animateMainmenucolor
activeMenucolor
Главная / Фрезерный станок с ЧПУ / Точность Фрезерного Станка с Чпу

Точность Фрезерного Станка с Чпу

Точность Фрезерного Станка с Чпу

Общим требованием к металлорежущим станкам является обеспечение заданной точности при максимальной производительности и минимальных затратах, а также обеспечение необходимой гибкости при удовлетворении требований заказчика. Оно обусловливает пять основных групп требований: по точности, производительности, надежности, экономичности и гибкости. В этой статье рассмотрим более подробно требования к точности фрезерного станка с ЧПУ.

Точность фрезерного станка с чпу при обработки заготовки зависит от высокой точность изготовления всех его деталей, узлов, особенно направляющих корпусных деталей, несущих инструмент и заготовку, точности изготовления приводов механизмов, качества сборки станка, жесткости его элементов, зазоров в сопрягаемых деталях, условий трения в направляющих при перемещении рабочих органов и др. Жесткость шпинделя и других ответственных узлов фрезерного станка с чпу должна превосходить жесткость аналогичных узлов, предназначенных для традиционных станков.

Для начала движения с места исполнительный орган фрезерного станка трогается не одновременно с действием управляющего сигнала, а только после того, как будут выбраны зазоры в передачах, произойдет некоторая упругая деформация элементов, а усилие, воздействующее на управляемый орган, превзойдет сопротивление сил трения и сил резания. Действие указанных факторов особенно важно учитывать при конструировании ходовых винтов - важнейших звеньев передачи к исполнительным органам команды на перемещение, так как от этого зависит точность фрезерного станка с чпу. По этой причине в фрезерных станках с ЧПУ используют шарико-винтовые пары, отличающиеся высокими точностью, износостойкостью и жесткостью благодаря применению гаек с преднатягом и большему диаметру ходового винта. Последний жестко крепится в осевом направлении, для чего используют упорные подшипники также с преднатягом.

В станках с ЧПУ, по сравнению с традиционными станками, кинематические цепи, передающие движение от двигателя к исполнительному механизму, значительно короче благодаря применению автономных приводов для всех рабочих движений. Эти конструктивные особенности позволяют значительно увеличить статическую и динамическую жесткость привода. Точность перемещения рабочих органов также зависит от точности срабатывания по времени механизмов останова:

  • электромагнитных муфт;
  • электродвигателей;
  • тормозных устройств.

Для уменьшения времени торможения и пуска конструкторы стремятся уменьшить маховые массы вращающихся деталей и электромеханическую постоянную времени привода.

Дискретность (цена импульса) - это перемещение механизма, соответствующее одному импульсу управляющей программы. Дискретность перемещения рабочего органа фрезерного станка с ЧПУ определяет значение ошибки, обусловленной представлением траектории движения в цифровой форме. Что в свою очередь влияет на точность обработки фрезерного станка с чпу. Чтобы снизить эту погрешность, целесообразно уменьшить дискретность. Однако это приводит к увеличению управляющей частоты для обеспечения требуемой скорости перемещения. При возрастании частоты усложняются УЧПУ, привод подач и измерительные преобразователи обратной связи. Кроме того, снижение дискретности не везде является оправданным, так как система станок - деталь может вносить существенно большие погрешности. Исходя из требований точности и производительности в станках фрезерной и сверлильной групп в большинстве случаев принимается дискретность 10 мкм, для многоцелевых, координатно- расточных, шлифовальных, электроэрозионных вырезных станков 0,5 - 1 мкм. В токарных и фрезерных станках с чпу повышенной точности дискретность не должна превышать 1 мкм.

Классы точности фрезерного станка

Точность обработки на фрезерных станках включает в себя точность выполнения размеров, точность формы поверхностей и взаимного расположения элементов. Она характеризуется погрешностями обработки, т.е. отступлениями полученных величин от заданных. Для множества деталей общего машиностроения диапазон требований по точности велик - от единиц микрометров до десятых долей миллиметра. Поэтому станки имеют несколько классов точности:

  • Н-нормальный;
  • П-повышенный;
  • В-высокий;
  • А-особо высокий;
  • С-особо точные станки.

Следует отметить, что погрешность собственно станка как машины является только составной частью суммарной погрешности обработки изделия. Ее дополняют технологические погрешности (установки изделия, износа инструмента, управляющей программы и т.д.), что следует учитывать при анализе точности фрезерного станка.

Нормы точности фрезерных станков с ЧПУ

Погрешности фрезерных станков с ЧПУ нормируются, как правило, нормами точности позиционирования рабочих органов и нормами точности образцов изделий при обработке.

Точность оборудования сверлильно фрезерно расточной группы в зависимости от размера станка и класса точности в соответствии с ОСТ2Н72-6-85 составляет:

  • точность линейного одностороннего позиционирования 2 - 40 мкм;
  • стабильность при одностороннем позиционировании - 1 - 20 мкм;
  • круглость цилиндрической поверхности образца-изделия при контурной обработке 8 - 50 мкм.

Учитывая современные тенденции развития фрезерных станков с ЧПУ и гибких производственных модулей, можно сделать вывод, что требования к их точности непрерывно возрастают. Это обусловлено:

  • возрастанием общих требований к точности обрабатываемых деталей;
  • распространением режима измерения деталей непосредственно на фрезерном станке с ЧПУ;
  • распространением режима записи управляющих программ при обработке первой детали;
  • повышением требований к стабильности уровня точности во времени.

Точность фрезерных станков не является постоянной и не может быть охарактөризована только одним значением; она меняется в зависимости от вида и режима обработки, от размера изделия и скорости подачи. Нормируемые величины погрешностей достигаются, как правило, в наиболее благоприятных условиях (малые размеры изделий, низкая скорость подачи и т.д.).

В группу требований по точности обычно входят требования к качеству обработанной поверхности.

Расчет точности станка

Точность является одной из важнейших характеристик металлорежущих станков. Расчеты ожидаемой точности производятся, как правило, на начальных этапах разработки проекта станка. Они позволяют оценить уровень точности обработки, а также влияния на суммарную точность различных составляющих погрешностей. Производятся как приближенные, так и уточненные расчеты, зачастую с использованием персональных компьютеров. При расчетах точности станка необходимо иметь в виду:

  • Точность станка определяется погрешностью взаимного расположения инструмента и заготовки.
  • Металлорежущие станки являются сложными системами, состоящими из большого количества разнородных звеньев. Каждое звено обладает определенной первичной погрешностью. Первичные погрешности, взаимодействуя в пространстве и во времени, формируют суммарную погрешность станка.
  • Величина погрешности станка не является постоянной, она меняется в зависимости от параметров обработки, в частности, от; режима (черновой, чистовой); габаритов обработки и положения изделия в рабочем пространстве станка; скорости подачи.
    Таким образом, для характеристик точности станка необходима определенная совокупность величин.
  • Погрешность станка изменяется во времени.
  • Обычно при оценке точности рассматривают погрешности только станка как машины-орудия. Технологические погрешности, такие как приспособлений, оснастки, установки изделий и т.д. не входят в погрешность собственно станка, однако они должны учитываться при оценке ожидаемой точности готовых изделий.

Суммарная погрешность с должна рассматриваться как вероятностная сумма случайных первичных погрешностей и определяться до следующей схеме:

  • определение величин первичных погрешностей;
  • суммирование первичных погрешностей.

Первичные погрешности станка по металлу подразделяются на следующие основные группы:

  • погрешности, вызванные геометрическими неточностями изготовления и сборки перемещающихся узлов и деталей;
  • погрешности, обусловленные упругими деформациями станка;
  • ошибки системы управления (отсчета);
  • температурные погрешности;
  • погрешности, вызванные вибрациями в упругой системе станка;
  • погрешности, обусловленные износом трущихся поверхностей;
  • прочие погрешности.

Все погрешности по времени действия могут быть отнесены в совокупности процессов, определяющих (рис. 1):

  • Начальную точность станка Δ0,(геометрические и упругие погрешности, ошибки системы управления).
  • Точность в течение нескольких часов работы Δ1 (температурные погрешности, износ инструмента).
  • Точность в течение длительного срока работы Δ2 (износ направляющих, опор и т.д.).

На рис. 1 кривая 1 соответствует математическому ожиданию суммарной погрешности станка, кривые 2 - границам поля рассеивания погрешности, кривые 3 - распределению погрешностей в моменты времени t0, t1, t2.

Рис. 1. Диаграмма изменения погрешности станка по металлу во времени

Погрешности, вызванные геометрическими неточностями изготовления и сборки перемещающихся узлов и деталей

Эта группа погрешностей делится на три подгруппы:

  • Погрешности перестановки (направляющих). При перемещении по направляющим из-за неточности их изготовления и податливости базовых деталей узлы станка совершают в общем случае дополнительное сложное движение. Его можно характеризовать двумя взаимно перпендикулярными смещениями в плоскости, нормальной к направлению движения, а также углами поворота в трех координатных плоскостях.
  • Погрешности вращения шпиндельного узла.
  • Ошибки кинематических цепей. На точность станка влияют погрешности только участков кинематических цепей, не охватываемых обратной связью по положению.

Погрешности, обусловленные упругими деформациями

Рассматриваются два вида погрешностей этой группы:

  • постоянная (систематическая) Δпост, обуславливаемая средними значениями усилий резания и жесткости системы. Она часто может быть учтена и компенсируема (размерной настройкой инструмента, коррекцией программы); тогда ее можно не учитывать при оценке суммарной погрешности станка;
  • переменная (случайная) Δпер, обусловленная изменением в процессе обработки жесткости системы и сил резания.

Ошибки системы управления влияющие на точность станка

Под погрешностью системы управления понимают разницу между заданным и измеряемым системой в данный момент положением узлов, несущих инструмент и заготовку. Суммарная погрешность системы управления зависит от ее структуры, величины измеряемого перемещения, скорости обработки, точности датчиков положения и других элементов. Часто, особенно в тяжелых металлорежущих станках, точность системы управления во многом определяется параметрами исполнительных механизмов станков.

Температурные погрешности станка

Как правило, проводятся расчеты при установившемся температурном состоянии, характеризующем наибольшие погрешности (переходные процессы длятся обычно единицы часов). Упрощенные оценочные расчеты основаны на базе рассмотрения элементов с простыми потоками теплоты, для которых имеются решения теории теплопередачи.