Analiza i optimizacija faktora koji utiču na dimenzijsku tačnost obrade obradnih centara
Sažetak: Ovaj rad detaljno istražuje različite faktore koji utiču na dimenzijsku tačnost obrade obradnih centara i dijeli ih u dvije kategorije: faktore koje je moguće izbjeći i faktore koje je moguće izbjeći. Za faktore koje je moguće izbjeći, kao što su procesi obrade, numerički proračuni u ručnom i automatskom programiranju, elementi za rezanje i podešavanje alata itd., data su detaljna objašnjenja i predložene su odgovarajuće mjere optimizacije. Za faktore koje je moguće izbjeći, uključujući deformaciju obratka usljed hlađenja i stabilnost same alatne mašine, analizirani su uzroci i mehanizmi uticaja. Cilj je pružiti sveobuhvatno znanje tehničarima angažovanim u radu i upravljanju obradnim centrima, kako bi se poboljšao nivo kontrole dimenzijske tačnosti obrade obradnih centara i povećao kvalitet proizvoda i efikasnost proizvodnje.
I. Uvod
Kao ključna oprema u modernoj mašinskoj obradi, dimenzijska tačnost obrade obradnih centara direktno je povezana sa kvalitetom i performansama proizvoda. U stvarnom proizvodnom procesu, različiti faktori će uticati na dimenzijsku tačnost obrade. Od velikog je značaja dubinska analiza ovih faktora i pronalaženje efikasnih metoda kontrole.
Kao ključna oprema u modernoj mašinskoj obradi, dimenzijska tačnost obrade obradnih centara direktno je povezana sa kvalitetom i performansama proizvoda. U stvarnom proizvodnom procesu, različiti faktori će uticati na dimenzijsku tačnost obrade. Od velikog je značaja dubinska analiza ovih faktora i pronalaženje efikasnih metoda kontrole.
II. Faktori uticaja koji se mogu izbjeći
(I) Proces obrade
Racionalnost procesa obrade uveliko određuje dimenzijsku tačnost obrade. Na osnovu praćenja osnovnih principa procesa obrade, prilikom obrade mekih materijala kao što su aluminijski dijelovi, posebnu pažnju treba posvetiti utjecaju željeznih strugotina. Na primjer, tokom procesa glodanja aluminijskih dijelova, zbog meke teksture aluminija, željezne strugotine nastale rezanjem vjerovatno će ogrebati obrađenu površinu, čime se uvode dimenzijske greške. Da bi se smanjile takve greške, mogu se poduzeti mjere poput optimizacije putanje uklanjanja strugotine i poboljšanja usisavanja uređaja za uklanjanje strugotine. U međuvremenu, u rasporedu procesa, raspodjela dodataka za grubu i završnu obradu treba biti razumno planirana. Tokom grube obrade, koriste se veća dubina rezanja i brzina posmaka za brzo uklanjanje velike količine dodataka, ali treba rezervisati odgovarajući dodatak za završnu obradu, obično 0,3 – 0,5 mm, kako bi se osiguralo da završna obrada može postići veću dimenzijsku tačnost. Što se tiče korištenja steznih uređaja, pored praćenja principa smanjenja vremena stezanja i korištenja modularnih steznih uređaja, potrebno je osigurati i tačnost pozicioniranja steznih uređaja. Na primjer, korištenjem visokopreciznih locirajućih klinova i locirajućih površina kako bi se osigurala tačnost položaja obratka tokom procesa stezanja, izbjegavajući dimenzijske greške uzrokovane odstupanjem položaja stezanja.
Racionalnost procesa obrade uveliko određuje dimenzijsku tačnost obrade. Na osnovu praćenja osnovnih principa procesa obrade, prilikom obrade mekih materijala kao što su aluminijski dijelovi, posebnu pažnju treba posvetiti utjecaju željeznih strugotina. Na primjer, tokom procesa glodanja aluminijskih dijelova, zbog meke teksture aluminija, željezne strugotine nastale rezanjem vjerovatno će ogrebati obrađenu površinu, čime se uvode dimenzijske greške. Da bi se smanjile takve greške, mogu se poduzeti mjere poput optimizacije putanje uklanjanja strugotine i poboljšanja usisavanja uređaja za uklanjanje strugotine. U međuvremenu, u rasporedu procesa, raspodjela dodataka za grubu i završnu obradu treba biti razumno planirana. Tokom grube obrade, koriste se veća dubina rezanja i brzina posmaka za brzo uklanjanje velike količine dodataka, ali treba rezervisati odgovarajući dodatak za završnu obradu, obično 0,3 – 0,5 mm, kako bi se osiguralo da završna obrada može postići veću dimenzijsku tačnost. Što se tiče korištenja steznih uređaja, pored praćenja principa smanjenja vremena stezanja i korištenja modularnih steznih uređaja, potrebno je osigurati i tačnost pozicioniranja steznih uređaja. Na primjer, korištenjem visokopreciznih locirajućih klinova i locirajućih površina kako bi se osigurala tačnost položaja obratka tokom procesa stezanja, izbjegavajući dimenzijske greške uzrokovane odstupanjem položaja stezanja.
(II) Numerički proračuni u ručnom i automatskom programiranju obradnih centara
Bilo da se radi o ručnom ili automatskom programiranju, tačnost numeričkih proračuna je od ključne važnosti. Tokom procesa programiranja, to uključuje proračun putanja alata, određivanje koordinatnih tačaka itd. Na primjer, prilikom izračunavanja putanje kružne interpolacije, ako se koordinate centra kruga ili radijusa ne izračunaju ispravno, to će neminovno dovesti do dimenzijskih odstupanja u obradi. Za programiranje dijelova složenog oblika, potreban je napredni CAD/CAM softver za precizno modeliranje i planiranje putanja alata. Tokom korištenja softvera, treba osigurati tačnost geometrijskih dimenzija modela, a generirane putanje alata treba pažljivo provjeriti i verificirati. U međuvremenu, programeri trebaju imati solidnu matematičku osnovu i bogato iskustvo u programiranju, te biti u stanju pravilno odabrati instrukcije i parametre programiranja prema zahtjevima obrade dijelova. Na primjer, prilikom programiranja operacija bušenja, parametri kao što su dubina bušenja i udaljenost povlačenja trebaju biti precizno postavljeni kako bi se izbjegle dimenzijske greške uzrokovane greškama u programiranju.
Bilo da se radi o ručnom ili automatskom programiranju, tačnost numeričkih proračuna je od ključne važnosti. Tokom procesa programiranja, to uključuje proračun putanja alata, određivanje koordinatnih tačaka itd. Na primjer, prilikom izračunavanja putanje kružne interpolacije, ako se koordinate centra kruga ili radijusa ne izračunaju ispravno, to će neminovno dovesti do dimenzijskih odstupanja u obradi. Za programiranje dijelova složenog oblika, potreban je napredni CAD/CAM softver za precizno modeliranje i planiranje putanja alata. Tokom korištenja softvera, treba osigurati tačnost geometrijskih dimenzija modela, a generirane putanje alata treba pažljivo provjeriti i verificirati. U međuvremenu, programeri trebaju imati solidnu matematičku osnovu i bogato iskustvo u programiranju, te biti u stanju pravilno odabrati instrukcije i parametre programiranja prema zahtjevima obrade dijelova. Na primjer, prilikom programiranja operacija bušenja, parametri kao što su dubina bušenja i udaljenost povlačenja trebaju biti precizno postavljeni kako bi se izbjegle dimenzijske greške uzrokovane greškama u programiranju.
(III) Rezni elementi i kompenzacija alata
Brzina rezanja vc, brzina pomaka f i dubina rezanja ap imaju značajan utjecaj na dimenzijsku tačnost obrade. Prekomjerna brzina rezanja može dovesti do pojačanog trošenja alata, što utiče na tačnost obrade; prekomjerna brzina pomaka može povećati silu rezanja, uzrokujući deformaciju obratka ili vibracije alata i rezultirajući dimenzijskim odstupanjima. Na primjer, prilikom obrade legiranih čelika visoke tvrdoće, ako je brzina rezanja odabrana previsoka, rezna ivica alata je sklona trošenju, što smanjuje obrađenu veličinu. Razumni parametri rezanja trebaju se sveobuhvatno odrediti uzimajući u obzir različite faktore kao što su materijal obratka, materijal alata i performanse alatne mašine. Općenito, mogu se odabrati putem testova rezanja ili pozivanjem na relevantne priručnike za rezanje. U međuvremenu, kompenzacija alata je također važno sredstvo za osiguranje tačnosti obrade. U obradnim centrima, kompenzacija trošenja alata može u realnom vremenu ispraviti dimenzijske promjene uzrokovane trošenjem alata. Operateri bi trebali pravovremeno prilagoditi vrijednost kompenzacije alata u skladu sa stvarnim stanjem trošenja alata. Na primjer, tokom kontinuirane obrade serije dijelova, dimenzije obrade se redovno mjere. Kada se utvrdi da se dimenzije postepeno povećavaju ili smanjuju, vrijednost kompenzacije alata se modificira kako bi se osigurala tačnost obrade sljedećih dijelova.
Brzina rezanja vc, brzina pomaka f i dubina rezanja ap imaju značajan utjecaj na dimenzijsku tačnost obrade. Prekomjerna brzina rezanja može dovesti do pojačanog trošenja alata, što utiče na tačnost obrade; prekomjerna brzina pomaka može povećati silu rezanja, uzrokujući deformaciju obratka ili vibracije alata i rezultirajući dimenzijskim odstupanjima. Na primjer, prilikom obrade legiranih čelika visoke tvrdoće, ako je brzina rezanja odabrana previsoka, rezna ivica alata je sklona trošenju, što smanjuje obrađenu veličinu. Razumni parametri rezanja trebaju se sveobuhvatno odrediti uzimajući u obzir različite faktore kao što su materijal obratka, materijal alata i performanse alatne mašine. Općenito, mogu se odabrati putem testova rezanja ili pozivanjem na relevantne priručnike za rezanje. U međuvremenu, kompenzacija alata je također važno sredstvo za osiguranje tačnosti obrade. U obradnim centrima, kompenzacija trošenja alata može u realnom vremenu ispraviti dimenzijske promjene uzrokovane trošenjem alata. Operateri bi trebali pravovremeno prilagoditi vrijednost kompenzacije alata u skladu sa stvarnim stanjem trošenja alata. Na primjer, tokom kontinuirane obrade serije dijelova, dimenzije obrade se redovno mjere. Kada se utvrdi da se dimenzije postepeno povećavaju ili smanjuju, vrijednost kompenzacije alata se modificira kako bi se osigurala tačnost obrade sljedećih dijelova.
(IV) Podešavanje alata
Tačnost podešavanja alata direktno je povezana sa tačnošću dimenzija obrade. Proces podešavanja alata služi za određivanje relativnog položaja alata i obratka. Ako je podešavanje alata netačno, neizbježno će se pojaviti greške u dimenzijama u obrađenim dijelovima. Odabir visokopreciznog tražila ivica jedna je od važnih mjera za poboljšanje tačnosti podešavanja alata. Na primjer, korištenjem optičkog tražila ivica, položaj alata i ivice obratka mogu se precizno detektovati, sa tačnošću od ±0,005 mm. Kod obradnih centara opremljenih automatskim tražilom alata, njegove funkcije se mogu u potpunosti iskoristiti za postizanje brzog i preciznog podešavanja alata. Tokom operacije podešavanja alata, treba obratiti pažnju i na čistoću okruženja za podešavanje alata kako bi se izbjegao uticaj ostataka na tačnost podešavanja alata. U međuvremenu, operateri trebaju strogo slijediti operativne procedure podešavanja alata, vršiti više mjerenja i izračunavati prosječnu vrijednost kako bi se smanjila greška podešavanja alata.
Tačnost podešavanja alata direktno je povezana sa tačnošću dimenzija obrade. Proces podešavanja alata služi za određivanje relativnog položaja alata i obratka. Ako je podešavanje alata netačno, neizbježno će se pojaviti greške u dimenzijama u obrađenim dijelovima. Odabir visokopreciznog tražila ivica jedna je od važnih mjera za poboljšanje tačnosti podešavanja alata. Na primjer, korištenjem optičkog tražila ivica, položaj alata i ivice obratka mogu se precizno detektovati, sa tačnošću od ±0,005 mm. Kod obradnih centara opremljenih automatskim tražilom alata, njegove funkcije se mogu u potpunosti iskoristiti za postizanje brzog i preciznog podešavanja alata. Tokom operacije podešavanja alata, treba obratiti pažnju i na čistoću okruženja za podešavanje alata kako bi se izbjegao uticaj ostataka na tačnost podešavanja alata. U međuvremenu, operateri trebaju strogo slijediti operativne procedure podešavanja alata, vršiti više mjerenja i izračunavati prosječnu vrijednost kako bi se smanjila greška podešavanja alata.
III. Neodoljivi faktori
(I) Deformacija obradaka hlađenjem nakon obrade
Obradci će generirati toplinu tokom procesa obrade, a deformirat će se zbog efekta termičkog širenja i skupljanja prilikom hlađenja nakon obrade. Ova pojava je uobičajena kod obrade metala i teško ju je u potpunosti izbjeći. Na primjer, kod nekih velikih konstrukcijskih dijelova od aluminijskih legura, toplina generirana tokom obrade je relativno visoka, a skupljanje veličine je očigledno nakon hlađenja. Da bi se smanjio utjecaj deformacije hlađenjem na tačnost dimenzija, rashladna tekućina se može razumno koristiti tokom procesa obrade. Rashladna tekućina ne samo da može smanjiti temperaturu rezanja i habanje alata, već i ravnomjerno ohladiti obradak i smanjiti stepen termičke deformacije. Prilikom odabira rashladne tekućine, treba se bazirati na materijalu obradka 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 obradka. Općenito, mjerenje treba provesti nakon što se obradak ohladi na sobnu temperaturu ili se mogu procijeniti promjene dimenzija tokom procesa hlađenja i rezultati mjerenja mogu se korigirati prema empirijskim podacima.
Obradci će generirati toplinu tokom procesa obrade, a deformirat će se zbog efekta termičkog širenja i skupljanja prilikom hlađenja nakon obrade. Ova pojava je uobičajena kod obrade metala i teško ju je u potpunosti izbjeći. Na primjer, kod nekih velikih konstrukcijskih dijelova od aluminijskih legura, toplina generirana tokom obrade je relativno visoka, a skupljanje veličine je očigledno nakon hlađenja. Da bi se smanjio utjecaj deformacije hlađenjem na tačnost dimenzija, rashladna tekućina se može razumno koristiti tokom procesa obrade. Rashladna tekućina ne samo da može smanjiti temperaturu rezanja i habanje alata, već i ravnomjerno ohladiti obradak i smanjiti stepen termičke deformacije. Prilikom odabira rashladne tekućine, treba se bazirati na materijalu obradka 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 obradka. Općenito, mjerenje treba provesti nakon što se obradak ohladi na sobnu temperaturu ili se mogu procijeniti promjene dimenzija tokom procesa hlađenja i rezultati mjerenja mogu se korigirati 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 tačnosti prijenosa. Tokom procesa obrade, kada se motor okreće, otpuštena veza će uzrokovati kašnjenje ili neravnomjernu rotaciju vijka, što će dovesti do odstupanja putanje kretanja alata od idealnog položaja i rezultirati dimenzijskim greškama. Na primjer, tokom visokoprecizne konturne obrade, ovo otpuštanje može uzrokovati odstupanja u obliku obrađene konture, kao što je neispunjavanje zahtjeva u pogledu pravolinijosti i zaobljenosti. Redovna 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 tačnosti prijenosa. Tokom procesa obrade, kada se motor okreće, otpuštena veza će uzrokovati kašnjenje ili neravnomjernu rotaciju vijka, što će dovesti do odstupanja putanje kretanja alata od idealnog položaja i rezultirati dimenzijskim greškama. Na primjer, tokom visokoprecizne konturne obrade, ovo otpuštanje može uzrokovati odstupanja u obliku obrađene konture, kao što je neispunjavanje zahtjeva u pogledu pravolinijosti i zaobljenosti. Redovna 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.
Habanje ležajeva ili matica kugličnog navoja: Kuglično navojno vijče je važna komponenta za ostvarivanje preciznog kretanja u obradnom centru, a habanje njegovih ležajeva ili matica utjecat će na tačnost prijenosa navoja. Kako se habanje pojačava, zazor navoja će se postepeno povećavati, uzrokujući nepravilno kretanje alata tokom procesa kretanja. Na primjer, tokom aksijalnog rezanja, habanje matice navoja će učiniti pozicioniranje alata u aksijalnom smjeru netačnim, što će rezultirati dimenzijskim greškama u dužini obrađenog dijela. Da bi se smanjilo ovo habanje, treba osigurati dobro podmazivanje navoja, a mast za podmazivanje treba redovno mijenjati. U međuvremenu, treba redovno provjeravati preciznost kugličnog navoja, a kada habanje premaši dozvoljeni raspon, ležajeve ili matice treba pravovremeno zamijeniti.
Nedovoljno podmazivanje između vijka i matice: Nedovoljno podmazivanje će povećati trenje između vijka i matice, ne samo ubrzavajući trošenje komponenti, već i uzrokujući neravnomjeran otpor kretanju i utičući na tačnost obrade. Tokom procesa obrade može doći do fenomena puzanja, odnosno alat će imati povremene pauze i skokove pri kretanju malom brzinom, što pogoršava kvalitet obrađene površine i otežava garantovanje tačnosti dimenzija. Prema uputstvu za upotrebu alatne mašine, mast za podmazivanje ili ulje za podmazivanje treba redovno provjeravati i dopunjavati kako bi se osiguralo da su vijak i matica u dobrom stanju podmazivanja. U međuvremenu, mogu se odabrati visokoefikasni proizvodi za podmazivanje kako bi se poboljšao efekat podmazivanja i smanjilo trenje.
Električni aspekti
Kvar servo motora: Kvar servo motora će direktno uticati na kontrolu kretanja alata. Na primjer, kratki spoj ili otvoreni krug namotaja motora će uzrokovati da motor neće moći normalno raditi ili će imati nestabilan izlazni obrtni moment, što će onemogućiti alat da se kreće prema unaprijed određenoj putanji i rezultirati dimenzijskim greškama. Pored toga, kvar enkodera motora će uticati na tačnost signala povratne informacije o položaju, uzrokujući da sistem upravljanja alatnom mašinom neće moći precizno kontrolisati položaj alata. Treba redovno održavati servo motor, uključujući provjeru električnih parametara motora, čišćenje ventilatora za hlađenje motora i detekciju radnog stanja enkodera itd., kako bi se pravovremeno otkrile i eliminisale potencijalne opasnosti od kvara.
Kvar servo motora: Kvar servo motora će direktno uticati na kontrolu kretanja alata. Na primjer, kratki spoj ili otvoreni krug namotaja motora će uzrokovati da motor neće moći normalno raditi ili će imati nestabilan izlazni obrtni moment, što će onemogućiti alat da se kreće prema unaprijed određenoj putanji i rezultirati dimenzijskim greškama. Pored toga, kvar enkodera motora će uticati na tačnost signala povratne informacije o položaju, uzrokujući da sistem upravljanja alatnom mašinom neće moći precizno kontrolisati položaj alata. Treba redovno održavati servo motor, uključujući provjeru električnih parametara motora, čišćenje ventilatora za hlađenje motora i detekciju radnog stanja enkodera itd., kako bi se pravovremeno otkrile i eliminisale potencijalne opasnosti od kvara.
Prljavština unutar skale rešetke: Skala rešetke je važan senzor koji se koristi u obradnom centru za mjerenje položaja i pomaka alata. Ako postoji prljavština unutar skale rešetke, to će uticati na tačnost očitavanja skale rešetke, što će uzrokovati da sistem upravljanja alatnom mašinom prima netačne informacije o položaju i rezultirati odstupanjima dimenzija obrade. Na primjer, prilikom obrade visokopreciznih sistema rupa, zbog greške skale rešetke, tačnost položaja rupa može premašiti toleranciju. Redovno čišćenje i održavanje skale rešetke treba provoditi korištenjem posebnih alata za čišćenje i sredstava za čišćenje, te slijedeći ispravne postupke rada kako bi se izbjeglo oštećenje skale rešetke.
Kvar servo pojačala: Funkcija servo pojačala je pojačavanje komandnog signala koji izdaje kontrolni sistem, a zatim pokretanje servo motora. Kada servo pojačalo zakaže, na primjer kada je oštećena cijev za napajanje ili je faktor pojačanja abnormalan, to će uzrokovati nestabilnost servo motora, što utiče na tačnost obrade. Na primjer, može uzrokovati fluktuaciju brzine motora, što čini brzinu pomaka alata tokom procesa rezanja neravnomjernom, povećava hrapavost površine obrađenog dijela i smanjuje tačnost dimenzija. Treba uspostaviti savršen mehanizam za detekciju i popravku električnih kvarova alatne mašine, a profesionalno osoblje za popravku električnih komponenti treba biti opremljeno za pravovremenu dijagnostiku i popravku kvarova električnih komponenti kao što je servo pojačalo.
IV. Zaključak
Brojni su faktori koji utiču na dimenzijsku tačnost obrade obradnih centara. Faktori koji se mogu izbjeći, kao što su procesi obrade, numerički proračuni u programiranju, elementi rezanja i podešavanje alata, mogu se efikasno kontrolisati optimizacijom procesnih shema, poboljšanjem nivoa programiranja, razumnim odabirom parametara rezanja i preciznim podešavanjem alata. Neodoljivi faktori, kao što su deformacija obratka usljed hlađenja i stabilnost same alatne mašine, iako ih je teško u potpunosti eliminisati, mogu se smanjiti u svom uticaju na tačnost obrade korištenjem razumnih procesnih mjera kao što su upotreba rashladne tečnosti, redovno održavanje i otkrivanje i popravka alatne mašine. U stvarnom proizvodnom procesu, operateri i tehnički menadžeri obradnih centara trebaju u potpunosti razumjeti ove faktore uticaja i preduzeti ciljane mjere za prevenciju i kontrolu kako bi kontinuirano poboljšavali dimenzijsku tačnost obrade obradnih centara, osigurali da kvalitet proizvoda ispunjava zahtjeve i povećali konkurentnost preduzeća na tržištu.
Brojni su faktori koji utiču na dimenzijsku tačnost obrade obradnih centara. Faktori koji se mogu izbjeći, kao što su procesi obrade, numerički proračuni u programiranju, elementi rezanja i podešavanje alata, mogu se efikasno kontrolisati optimizacijom procesnih shema, poboljšanjem nivoa programiranja, razumnim odabirom parametara rezanja i preciznim podešavanjem alata. Neodoljivi faktori, kao što su deformacija obratka usljed hlađenja i stabilnost same alatne mašine, iako ih je teško u potpunosti eliminisati, mogu se smanjiti u svom uticaju na tačnost obrade korištenjem razumnih procesnih mjera kao što su upotreba rashladne tečnosti, redovno održavanje i otkrivanje i popravka alatne mašine. U stvarnom proizvodnom procesu, operateri i tehnički menadžeri obradnih centara trebaju u potpunosti razumjeti ove faktore uticaja i preduzeti ciljane mjere za prevenciju i kontrolu kako bi kontinuirano poboljšavali dimenzijsku tačnost obrade obradnih centara, osigurali da kvalitet proizvoda ispunjava zahtjeve i povećali konkurentnost preduzeća na tržištu.