animateMainmenucolor
activeMenucolor
Главная / Фрезерный станок с ЧПУ / Погрешность Фрезерного Станка С ЧПУ

Погрешность Фрезерного Станка С ЧПУ

Погрешность фрезерного станка с чпу

Погрешность фрезерного станка с чпу - это неточность оборудования фрезерного типа с числовым программным управлением, вызванная нарушениями (отклонениями) различного характера. Например, погрешности взаимного положения неподвижно закрепленных или перемещаемых узлов фрезерного станка обусловлены либо неточностью изготовления соответствующих элементов станка либо износом контактирующих поверхностей деталей. Погрешности изготовления металлорежущих станков приводят к нарушению взаимного расчетного положения режущего инструмента и заготовки. То есть появляется погрешность обработки, вызванная геометрической погрешностью станка.

Фрезерные станки должны обеспечивать требуемую траекторию взаимного перемещения обрабатываемой заготовки и инструмента. Однако, вследствие элементарных погрешностей, реальная траектория отличается от требуемой. В некоторых случаях погрешности фрезерного станка с чпу являются доминирующими. Необходимо уменьшить погрешности станка до величин, в 3-5 раз меньше по сравнению с наименьшими допустимыми погрешностями поверхностей деталей, обрабатываемых с использованием этого станка.

Необходимая точность станков обусловлена совершенством их конструкции, погрешностями, возникающими при изготовлении деталей и сборке станка, и погрешностями, допустимыми при наладке и регулировании технологической системы. В наибольшей степени на погрешность фрезерной обработки влияют такие отклонения станка, как кинематическая точность механизмов, погрешность позиционирования рабочих органов станка и т. п. Кроме этого, важным является уменьшение чувствительности станка к внешним и внутренним воздействиям (силовым, тепловым и т. п.). По мере изнашивания, начальная точность станка меняется. Поэтому следует осуществлять контроль, осмотры, проверку точности и периодическое регулирование узлов станка, которые обеспечивают длительное сохранение требуемой точности.

Точность позиционирования рабочих органов определяется не только точностью самого станка, но и зависит от типа системы ЧПУ: конструкции, места установки импульсного преобразователя ИП, точностных параметров ИП и т. д. Так, при использовании шагового привода, погрешность перемещения рабочих органов станка определяется погрешностью отработки шаговым двигателем командных импульсов, погрешностями гидроусилителя, зубчатой передачи и передачи винт – гайка, а также погрешностями рабочего органа станка.

Погрешность фрезерного станка со следящим приводом

Применяя следящий привод станка с замкнутой схемой управления, наблюдается два вида погрешностей фрезерного станка с чпу, снижающих точность перемещений рабочих органов:

погрешности элементов привода подачи и рабочего органа, не охватываемые системой обратной связи;

погрешности результатов измерения перемещения или угла поворота рабочего органа станка измерительным преобразователем.

Первая группа погрешностей появляется, в основном, при использовании систем обратной связи с круговым ИП. Преобразователи устанавливают на ходовом винте или измеряют перемещение рабочего органа через реечную передачу. В первом случае система обратной связи не учитывает погрешности передачи винт – гайка: накопленную погрешность по шагу ходового винта; зазоры в соединении винт – гайка и в опорах винта; упругие деформации ходового винта, его опор и соединения винт – гайка; тепловые деформации ходового винта и др., а также погрешности рабочего органа: отклонения от прямолинейности и параллельности перемещений; зазоры в направляющих; упругие деформации рабочего органа и др. Во втором случае на точность измерений влияют погрешности реечной передачи.

Погрешность результатов измерения угла поворота или перемещения рабочего органа станка обусловливается погрешностью ИП, вызванной погрешностями его изготовления и установки на станке, погрешностями, которые появляются в процессе эксплуатации ИП и станка. Так, при эксплуатации линейных ИП может меняться величина зазора между его подвижными и неподвижными элементами.

Погрешность фрезерного станка при тепловых расширениях

В общем балансе погрешностей обработки на фрезерных станках с ЧПУ значительную долю занимают погрешности, обусловленные тепловыми деформациями механизмов станка, приводящими к изменению относительного положения инструмента и заготовки в направлениях осей координат X, Y, Z и угловых поворотов вокруг этих осей. Их значение и направление действия в значительной степени определяется компоновкой и конструкцией базовых деталей и механизмов станка и размещением тепловыделяющих элементов относительно базовых деталей и механизмов станка, они зависят от качества изготовления и сборки фрезерного станка и условий его эксплуатации.

Наибольшее влияние на температурные деформации оказывают собственные источники тепла станка и устройства ЧПУ, выделяющие тепло вследствие:

  • превращения электрической энергии;
  • превращения механической энергии (потери на трение в подшипниках шпинделя, в зубчатых и червячных передачах, в передаче винт – гайка, в фрикционных муфтах и тормозах, в направляющих, в местах уплотнения валов и др.);
  • потери энергии в гидроустройствах станка.

Электрические и механические потери фрезерного станка могут достигать 30% мощности, подводимой к станку. Значительными внутренними источниками тепла в станке являются опоры шпинделя. Температурные деформации подшипников шпинделя изменяют предварительный натяг в них и могут привести к повышенному изнашиванию подшипников.

При работе фрезерного станка с ЧПУ происходит неравномерный нагрев его механизмов и деталей, вызывающий изменение их размеров, формы и относительного положения в пространстве, что приводит к изменению положения оси шпинделя относительно стола координат нулевой точки; отклонению от прямолинейности перемещения подвижных органов станка; нарушению стабильности работы систем обратной связи и др.

Погрешность фрезерного станка с чпу уменьшается путем рациональной компоновки и конструирования основных базовых деталей и механизмов, применения в приводах подач высокомоментных электродвигателей постоянного тока, синхронных и асинхронных двигателей с водяным охлаждением, беззазорных механизмов и устройств, имеющих высокий КПД, направляющих с малыми потерями на трение, стабилизации или компенсации отдельных погрешностей станка предыскажением программы управления, введением корректирующей программы в память системы ЧПУ при применении дополнительных обратных связей.

Влияние температурных деформаций на точность станков с ЧПУ снижается путем их компенсации (предварительным нагревом до стабилизации теплового поля и температурных деформаций); уменьшением количества тепла, выделяющегося при работе станка; снижением чувствительности станка к изменению температуры нагрева деталей и узлов станка.

Количество тепла, выделяемое в станке, можно уменьшить двумя путями:

  • выносом тепловыделяющих механизмов (насосных установок, приводных двигателей, масляных баков, гидроаппаратуры и др.) из станины или других базовых деталей станка;
  • использованием конструкций с небольшим тепловыделением, что достигается применением шпиндельных подшипников с меньшим тепловыделением; использованием, соответствующего смазочного материала; сокращением длины кинематических цепей. Зубчатые и клиноременные передачи рекомендуется размещать так, чтобы потоки воздуха уносили часть выделяемого тепла.

Уменьшение «чувствительности» станка к изменению его тепловых полей достигается изготовлением деталей станка из материалов с малым коэффициентом линейного расширения, теплоизоляцией источников тепла, созданием термосимметричной конструкции станка и его механизмов. Влияние температурных деформаций может быть уменьшено соответствующим взаимным расположением фиксирующих элементов, например упорных подшипников в шпинделе (в передней или задней опоре), места крепления шпиндельной бабки на станине и др.

Эффективным методом снижения температурных деформаций является охлаждение станка, включая его активные элементы (подшипники шпинделя, электродвигатели и др.), и пассивные элементы, переносящие тепло (масла и охлаждающие жидкости) путем создания естественного или искусственного потока воздуха, отвода тепла с помощью охлаждающих устройств и др.

Зависимость погрешности станка с чпу от инструмента

При обработке заготовок деталей на фрезерных станках с ЧПУ точность диаметральных размеров зависит от погрешности наладки инструмента вне станка, погрешностей изготовления прибора для наладки инструмента, оправок, конусного отверстия в шпинделе станка. Обычно применение инструмента, налаженного вне станка, обеспечивает получение диаметральных размеров по 8–9-му квалитету. При более высоких требованиях к точности необходима подналадка инструмента на станке.

Погрешность формы в продольном сечении отверстия определяется отклонением от прямолинейности перемещений шпинделя или стола станка в осевом направлении, упругими и температурными деформациями технологической системы, размерным износом инструмента, уводом инструмента. Погрешность формы отверстия в поперечном направлении определяется периодическими смещениями инструмента и заготовки в процессе обработки (за один оборот), обусловленными изменением параметров режима (в первую очередь глубины резания из-за неточности заготовки), параметров станка (кинематических погрешностей, неравномерной жесткости) и технологической оснастки (например, неодинаковой жесткости кулачков патрона).

Погрешности воспроизведения на детали контура, заданного программой управления, складываются из многих факторов, как конструктивных, определяемых принципом действия устройства ЧПУ, приводов, конструкций элементов станка, так и технологических, обусловленных режущим инструментом, приспособлением, режимом обработки материалом детали и т. д.

К типовым конструктивным погрешностям фрезерной обработки, свойственным станкам с ЧПУ, относят:

  • скоростную погрешность следящего привода;
  • погрешность, возникающую в связи с неравенством и непостоянством коэффициентов усиления приводов подач по разным координатам перемещения станка, а также с изменением их при изменении подачи; такие явления имеют место, например, при нелинейности (несимметричности, синусоидальности) статической характеристики фазового дискриминатора в рабочей зоне;
  • погрешность вследствие зазоров в кинематических цепях станка, не охваченных обратной связью;
  • погрешность в результате колебательности приводов, которая приводит к ухудшению качества обработки, в основном, из-за появления неравномерной волны на обрабатываемой поверхности, шаг которой зависит от скорости подачи, т. к. частота колебаний привода сохраняется примерно постоянной;
  • погрешность вследствие периодической внутришаговой погрешности датчиков обратной связи, главным образом, фазовых; эта погрешность выражается в появлении волны на обрабатываемой поверхности, шаг которой зависит от цены оборота фазы приводов и от угла наклона обрабатываемого контура детали к направлениям перемещений рабочих органов по координатам станка.