V strojni industriji je natančnost strojne obdelave stalna modna beseda, ki se ponavlja večkrat na dan. Kadar koli klepetate z nekom v industriji, je skoraj vedno omenjena natančnost obdelave. Torej, kaj natančno zagotavlja natančnost obdelave obdelovalnih strojev? Ta videoposnetek zelo jasno razlaga električno natančno krmiljenje obdelovalnih strojev. Pa si poglejmo.
Oglejte si videoposnetek v Wi-Fi
Natančnost obdelave CNC obdelovalnih strojev je na koncu odvisna od natančnosti samega obdelovalnega stroja. Natančnost CNC obdelovalnih strojev vključuje geometrijsko natančnost, natančnost pozicioniranja, ponovljivost in natančnost rezanja.
Geometrijska natančnost, znana tudi kot statična natančnost, celovito odraža napake geometrijske oblike ključnih komponent obdelovalnega stroja CNC po montaži.
Natančnost pozicioniranja: To označuje dosegljivo natančnost gibanja vsakega gibljivega dela obdelovalnega stroja pod nadzorom CNC naprave. Izmerjeno vrednost natančnosti pozicioniranja je mogoče uporabiti za določitev optimalne natančnosti obdelave obdelovanca, ki jo je mogoče doseči med avtomatiziranim obdelovalnim procesom obdelovalnega stroja. Ta vrednost se nanaša na razliko med dejanskim položajem dela ali orodja in standardnim položajem (teoretični položaj, idealen položaj). Manjša kot je razlika, večja je natančnost. Je predpogoj za zagotavljanje natančnosti obdelave delov.
Ponovljivost se nanaša na doslednost natančnosti pozicioniranja, doseženo z večkratnim izvajanjem iste programske kode na obdelovalnem stroju CNC. Nanaša se na konsistentnost zaporednih rezultatov, dobljenih pri obdelavi serije delov pod enakimi pogoji (na istem obdelovalnem stroju CNC, z različnimi načini delovanja in istim programom dela).
Natančnost rezanja je celovit pregled geometrije in natančnosti pozicioniranja obdelovalnega stroja v pogojih rezanja.
Kot je razvidno zgoraj, je natančnost CNC obdelovalnih strojev razdeljena na dva vidika: mehanski in električni. Mehanski vidik vključuje natančnost vretena, kot sta odtekanje in zbiralka; natančnost vodilnega vijaka; natančnost pritrditve med obdelavo; in togost strojnega orodja. Električni vidik vključuje predvsem metode krmiljenja, kot sta pol-zaprta zanka in popolnoma zaprta zanka, pa tudi povratne in kompenzacijske metode ter natančnost interpolacije med strojno obdelavo. Zato natančnost strojnega orodja ni odvisna od tega, ali je strojno orodje popolnoma zaprto.
I. Načelo Uvod
Kinematično verigo CNC obdelovalnega stroja sestavljajo CNC enota → servo dajalnik → servo pogon → motor → vodilni vijak → gibljivi element. Glede na lokacijo namestitve naprave za zaznavanje položaja je kategorizirana kot krmiljenje s popolnoma zaprto zanko, pol-zaprto zanko ali odprto zanko.
1. Popolnoma zaprt{1}}servo sistem podajanja z zanko
Naprava za zaznavanje položaja (kot je linearni kodirnik ali linearni indukcijski sinhronizator) je nameščena na gibljivo komponento obdelovalnega stroja (kot je delovna miza), da zagotovi-realnočasovne povratne informacije o položaju gibljive komponente. Te informacije obdela sistem CNC in jih sporoči servo motorju, ki nato samodejno kompenzira napake gibanja na podlagi sistemskih ukazov. Ker pa so te komponente, kot so vodilni vijak, sklop matice in strojna miza, v zaprti zanki, je odpravljanje napak v sistemu za zagotovitev stabilnega delovanja zapleteno. Poleg tega so merilne naprave, kot so linearni dajalniki in linearni indukcijski sinhronizatorji, drage, zapletene za namestitev in lahko povzročijo nihanje. Zato se krmiljenje s popolnoma zaprto-zanko na obdelovalnih strojih na splošno ne uporablja.
2. Pol{1}}zaprti{2}}servo sistem dovajanja
Naprava za zaznavanje položaja je nameščena na koncu pogonskega motorja ali vodilnega vijaka za zaznavanje rotacijskega kota vodilnega vijaka ali servo motorja, posredno merjenje dejanskega položaja gibljive komponente strojnega orodja in zagotavljanje povratnih informacij krmilnemu sistemu. Zaradi napredka v mehanski proizvodnji in izboljšav v natančnosti elementov za zaznavanje hitrosti in naklona vodilnega vijaka lahko CNC strojna orodja s pol-zaprto{2}}zanko zdaj dosežejo izjemno visoko natančnost podajanja. Večina proizvajalcev obdelovalnih strojev široko uporablja sisteme CNC s pol-zaprto{5}}zanko.
II. Praktične aplikacije
1. Krmilni sistemi s popolnoma zaprto{1}}zanko
Naprave za zaznavanje položaja (kot so linearni kodirniki in linearni indukcijski sinhronizatorji) imajo različne stopnje natančnosti (±0,01 mm, ±0,005 mm, ±0,003 mm in ±0,02 mm). Zato bo krmiljenje s popolnoma zaprto-zanko prav tako imelo napake, na natančnost pozicioniranja pa vpliva raven natančnosti.
Toplotna učinkovitost (toplotna deformacija) naprave za zaznavanje položaja. Merilna naprava je na splošno izdelana iz ne-kovinskih materialov in njen koeficient toplotnega raztezanja ni skladen s koeficientom drugih komponent strojnega orodja. Je ključni dejavnik pri natančnosti delovanja strojnega orodja. Zato je treba obravnavati nastajanje toplote med strojno obdelavo, da premagamo toplotno deformacijo,-ki jo povzroča temperatura. Visoko-obdelovalni stroji uporabljajo različne metode, kot so hlajenje votlih vijakov, mazanje vodil in hlajenje rezalne tekočine pri stalni-temperaturi, da zmanjšajo toplotno deformacijo med obdelavo.
Zelo pomembna je tudi namestitev naprave za zaznavanje položaja. Teoretično velja, da bližje kot je pogonski osi (vijačni sklop), natančnejša je meritev. Zaradi prostorskih omejitev obstajata samo dva načina namestitve tehtnice: blizu sklopa vodilnega vijaka ali zunaj vodila. Prvi način namestitve je priporočljiv, kadar koli je to mogoče, vendar ga je neprijetno pregledovati in vzdrževati. Nasprotno pa, tudi če je izbrana visoko-natančna lestvica, morda dejansko ne bo izpolnjevala zahtev glede natančnosti obdelovalnega stroja CNC. Tudi v prvem primeru je tehtnica nameščena relativno blizu pogonske osi, vendar je še vedno določen razmik od osi. Ta razdalja v kombinaciji z nihanjem predmeta med vožnjo ustvarja znatne izzive pri zaznavanju in nadzoru lestvice. Ko se predmet zaniha proti položaju vgradnje tehtnice, tehtnica napačno interpretira gibanje kot nezadostno in sistem ustvari signal pospeška. Vendar pa predmet takoj zaniha na drugo stran in tehtnica napačno interpretira gibanje kot pretirano, kar povzroči signal za pojemek. Ta ponavljajoči se cikel ne uspe izboljšati nadzora linearnih osi CNC-stroja in namesto tega poveča vibracije predmeta, kar vodi do nenavadnega pojava sistema s popolnoma zaprto zanko, ki je slabši od pol{10}}zaprte zanke.
Vpliv proizvodnega okolja: obrate za mehansko predelavo na splošno delujejo v težkih okoljih, kjer sta prah in vibracije pogosta. Vendar so tehtnice in linearni indukcijski sinhronizatorji natančne komponente, ki se za merjenje relativnega položaja zanašajo na odboj svetlobe. Prah in tresljaji so največji dejavniki, ki vplivajo na natančnost meritev. Poleg tega sta med obdelavo rezalno olje in vodna meglica precej močna, kar znatno vpliva na lestvice in linearne indukcijske sinhronizatorje. Zato je bistvenega pomena popolnoma zaprt{4}}krmilni sistem. Poleg zagotavljanja pravilne namestitve in tesnjenja je treba izboljšati proizvodno okolje. V nasprotnem primeru lahko pride do tega pojava. Na novo prispelo obdelovalni stroj ima lahko odlično natančnost, vendar se v enem letu ne samo poslabša, ampak se tudi pogoste alarmi.
2. Krmilni sistem s pol{1}}zaprto{2}}zanko
Ker je merilna naprava nameščena na motorju ali vodilnem vijaku, jo je lažje zatesniti in je zato manj okoljsko zahtevna. Napaka točnosti krmilnega sistema s pol-zaprto{2}}zanko je v prvi vrsti določena z zračnostjo vodilnega vijaka. Z napredkom v tehnologiji strojne obdelave je proizvodni proces uvoženih vodilnih vijakov zdaj bolj izpopolnjen, visoko-natančen par vodilnih vijakov pa praktično odpravlja zračnost. Poleg tega par vodilnih vijakov med montažo uporablja dvojno-vrstni -rotacijski par krogličnih vijakov, ki popolnoma odpravi zračnost. Poleg tega številni proizvajalci obdelovalnih strojev pred-raztegnejo vodilni vijak med montažo, da odpravijo vpliv toplotne deformacije na natančnost vijačnega pogona. Zato lahko trenutno krmilni sistemi s pol{11}}zaprto{12}}zanko zagotovijo zelo visoko natančnost obdelovalnih strojev.
III. Zaključek
Če povzamemo, je razvidno, da lahko v teoriji, če ne upoštevamo zunanjih dejavnikov, nadzor s polno-zaprto-zanko izboljša osnovno natančnost pozicioniranja v primerjavi s krmiljenjem s pol-zaprto-zanko. Če pa dejavniki, kot so nastajanje toplote obdelovalnega stroja, onesnaževanje okolja, dvig temperature, vibracije in namestitev, niso učinkovito obravnavani, je krmiljenje s polno-zaprto-zanko morda slabše od krmiljenja s pol-zaprto-zanko. To je lahko kratkoročno učinkovito, vendar bodo sčasoma učinki prahu in temperaturnih nihanj na tehtnici resno vplivali na povratne podatke meritev, zaradi česar bodo neučinkoviti. Poleg tega bodo okvare tehtnice sprožile alarme, zaradi katerih strojno orodje preneha delovati.
Pri obdelovalnih strojih nizkega- in srednjega-razreda je zaradi stroškov in konkurenčnosti krmilni sistem s-zaprto{3}}zanko pogosto poenostavljen z neustreznimi ukrepi za tesnjenje in nadzor dviga temperature. V teh okoliščinah preprosto dodajanje tehtnice ob visokih stroških ne bo izboljšalo natančnosti strojnega orodja.
