Nell'industria manifatturiera odierna, le macchine utensili CNC sono diventate la spina dorsale della produzione, grazie alle loro capacità di lavorazione efficienti e precise. I requisiti di precisione di lavorazione per i componenti chiave delle tipiche macchine utensili CNC sono senza dubbio gli elementi chiave che determinano la scelta di macchine utensili CNC di precisione.
Le macchine utensili CNC sono classificate in diverse categorie, come semplici, completamente funzionali e ultra precise, a causa dei loro diversi utilizzi, e i loro livelli di precisione variano notevolmente. Le macchine utensili CNC semplici occupano ancora un posto nell'attuale campo dei torni e delle fresatrici, con una risoluzione minima di movimento di 0,01 mm e una precisione di movimento e lavorazione generalmente compresa tra 0,03 e 0,05 mm o superiore. Sebbene la precisione sia relativamente limitata, in alcuni scenari di lavorazione in cui i requisiti di precisione non sono estremamente rigorosi, le macchine utensili CNC semplici svolgono un ruolo insostituibile grazie ai loro vantaggi economici e alla facilità d'uso.
Al contrario, le macchine utensili CNC ad altissima precisione sono progettate specificamente per esigenze di lavorazione speciali, con una precisione sorprendente di 0,001 mm o inferiore. Le macchine utensili CNC ad altissima precisione sono spesso utilizzate in settori ad alta precisione e all'avanguardia come l'industria aerospaziale e le apparecchiature medicali, fornendo un solido supporto tecnico per la produzione di componenti estremamente complessi e che richiedono precisione.
Dal punto di vista della precisione, le macchine utensili CNC possono essere ulteriormente suddivise in tipologie ordinarie e di precisione. Solitamente, per le macchine utensili CNC sono previsti dai 20 ai 30 parametri di controllo della precisione, ma i più critici e rappresentativi sono la precisione di posizionamento su singolo asse, la precisione di posizionamento ripetuto su singolo asse e la rotondità del pezzo di prova prodotto da due o più assi di lavorazione collegati.
La precisione di posizionamento e la precisione di posizionamento ripetuto si completano a vicenda e insieme delineano il profilo di precisione completo dei componenti mobili dell'asse della macchina utensile. Soprattutto in termini di precisione di posizionamento ripetuto, è come uno specchio, che riflette chiaramente la stabilità di posizionamento dell'asse in qualsiasi punto di posizionamento lungo la sua corsa. Questa caratteristica diventa la pietra angolare per misurare se l'albero può funzionare in modo stabile e affidabile, ed è fondamentale per garantire il funzionamento stabile a lungo termine della macchina utensile e la costanza della qualità di lavorazione.
Il software del sistema CNC odierno è come un artigiano intelligente, dotato di funzioni di compensazione degli errori ricche e diversificate, in grado di compensare in modo accurato e stabile gli errori di sistema generati in ogni anello della catena di trasmissione. Prendendo come esempio i vari anelli della catena di trasmissione, le variazioni di fattori quali gioco, deformazione elastica e rigidità di contatto non sono costanti, ma mostrano variazioni dinamiche istantanee della quantità di moto con variabili quali l'entità del carico sul banco di lavoro, la lunghezza della distanza di movimento e la velocità di posizionamento del movimento.
In alcuni sistemi servo di alimentazione ad anello aperto e semi-chiuso, i componenti meccanici di azionamento a valle dei componenti di misura sono come navi che avanzano nel vento e nella pioggia, soggette a vari fattori accidentali. Ad esempio, il fenomeno dell'allungamento termico delle viti a sfere può causare una deriva nella posizione di posizionamento effettiva del banco di lavoro, causando così significativi errori casuali nella precisione di lavorazione. In sintesi, se si effettua una buona scelta nel processo di selezione, non c'è dubbio che si debba dare priorità all'apparecchiatura con la più eccellente precisione di posizionamento ripetuto, aggiungendo una solida garanzia alla qualità della lavorazione.
La precisione della fresatura di superfici cilindriche o di scanalature elicoidali spaziali (filettature), come un righello di precisione per misurare le prestazioni di una macchina utensile, è un indicatore chiave per una valutazione completa delle caratteristiche di movimento servoassistite dell'asse CNC (a due o tre assi) e della funzione di interpolazione del sistema CNC della macchina utensile. Il metodo efficace per determinare questo indicatore è misurare la rotondità della superficie cilindrica lavorata.
Nella pratica del taglio di pezzi di prova su macchine utensili CNC, anche la fresatura obliqua a quattro lati dimostra il suo valore unico, consentendo di valutare con precisione le prestazioni di precisione di due assi controllabili in un movimento di interpolazione lineare. Quando si esegue questa operazione di taglio di prova, è necessario installare con cura la fresa utilizzata per la lavorazione di precisione sul mandrino della macchina, quindi eseguire una fresatura meticolosa sul campione circolare posizionato sul banco di lavoro. Per macchine utensili di piccole e medie dimensioni, la dimensione del campione circolare viene solitamente selezionata tra ¥ 200 e ¥ 300. Questo intervallo è stato testato nella pratica e può valutare efficacemente la precisione di lavorazione della macchina utensile.
Dopo aver completato la fresatura, posizionare con cura il campione tagliato su un rotondimetro e misurare la rotondità della sua superficie lavorata utilizzando uno strumento di misura di precisione. In questo processo, è necessario osservare e analizzare i risultati della misurazione con attenzione. Se sono presenti evidenti modelli di vibrazione della fresa sulla superficie cilindrica fresata, ciò indica che la velocità di interpolazione della macchina utensile potrebbe essere instabile; se la rotondità prodotta dalla fresatura mostra evidenti errori ellittici, spesso ciò indica che i guadagni dei due sistemi di assi controllabili nel movimento di interpolazione non sono stati ben bilanciati; quando sono presenti segni di arresto su ciascun punto di cambio di direzione del movimento dell'asse controllabile su una superficie circolare (ad esempio, nel movimento di taglio continuo, l'arresto del movimento di avanzamento in una certa posizione formerà un piccolo segmento di segni di taglio metallici sulla superficie di lavorazione), ciò significa che il gioco avanti e indietro dell'asse non è stato regolato allo stato ideale.
Il concetto di precisione di posizionamento su un singolo asse si riferisce all'intervallo di errore generato dal posizionamento di un punto qualsiasi all'interno della corsa dell'asse. È come un faro, che illumina direttamente la capacità di precisione di lavorazione della macchina utensile, diventando senza dubbio uno degli indicatori tecnici più critici delle macchine utensili CNC.
Attualmente, esistono alcune differenze nelle normative, nelle definizioni, nei metodi di misurazione e nei metodi di elaborazione dei dati relativi alla precisione di posizionamento su singolo asse tra i vari Paesi del mondo. Nell'introduzione di un'ampia varietà di dati campione di macchine utensili CNC, gli standard comuni e ampiamente citati includono l'American Standard (NAS), gli standard raccomandati dall'American Machine Tool Manufacturers Association, lo Standard Tedesco (VDI), lo Standard Giapponese (JIS), l'Organizzazione Internazionale per la Standardizzazione (ISO) e lo Standard Nazionale Cinese (GB).
Tra questi standard straordinari, quelli giapponesi sono relativamente permissivi in termini di normative. Il metodo di misurazione si basa su un singolo set di dati stabili e utilizza in modo intelligente i valori ± per dimezzare il valore di errore. Di conseguenza, la precisione di posizionamento ottenuta utilizzando i metodi di misurazione standard giapponesi spesso differisce di oltre il doppio rispetto ad altri standard.
Sebbene altri standard differiscano nel modo in cui elaborano i dati, sono profondamente radicati nel terreno delle statistiche di errore per analizzare e misurare la precisione di posizionamento. Nello specifico, per un certo errore di posizionamento in un asse controllabile di una macchina utensile CNC, dovrebbe essere in grado di riflettere i possibili errori che potrebbero verificarsi durante migliaia di posizionamenti durante l'utilizzo a lungo termine della macchina utensile in futuro. Tuttavia, limitati dalle condizioni effettive, spesso possiamo eseguire solo un numero limitato di operazioni durante la misurazione, solitamente da 5 a 7 volte.
La valutazione della precisione delle macchine utensili CNC è come un impegnativo percorso di risoluzione di un enigma, che non si raggiunge dall'oggi al domani. Alcuni indicatori di precisione richiedono un'attenta ispezione e analisi dei prodotti lavorati dopo l'effettiva lavorazione della macchina utensile, il che aumenta indubbiamente la difficoltà e la complessità della valutazione della precisione.
Per garantire la selezione di macchine utensili CNC che soddisfino le esigenze di produzione, è necessario analizzare approfonditamente i parametri di precisione delle macchine utensili e condurre un'analisi completa e dettagliata prima di prendere decisioni in merito all'acquisto. Allo stesso tempo, è fondamentale avere una comunicazione e uno scambio adeguati e approfonditi con i produttori di macchine utensili CNC. La comprensione del livello del processo produttivo del produttore, del rigore delle misure di controllo qualità e della completezza del servizio post-vendita può fornire una base di riferimento più preziosa per il nostro processo decisionale.
Negli scenari applicativi pratici, la tipologia e il livello di precisione delle macchine utensili CNC dovrebbero essere selezionati in modo scientifico e ragionevole in base alle specifiche attività di lavorazione e ai requisiti di precisione dei componenti. Per i componenti con requisiti di precisione estremamente elevati, le macchine utensili dotate di sistemi CNC avanzati e componenti ad alta precisione dovrebbero essere considerate prioritarie senza esitazione. Questa scelta non solo garantisce un'eccellente qualità di lavorazione, ma migliora anche l'efficienza produttiva, riduce i tassi di scarto e apporta maggiori vantaggi economici all'azienda.
Inoltre, test di precisione regolari e una manutenzione meticolosa delle macchine utensili CNC sono misure chiave per garantire un funzionamento stabile a lungo termine e mantenere capacità di lavorazione ad alta precisione. Identificando e risolvendo tempestivamente potenziali problemi di precisione, la vita utile delle macchine utensili può essere efficacemente prolungata, garantendo la stabilità e l'affidabilità della qualità di lavorazione. Proprio come prendersi cura di una preziosa auto da corsa, solo un'attenzione e una manutenzione costanti possono mantenerla performante in pista.
In sintesi, la precisione delle macchine utensili CNC è un indice di valutazione multidimensionale e completo, che attraversa l'intero processo di progettazione e sviluppo, produzione e assemblaggio, installazione e debugging delle macchine utensili, nonché l'uso quotidiano e la manutenzione. Solo comprendendo e padroneggiando in modo completo le conoscenze e le tecnologie pertinenti possiamo scegliere saggiamente la macchina utensile CNC più adatta alle attività produttive reali, sfruttarne appieno il potenziale di efficienza e infondere forza e supporto allo sviluppo vigoroso dell'industria manifatturiera.