W branży obróbki skrawaniem dokładność obróbki jest nieustannym, modnym hasłem, powtarzanym kilka razy dziennie. Ilekroć rozmawiasz z kimś z branży, prawie zawsze wspomina się o dokładności obróbki. Co więc dokładnie zapewnia dokładność obróbki obrabiarek? Ten film bardzo wyraźnie wyjaśnia elektryczne sterowanie precyzyjne obrabiarek. Spójrzmy.
Obejrzyj film przez Wi-Fi
Dokładność obróbki obrabiarek CNC zależy ostatecznie od dokładności samej obrabiarki. Dokładność obrabiarki CNC obejmuje dokładność geometryczną, dokładność pozycjonowania, powtarzalność i dokładność cięcia.
Dokładność geometryczna, zwana także dokładnością statyczną, kompleksowo odzwierciedla błędy kształtu geometrycznego kluczowych elementów obrabiarki CNC po montażu.
Dokładność pozycjonowania: Wskazuje osiągalną dokładność ruchu każdej ruchomej części obrabiarki pod kontrolą urządzenia CNC. Zmierzona wartość dokładności pozycjonowania może zostać wykorzystana do określenia optymalnej dokładności obróbki detalu możliwej do osiągnięcia podczas zautomatyzowanego procesu obróbki obrabiarki. Wartość ta odnosi się do różnicy pomiędzy rzeczywistą pozycją części lub narzędzia a pozycją standardową (pozycja teoretyczna, pozycja idealna). Im mniejsza różnica, tym wyższa dokładność. Jest to warunek wstępny zapewnienia dokładności obróbki części.
Powtarzalność odnosi się do stałej dokładności pozycjonowania osiągniętej poprzez wielokrotne uruchamianie tego samego kodu programu na obrabiarce CNC. Odnosi się do zgodności kolejnych wyników uzyskiwanych podczas obróbki partii części w identycznych warunkach (na tej samej obrabiarce CNC, różnymi metodami pracy i tym samym programem części).
Dokładność cięcia to kompleksowe badanie dokładności geometrycznej i pozycjonowania obrabiarki w warunkach skrawania.
Jak widać powyżej, dokładność obrabiarek CNC dzieli się na dwa aspekty: mechaniczny i elektryczny. Aspekt mechaniczny obejmuje dokładność wrzeciona, taką jak bicie i szyna zbiorcza; dokładność śruby pociągowej; dokładność mocowania podczas obróbki; i sztywność obrabiarki. Aspekt elektryczny obejmuje przede wszystkim metody sterowania, takie jak pętla pół- i całkowicie zamknięta, a także metody sprzężenia zwrotnego i kompensacji oraz dokładność interpolacji podczas obróbki. Dlatego dokładność obrabiarki nie jest określana na podstawie tego, czy obrabiarka jest w pełni zamkniętą pętlą.
I. Zasada Wprowadzenie
Łańcuch kinematyczny obrabiarki CNC składa się z jednostki CNC → serwonapędu → serwonapędu → silnika → śruby pociągowej → elementu ruchomego. W zależności od miejsca instalacji urządzenia do wykrywania położenia, dzieli się je na sterowanie w pętli całkowicie zamkniętej, pół-zamkniętej lub otwartej.
1. Całkowicie zamknięty-system serwo z zasilaniem pętlowym
Urządzenie wykrywające położenie (takie jak enkoder liniowy lub liniowy synchronizator indukcyjny) jest instalowane na ruchomym elemencie obrabiarki (takim jak stół roboczy), aby zapewnić informację zwrotną w czasie rzeczywistym- o położeniu ruchomego komponentu. Informacje te są przetwarzane przez system CNC i przekazywane do serwosilnika, który następnie automatycznie kompensuje błędy ruchu w oparciu o polecenia systemowe. Ponieważ jednak te elementy, takie jak śruba pociągowa, zespół nakrętki i stół maszyny, znajdują się w zamkniętej pętli, debugowanie systemu w celu zapewnienia stabilnej pracy jest złożone. Co więcej, urządzenia pomiarowe, takie jak enkodery liniowe i synchronizatory indukcyjności liniowej, są drogie, skomplikowane w instalacji i mogą powodować oscylacje. Dlatego w obrabiarkach zazwyczaj nie stosuje się sterowania w-pętli całkowicie zamkniętej.
2. Pół-zamknięty-system serwo z zasilaniem w pętli
Na końcu silnika napędowego lub śruby pociągowej instaluje się urządzenie wykrywające położenie, które wykrywa kąt obrotu śruby pociągowej lub serwomotoru, pośrednio mierząc rzeczywiste położenie ruchomego elementu obrabiarki i przekazując informację zwrotną do układu sterowania. Dzięki postępowi w produkcji mechanicznej oraz poprawie dokładności elementów wykrywających prędkość i skoku śruby pociągowej, obrabiarki CNC z półzamkniętą-pętlą mogą obecnie osiągać niezwykle wysoką dokładność posuwu. Większość producentów obrabiarek powszechnie stosuje systemy CNC z pół-zamkniętą-pętlą.
II. Praktyczne zastosowania
1. Całkowicie zamknięte-systemy sterowania pętlą
Urządzenia do wykrywania położenia (takie jak enkodery liniowe i liniowe synchronizatory indukcyjne) mają różne poziomy dokładności (±0,01 mm, ±0,005 mm, ±0,003 mm i ±0,02 mm). Dlatego też sterowanie w całkowicie zamkniętej pętli-również będzie obarczone błędami, a poziom dokładności wpływa na dokładność pozycjonowania.
Wydajność cieplna (odkształcenie termiczne) urządzenia do wykrywania położenia. Urządzenie pomiarowe jest zwykle wykonane z-materiałów niemetalowych, a jego współczynnik rozszerzalności cieplnej jest niezgodny ze współczynnikiem innych elementów obrabiarki. Jest to kluczowy czynnik wpływający na dokładność pracy obrabiarki. Dlatego konieczne jest zajęcie się problemem wytwarzania ciepła podczas obróbki, aby przezwyciężyć odkształcenie termiczne wywołane- temperaturą. W-obrabiarkach wysokiej klasy stosuje się różne metody, takie jak chłodzenie śruby drążonej, smarowanie prowadnic i chłodzenie chłodziwa w stałej-temperaturze, aby ograniczyć odkształcenia termiczne podczas obróbki.
Bardzo ważna jest także instalacja urządzenia wykrywającego położenie. Teoretycznie im bliżej osi napędowej (zespół śrubowy), tym dokładniejszy jest pomiar. Ze względu na ograniczoną przestrzeń istnieją tylko dwa sposoby montażu wagi: w pobliżu zespołu śruby pociągowej lub na zewnątrz szyny prowadzącej. Jeśli to możliwe, zaleca się pierwszą metodę instalacji, ale jej sprawdzanie i konserwacja jest niewygodna. I odwrotnie, nawet jeśli zostanie wybrana skala-o wysokiej precyzji, może ona w rzeczywistości nie spełniać wymagań dokładności obrabiarki CNC. Nawet w pierwszym przypadku skala jest zamontowana stosunkowo blisko osi napędowej, jednak nadal istnieje pewna odległość od osi. Odległość ta w połączeniu z oscylacją obiektu podczas jazdy stwarza poważne wyzwania w zakresie wykrywania i kontroli kamienia. Gdy obiekt przesunie się w stronę pozycji montażowej wagi, waga błędnie zinterpretuje ten ruch jako niewystarczający i system wygeneruje sygnał przyspieszenia. Jednak obiekt natychmiast przechyla się na drugą stronę, a waga błędnie interpretuje ruch jako nadmierny, co skutkuje sygnałem opóźnienia. Ten powtarzalny cykl nie poprawia sterowania osiami liniowymi maszyny CNC, a zamiast tego zwiększa wibracje obiektu, co prowadzi do niezwykłego zjawiska polegającego na tym, że system z całkowicie zamkniętą pętlą jest gorszy od pół{10}}pętli zamkniętej.
Wpływ środowiska produkcyjnego: Zakłady obróbki mechanicznej zazwyczaj działają w trudnych warunkach, w których często występuje pył i wibracje. Jednakże wagi i synchronizatory indukcji liniowej to precyzyjne komponenty, których położenie względne opiera się na odbiciu światła. Pył i wibracje to największe czynniki wpływające na dokładność pomiaru. Ponadto podczas obróbki skrawaniem mgła olejowa i wodna jest dość silna, znacząco wpływając na skale i synchronizatory indukcyjności liniowej. Dlatego niezbędny jest system sterowania w całkowicie zamkniętej-pętli. Oprócz zapewnienia prawidłowego montażu i uszczelnienia należy poprawić środowisko produkcyjne. W przeciwnym razie może wystąpić to zjawisko. Nowo dostarczona obrabiarka może mieć doskonałą dokładność, ale w ciągu roku nie tylko ulega degradacji, ale także często pojawia się alarm.
2. System sterowania w pętli pół-zamkniętej-
Ponieważ urządzenie pomiarowe jest zamontowane na silniku lub śrubie pociągowej, jest łatwiejsze do uszczelnienia i dlatego ma mniejsze wymagania środowiskowe. Błąd dokładności układu sterowania z pół-pętlą zamkniętą- zależy przede wszystkim od luzu śruby pociągowej. Dzięki postępowi w technologii obróbki proces produkcji importowanych śrub pociągowych jest obecnie bardziej wyrafinowany, a para-precyzyjnych śrub pociągowych praktycznie eliminuje luzy. Co więcej, podczas montażu para śrub pociągowych wykorzystuje dwu-rzędową przeciwną-parę śrub kulowych obracających się, co całkowicie eliminuje luz. Ponadto wielu producentów obrabiarek-rozciąga wstępnie śrubę pociągową podczas montażu, aby wyeliminować wpływ odkształceń termicznych na dokładność napędu śruby. Dlatego obecnie systemy sterowania z półzamkniętą-pętlą są w stanie zapewnić bardzo wysoką dokładność obrabiarek.
III. Wniosek
Podsumowując, można zauważyć, że teoretycznie, jeśli nie zostaną uwzględnione czynniki zewnętrzne, sterowanie w pełnej-pętli-zamkniętej może poprawić podstawową dokładność pozycjonowania w porównaniu ze sterowaniem w pętli pół-zamkniętej-. Jeśli jednak czynniki takie jak wytwarzanie ciepła przez obrabiarki, zanieczyszczenie środowiska, wzrost temperatury, wibracje i instalacja nie zostaną skutecznie wyeliminowane, sterowanie w pełnej-pętli-zamkniętej może być gorsze od sterowania w pętli pół-zamkniętej-. Może to być skuteczne na krótką metę, ale z biegiem czasu wpływ pyłu i wahań temperatury na skalę poważnie wpłynie na dane zwrotne z pomiaru, czyniąc go nieskutecznym. Ponadto awarie wagi będą generować alarmy, powodując zatrzymanie pracy obrabiarki.
W przypadku obrabiarek niskiego- i średniego-zakresu, ze względu na koszty i konkurencyjność, system sterowania w-zamkniętej-pętli jest często uproszczony, z nieodpowiednimi środkami uszczelnienia i kontroli wzrostu temperatury. W takich okolicznościach zwykłe dodanie skali przy wysokich kosztach nie poprawi dokładności obrabiarki.
