Анализа и оптимизација фактора који утичу на димензионалну тачност обраде обрадних центара
Апстракт: Овај рад детаљно истражује различите факторе који утичу на димензионалну тачност обраде обрадних центара и дели их у две категорије: факторе које је могуће избећи и факторе које је могуће неуклонити. За факторе које је могуће избећи, као што су процеси обраде, нумерички прорачуни у ручном и аутоматском програмирању, елементи за сечење и подешавање алата итд., дата су детаљна разматрања и предложене су одговарајуће мере оптимизације. За факторе који се могу неуклонити, укључујући деформацију хлађења обратка и стабилност саме алатне машине, анализирани су узроци и механизми утицаја. Циљ је да се обезбеде свеобухватне референтне информације за техничаре који се баве радом и управљањем обрадним центрима, како би се побољшао ниво контроле димензионалне тачности обраде обрадних центара и побољшао квалитет производа и ефикасност производње.
I. Увод
Као кључна опрема у модерној машинској обради, димензионална тачност обраде обрадних центара је директно повезана са квалитетом и перформансама производа. У стварном производном процесу, различити фактори ће утицати на димензионалну тачност обраде. Од великог је значаја дубинска анализа ових фактора и тражење ефикасних метода контроле.
Као кључна опрема у модерној машинској обради, димензионална тачност обраде обрадних центара је директно повезана са квалитетом и перформансама производа. У стварном производном процесу, различити фактори ће утицати на димензионалну тачност обраде. Од великог је значаја дубинска анализа ових фактора и тражење ефикасних метода контроле.
II. Фактори утицаја који се могу избећи
(I) Процес обраде
Рационалност процеса обраде у великој мери одређује димензионалну тачност обраде. На основу праћења основних принципа процеса обраде, приликом обраде меких материјала као што су алуминијумски делови, посебну пажњу треба посветити утицају гвоздених опиљака. На пример, током процеса глодања алуминијумских делова, због меке текстуре алуминијума, гвоздене опиљке настале резањем могу огребати обрађену површину, чиме се уводе димензионалне грешке. Да би се смањиле такве грешке, могу се предузети мере као што су оптимизација путање уклањања струготине и побољшање усисавања уређаја за уклањање струготине. У међувремену, у распореду процеса, расподела додатака за грубу и завршну обраду треба да буде разумно планирана. Током грубе обраде, користи се већа дубина резања и брзина помака за брзо уклањање велике количине додатка, али треба резервисати одговарајући додатак за завршну обраду, генерално 0,3 – 0,5 мм, како би се осигурало да завршна обрада може постићи већу димензионалну тачност. Што се тиче употребе стезних уређаја, поред праћења принципа смањења времена стезања и коришћења модуларних стезних уређаја, потребно је осигурати и тачност позиционирања стезних уређаја. На пример, коришћењем високопрецизних лоцирајућих клинова и лоцирајућих површина како би се осигурала тачност позиционирања радног предмета током процеса стезања, избегавајући димензионалне грешке изазване одступањем положаја стезања.
Рационалност процеса обраде у великој мери одређује димензионалну тачност обраде. На основу праћења основних принципа процеса обраде, приликом обраде меких материјала као што су алуминијумски делови, посебну пажњу треба посветити утицају гвоздених опиљака. На пример, током процеса глодања алуминијумских делова, због меке текстуре алуминијума, гвоздене опиљке настале резањем могу огребати обрађену површину, чиме се уводе димензионалне грешке. Да би се смањиле такве грешке, могу се предузети мере као што су оптимизација путање уклањања струготине и побољшање усисавања уређаја за уклањање струготине. У међувремену, у распореду процеса, расподела додатака за грубу и завршну обраду треба да буде разумно планирана. Током грубе обраде, користи се већа дубина резања и брзина помака за брзо уклањање велике количине додатка, али треба резервисати одговарајући додатак за завршну обраду, генерално 0,3 – 0,5 мм, како би се осигурало да завршна обрада може постићи већу димензионалну тачност. Што се тиче употребе стезних уређаја, поред праћења принципа смањења времена стезања и коришћења модуларних стезних уређаја, потребно је осигурати и тачност позиционирања стезних уређаја. На пример, коришћењем високопрецизних лоцирајућих клинова и лоцирајућих површина како би се осигурала тачност позиционирања радног предмета током процеса стезања, избегавајући димензионалне грешке изазване одступањем положаја стезања.
(II) Нумеричка прорачунавања у ручном и аутоматском програмирању обрадних центара
Било да се ради о ручном или аутоматском програмирању, тачност нумеричких прорачуна је од кључне важности. Током процеса програмирања, то укључује израчунавање путања алата, одређивање координатних тачака итд. На пример, приликом израчунавања путање кружне интерполације, ако се координате центра круга или полупречника погрешно израчунају, то ће неизбежно довести до димензионалних одступања у обради. За програмирање делова сложеног облика, потребан је напредни CAD/CAM софтвер за прецизно моделирање и планирање путања алата. Током коришћења софтвера, треба осигурати да су геометријске димензије модела тачне, а генерисане путање алата треба пажљиво проверити и верификовати. У међувремену, програмери треба да имају солидну математичку основу и богато искуство у програмирању, као и да буду у стању да правилно одаберу инструкције и параметре програмирања у складу са захтевима обраде делова. На пример, приликом програмирања операција бушења, параметри као што су дубина бушења и растојање повлачења треба да буду прецизно подешени како би се избегле димензионалне грешке изазване грешкама у програмирању.
Било да се ради о ручном или аутоматском програмирању, тачност нумеричких прорачуна је од кључне важности. Током процеса програмирања, то укључује израчунавање путања алата, одређивање координатних тачака итд. На пример, приликом израчунавања путање кружне интерполације, ако се координате центра круга или полупречника погрешно израчунају, то ће неизбежно довести до димензионалних одступања у обради. За програмирање делова сложеног облика, потребан је напредни CAD/CAM софтвер за прецизно моделирање и планирање путања алата. Током коришћења софтвера, треба осигурати да су геометријске димензије модела тачне, а генерисане путање алата треба пажљиво проверити и верификовати. У међувремену, програмери треба да имају солидну математичку основу и богато искуство у програмирању, као и да буду у стању да правилно одаберу инструкције и параметре програмирања у складу са захтевима обраде делова. На пример, приликом програмирања операција бушења, параметри као што су дубина бушења и растојање повлачења треба да буду прецизно подешени како би се избегле димензионалне грешке изазване грешкама у програмирању.
(III) Резни елементи и компензација алата
Брзина резања vc, брзина помака f и дубина резања ap имају значајан утицај на тачност димензија обраде. Прекомерна брзина резања може довести до интензивираног хабања алата, што утиче на тачност обраде; прекомерна брзина помака може повећати силу резања, узрокујући деформацију радног предмета или вибрације алата и резултирајући одступањима димензија. На пример, приликом обраде легираних челика високе тврдоће, ако је брзина резања изабрана превисока, сечива алата је склона хабању, што смањује обрађену величину. Разумне параметре резања треба свеобухватно одредити узимајући у обзир различите факторе као што су материјал радног предмета, материјал алата и перформансе машине алата. Генерално, могу се одабрати путем тестова резања или позивањем на релевантне приручнике за сечење. У међувремену, компензација алата је такође важно средство за обезбеђивање тачности обраде. У обрадничким центрима, компензација хабања алата може у реалном времену исправити промене димензија изазване хабањем алата. Оператори треба благовремено да подесе вредност компензације алата у складу са стварним стањем хабања алата. На пример, током континуиране обраде серије делова, димензије обраде се редовно мере. Када се утврди да се димензије постепено повећавају или смањују, вредност компензације алата се модификује како би се осигурала тачност обраде наредних делова.
Брзина резања vc, брзина помака f и дубина резања ap имају значајан утицај на тачност димензија обраде. Прекомерна брзина резања може довести до интензивираног хабања алата, што утиче на тачност обраде; прекомерна брзина помака може повећати силу резања, узрокујући деформацију радног предмета или вибрације алата и резултирајући одступањима димензија. На пример, приликом обраде легираних челика високе тврдоће, ако је брзина резања изабрана превисока, сечива алата је склона хабању, што смањује обрађену величину. Разумне параметре резања треба свеобухватно одредити узимајући у обзир различите факторе као што су материјал радног предмета, материјал алата и перформансе машине алата. Генерално, могу се одабрати путем тестова резања или позивањем на релевантне приручнике за сечење. У међувремену, компензација алата је такође важно средство за обезбеђивање тачности обраде. У обрадничким центрима, компензација хабања алата може у реалном времену исправити промене димензија изазване хабањем алата. Оператори треба благовремено да подесе вредност компензације алата у складу са стварним стањем хабања алата. На пример, током континуиране обраде серије делова, димензије обраде се редовно мере. Када се утврди да се димензије постепено повећавају или смањују, вредност компензације алата се модификује како би се осигурала тачност обраде наредних делова.
(IV) Подешавање алата
Тачност подешавања алата је директно повезана са димензионом тачношћу обраде. Процес подешавања алата је одређивање релативног положаја између алата и радног комада. Ако је подешавање алата нетачно, неизбежно ће се појавити димензионалне грешке у обрађеним деловима. Избор високопрецизног детектора ивица једна је од важних мера за побољшање тачности подешавања алата. На пример, коришћењем оптичког детектора ивица, положај алата и ивица радног комада могу се прецизно детектовати, са тачношћу од ±0,005 мм. Код обрадних центара опремљених аутоматским подешавачем алата, његове функције се могу у потпуности искористити за постизање брзог и прецизног подешавања алата. Током операције подешавања алата, треба обратити пажњу и на чистоћу окружења за подешавање алата како би се избегао утицај остатака на тачност подешавања алата. У међувремену, оператери треба строго да се придржавају оперативних процедура подешавања алата и да изврше више мерења и израчунају просечну вредност како би смањили грешку подешавања алата.
Тачност подешавања алата је директно повезана са димензионом тачношћу обраде. Процес подешавања алата је одређивање релативног положаја између алата и радног комада. Ако је подешавање алата нетачно, неизбежно ће се појавити димензионалне грешке у обрађеним деловима. Избор високопрецизног детектора ивица једна је од важних мера за побољшање тачности подешавања алата. На пример, коришћењем оптичког детектора ивица, положај алата и ивица радног комада могу се прецизно детектовати, са тачношћу од ±0,005 мм. Код обрадних центара опремљених аутоматским подешавачем алата, његове функције се могу у потпуности искористити за постизање брзог и прецизног подешавања алата. Током операције подешавања алата, треба обратити пажњу и на чистоћу окружења за подешавање алата како би се избегао утицај остатака на тачност подешавања алата. У међувремену, оператери треба строго да се придржавају оперативних процедура подешавања алата и да изврше више мерења и израчунају просечну вредност како би смањили грешку подешавања алата.
III. Неодољиви фактори
(I) Деформација хлађењем обрадних комада након машинске обраде
Обрадци ће генерисати топлоту током процеса обраде и деформисаће се због ефекта термичког ширења и скупљања приликом хлађења након обраде. Ова појава је уобичајена код обраде метала и тешко ју је у потпуности избећи. На пример, за неке велике конструкционе делове од легура алуминијума, топлота која се генерише током обраде је релативно висока, а скупљање величине је очигледно након хлађења. Да би се смањио утицај деформације хлађења на тачност димензија, расхладна течност се може разумно користити током процеса обраде. Расхладна течност не само да може смањити температуру резања и хабање алата, већ и учинити да се обрадак равномерно охлади и смањи степен термичке деформације. Приликом избора расхладне течности, требало би да се заснива на материјалу обрадка и захтевима процеса обраде. На пример, за обраду алуминијумских делова, може се одабрати посебна течност за резање од легуре алуминијума, која има добра својства хлађења и подмазивања. Поред тога, приликом мерења на лицу места, треба у потпуности узети у обзир утицај времена хлађења на величину обрадка. Генерално, мерење треба извршити након што се обрадак охлади на собну температуру, или се могу проценити промене димензија током процеса хлађења и резултати мерења се могу кориговати према емпиријским подацима.
Обрадци ће генерисати топлоту током процеса обраде и деформисаће се због ефекта термичког ширења и скупљања приликом хлађења након обраде. Ова појава је уобичајена код обраде метала и тешко ју је у потпуности избећи. На пример, за неке велике конструкционе делове од легура алуминијума, топлота која се генерише током обраде је релативно висока, а скупљање величине је очигледно након хлађења. Да би се смањио утицај деформације хлађења на тачност димензија, расхладна течност се може разумно користити током процеса обраде. Расхладна течност не само да може смањити температуру резања и хабање алата, већ и учинити да се обрадак равномерно охлади и смањи степен термичке деформације. Приликом избора расхладне течности, требало би да се заснива на материјалу обрадка и захтевима процеса обраде. На пример, за обраду алуминијумских делова, може се одабрати посебна течност за резање од легуре алуминијума, која има добра својства хлађења и подмазивања. Поред тога, приликом мерења на лицу места, треба у потпуности узети у обзир утицај времена хлађења на величину обрадка. Генерално, мерење треба извршити након што се обрадак охлади на собну температуру, или се могу проценити промене димензија током процеса хлађења и резултати мерења се могу кориговати према емпиријским подацима.
(II) Стабилност самог обрадне машине
Механички аспекти
Отпуштање везе између серво мотора и завртња: Отпуштање везе између серво мотора и завртња довешће до смањења тачности преноса. Током процеса обраде, када се мотор окреће, отпуштена веза ће узроковати кашњење или неравномерност ротације завртња, што ће довести до одступања путање кретања алата од идеалног положаја и резултирати димензионалним грешкама. На пример, током високопрецизне контурне обраде, ово отпуштање може проузроковати одступања у облику обрађене контуре, као што је непоштовање захтева у погледу праволинијскости и округлости. Редовна провера и затезање спојних вијака између серво мотора и завртња је кључна мера за спречавање таквих проблема. У међувремену, навртке против отпуштања или средства за осигуравање навоја могу се користити за побољшање поузданости везе.
Отпуштање везе између серво мотора и завртња: Отпуштање везе између серво мотора и завртња довешће до смањења тачности преноса. Током процеса обраде, када се мотор окреће, отпуштена веза ће узроковати кашњење или неравномерност ротације завртња, што ће довести до одступања путање кретања алата од идеалног положаја и резултирати димензионалним грешкама. На пример, током високопрецизне контурне обраде, ово отпуштање може проузроковати одступања у облику обрађене контуре, као што је непоштовање захтева у погледу праволинијскости и округлости. Редовна провера и затезање спојних вијака између серво мотора и завртња је кључна мера за спречавање таквих проблема. У међувремену, навртке против отпуштања или средства за осигуравање навоја могу се користити за побољшање поузданости везе.
Хабање лежајева или навртки кугличног вијака: Куглични вијак је важна компонента за остваривање прецизног кретања у обрадном центру, а хабање његових лежајева или навртки утицаће на тачност преноса вијака. Како се хабање појачава, зазор вијака ће се постепено повећавати, што доводи до неправилног кретања алата током процеса кретања. На пример, током аксијалног сечења, хабање навртке вијака ће учинити позиционирање алата у аксијалном правцу нетачним, што резултира димензионалним грешкама у дужини обрађеног дела. Да би се смањило ово хабање, треба обезбедити добро подмазивање вијака, а маст за подмазивање треба редовно мењати. У међувремену, треба редовно проверавати прецизност кугличног вијака, а када хабање пређе дозвољени опсег, лежајеве или навртке треба благовремено заменити.
Недовољно подмазивање између завртња и навртке: Недовољно подмазивање ће повећати трење између завртња и навртке, не само да ће убрзати хабање компоненти, већ ће изазвати и неравномерни отпор кретања и утицати на тачност обраде. Током процеса обраде може доћи до феномена „пузања“, односно алат ће имати повремене паузе и скокове када се креће малом брзином, што ће погоршати квалитет обрађене површине и отежати гарантовање тачности димензија. Према упутству за употребу машине, маст за подмазивање или уље за подмазивање треба редовно проверавати и допуњавати како би се осигурало да су завртањ и навртка у добром стању подмазивања. У међувремену, могу се одабрати високо ефикасни производи за подмазивање како би се побољшао ефекат подмазивања и смањило трење.
Електрични аспекти
Квар серво мотора: Квар серво мотора директно ће утицати на контролу кретања алата. На пример, кратки спој или отворено коло намотаја мотора ће проузроковати да мотор неће моћи нормално да ради или да има нестабилан излазни обртни момент, што ће онемогућити кретање алата према унапред одређеној путањи и резултирати димензионалним грешкама. Поред тога, квар енкодера мотора ће утицати на тачност сигнала повратне спреге о положају, што ће довести до тога да систем управљања алатном машином неће моћи прецизно да контролише положај алата. Треба редовно одржавати серво мотор, укључујући проверу електричних параметара мотора, чишћење вентилатора за хлађење мотора и детекцију радног стања енкодера итд., како би се благовремено откриле и елиминисале потенцијалне опасности од квара.
Квар серво мотора: Квар серво мотора директно ће утицати на контролу кретања алата. На пример, кратки спој или отворено коло намотаја мотора ће проузроковати да мотор неће моћи нормално да ради или да има нестабилан излазни обртни момент, што ће онемогућити кретање алата према унапред одређеној путањи и резултирати димензионалним грешкама. Поред тога, квар енкодера мотора ће утицати на тачност сигнала повратне спреге о положају, што ће довести до тога да систем управљања алатном машином неће моћи прецизно да контролише положај алата. Треба редовно одржавати серво мотор, укључујући проверу електричних параметара мотора, чишћење вентилатора за хлађење мотора и детекцију радног стања енкодера итд., како би се благовремено откриле и елиминисале потенцијалне опасности од квара.
Прљавштина унутар решеткасте скале: Решетаста скала је важан сензор који се користи у обрадном центру за мерење положаја и кретања алата. Ако постоји прљавштина унутар решеткасте скале, то ће утицати на тачност очитавања решеткасте скале, што ће довести до тога да систем управљања машином добија нетачне информације о положају и резултира одступањима у димензијама обраде. На пример, приликом обраде високопрецизних система рупа, због грешке решеткасте скале, тачност положаја рупа може премашити толеранцију. Треба редовно чистити и одржавати решеткасту скалу, користећи посебне алате за чишћење и средства за чишћење, и пратећи исправне поступке рада како би се избегло оштећење решеткасте скале.
Квар серво појачала: Функција серво појачала је да појача командни сигнал који издаје контролни систем, а затим покрене серво мотор. Када серво појачало откаже, као што је оштећење напајачке цеви или ненормалан фактор појачања, серво мотор ће радити нестабилно, што ће утицати на тачност обраде. На пример, може довести до флуктуације брзине мотора, што ће довести до неравномерног померања алата током процеса сечења, повећања храпавости површине обрађеног дела и смањења тачности димензија. Треба успоставити савршен механизам за детекцију и поправку електричних кварова алатних машина, а професионално особље за поправке електричара треба да буде опремљено за благовремену дијагностику и поправку кварова електричних компоненти као што је серво појачало.
IV. Закључак
Постоје бројни фактори који утичу на димензионалну тачност обраде обрадних центара. Фактори који се могу избећи, као што су процеси обраде, нумерички прорачуни у програмирању, елементи сечења и подешавање алата, могу се ефикасно контролисати оптимизацијом процесних шема, побољшањем нивоа програмирања, разумним избором параметара резања и прецизним подешавањем алата. Неодољиви фактори као што су деформација хлађења обратка и стабилност саме алатне машине, иако их је тешко потпуно елиминисати, могу се смањити у свом утицају на тачност обраде коришћењем разумних процесних мера као што су употреба расхладне течности, редовно одржавање и откривање и поправка алатне машине. У стварном производном процесу, оператери и технички менаџери обрадних центара треба у потпуности да разумеју ове факторе утицаја и да предузму циљане мере за превенцију и контролу како би континуирано побољшавали димензионалну тачност обраде обрадних центара, осигурали да квалитет производа испуњава захтеве и повећали конкурентност предузећа на тржишту.
Постоје бројни фактори који утичу на димензионалну тачност обраде обрадних центара. Фактори који се могу избећи, као што су процеси обраде, нумерички прорачуни у програмирању, елементи сечења и подешавање алата, могу се ефикасно контролисати оптимизацијом процесних шема, побољшањем нивоа програмирања, разумним избором параметара резања и прецизним подешавањем алата. Неодољиви фактори као што су деформација хлађења обратка и стабилност саме алатне машине, иако их је тешко потпуно елиминисати, могу се смањити у свом утицају на тачност обраде коришћењем разумних процесних мера као што су употреба расхладне течности, редовно одржавање и откривање и поправка алатне машине. У стварном производном процесу, оператери и технички менаџери обрадних центара треба у потпуности да разумеју ове факторе утицаја и да предузму циљане мере за превенцију и контролу како би континуирано побољшавали димензионалну тачност обраде обрадних центара, осигурали да квалитет производа испуњава захтеве и повећали конкурентност предузећа на тржишту.