrabiarki, trudno jest sprawdzić stabilny stan systemu. Ponadto urządzenia pomiarowe, takie jak linijka siatkowa i induktosyn liniowy, są drogie i skomplikowane w instalacji, co może powodować oscylacje. Dlatego też ogólne obrabiarki nie wykorzystują pełnego sterowania w pętli zamkniętej.

System serwosterowania z półzamkniętą pętlą

Urządzenie do wykrywania położenia instalowane jest na końcu silnika napędowego lub na końcu pręta śrubowego i służy do wykrywania kąta obrotu ślimaka lub serwosilnika, pośrednio mierzy rzeczywiste położenie ruchomych części obrabiarki, i informację zwrotną do systemu sterowania. Dzięki udoskonaleniu poziomu wykonania mechanicznego oraz dokładności elementów detekcji prędkości i skoku ślimaka, obrabiarka CNC z półzamkniętą pętlą osiągnęła dość wysoką dokładność posuwu. Większość producentów obrabiarek powszechnie stosuje system CNC z półzamkniętą pętlą.

2, praktyczne zastosowanie

System sterowania w pełnej pętli zamkniętej

Urządzenia do wykrywania położenia (takie jak linijka siatkowa, induktosyn liniowy itp.) mają różne poziomy dokładności (± 0,01 mm, ± 0,005 mm, ± 0,003 mm, ± 02 mm), więc wystąpią błędy w pełnym sterowaniu w pętli zamkniętej i poziom dokładności ma wpływ na dokładność pozycjonowania.

Wydajność cieplna (odkształcenie termiczne) urządzenia do wykrywania położenia jest zwykle wykonana z materiałów niemetalowych. Współczynnik rozszerzalności cieplnej nie jest zgodny z częściami obrabiarki. Jest to kluczowe ogniwo dokładności roboczej obrabiarki. Dlatego konieczne jest rozwiązanie problemu nagrzewania w procesie obróbki obrabiarki, aby przezwyciężyć odkształcenia termiczne spowodowane temperaturą. Wysokiej klasy obrabiarki wykorzystują różne metody, takie jak puste chłodzenie śruby pociągowej, smarowanie szyny prowadzącej, chłodzenie chłodziwa w stałej temperaturze itp. w celu zmniejszenia odkształceń termicznych w procesie obróbki.

Teoretycznie im bliżej osi napędowej (pary śrub), tym dokładniejszy jest pomiar. Ze względu na ograniczoną przestrzeń konstrukcyjną istnieją tylko dwa sposoby montażu linijki rusztu, jeden jest instalowany w pobliżu pary śrub, drugi jest instalowany na zewnątrz szyny prowadzącej. W miarę możliwości zaleca się wybranie pierwszej metody instalacji, ale naprawa i konserwacja jest niewygodna. Wręcz przeciwnie, wybiera się linijkę kratową o dużej dokładności, ale nie osiąga się dokładności wymaganej przez obrabiarkę CNC. Nawet w pierwszym przypadku położenie montażowe linijki kratowej znajduje się blisko osi napędowej, jednak pomiędzy pozycją montażową a osią napędową istnieje jednak pewna odległość. Połączenie tej odległości i kołysania się obiektu podczas jazdy powoduje duże problemy w wykrywaniu i sterowaniu linijką siatki. Gdy obiekt napędowy przesunie się na stronę montażową linijki siatki, linijka siatki błędnie uzna, że prędkość ruchu jest niewystarczająca podczas detekcji i system podaje sygnał przyspieszenia. Gdy obiekt napędzający natychmiast przechyla się na drugą stronę, linijka kraty błędnie uważa, że prędkość poruszania się jest zbyt duża podczas detekcji, a system podaje sygnał hamowania. Wręcz przeciwnie, zwiększa to wibracje obiektu napędzającego, co prowadzi do dziwne zjawisko polegające na tym, że pętla całkowicie zamknięta nie jest tak dobra, jak pętla półzamknięta.

Wpływ środowiska produkcyjnego: ogólnie środowisko fabryki obróbki skrawaniem jest stosunkowo trudne, a kurz i wibracje są powszechnymi zjawiskami. Jednakże linijka siatki i synchronizator indukcji liniowej są elementami precyzyjnymi, a ich zasada działania polega na mierzeniu względnego położenia ruchomego na podstawie odbicia światła. Pył i wibracje to największe czynniki wpływające na dokładność pomiaru. Ponadto, gdy obrabiarka pracuje, mgła olejowa i wodna powstają podczas cięcia, co ma ogromny wpływ na linijkę siatki i synchronizator indukcyjności liniowej. Dlatego, aby móc korzystać z pełnego systemu sterowania w zamkniętej pętli, oprócz dobrego wykonania instalacji i uszczelnienia, musimy ulepszyć środowisko produkcyjne. W przeciwnym razie pojawi się to zjawisko. Nowa obrabiarka charakteryzuje się dobrą dokładnością, jednak jest używana niecały rok. Nie tylko spadła dokładność, ale obrabiarka często alarmuje.

System sterowania w pętli półzamkniętej

Ponieważ urządzenie pomiarowe jest instalowane na górze silnika lub śruby pociągowej, można je łatwo uszczelnić, więc nie ma wymagań dla środowiska. Błąd precyzji układu sterowania w pętli półzamkniętej zależy głównie od luzu śruby pociągowej do przodu i do tyłu. Wraz z udoskonaleniem technologii obróbki poziom technologii produkcji importowanej śruby pociągowej jest wyższy, a para precyzyjnych śrub pociągowych zasadniczo eliminuje luz do przodu i do tyłu. Ponadto w procesie montażu stosowana jest para śrub kulowych dwurzędowych, co może całkowicie wyeliminować luz do przodu i do tyłu. Ponadto wiele fabryk obrabiarek stosuje metodę wstępnego rozciągania, aby wyeliminować wpływ odkształceń termicznych obrabiarki na dokładność przekładni śruby pociągowej. Zatem obecnie system sterowania w pętli półzamkniętej jest w stanie zapewnić obrabiarce osiągnięcie wysokiej dokładności.

3. Wniosek

Podsumowując, można zauważyć, że teoretycznie, jeśli nie zostaną uwzględnione czynniki zewnętrzne, sterowanie w pętli zamkniętej może poprawić dokładność pozycjonowania fundamentu niż sterowanie w pętli półzamkniętej. Ale jeśli nie możemy rozwiązać problemów związanych z nagrzewaniem maszyny, zanieczyszczeniem środowiska, wzrostem temperatury, wibracjami, instalacją i innymi czynnikami, zjawisko pełnej pętli zamkniętej jest gorsze niż półzamkniętej pętli. Może to być skuteczne w krótkim czasie, ale w miarę upływu czasu wpływ kurzu i zmian temperatury na linijkę siatki poważnie wpłynie na dane zwrotne z pomiaru, tracąc tym samym swoją funkcję. W tym samym czasie, gdy wystąpi problem z linijką kraty, zostanie wygenerowany alarm, w wyniku czego maszyna nie będzie mogła działać.

Ze względu na koszty produkcji i konkurencyjność, obrabiarki średniej i niskiej klasy są uproszczone w pełnym sterowaniu w pętli zamkniętej, takim jak uszczelnianie, kontrola wzrostu temperatury i tak dalej. W tych warunkach nie można poprawić dokładności obrabiarki poprzez proste skonfigurowanie linijki siatki przy wysokich kosztach.