在制造業(yè)中,要保持成品的精度,對(duì)機(jī)床性能進(jìn)行快速檢測(cè)和調(diào)整是必要的工作。
機(jī)床誤差源與精度挑戰(zhàn)
刀具加工性能誤差的來(lái)源是
精度的定義:
一般來(lái)說(shuō),精度是指機(jī)床將刀尖定位到編程目標(biāo)點(diǎn)的能力。但是,衡量這種定位能力的方法有很多種,更重要的是,不同的國(guó)家有不同的規(guī)定。
日本機(jī)床制造商:校準(zhǔn)“精度”時(shí),通常使用JISB6201 JISB6336或JISB6338標(biāo)準(zhǔn)。JISB6201一般用于通用機(jī)床和普通數(shù)控機(jī)床,JISB6336一般用于加工中心,JISB6338一般用于立式加工中心。
歐洲機(jī)床廠商:尤其是德國(guó)廠商,一般采用VDI/DGQ3441標(biāo)準(zhǔn)。
美國(guó)機(jī)床制造商:通常采用 NMTBA(National Machine Tool Builder's Assn)標(biāo)準(zhǔn)。
機(jī)床的誤差來(lái)源和精度挑戰(zhàn):
機(jī)器的最終精度由所有可能誤差的累積來(lái)顯示。
如今,精密機(jī)械行業(yè)對(duì)成品精度的要求越來(lái)越高。在智能機(jī)械和制造研究技術(shù)中,通過(guò)機(jī)器狀態(tài)預(yù)測(cè)加工質(zhì)量是一個(gè)重要的發(fā)展課題。但是,無(wú)論機(jī)床的類(lèi)型、規(guī)格、工作量和工作精度如何,即使是最優(yōu)秀的數(shù)控機(jī)床,定位精度也會(huì)隨著時(shí)間的推移而逐漸降低,從而產(chǎn)生誤差。需要付出代價(jià)。因此,為確保零件質(zhì)量始終如一,減少材料浪費(fèi),實(shí)現(xiàn)更高的生產(chǎn)效率,需要對(duì)數(shù)控機(jī)床性能進(jìn)行快速檢查和調(diào)整。
刀具加工性能的誤差來(lái)源有:
機(jī)械結(jié)構(gòu)的誤差:
結(jié)構(gòu)在其重量和載荷作用下的運(yùn)動(dòng),會(huì)使材料產(chǎn)生不同程度的變形,從而產(chǎn)生誤差;結(jié)構(gòu)誤差的大小可以在設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)有限元法分析得知。
傳動(dòng)系統(tǒng)誤差:
包括絲杠、線軌、滑塊、線軌的配合間隙誤差,即使是C1級(jí)絲杠也有5um的螺距誤差,線軌最高等級(jí)(UP level) 的兩個(gè)平行面之間的平行度誤差為 2um。但是,對(duì)于高精度機(jī)械來(lái)說(shuō),整機(jī)設(shè)計(jì)和裝配就是想辦法消除這些總誤差,達(dá)到3um±3以?xún)?nèi)的最終高精度要求。
反饋與控制誤差:
控制器命令輸出驅(qū)動(dòng)電機(jī),然后用光學(xué)尺反饋。現(xiàn)有最好的光學(xué)尺保證誤差可以在3um以?xún)?nèi),但是這個(gè)誤差來(lái)自光學(xué)尺的刻度。只要光學(xué)尺總成沒(méi)有問(wèn)題,就是固定誤差,可以通過(guò)控制器的誤差補(bǔ)償來(lái)消除。
裝配誤差:
機(jī)器的直線度、垂直度、平行度、平面度,各零件和運(yùn)動(dòng)部件的總誤差一般控制在5um以?xún)?nèi),屬于較好的誤差范圍。
溫度誤差:溫度
每升高1℃,將影響鐵的變形量11.7um/m。在加工過(guò)程中,由于能量的轉(zhuǎn)換,會(huì)發(fā)生局部熱變形,導(dǎo)致刀具或工件發(fā)生熱變形,這一直是機(jī)床的痛點(diǎn)。即使有熱補(bǔ)償功能,也只是大面積補(bǔ)償,不能用于小面積補(bǔ)償。高精度加工最好的方法是控制加工溫升,使變化小于0.5℃,這樣才能保持精度。
材料變形:
材料澆鑄后,內(nèi)部會(huì)有大量應(yīng)力,完全不回火,變形可大到mm;做多重調(diào)理。
夾具與人為操作誤差:
加工時(shí)夾具是否對(duì)稱(chēng),夾緊力是否均勻,環(huán)境是否有振動(dòng)或其他干擾都會(huì)影響加工精度。
其他誤差(如測(cè)量、環(huán)境因素):
在整機(jī)設(shè)計(jì)中,需要考慮中間值能夠抵消正負(fù)誤差,通過(guò)補(bǔ)償來(lái)減小誤差,進(jìn)而提高機(jī)器的精度。在機(jī)器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必須考慮到這一點(diǎn)。一臺(tái)機(jī)器有一個(gè)固定的誤差,可以通過(guò)補(bǔ)償?shù)姆椒▉?lái)減少。真正的困難是這些誤差是變化的,即標(biāo)準(zhǔn)差的分布范圍太大而無(wú)法控制。這么多的誤差源,這幾十個(gè)誤差的總誤差變化量如何控制在±3um以?xún)?nèi),即每個(gè)誤差的變化量需要控制在1um以?xún)?nèi),否則無(wú)法達(dá)到機(jī)器精度的總體目標(biāo),這是真正艱巨的挑戰(zhàn)。
因此,我國(guó)的機(jī)床產(chǎn)業(yè)必須整體提升,不僅是整機(jī)廠,更要提升供應(yīng)商與合作伙伴的零件及加工精度,以擺脫低價(jià)競(jìng)爭(zhēng),提升制造精度。加工精度等級(jí)。