някои причини за термични грешки при струговане

Вертикалните стругове с ЦПУ често изпитват отклонения в размерите и влошаване на точността при продължителна стабилна работа или обработка с високо натоварване. Основните причини за тези проблеми включват както геометрични грешки на машината, така и термични грешки.

В тази статия се разглеждат систематично основните източници, характеристики и въздействия на термичните грешки и се сравняват предимствата и недостатъците на хардуерната и софтуерната компенсация.

Класификация на грешките:

1. Геометрични грешки: присъщи грешки, причинени от дефекти в производството на машината, грешки в монтажа на частите, допуски при инсталирането и статични/динамични измествания (например, праволинейност на направляващите, ъглови грешки, грешки в стъпката на водещия винт).
2. Термични грешки: грешки, причинени от термично разширение или термична деформация на машината или детайла в резултат на температурни промени; те варират във времето и в зависимост от условията на обработка и следователно представляват източници на грешки, зависещи от времето.

Основни причини за термични грешки:

1. Топлина от рязане: големи количества топлина, генерирани в зоната на рязане между инструмента и детайла, се пренасят частично в детайла, държача на инструмента и конструкцията на машината, което води до локално повишаване на температурата и деформация.
2. Загряване на шпиндела и мотора: моторът на шпиндела, сервомоторите и задвижващите устройства генерират топлина по време на работа, което променя геометрията на шпиндела и радиалното отклонение.
3. Триене в лагерите и трансмисията: триенето в лагерите, редукторите, ремъците/съединителите и др. генерира топлина и локално разширение, което влияе на точността и концентричността на трансмисията.
4. Търкане при плъзгане и водачи: водачите, плъзгачите и водещите винтове генерират топлина от триене по време на движение, което води до термично изместване на каретата и системата за подаване.
5. Топлина от хидравлична/пневматична система: хидравлични помпи, клапани, маслени резервоари и др. генерират топлина, която се предава чрез носещите конструкции към ключови компоненти на машината.
6. Колебания в температурата на охлаждащата течност и смазочно-охлаждащата течност: нестабилната температура или дебит на охлаждащата течност променя условията за разсейване на топлината на детайла и инструмента, което влияе на термичното равновесие.
7. Промени в околната температура и температурата в цеха: дневните или сезонните температурни разлики и лошият контрол на климатизацията причиняват общо отклонение в температурата на машината.
8. Асиметрични източници на топлина и температурни градиенти: неравномерното разпределение на вътрешни/външни източници на топлина или продължителното локално нагряване (например едностранно дълготрайно рязане) създава неравномерна термична деформация и грешки в позиционирането.
9. Термични ефекти на приспособлението и детайла: големи или с висока топлинна мощност детайли абсорбират топлина по време на обработката и променят относителните си позиции; термичната проводимост на приспособлението също може да предава грешки.

Характеристики и въздействия на термичните грешки:

1. Времева зависимост: термичните грешки се натрупват с времето на обработка и показват тенденции или периодични промени. Те могат да бъдат стабилни за кратки интервали, но стават значителни при продължителна работа.
2. Пространствена неравномерност: различните компоненти се нагряват неравномерно, което води до сложни модели на деформация (изместване, наклон, огъване).
3. Голямо влияние върху високопрецизната работа: термичните грешки са особено значителни при обработка на микрометърно ниво и повторно позициониране, като причиняват отклонения в размерите, геометрични грешки и влошено качество на повърхността.
4. Не се елиминират лесно с еднократна настройка на хардуера: тъй като термичните грешки се променят в зависимост от работните условия, фиксираните механични корекции или калибрирания често са неефективни с течение на времето.

Ограничения на традиционната хардуерна компенсация:

Хардуерната компенсация (например, преработка на части, настройка на калибрационни уреди, модификации на механичната структура) може да коригира статични геометрични грешки, но не може да се справи с променящи се във времето или полуслучайни термични грешки. Такива мерки са лишени от гъвкавост, изискват дълги цикли на настройка и високи разходи и трябва да се повтарят често за различни части или условия на рязане, което ги прави неподходящи за динамични производствени среди.

Измерване на термични грешки:

1. Поставяне на сензори: инсталирайте температурни сензори (термодвойки/RTD) и необходимите сензори за изместване/диференциал на ключови места като шпиндела, водещия винт, лежанката, направляващите, главните двигатели, лагерните корпуси и входовете/изходите за охлаждаща течност.
2. Тестване и събиране на данни: събирайте данни за температурата и геометричните грешки (преместване, праволинейност, концентричност) при представителни условия (различна дълбочина на рязане, скорост на рязане, празна/непрекъсната обработка и др.).