Analiza i optimizacija faktora koji utječu na dimenzijsku točnost obrade obradnih centara
Sažetak: Ovaj rad temeljito istražuje različite čimbenike koji utječu na dimenzijsku točnost obrade obradnih centara i dijeli ih u dvije kategorije: čimbenike koje je moguće izbjeći i čimbenike koje je moguće izbjeći. Za čimbenike koje je moguće izbjeći, kao što su procesi obrade, numerički izračuni u ručnom i automatskom programiranju, elementi za rezanje i podešavanje alata itd., izrađene su detaljne elaboracije i predložene su odgovarajuće optimizacijske mjere. Za čimbenike koji se mogu izbjeći, uključujući deformaciju obratka zbog hlađenja i stabilnost samog alatnog stroja, analizirani su uzroci i mehanizmi utjecaja. Cilj je pružiti sveobuhvatne referentne informacije za tehničare koji se bave radom i upravljanjem obradnim centrima, kako bi se poboljšala razina kontrole dimenzijske točnosti obrade obradnih centara te povećala kvaliteta proizvoda i učinkovitost proizvodnje.
I. Uvod
Kao ključna oprema u modernoj strojnoj obradi, točnost dimenzija obrade obradnih centara izravno je povezana s kvalitetom i performansama proizvoda. U stvarnom proizvodnom procesu, različiti čimbenici utjecat će na točnost dimenzija obrade. Od velike je važnosti dubinska analiza tih čimbenika i traženje učinkovitih metoda kontrole.
Kao ključna oprema u modernoj strojnoj obradi, točnost dimenzija obrade obradnih centara izravno je povezana s kvalitetom i performansama proizvoda. U stvarnom proizvodnom procesu, različiti čimbenici utjecat će na točnost dimenzija obrade. Od velike je važnosti dubinska analiza tih čimbenika i traženje učinkovitih metoda kontrole.
II. Čimbenici utjecaja koji se mogu izbjeći
(I) Proces obrade
Racionalnost procesa obrade uvelike određuje dimenzijsku točnost obrade. Na temelju pridržavanja osnovnih principa procesa obrade, prilikom obrade mekih materijala poput aluminijskih dijelova, posebnu pozornost treba posvetiti utjecaju željeznih strugotina. Na primjer, tijekom procesa glodanja aluminijskih dijelova, zbog meke teksture aluminija, željezne strugotine nastale rezanjem vjerojatno će ogrebati obrađenu površinu, čime će se uvesti dimenzijske pogreške. Kako bi se smanjile takve pogreške, mogu se poduzeti mjere poput optimizacije putanje uklanjanja strugotine i poboljšanja usisavanja uređaja za uklanjanje strugotine. U međuvremenu, u rasporedu procesa treba razumno planirati raspodjelu dodataka za grubu i završnu obradu. Tijekom grube obrade koriste se veća dubina rezanja i brzina pomaka za brzo uklanjanje velike količine dodatka, ali treba rezervirati odgovarajući dodatak za završnu obradu, općenito 0,3 – 0,5 mm, kako bi se osiguralo da završna obrada može postići veću dimenzijsku točnost. Što se tiče korištenja steznih uređaja, osim pridržavanja principa smanjenja vremena stezanja i korištenja modularnih steznih uređaja, potrebno je osigurati i točnost pozicioniranja steznih uređaja. Na primjer, korištenjem visokopreciznih locirajućih klinova i locirajućih površina kako bi se osigurala točnost položaja obratka tijekom procesa stezanja, izbjegavajući dimenzijske pogreške uzrokovane odstupanjem položaja stezanja.
Racionalnost procesa obrade uvelike određuje dimenzijsku točnost obrade. Na temelju pridržavanja osnovnih principa procesa obrade, prilikom obrade mekih materijala poput aluminijskih dijelova, posebnu pozornost treba posvetiti utjecaju željeznih strugotina. Na primjer, tijekom procesa glodanja aluminijskih dijelova, zbog meke teksture aluminija, željezne strugotine nastale rezanjem vjerojatno će ogrebati obrađenu površinu, čime će se uvesti dimenzijske pogreške. Kako bi se smanjile takve pogreške, mogu se poduzeti mjere poput optimizacije putanje uklanjanja strugotine i poboljšanja usisavanja uređaja za uklanjanje strugotine. U međuvremenu, u rasporedu procesa treba razumno planirati raspodjelu dodataka za grubu i završnu obradu. Tijekom grube obrade koriste se veća dubina rezanja i brzina pomaka za brzo uklanjanje velike količine dodatka, ali treba rezervirati odgovarajući dodatak za završnu obradu, općenito 0,3 – 0,5 mm, kako bi se osiguralo da završna obrada može postići veću dimenzijsku točnost. Što se tiče korištenja steznih uređaja, osim pridržavanja principa smanjenja vremena stezanja i korištenja modularnih steznih uređaja, potrebno je osigurati i točnost pozicioniranja steznih uređaja. Na primjer, korištenjem visokopreciznih locirajućih klinova i locirajućih površina kako bi se osigurala točnost položaja obratka tijekom procesa stezanja, izbjegavajući dimenzijske pogreške uzrokovane odstupanjem položaja stezanja.
(II) Numerički izračuni u ručnom i automatskom programiranju obradnih centara
Bilo da se radi o ručnom ili automatskom programiranju, točnost numeričkih izračuna je od ključne važnosti. Tijekom procesa programiranja uključuje izračun putanja alata, određivanje koordinatnih točaka itd. Na primjer, prilikom izračuna putanje kružne interpolacije, ako se koordinate središta kruga ili polumjera netočno izračunaju, to će neizbježno dovesti do dimenzijskih odstupanja obrade. Za programiranje dijelova složenog oblika potreban je napredni CAD/CAM softver za precizno modeliranje i planiranje putanja alata. Tijekom korištenja softvera treba osigurati točnost geometrijskih dimenzija modela, a generirane putanje alata treba pažljivo provjeriti i verificirati. U međuvremenu, programeri bi trebali imati čvrstu matematičku osnovu i bogato iskustvo u programiranju te biti u stanju ispravno odabrati instrukcije i parametre programiranja prema zahtjevima obrade dijelova. Na primjer, prilikom programiranja operacija bušenja, parametri poput dubine bušenja i udaljenosti povlačenja trebaju biti točno postavljeni kako bi se izbjegle dimenzijske pogreške uzrokovane pogreškama u programiranju.
Bilo da se radi o ručnom ili automatskom programiranju, točnost numeričkih izračuna je od ključne važnosti. Tijekom procesa programiranja uključuje izračun putanja alata, određivanje koordinatnih točaka itd. Na primjer, prilikom izračuna putanje kružne interpolacije, ako se koordinate središta kruga ili polumjera netočno izračunaju, to će neizbježno dovesti do dimenzijskih odstupanja obrade. Za programiranje dijelova složenog oblika potreban je napredni CAD/CAM softver za precizno modeliranje i planiranje putanja alata. Tijekom korištenja softvera treba osigurati točnost geometrijskih dimenzija modela, a generirane putanje alata treba pažljivo provjeriti i verificirati. U međuvremenu, programeri bi trebali imati čvrstu matematičku osnovu i bogato iskustvo u programiranju te biti u stanju ispravno odabrati instrukcije i parametre programiranja prema zahtjevima obrade dijelova. Na primjer, prilikom programiranja operacija bušenja, parametri poput dubine bušenja i udaljenosti povlačenja trebaju biti točno postavljeni kako bi se izbjegle dimenzijske pogreške uzrokovane pogreškama u programiranju.
(III) Rezni elementi i kompenzacija alata
Brzina rezanja vc, brzina pomaka f i dubina rezanja ap imaju značajan utjecaj na točnost dimenzija obrade. Prekomjerna brzina rezanja može dovesti do pojačanog trošenja alata, što utječe na točnost obrade; prekomjerna brzina pomaka može povećati silu rezanja, uzrokujući deformaciju obratka ili vibracije alata i rezultirajući odstupanjima dimenzija. Na primjer, pri obradi legiranih čelika visoke tvrdoće, ako je brzina rezanja odabrana previsoka, rezna oštrica alata sklona je trošenju, što smanjuje obrađenu veličinu. Razumne parametre rezanja treba sveobuhvatno odrediti uzimajući u obzir različite čimbenike kao što su materijal obratka, materijal alata i performanse alatnog stroja. Općenito, mogu se odabrati testovima rezanja ili pozivanjem na relevantne priručnike za rezanje. U međuvremenu, kompenzacija alata također je važno sredstvo za osiguranje točnosti obrade. U obradnim centrima, kompenzacija trošenja alata može u stvarnom vremenu ispraviti promjene dimenzija uzrokovane trošenjem alata. Operateri bi trebali pravovremeno prilagoditi vrijednost kompenzacije alata prema stvarnom stanju trošenja alata. Na primjer, tijekom kontinuirane obrade serije dijelova, dimenzije obrade se redovito mjere. Kada se utvrdi da se dimenzije postupno povećavaju ili smanjuju, vrijednost kompenzacije alata se modificira kako bi se osigurala točnost obrade sljedećih dijelova.
Brzina rezanja vc, brzina pomaka f i dubina rezanja ap imaju značajan utjecaj na točnost dimenzija obrade. Prekomjerna brzina rezanja može dovesti do pojačanog trošenja alata, što utječe na točnost obrade; prekomjerna brzina pomaka može povećati silu rezanja, uzrokujući deformaciju obratka ili vibracije alata i rezultirajući odstupanjima dimenzija. Na primjer, pri obradi legiranih čelika visoke tvrdoće, ako je brzina rezanja odabrana previsoka, rezna oštrica alata sklona je trošenju, što smanjuje obrađenu veličinu. Razumne parametre rezanja treba sveobuhvatno odrediti uzimajući u obzir različite čimbenike kao što su materijal obratka, materijal alata i performanse alatnog stroja. Općenito, mogu se odabrati testovima rezanja ili pozivanjem na relevantne priručnike za rezanje. U međuvremenu, kompenzacija alata također je važno sredstvo za osiguranje točnosti obrade. U obradnim centrima, kompenzacija trošenja alata može u stvarnom vremenu ispraviti promjene dimenzija uzrokovane trošenjem alata. Operateri bi trebali pravovremeno prilagoditi vrijednost kompenzacije alata prema stvarnom stanju trošenja alata. Na primjer, tijekom kontinuirane obrade serije dijelova, dimenzije obrade se redovito mjere. Kada se utvrdi da se dimenzije postupno povećavaju ili smanjuju, vrijednost kompenzacije alata se modificira kako bi se osigurala točnost obrade sljedećih dijelova.
(IV) Podešavanje alata
Točnost podešavanja alata izravno je povezana s dimenzijskom točnošću obrade. Proces podešavanja alata služi za određivanje relativnog položaja alata i obratka. Ako je podešavanje alata netočno, neizbježno će se pojaviti dimenzijske pogreške u obrađenim dijelovima. Odabir visokopreciznog tražila ruba jedna je od važnih mjera za poboljšanje točnosti podešavanja alata. Na primjer, korištenjem optičkog tražila ruba, položaj alata i ruba obratka može se točno detektirati, s točnošću od ±0,005 mm. Za obradne centre opremljene automatskim tražilom alata, njegove se funkcije mogu u potpunosti iskoristiti za postizanje brzog i točnog podešavanja alata. Tijekom operacije podešavanja alata, pozornost treba posvetiti i čistoći okoline za podešavanje alata kako bi se izbjegao utjecaj krhotina na točnost podešavanja alata. U međuvremenu, operateri bi trebali strogo slijediti radne postupke podešavanja alata te izvršiti više mjerenja i izračunati prosječnu vrijednost kako bi se smanjila pogreška podešavanja alata.
Točnost podešavanja alata izravno je povezana s dimenzijskom točnošću obrade. Proces podešavanja alata služi za određivanje relativnog položaja alata i obratka. Ako je podešavanje alata netočno, neizbježno će se pojaviti dimenzijske pogreške u obrađenim dijelovima. Odabir visokopreciznog tražila ruba jedna je od važnih mjera za poboljšanje točnosti podešavanja alata. Na primjer, korištenjem optičkog tražila ruba, položaj alata i ruba obratka može se točno detektirati, s točnošću od ±0,005 mm. Za obradne centre opremljene automatskim tražilom alata, njegove se funkcije mogu u potpunosti iskoristiti za postizanje brzog i točnog podešavanja alata. Tijekom operacije podešavanja alata, pozornost treba posvetiti i čistoći okoline za podešavanje alata kako bi se izbjegao utjecaj krhotina na točnost podešavanja alata. U međuvremenu, operateri bi trebali strogo slijediti radne postupke podešavanja alata te izvršiti više mjerenja i izračunati prosječnu vrijednost kako bi se smanjila pogreška podešavanja alata.
III. Neodoljivi čimbenici
(I) Deformacija obradaka hlađenjem nakon strojne obrade
Obradci će tijekom procesa obrade stvarati toplinu, a deformirat će se zbog toplinskog širenja i skupljanja prilikom hlađenja nakon obrade. Ova pojava je uobičajena kod obrade metala i teško ju je u potpunosti izbjeći. Na primjer, za neke velike konstrukcijske dijelove od aluminijskih legura, toplina koja se stvara tijekom obrade je relativno visoka, a skupljanje veličine je očito nakon hlađenja. Kako bi se smanjio utjecaj deformacije hlađenjem na dimenzijsku točnost, rashladno sredstvo se može razumno koristiti tijekom procesa obrade. Rashladno sredstvo ne samo da može smanjiti temperaturu rezanja i trošenje alata, već i ravnomjerno ohladiti obratak i smanjiti stupanj toplinske deformacije. Prilikom odabira rashladnog sredstva, ono treba biti temeljeno na materijalu obratka i zahtjevima procesa obrade. Na primjer, za obradu aluminijskih dijelova može se odabrati posebna tekućina za rezanje od aluminijske legure koja ima dobra svojstva hlađenja i podmazivanja. Osim toga, prilikom mjerenja na licu mjesta treba u potpunosti uzeti u obzir utjecaj vremena hlađenja na veličinu obratka. Općenito, mjerenje treba provesti nakon što se obratak ohladi na sobnu temperaturu ili se mogu procijeniti dimenzijske promjene tijekom procesa hlađenja i rezultati mjerenja mogu se ispraviti prema empirijskim podacima.
Obradci će tijekom procesa obrade stvarati toplinu, a deformirat će se zbog toplinskog širenja i skupljanja prilikom hlađenja nakon obrade. Ova pojava je uobičajena kod obrade metala i teško ju je u potpunosti izbjeći. Na primjer, za neke velike konstrukcijske dijelove od aluminijskih legura, toplina koja se stvara tijekom obrade je relativno visoka, a skupljanje veličine je očito nakon hlađenja. Kako bi se smanjio utjecaj deformacije hlađenjem na dimenzijsku točnost, rashladno sredstvo se može razumno koristiti tijekom procesa obrade. Rashladno sredstvo ne samo da može smanjiti temperaturu rezanja i trošenje alata, već i ravnomjerno ohladiti obratak i smanjiti stupanj toplinske deformacije. Prilikom odabira rashladnog sredstva, ono treba biti temeljeno na materijalu obratka i zahtjevima procesa obrade. Na primjer, za obradu aluminijskih dijelova može se odabrati posebna tekućina za rezanje od aluminijske legure koja ima dobra svojstva hlađenja i podmazivanja. Osim toga, prilikom mjerenja na licu mjesta treba u potpunosti uzeti u obzir utjecaj vremena hlađenja na veličinu obratka. Općenito, mjerenje treba provesti nakon što se obratak ohladi na sobnu temperaturu ili se mogu procijeniti dimenzijske promjene tijekom procesa hlađenja i rezultati mjerenja mogu se ispraviti prema empirijskim podacima.
(II) Stabilnost samog obradnog centra
Mehanički aspekti
Otpuštanje između servo motora i vijka: Otpuštanje veze između servo motora i vijka dovest će do smanjenja točnosti prijenosa. Tijekom procesa obrade, kada se motor okreće, otpuštena veza uzrokovat će kašnjenje ili neravnomjernu rotaciju vijka, što će uzrokovati odstupanje putanje kretanja alata od idealnog položaja i rezultirati dimenzijskim pogreškama. Na primjer, tijekom visokoprecizne konturne obrade, ovo otpuštanje može uzrokovati odstupanja u obliku obrađene konture, kao što je neispunjavanje zahtjeva u pogledu ravnosti i zaobljenosti. Redovita provjera i zatezanje spojnih vijaka između servo motora i vijka ključna je mjera za sprječavanje takvih problema. U međuvremenu, matice protiv otpuštanja ili sredstva za osiguranje navoja mogu se koristiti za povećanje pouzdanosti veze.
Otpuštanje između servo motora i vijka: Otpuštanje veze između servo motora i vijka dovest će do smanjenja točnosti prijenosa. Tijekom procesa obrade, kada se motor okreće, otpuštena veza uzrokovat će kašnjenje ili neravnomjernu rotaciju vijka, što će uzrokovati odstupanje putanje kretanja alata od idealnog položaja i rezultirati dimenzijskim pogreškama. Na primjer, tijekom visokoprecizne konturne obrade, ovo otpuštanje može uzrokovati odstupanja u obliku obrađene konture, kao što je neispunjavanje zahtjeva u pogledu ravnosti i zaobljenosti. Redovita provjera i zatezanje spojnih vijaka između servo motora i vijka ključna je mjera za sprječavanje takvih problema. U međuvremenu, matice protiv otpuštanja ili sredstva za osiguranje navoja mogu se koristiti za povećanje pouzdanosti veze.
Trošenje ležajeva ili matica kugličnog vijka: Kuglično vijčano ...
Nedovoljno podmazivanje između vijka i matice: Nedovoljno podmazivanje povećat će trenje između vijka i matice, ne samo ubrzavajući trošenje komponenti, već uzrokujući i neravnomjeran otpor kretanju i utječući na točnost obrade. Tijekom procesa obrade može se pojaviti fenomen puzanja, odnosno alat će imati povremene pauze i skokove pri kretanju malom brzinom, što pogoršava kvalitetu obrađene površine i otežava jamčenje točnosti dimenzija. Prema priručniku za uporabu alatnog stroja, mast za podmazivanje ili ulje za podmazivanje treba redovito provjeravati i nadopunjavati kako bi se osiguralo da su vijak i matica u dobrom stanju podmazivanja. U međuvremenu, mogu se odabrati visokoučinkoviti proizvodi za podmazivanje kako bi se poboljšao učinak podmazivanja i smanjilo trenje.
Električni aspekti
Kvar servo motora: Kvar servo motora izravno će utjecati na upravljanje kretanjem alata. Na primjer, kratki spoj ili otvoreni krug namota motora uzrokovat će da motor neće moći normalno raditi ili da ima nestabilan izlazni moment, što će onemogućiti kretanje alata prema unaprijed određenoj putanji i rezultirati dimenzijskim pogreškama. Osim toga, kvar enkodera motora utjecat će na točnost signala povratne informacije o položaju, uzrokujući da upravljački sustav alatnog stroja neće moći precizno kontrolirati položaj alata. Treba provoditi redovito održavanje servo motora, uključujući provjeru električnih parametara motora, čišćenje ventilatora za hlađenje motora i otkrivanje radnog stanja enkodera itd., kako bi se pravovremeno otkrile i uklonile potencijalne opasnosti od kvara.
Kvar servo motora: Kvar servo motora izravno će utjecati na upravljanje kretanjem alata. Na primjer, kratki spoj ili otvoreni krug namota motora uzrokovat će da motor neće moći normalno raditi ili da ima nestabilan izlazni moment, što će onemogućiti kretanje alata prema unaprijed određenoj putanji i rezultirati dimenzijskim pogreškama. Osim toga, kvar enkodera motora utjecat će na točnost signala povratne informacije o položaju, uzrokujući da upravljački sustav alatnog stroja neće moći precizno kontrolirati položaj alata. Treba provoditi redovito održavanje servo motora, uključujući provjeru električnih parametara motora, čišćenje ventilatora za hlađenje motora i otkrivanje radnog stanja enkodera itd., kako bi se pravovremeno otkrile i uklonile potencijalne opasnosti od kvara.
Prljavština unutar rešetkaste skale: Rešetkasta skala je važan senzor koji se koristi u obradnom centru za mjerenje položaja i pomaka alata. Ako postoji prljavština unutar rešetkaste skale, to će utjecati na točnost očitanja rešetkaste skale, zbog čega će upravljački sustav alatnog stroja primati netočne informacije o položaju i rezultirati odstupanjima dimenzija obrade. Na primjer, prilikom obrade visokopreciznih sustava rupa, zbog pogreške rešetkaste skale, točnost položaja rupa može premašiti toleranciju. Treba redovito čistiti i održavati rešetkastu skalu, koristeći posebne alate za čišćenje i sredstva za čišćenje te slijedeći ispravne postupke rada kako bi se izbjeglo oštećenje rešetkaste skale.
Kvar servo pojačala: Funkcija servo pojačala je pojačati naredbeni signal koji izdaje upravljački sustav, a zatim pokrenuti servo motor. Kada servo pojačalo zakaže, primjerice kada je oštećena cijev za napajanje ili je faktor pojačanja abnormalan, to će uzrokovati nestabilnost servo motora, što utječe na točnost obrade. Na primjer, može uzrokovati fluktuaciju brzine motora, što čini brzinu pomaka alata tijekom procesa rezanja neravnomjernom, povećava hrapavost površine obrađenog dijela i smanjuje dimenzijsku točnost. Treba uspostaviti savršen mehanizam za otkrivanje i popravak električnih kvarova alatnog stroja, a profesionalno osoblje za popravak električnih uređaja treba biti opremljeno za pravovremenu dijagnostiku i popravak kvarova električnih komponenti poput servo pojačala.
IV. Zaključak
Brojni su čimbenici koji utječu na točnost dimenzija obrade obradnih centara. Čimbenici koji se mogu izbjeći, poput procesa obrade, numeričkih izračuna u programiranju, elemenata rezanja i podešavanja alata, mogu se učinkovito kontrolirati optimizacijom procesnih shema, poboljšanjem razina programiranja, razumnim odabirom parametara rezanja i točnim podešavanjem alata. Neodoljivi čimbenici poput deformacije hlađenja obratka i stabilnosti samog alatnog stroja, iako ih je teško u potpunosti ukloniti, mogu se smanjiti u svom utjecaju na točnost obrade korištenjem razumnih procesnih mjera kao što su upotreba rashladne tekućine, redovito održavanje te otkrivanje i popravak alatnog stroja. U stvarnom proizvodnom procesu, operateri i tehnički voditelji obradnih centara trebali bi u potpunosti razumjeti ove utjecajne čimbenike i poduzeti ciljane mjere za prevenciju i kontrolu kako bi kontinuirano poboljšavali točnost dimenzija obrade obradnih centara, osigurali da kvaliteta proizvoda zadovoljava zahtjeve i povećali konkurentnost poduzeća na tržištu.
Brojni su čimbenici koji utječu na točnost dimenzija obrade obradnih centara. Čimbenici koji se mogu izbjeći, poput procesa obrade, numeričkih izračuna u programiranju, elemenata rezanja i podešavanja alata, mogu se učinkovito kontrolirati optimizacijom procesnih shema, poboljšanjem razina programiranja, razumnim odabirom parametara rezanja i točnim podešavanjem alata. Neodoljivi čimbenici poput deformacije hlađenja obratka i stabilnosti samog alatnog stroja, iako ih je teško u potpunosti ukloniti, mogu se smanjiti u svom utjecaju na točnost obrade korištenjem razumnih procesnih mjera kao što su upotreba rashladne tekućine, redovito održavanje te otkrivanje i popravak alatnog stroja. U stvarnom proizvodnom procesu, operateri i tehnički voditelji obradnih centara trebali bi u potpunosti razumjeti ove utjecajne čimbenike i poduzeti ciljane mjere za prevenciju i kontrolu kako bi kontinuirano poboljšavali točnost dimenzija obrade obradnih centara, osigurali da kvaliteta proizvoda zadovoljava zahtjeve i povećali konkurentnost poduzeća na tržištu.