Analisi degli elementi chiave nell'accettazione di precisione dei centri di lavorazione CNC
Abstract: Questo articolo approfondisce i tre elementi chiave che devono essere misurati per garantire la precisione durante la consegna dei centri di lavoro CNC, ovvero precisione geometrica, precisione di posizionamento e precisione di taglio. Attraverso un'analisi approfondita delle connotazioni di ciascun elemento di precisione, dei contenuti dell'ispezione, degli strumenti di ispezione comunemente utilizzati e delle precauzioni di ispezione, fornisce una guida completa e sistematica per il lavoro di accettazione dei centri di lavoro CNC, che contribuisce a garantire che i centri di lavoro offrano buone prestazioni e precisione al momento della consegna, soddisfacendo i requisiti di lavorazione ad alta precisione della produzione industriale.
I. Introduzione
Essendo una delle attrezzature fondamentali nella produzione moderna, la precisione dei centri di lavoro CNC influisce direttamente sulla qualità dei pezzi lavorati e sull'efficienza produttiva. In fase di consegna, è fondamentale eseguire misurazioni complete e meticolose e verificare la precisione geometrica, la precisione di posizionamento e la precisione di taglio. Ciò non è solo correlato all'affidabilità dell'attrezzatura al momento della messa in funzione iniziale, ma anche un'importante garanzia per il suo successivo funzionamento stabile a lungo termine e per la lavorazione ad alta precisione.
II. Ispezione di precisione geometrica dei centri di lavoro CNC
(I) Elementi di ispezione e connotazioni
Prendendo come esempio un comune centro di lavoro verticale, il controllo della precisione geometrica copre diversi aspetti importanti.
- Planarità della superficie del tavolo di lavoro: in quanto riferimento di serraggio per i pezzi, la planarità della superficie del tavolo di lavoro influisce direttamente sulla precisione di installazione dei pezzi e sulla qualità planare dopo la lavorazione. Se la planarità supera la tolleranza, si verificheranno problemi come spessore irregolare e deterioramento della rugosità superficiale durante la lavorazione di pezzi planari.
- Perpendicolarità reciproca dei movimenti in ciascuna direzione coordinata: la deviazione di perpendicolarità tra gli assi coordinati X, Y e Z causerà deviazioni nella forma geometrica spaziale del pezzo lavorato. Ad esempio, durante la fresatura di un pezzo cubico, i bordi originariamente perpendicolari presenteranno deviazioni angolari, compromettendo seriamente le prestazioni di assemblaggio del pezzo.
- Parallelismo della superficie del tavolo di lavoro durante i movimenti nelle direzioni delle coordinate X e Y: questo parallelismo garantisce che la relazione di posizione relativa tra l'utensile da taglio e la superficie del tavolo di lavoro rimanga costante quando l'utensile si muove nel piano X e Y. In caso contrario, durante la fresatura planare, si verificheranno sovrametalli di lavorazione irregolari, con conseguente calo della qualità della superficie e persino un'usura eccessiva dell'utensile da taglio.
- Parallelismo del lato della scanalatura a T sulla superficie del tavolo di lavoro durante il movimento nella direzione della coordinata X: per le attività di lavorazione che richiedono il posizionamento dell'attrezzatura mediante la scanalatura a T, la precisione di questo parallelismo è correlata alla precisione di installazione dell'attrezzatura, che a sua volta influisce sulla precisione di posizionamento e sulla precisione di lavorazione del pezzo.
- Eccentricità assiale del mandrino: l'eccentricità assiale del mandrino causa un piccolo spostamento dell'utensile da taglio in direzione assiale. Durante la foratura, l'alesatura e altre lavorazioni meccaniche, si verificano errori nel diametro del foro, un deterioramento della cilindricità del foro e un aumento della rugosità superficiale.
- Errore di concentricità radiale del foro del mandrino: influisce sulla precisione di serraggio dell'utensile da taglio, rendendo instabile la posizione radiale dell'utensile durante la rotazione. Durante la fresatura del cerchio esterno o la foratura di fori, aumenta l'errore di forma del contorno del pezzo lavorato, rendendo difficile garantire rotondità e cilindricità.
- Parallelismo dell'asse del mandrino quando la scatola del mandrino si muove lungo la direzione della coordinata Z: questo indice di precisione è fondamentale per garantire la coerenza della posizione relativa tra l'utensile da taglio e il pezzo durante la lavorazione in diverse posizioni dell'asse Z. Se il parallelismo è scarso, si verificheranno profondità di lavorazione non uniformi durante la fresatura profonda o la foratura.
- Perpendicolarità dell'asse di rotazione del mandrino rispetto alla superficie del tavolo di lavoro: per i centri di lavoro verticali, questa perpendicolarità determina direttamente la precisione della lavorazione di superfici verticali e inclinate. In caso di deviazione, si verificheranno problemi come superfici verticali non perpendicolari e angoli di superficie inclinata imprecisi.
- Rettilineità del movimento del mandrino lungo la direzione della coordinata Z: l'errore di rettilineità causerà la deviazione dell'utensile da taglio dalla traiettoria rettilinea ideale durante il movimento lungo l'asse Z. Durante la lavorazione di fori profondi o superfici multi-gradino, si verificheranno errori di coassialità tra i gradini ed errori di rettilineità dei fori.
(II) Strumenti di ispezione comunemente utilizzati
L'ispezione di precisione geometrica richiede l'uso di una serie di strumenti di controllo ad alta precisione. Livelle di precisione possono essere utilizzate per misurare la planarità della superficie del tavolo di lavoro e la rettilineità e il parallelismo in ciascuna direzione degli assi coordinati; regoli di precisione, squadre ad angolo retto e righelli paralleli possono aiutare a rilevare perpendicolarità e parallelismo; tubi luminosi paralleli possono fornire linee rette di riferimento ad alta precisione per misurazioni comparative; comparatori a quadrante e micrometri sono ampiamente utilizzati per misurare vari piccoli spostamenti e runout, come il runout assiale e radiale del mandrino; barre di prova ad alta precisione sono spesso utilizzate per rilevare la precisione del foro del mandrino e la relazione posizionale tra il mandrino e gli assi coordinati.
(III) Precauzioni di ispezione
L'ispezione della precisione geometrica dei centri di lavoro CNC deve essere completata subito dopo la regolazione di precisione dei centri stessi. Questo perché esistono relazioni interconnesse e interattive tra i vari indicatori di precisione geometrica. Ad esempio, la planarità della superficie del tavolo di lavoro e il parallelismo del movimento degli assi coordinati possono ostacolarsi a vicenda. La regolazione di un elemento può avere una reazione a catena su altri elementi correlati. Se un elemento viene regolato e poi ispezionato singolarmente, è difficile determinare con precisione se la precisione geometrica complessiva soddisfa effettivamente i requisiti, e inoltre non è utile per individuare la causa principale delle deviazioni di precisione e condurre regolazioni e ottimizzazioni sistematiche.
III. Posizionamento e controllo di precisione dei centri di lavorazione CNC
(I) Definizione e fattori che influenzano la precisione del posizionamento
La precisione di posizionamento si riferisce alla precisione di posizionamento che ciascun asse coordinato di un centro di lavoro CNC può raggiungere sotto il controllo del dispositivo di controllo numerico. Dipende principalmente dalla precisione di controllo del sistema di controllo numerico e dagli errori del sistema di trasmissione meccanica. La risoluzione del sistema di controllo numerico, gli algoritmi di interpolazione e la precisione dei dispositivi di rilevamento del feedback influiscono sulla precisione di posizionamento. In termini di trasmissione meccanica, fattori come l'errore di passo della vite madre, il gioco tra la vite madre e la chiocciola, la rettilineità e l'attrito della guida determinano in larga misura il livello di precisione di posizionamento.
(II) Contenuto dell'ispezione
- Precisione di posizionamento e precisione di posizionamento ripetitivo di ciascun asse di movimento lineare: la precisione di posizionamento riflette l'intervallo di deviazione tra la posizione comandata e la posizione effettivamente raggiunta dall'asse coordinato, mentre la precisione di posizionamento ripetitivo riflette il grado di dispersione della posizione quando l'asse coordinato si sposta ripetutamente nella stessa posizione comandata. Ad esempio, durante la fresatura di contorni, una scarsa precisione di posizionamento causerà deviazioni tra la forma del contorno lavorato e il contorno progettato, e una scarsa precisione di posizionamento ripetitivo porterà a traiettorie di lavorazione incoerenti quando si elabora lo stesso contorno più volte, influenzando la qualità della superficie e la precisione dimensionale.
- Precisione di ritorno dell'origine meccanica di ciascun asse di movimento lineare: l'origine meccanica è il punto di riferimento dell'asse coordinato e la sua precisione di ritorno influisce direttamente sulla precisione della posizione iniziale dell'asse coordinato dopo l'accensione della macchina utensile o l'esecuzione dell'operazione di ritorno a zero. Se la precisione di ritorno non è elevata, potrebbero verificarsi deviazioni tra l'origine del sistema di coordinate del pezzo nelle lavorazioni successive e l'origine progettata, con conseguenti errori di posizione sistematici nell'intero processo di lavorazione.
- Gioco di ciascun asse di movimento lineare: quando l'asse delle coordinate passa da un movimento avanti a uno indietro, a causa di fattori quali il gioco tra i componenti della trasmissione meccanica e le variazioni di attrito, si verifica un gioco. Nelle lavorazioni con frequenti movimenti avanti e indietro, come la fresatura di filettature o la lavorazione di contorni alternativi, il gioco causerà errori di tipo "a gradino" nella traiettoria di lavorazione, influenzando la precisione di lavorazione e la qualità della superficie.
- Precisione di posizionamento e precisione di posizionamento ripetitivo di ciascun asse di movimento rotatorio (tavola rotante): per i centri di lavoro con tavole rotanti, la precisione di posizionamento e la precisione di posizionamento ripetitivo degli assi di movimento rotatorio sono fondamentali per la lavorazione di pezzi con indicizzazione circolare o lavorazione multistazione. Ad esempio, quando si lavorano pezzi con caratteristiche di distribuzione circolare complesse come le pale di una turbina, la precisione dell'asse di rotazione determina direttamente la precisione angolare e l'uniformità di distribuzione tra le pale.
- Precisione di ritorno dell'origine di ciascun asse di movimento rotatorio: analogamente all'asse di movimento lineare, la precisione di ritorno dell'origine dell'asse di movimento rotatorio influisce sulla precisione della sua posizione angolare iniziale dopo l'operazione di ritorno a zero e costituisce una base importante per garantire la precisione dell'elaborazione multi-stazione o dell'elaborazione di indicizzazione circolare.
- Gioco di ciascun asse di movimento rotatorio: il gioco generato quando l'asse rotatorio passa dalla rotazione avanti a quella indietro causerà deviazioni angolari durante la lavorazione di contorni circolari o l'esecuzione di indicizzazioni angolari, influenzando la precisione della forma e la precisione della posizione del pezzo.
(III) Metodi e attrezzature di ispezione
Il controllo della precisione di posizionamento si avvale solitamente di apparecchiature di controllo ad alta precisione, come interferometri laser e scale a reticolo. L'interferometro laser misura accuratamente lo spostamento dell'asse cartesiano emettendo un raggio laser e misurando le variazioni delle sue frange di interferenza, in modo da ottenere vari indicatori come la precisione di posizionamento, la precisione di posizionamento ripetitivo e il gioco. La scala a reticolo è installata direttamente sull'asse cartesiano e restituisce le informazioni di posizione dell'asse cartesiano leggendo le variazioni delle strisce del reticolo, che possono essere utilizzate per il monitoraggio e l'ispezione online dei parametri relativi alla precisione di posizionamento.
IV. Ispezione della precisione di taglio dei centri di lavorazione CNC
(I) Natura e significato della precisione di taglio
La precisione di taglio di un centro di lavoro CNC è una precisione globale, che riflette il livello di precisione di lavorazione che la macchina utensile può raggiungere nel processo di taglio effettivo, considerando in modo completo diversi fattori come la precisione geometrica, la precisione di posizionamento, le prestazioni dell'utensile da taglio, i parametri di taglio e la stabilità del sistema di processo. Il controllo della precisione di taglio è la verifica finale delle prestazioni complessive della macchina utensile ed è direttamente correlato alla conformità del pezzo lavorato ai requisiti di progettazione.
(II) Classificazione e contenuto dell'ispezione
- Ispezione di precisione con lavorazione singola
- Precisione di alesatura – Rotondità, Cilindricità: l'alesatura è un processo di lavorazione comune nei centri di lavoro. La rotondità e la cilindricità del foro alesato riflettono direttamente il livello di precisione della macchina utensile quando i movimenti rotativi e lineari lavorano insieme. Gli errori di rotondità porteranno a dimensioni irregolari del diametro del foro, mentre gli errori di cilindricità causeranno la flessione dell'asse del foro, influenzando la precisione di accoppiamento con altre parti.
- Planarità e differenza di passo nella fresatura planare con frese a candela: quando si fresa un piano con una fresa a candela, la planarità riflette il parallelismo tra la superficie del tavolo di lavoro e il piano di movimento dell'utensile e l'usura uniforme del tagliente dell'utensile, mentre la differenza di passo riflette la costanza della profondità di taglio dell'utensile in diverse posizioni durante il processo di fresatura planare. Se è presente una differenza di passo, indica che ci sono problemi con l'uniformità del movimento della macchina utensile nei piani X e Y.
- Perpendicolarità e parallelismo della fresatura laterale con frese a candela: durante la fresatura della superficie laterale, la perpendicolarità e il parallelismo testano rispettivamente la perpendicolarità tra l'asse di rotazione del mandrino e l'asse delle coordinate e il rapporto di parallelismo tra l'utensile e la superficie di riferimento durante il taglio sulla superficie laterale, il che è di grande importanza per garantire la precisione della forma e la precisione di assemblaggio della superficie laterale del pezzo.
- Ispezione di precisione della lavorazione di un pezzo di prova completo standard
- Contenuto dell'ispezione di precisione del taglio per centri di lavoro orizzontali
- Precisione della spaziatura dei fori di alesatura — in direzione dell'asse X, in direzione dell'asse Y, in direzione diagonale e deviazione del diametro del foro: la precisione della spaziatura dei fori di alesatura verifica in modo completo la precisione di posizionamento della macchina utensile nei piani X e Y e la capacità di controllare la precisione dimensionale in diverse direzioni. La deviazione del diametro del foro riflette ulteriormente la stabilità della precisione del processo di alesatura.
- Rettilineità, parallelismo, differenza di spessore e perpendicolarità nella fresatura delle superfici circostanti con frese a candela: fresando le superfici circostanti con frese a candela, è possibile rilevare la relazione di precisione posizionale dell'utensile rispetto alle diverse superfici del pezzo durante la lavorazione con collegamento multiasse. Rettilineità, parallelismo e perpendicolarità testano rispettivamente la precisione della forma geometrica tra le superfici, mentre la differenza di spessore riflette la precisione del controllo della profondità di taglio dell'utensile nella direzione dell'asse Z.
- Rettilineità, parallelismo e perpendicolarità della fresatura a due assi di linee rette: la fresatura a due assi di linee rette è un'operazione di lavorazione di base per la profilatura. Questa ispezione di precisione può valutare la precisione della traiettoria della macchina utensile quando gli assi X e Y si muovono in modo coordinato, il che gioca un ruolo chiave nel garantire la precisione della lavorazione di pezzi con diverse forme di profilatura rettilinea.
- Rotondità della fresatura ad arco con frese a candela: la precisione della fresatura ad arco verifica principalmente la precisione della macchina utensile durante il movimento di interpolazione dell'arco. Gli errori di rotondità influiscono sulla precisione della forma dei pezzi con contorni ad arco, come alloggiamenti di cuscinetti e ingranaggi.
- Contenuto dell'ispezione di precisione del taglio per centri di lavoro orizzontali
(III) Condizioni e requisiti per l'ispezione della precisione del taglio
Il controllo della precisione di taglio deve essere eseguito dopo aver verificato la precisione geometrica e di posizionamento della macchina utensile. È necessario selezionare utensili da taglio, parametri di taglio e materiali del pezzo da lavorare appropriati. Gli utensili da taglio devono avere una buona affilatura e resistenza all'usura, e i parametri di taglio devono essere selezionati in modo ragionevole in base alle prestazioni della macchina utensile, al materiale dell'utensile da taglio e al materiale del pezzo da lavorare, per garantire che la reale precisione di taglio della macchina utensile venga verificata in normali condizioni di taglio. Nel frattempo, durante il processo di controllo, il pezzo lavorato deve essere misurato con precisione e devono essere utilizzati strumenti di misura ad alta precisione, come macchine di misura a coordinate e profilometri, per valutare in modo completo e accurato i vari indicatori di precisione di taglio.
V. Conclusion
Il controllo della precisione geometrica, della precisione di posizionamento e della precisione di taglio durante la consegna dei centri di lavoro CNC è un elemento chiave per garantire la qualità e le prestazioni delle macchine utensili. La precisione geometrica garantisce la precisione di base delle macchine utensili, la precisione di posizionamento determina l'accuratezza delle macchine utensili nel controllo del movimento e la precisione di taglio è un controllo completo della capacità di lavorazione complessiva delle macchine utensili. Durante il processo di accettazione vero e proprio, è necessario seguire rigorosamente gli standard e le specifiche pertinenti, adottare strumenti e metodi di ispezione appropriati e misurare e valutare in modo completo e meticoloso i vari indicatori di precisione. Solo quando tutti e tre i requisiti di precisione sono soddisfatti, il centro di lavoro CNC può essere ufficialmente messo in produzione e utilizzato, fornendo servizi di lavorazione ad alta precisione ed efficienza per l'industria manifatturiera e promuovendo lo sviluppo della produzione industriale verso una qualità e una precisione superiori. Allo stesso tempo, il controllo e la calibrazione periodici della precisione del centro di lavoro sono anch'essi una misura importante per garantirne il funzionamento stabile a lungo termine e la continua affidabilità della precisione di lavorazione.