Anàlisi i optimització dels factors que afecten la precisió dimensional del mecanitzat dels centres de mecanitzat
Resum: Aquest article explora a fons diversos factors que afecten la precisió dimensional del mecanitzat dels centres de mecanitzat i els divideix en dues categories: factors evitables i factors irresistibles. Per als factors evitables, com ara els processos de mecanitzat, els càlculs numèrics en la programació manual i automàtica, els elements de tall i l'ajust d'eines, etc., es fan elaboracions detallades i es proposen mesures d'optimització corresponents. Per als factors irresistibles, com ara la deformació del refredament de la peça i l'estabilitat de la màquina-eina en si, s'analitzen les causes i els mecanismes d'influència. L'objectiu és proporcionar referències de coneixement completes per als tècnics que treballen en l'operació i la gestió dels centres de mecanitzat, per tal de millorar el nivell de control de la precisió dimensional del mecanitzat dels centres de mecanitzat i millorar la qualitat del producte i l'eficiència de la producció.
I. Introducció
Com a equipament clau en el mecanitzat modern, la precisió dimensional del mecanitzat dels centres de mecanitzat està directament relacionada amb la qualitat i el rendiment dels productes. En el procés de producció real, diversos factors afectaran la precisió dimensional del mecanitzat. És de gran importància analitzar a fons aquests factors i buscar mètodes de control eficaços.
Com a equipament clau en el mecanitzat modern, la precisió dimensional del mecanitzat dels centres de mecanitzat està directament relacionada amb la qualitat i el rendiment dels productes. En el procés de producció real, diversos factors afectaran la precisió dimensional del mecanitzat. És de gran importància analitzar a fons aquests factors i buscar mètodes de control eficaços.
II. Factors d'influència evitables
(I) Procés de mecanitzat
La racionalitat del procés de mecanitzat determina en gran mesura la precisió dimensional del mecanitzat. Basant-se en el seguiment dels principis bàsics del procés de mecanitzat, quan es mecanitzen materials tous com ara peces d'alumini, cal prestar especial atenció a la influència de les llimadures de ferro. Per exemple, durant el procés de fresat de peces d'alumini, a causa de la textura suau de l'alumini, és probable que les llimadures de ferro generades pel tall ratllin la superfície mecanitzada, introduint així errors dimensionals. Per reduir aquests errors, es poden prendre mesures com ara optimitzar la trajectòria d'eliminació de ferritja i millorar la succió del dispositiu d'eliminació de ferritja. Mentrestant, en la disposició del procés, s'ha de planificar raonablement la distribució de la sobrecàrrega del mecanitzat en desbast i del mecanitzat d'acabat. Durant el mecanitzat en desbast, s'utilitza una profunditat de tall i una velocitat d'avanç més grans per eliminar ràpidament una gran quantitat de sobrecàrrega, però s'ha de reservar una sobrecàrrega de mecanitzat d'acabat adequada, generalment de 0,3 a 0,5 mm, per garantir que el mecanitzat d'acabat pugui aconseguir una precisió dimensional més alta. Pel que fa a l'ús de fixacions, a més de seguir els principis de reducció dels temps de subjecció i ús de fixacions modulars, també cal garantir la precisió de posicionament de les fixacions. Per exemple, mitjançant l'ús de passadors de localització d'alta precisió i superfícies de localització per garantir la precisió posicional de la peça durant el procés de subjecció, evitant errors dimensionals causats per la desviació de la posició de subjecció.
La racionalitat del procés de mecanitzat determina en gran mesura la precisió dimensional del mecanitzat. Basant-se en el seguiment dels principis bàsics del procés de mecanitzat, quan es mecanitzen materials tous com ara peces d'alumini, cal prestar especial atenció a la influència de les llimadures de ferro. Per exemple, durant el procés de fresat de peces d'alumini, a causa de la textura suau de l'alumini, és probable que les llimadures de ferro generades pel tall ratllin la superfície mecanitzada, introduint així errors dimensionals. Per reduir aquests errors, es poden prendre mesures com ara optimitzar la trajectòria d'eliminació de ferritja i millorar la succió del dispositiu d'eliminació de ferritja. Mentrestant, en la disposició del procés, s'ha de planificar raonablement la distribució de la sobrecàrrega del mecanitzat en desbast i del mecanitzat d'acabat. Durant el mecanitzat en desbast, s'utilitza una profunditat de tall i una velocitat d'avanç més grans per eliminar ràpidament una gran quantitat de sobrecàrrega, però s'ha de reservar una sobrecàrrega de mecanitzat d'acabat adequada, generalment de 0,3 a 0,5 mm, per garantir que el mecanitzat d'acabat pugui aconseguir una precisió dimensional més alta. Pel que fa a l'ús de fixacions, a més de seguir els principis de reducció dels temps de subjecció i ús de fixacions modulars, també cal garantir la precisió de posicionament de les fixacions. Per exemple, mitjançant l'ús de passadors de localització d'alta precisió i superfícies de localització per garantir la precisió posicional de la peça durant el procés de subjecció, evitant errors dimensionals causats per la desviació de la posició de subjecció.
(II) Càlculs numèrics en la programació manual i automàtica de centres de mecanitzat
Tant si es tracta de programació manual com de programació automàtica, la precisió dels càlculs numèrics és de crucial importància. Durant el procés de programació, implica el càlcul de trajectòries d'eina, la determinació de punts de coordenades, etc. Per exemple, en calcular la trajectòria d'una interpolació circular, si les coordenades del centre del cercle o del radi es calculen incorrectament, inevitablement es produiran desviacions dimensionals en el mecanitzat. Per programar peces de formes complexes, es necessita un programari CAD/CAM avançat per dur a terme un modelatge i una planificació precisos de les trajectòries d'eina. Durant l'ús del programari, s'ha d'assegurar que les dimensions geomètriques del model siguin precises i que les trajectòries d'eina generades s'hagin de comprovar i verificar acuradament. Mentrestant, els programadors han de tenir una base matemàtica sòlida i una rica experiència en programació, i ser capaços de seleccionar correctament les instruccions i els paràmetres de programació segons els requisits de mecanitzat de les peces. Per exemple, en programar operacions de trepat, s'han de definir amb precisió paràmetres com la profunditat de trepat i la distància de retracció per evitar errors dimensionals causats per errors de programació.
Tant si es tracta de programació manual com de programació automàtica, la precisió dels càlculs numèrics és de crucial importància. Durant el procés de programació, implica el càlcul de trajectòries d'eina, la determinació de punts de coordenades, etc. Per exemple, en calcular la trajectòria d'una interpolació circular, si les coordenades del centre del cercle o del radi es calculen incorrectament, inevitablement es produiran desviacions dimensionals en el mecanitzat. Per programar peces de formes complexes, es necessita un programari CAD/CAM avançat per dur a terme un modelatge i una planificació precisos de les trajectòries d'eina. Durant l'ús del programari, s'ha d'assegurar que les dimensions geomètriques del model siguin precises i que les trajectòries d'eina generades s'hagin de comprovar i verificar acuradament. Mentrestant, els programadors han de tenir una base matemàtica sòlida i una rica experiència en programació, i ser capaços de seleccionar correctament les instruccions i els paràmetres de programació segons els requisits de mecanitzat de les peces. Per exemple, en programar operacions de trepat, s'han de definir amb precisió paràmetres com la profunditat de trepat i la distància de retracció per evitar errors dimensionals causats per errors de programació.
(III) Elements de tall i compensació d'eines
La velocitat de tall vc, la velocitat d'avanç f i la profunditat de tall ap tenen impactes significatius en la precisió dimensional del mecanitzat. Una velocitat de tall excessiva pot provocar un desgast intensificat de l'eina, afectant així la precisió del mecanitzat; una velocitat d'avanç excessiva pot augmentar la força de tall, provocant deformació de la peça o vibració de l'eina i donant lloc a desviacions dimensionals. Per exemple, quan es mecanitzen acers d'aliatge d'alta duresa, si la velocitat de tall es tria massa alta, el tall de l'eina és propens al desgast, fent que la mida mecanitzada sigui més petita. Cal determinar de manera exhaustiva els paràmetres de tall raonables tenint en compte diversos factors com el material de la peça, el material de l'eina i el rendiment de la màquina-eina. Generalment, es poden seleccionar mitjançant proves de tall o consultant els manuals de tall pertinents. Mentrestant, la compensació de l'eina també és un mitjà important per garantir la precisió del mecanitzat. En els centres de mecanitzat, la compensació del desgast de l'eina pot corregir en temps real els canvis dimensionals causats pel desgast de l'eina. Els operadors han d'ajustar el valor de compensació de l'eina de manera oportuna segons la situació de desgast real de l'eina. Per exemple, durant el mecanitzat continu d'un lot de peces, les dimensions del mecanitzat es mesuren regularment. Quan es constata que les dimensions augmenten o disminueixen gradualment, es modifica el valor de compensació de l'eina per garantir la precisió del mecanitzat de les peces posteriors.
La velocitat de tall vc, la velocitat d'avanç f i la profunditat de tall ap tenen impactes significatius en la precisió dimensional del mecanitzat. Una velocitat de tall excessiva pot provocar un desgast intensificat de l'eina, afectant així la precisió del mecanitzat; una velocitat d'avanç excessiva pot augmentar la força de tall, provocant deformació de la peça o vibració de l'eina i donant lloc a desviacions dimensionals. Per exemple, quan es mecanitzen acers d'aliatge d'alta duresa, si la velocitat de tall es tria massa alta, el tall de l'eina és propens al desgast, fent que la mida mecanitzada sigui més petita. Cal determinar de manera exhaustiva els paràmetres de tall raonables tenint en compte diversos factors com el material de la peça, el material de l'eina i el rendiment de la màquina-eina. Generalment, es poden seleccionar mitjançant proves de tall o consultant els manuals de tall pertinents. Mentrestant, la compensació de l'eina també és un mitjà important per garantir la precisió del mecanitzat. En els centres de mecanitzat, la compensació del desgast de l'eina pot corregir en temps real els canvis dimensionals causats pel desgast de l'eina. Els operadors han d'ajustar el valor de compensació de l'eina de manera oportuna segons la situació de desgast real de l'eina. Per exemple, durant el mecanitzat continu d'un lot de peces, les dimensions del mecanitzat es mesuren regularment. Quan es constata que les dimensions augmenten o disminueixen gradualment, es modifica el valor de compensació de l'eina per garantir la precisió del mecanitzat de les peces posteriors.
(IV) Ajust d'eines
La precisió de l'ajust de l'eina està directament relacionada amb la precisió dimensional del mecanitzat. El procés d'ajust de l'eina consisteix a determinar la relació posicional relativa entre l'eina i la peça. Si l'ajust de l'eina és inexacte, inevitablement es produiran errors dimensionals a les peces mecanitzades. Seleccionar un cercador de vores d'alta precisió és una de les mesures importants per millorar la precisió de l'ajust de l'eina. Per exemple, mitjançant un cercador de vores òptic, es pot detectar amb precisió la posició de l'eina i la vora de la peça, amb una precisió de ±0,005 mm. Per als centres de mecanitzat equipats amb un ajustador d'eines automàtic, les seves funcions es poden utilitzar completament per aconseguir un ajust ràpid i precís de l'eina. Durant l'operació d'ajust de l'eina, també s'ha de prestar atenció a la neteja de l'entorn d'ajust de l'eina per evitar la influència de les restes en la precisió de l'ajust de l'eina. Mentrestant, els operadors han de seguir estrictament els procediments operatius d'ajust de l'eina i prendre múltiples mesures i calcular el valor mitjà per reduir l'error d'ajust de l'eina.
La precisió de l'ajust de l'eina està directament relacionada amb la precisió dimensional del mecanitzat. El procés d'ajust de l'eina consisteix a determinar la relació posicional relativa entre l'eina i la peça. Si l'ajust de l'eina és inexacte, inevitablement es produiran errors dimensionals a les peces mecanitzades. Seleccionar un cercador de vores d'alta precisió és una de les mesures importants per millorar la precisió de l'ajust de l'eina. Per exemple, mitjançant un cercador de vores òptic, es pot detectar amb precisió la posició de l'eina i la vora de la peça, amb una precisió de ±0,005 mm. Per als centres de mecanitzat equipats amb un ajustador d'eines automàtic, les seves funcions es poden utilitzar completament per aconseguir un ajust ràpid i precís de l'eina. Durant l'operació d'ajust de l'eina, també s'ha de prestar atenció a la neteja de l'entorn d'ajust de l'eina per evitar la influència de les restes en la precisió de l'ajust de l'eina. Mentrestant, els operadors han de seguir estrictament els procediments operatius d'ajust de l'eina i prendre múltiples mesures i calcular el valor mitjà per reduir l'error d'ajust de l'eina.
III. Factors irresistibles
(I) Deformació per refredament de les peces després del mecanitzat
Les peces de treball generaran calor durant el procés de mecanitzat i es deformaran a causa de l'efecte d'expansió i contracció tèrmiques en refredar-se després del mecanitzat. Aquest fenomen és comú en el mecanitzat de metalls i és difícil d'evitar completament. Per exemple, per a algunes peces estructurals d'aliatge d'alumini grans, la calor generada durant el mecanitzat és relativament alta i la contracció de la mida és evident després del refredament. Per reduir l'impacte de la deformació del refredament en la precisió dimensional, es pot utilitzar refrigerant raonablement durant el procés de mecanitzat. El refrigerant no només pot reduir la temperatura de tall i el desgast de l'eina, sinó que també pot fer que la peça es refredi uniformement i reduir el grau de deformació tèrmica. A l'hora de seleccionar el refrigerant, s'ha de basar en el material de la peça i els requisits del procés de mecanitzat. Per exemple, per al mecanitzat de peces d'alumini, es pot seleccionar un fluid de tall d'aliatge d'alumini especial, que tingui bones propietats de refrigeració i lubricació. A més, a l'hora de realitzar mesures in situ, s'ha de tenir en compte completament la influència del temps de refredament en la mida de la peça. En general, la mesura s'ha de dur a terme després que la peça s'hagi refredat a temperatura ambient, o es poden estimar els canvis dimensionals durant el procés de refredament i es poden corregir els resultats de la mesura segons les dades empíriques.
Les peces de treball generaran calor durant el procés de mecanitzat i es deformaran a causa de l'efecte d'expansió i contracció tèrmiques en refredar-se després del mecanitzat. Aquest fenomen és comú en el mecanitzat de metalls i és difícil d'evitar completament. Per exemple, per a algunes peces estructurals d'aliatge d'alumini grans, la calor generada durant el mecanitzat és relativament alta i la contracció de la mida és evident després del refredament. Per reduir l'impacte de la deformació del refredament en la precisió dimensional, es pot utilitzar refrigerant raonablement durant el procés de mecanitzat. El refrigerant no només pot reduir la temperatura de tall i el desgast de l'eina, sinó que també pot fer que la peça es refredi uniformement i reduir el grau de deformació tèrmica. A l'hora de seleccionar el refrigerant, s'ha de basar en el material de la peça i els requisits del procés de mecanitzat. Per exemple, per al mecanitzat de peces d'alumini, es pot seleccionar un fluid de tall d'aliatge d'alumini especial, que tingui bones propietats de refrigeració i lubricació. A més, a l'hora de realitzar mesures in situ, s'ha de tenir en compte completament la influència del temps de refredament en la mida de la peça. En general, la mesura s'ha de dur a terme després que la peça s'hagi refredat a temperatura ambient, o es poden estimar els canvis dimensionals durant el procés de refredament i es poden corregir els resultats de la mesura segons les dades empíriques.
(II) Estabilitat del centre de mecanitzat en si
Aspectes mecànics
Afluixament entre el servomotor i el cargol: L'afluixament de la connexió entre el servomotor i el cargol comportarà una disminució de la precisió de la transmissió. Durant el procés de mecanitzat, quan el motor gira, la connexió afluixada farà que la rotació del cargol s'endarrereixi o sigui desigual, fent que la trajectòria de moviment de l'eina es desviï de la posició ideal i provocant errors dimensionals. Per exemple, durant el mecanitzat de contorns d'alta precisió, aquest afluixament pot causar desviacions en la forma del contorn mecanitzat, com ara l'incompliment dels requisits pel que fa a rectitud i rodonesa. Comprovar i estrènyer regularment els cargols de connexió entre el servomotor i el cargol és una mesura clau per evitar aquests problemes. Mentrestant, es poden utilitzar femelles antiafluixament o agents bloquejadors de rosques per millorar la fiabilitat de la connexió.
Afluixament entre el servomotor i el cargol: L'afluixament de la connexió entre el servomotor i el cargol comportarà una disminució de la precisió de la transmissió. Durant el procés de mecanitzat, quan el motor gira, la connexió afluixada farà que la rotació del cargol s'endarrereixi o sigui desigual, fent que la trajectòria de moviment de l'eina es desviï de la posició ideal i provocant errors dimensionals. Per exemple, durant el mecanitzat de contorns d'alta precisió, aquest afluixament pot causar desviacions en la forma del contorn mecanitzat, com ara l'incompliment dels requisits pel que fa a rectitud i rodonesa. Comprovar i estrènyer regularment els cargols de connexió entre el servomotor i el cargol és una mesura clau per evitar aquests problemes. Mentrestant, es poden utilitzar femelles antiafluixament o agents bloquejadors de rosques per millorar la fiabilitat de la connexió.
Desgast dels coixinets o femelles del cargol de boles: El cargol de boles és un component important per aconseguir un moviment precís al centre de mecanitzat, i el desgast dels seus coixinets o femelles afectarà la precisió de la transmissió del cargol. A mesura que el desgast s'intensifica, el joc del cargol augmentarà gradualment, fent que l'eina es mogui de manera erràtica durant el procés de moviment. Per exemple, durant el tall axial, el desgast de la femella del cargol farà que el posicionament de l'eina en la direcció axial sigui inexacte, donant lloc a errors dimensionals en la longitud de la peça mecanitzada. Per reduir aquest desgast, s'ha de garantir una bona lubricació del cargol i s'ha de substituir regularment el greix lubricant. Mentrestant, s'ha de dur a terme una detecció regular de precisió del cargol de boles i, quan el desgast superi el rang permès, s'han de substituir els coixinets o les femelles de manera oportuna.
Lubricació insuficient entre el cargol i la femella: Una lubricació insuficient augmentarà la fricció entre el cargol i la femella, no només accelerant el desgast dels components, sinó que també provocarà una resistència al moviment desigual i afectarà la precisió del mecanitzat. Durant el procés de mecanitzat, es pot produir un fenomen de rastreig, és a dir, l'eina tindrà pauses i salts intermitents quan es mou a baixa velocitat, cosa que empitjorarà la qualitat de la superfície mecanitzada i dificultarà la garantia de la precisió dimensional. Segons el manual d'operació de la màquina-eina, el greix lubricant o l'oli lubricant s'ha de revisar i complementar regularment per garantir que el cargol i la femella estiguin en un bon estat de lubricació. Mentrestant, es poden seleccionar productes lubricants d'alt rendiment per millorar l'efecte de lubricació i reduir la fricció.
Aspectes elèctrics
Fallada del servomotor: La fallada del servomotor afectarà directament el control de moviment de l'eina. Per exemple, un curtcircuit o un circuit obert del bobinatge del motor farà que el motor no pugui funcionar normalment o tingui un parell de sortida inestable, cosa que farà que l'eina no es pugui moure segons la trajectòria predeterminada i provocarà errors dimensionals. A més, la fallada de l'encoder del motor afectarà la precisió del senyal de retroalimentació de posició, cosa que farà que el sistema de control de la màquina-eina no pugui controlar amb precisió la posició de l'eina. S'ha de dur a terme un manteniment regular del servomotor, incloent-hi la comprovació dels paràmetres elèctrics del motor, la neteja del ventilador de refrigeració del motor i la detecció de l'estat de funcionament de l'encoder, etc., per descobrir i eliminar a temps els possibles riscos de fallada.
Fallada del servomotor: La fallada del servomotor afectarà directament el control de moviment de l'eina. Per exemple, un curtcircuit o un circuit obert del bobinatge del motor farà que el motor no pugui funcionar normalment o tingui un parell de sortida inestable, cosa que farà que l'eina no es pugui moure segons la trajectòria predeterminada i provocarà errors dimensionals. A més, la fallada de l'encoder del motor afectarà la precisió del senyal de retroalimentació de posició, cosa que farà que el sistema de control de la màquina-eina no pugui controlar amb precisió la posició de l'eina. S'ha de dur a terme un manteniment regular del servomotor, incloent-hi la comprovació dels paràmetres elèctrics del motor, la neteja del ventilador de refrigeració del motor i la detecció de l'estat de funcionament de l'encoder, etc., per descobrir i eliminar a temps els possibles riscos de fallada.
Brutícia dins de la reixa: La reixa és un sensor important que s'utilitza al centre de mecanitzat per mesurar la posició i el desplaçament de l'eina. Si hi ha brutícia dins de la reixa, afectarà la precisió de les lectures de la reixa, cosa que farà que el sistema de control de la màquina-eina rebi informació de posició incorrecta i provocarà desviacions dimensionals de mecanitzat. Per exemple, quan es mecanitzen sistemes de forats d'alta precisió, a causa de l'error de la reixa, la precisió de la posició dels forats pot superar la tolerància. S'ha de dur a terme una neteja i un manteniment regulars de la reixa, utilitzant eines de neteja i netejadors especials, i seguint els procediments d'operació correctes per evitar danys a la reixa.
Fallada del servoamplificador: La funció del servoamplificador és amplificar el senyal de comandament emès pel sistema de control i després fer funcionar el servomotor. Quan el servoamplificador falla, com ara quan el tub d'alimentació està danyat o el factor d'amplificació és anormal, farà que el servomotor funcioni de manera inestable, afectant la precisió del mecanitzat. Per exemple, pot fer que la velocitat del motor fluctuï, fent que la velocitat d'avanç de l'eina durant el procés de tall sigui desigual, augmentant la rugositat superficial de la peça mecanitzada i disminuint la precisió dimensional. Cal establir un mecanisme perfecte de detecció i reparació de fallades elèctriques de la màquina-eina, i cal equipar personal professional de reparació elèctrica per diagnosticar i reparar oportunament les fallades dels components elèctrics com ara el servoamplificador.
IV. Conclusió
Hi ha nombrosos factors que afecten la precisió dimensional del mecanitzat dels centres de mecanitzat. Els factors evitables, com ara els processos de mecanitzat, els càlculs numèrics en la programació, els elements de tall i l'ajustament de les eines, es poden controlar eficaçment optimitzant els esquemes de procés, millorant els nivells de programació, seleccionant raonablement els paràmetres de tall i ajustant amb precisió les eines. Factors irresistibles com ara la deformació del refredament de la peça i l'estabilitat de la màquina-eina en si, tot i que són difícils d'eliminar completament, es poden reduir en el seu impacte en la precisió del mecanitzat mitjançant mesures de procés raonables com ara l'ús de refrigerant, el manteniment regular i la detecció i reparació de fallades de la màquina-eina. En el procés de producció real, els operadors i els gestors tècnics dels centres de mecanitzat han de comprendre completament aquests factors d'influència i prendre mesures específiques de prevenció i control per millorar contínuament la precisió dimensional del mecanitzat dels centres de mecanitzat, garantir que la qualitat del producte compleixi els requisits i millorar la competitivitat del mercat de les empreses.
Hi ha nombrosos factors que afecten la precisió dimensional del mecanitzat dels centres de mecanitzat. Els factors evitables, com ara els processos de mecanitzat, els càlculs numèrics en la programació, els elements de tall i l'ajustament de les eines, es poden controlar eficaçment optimitzant els esquemes de procés, millorant els nivells de programació, seleccionant raonablement els paràmetres de tall i ajustant amb precisió les eines. Factors irresistibles com ara la deformació del refredament de la peça i l'estabilitat de la màquina-eina en si, tot i que són difícils d'eliminar completament, es poden reduir en el seu impacte en la precisió del mecanitzat mitjançant mesures de procés raonables com ara l'ús de refrigerant, el manteniment regular i la detecció i reparació de fallades de la màquina-eina. En el procés de producció real, els operadors i els gestors tècnics dels centres de mecanitzat han de comprendre completament aquests factors d'influència i prendre mesures específiques de prevenció i control per millorar contínuament la precisió dimensional del mecanitzat dels centres de mecanitzat, garantir que la qualitat del producte compleixi els requisits i millorar la competitivitat del mercat de les empreses.