Cosa determina la precisione di una macchina CNC? Questa domanda è fondamentale per chiunque operi nel settore della lavorazione. In questo articolo esploreremo i fattori chiave che influenzano l'accuratezza della lavorazione, come la precisione geometrica e di posizionamento, e le differenze tra i sistemi di controllo ad anello chiuso e semi-chiuso. Scoprirete come questi elementi influiscono sulla precisione delle operazioni CNC e cosa potete fare per migliorarla. Immergetevi per capire come ottenere risultati di lavorazione ottimali e garantire che le vostre macchine CNC funzionino al meglio.
Nel settore della lavorazione meccanica, "precisione di lavorazione" è un termine comunemente utilizzato. Viene citato più volte nel corso della giornata e quando si parla con persone del settore, la precisione di lavorazione viene sempre tirata in ballo.
Sorge quindi la domanda: come può la macchina CNC garantire la precisione di lavorazione?
La precisione di Macchina CNC dipende in ultima analisi dalla precisione della macchina utensile stessa. Questa precisione comprende vari fattori, come la precisione geometrica, la precisione di posizionamento, la precisione di ripetizione del posizionamento e la precisione di taglio.
Precisione geometrica:
È nota anche come accuratezza statica, che riflette in modo esaustivo gli errori geometrici dei componenti principali di Macchine utensili CNC dopo il montaggio.
Pprecisione di posizionamento:
Ciò dimostra la precisione del movimento della macchina utensile misurato sotto il controllo del dispositivo di controllo numerico. In base al valore della precisione di posizionamento misurata, è possibile determinare la precisione ottimale per la lavorazione del pezzo nel processo di lavorazione automatizzato della macchina utensile.
La precisione di posizionamento si riferisce alla differenza tra la posizione effettiva del pezzo o dell'utensile e la posizione standard (posizione teorica o ideale). Minore è la differenza, maggiore è la precisione.
Per garantire l'accuratezza della lavorazione dei pezzi è necessario ottenere un'elevata precisione di posizionamento, che è un prerequisito fondamentale.
Repetizione dell'accuratezza del posizionamento
Si riferisce all'uniformità della precisione della posizione ottenuta eseguendo ripetutamente lo stesso codice di programma su a CNC macchina utensile. Include anche la coerenza dei risultati ottenuti dalla lavorazione di un lotto di pezzi nelle stesse condizioni, ad esempio utilizzando la stessa macchina utensile CNC, gli stessi metodi operativi e lo stesso programma pezzo.
Precisione di taglio:
Si tratta di un'ispezione completa della precisione geometrica e di posizionamento della macchina utensile durante le operazioni di taglio.
In base a quanto detto, la precisione delle macchine utensili CNC si divide in aspetti meccanici ed elettrici. Gli aspetti meccanici riguardano l'accuratezza del mandrino, compresi il run-out e la barra collettrice, l'accuratezza della vite di guida, l'accuratezza dell'attrezzatura durante la lavorazione e la rigidità della macchina utensile.
Gli aspetti elettrici riguardano principalmente i metodi di controllo, come l'anello semi-chiuso e l'anello completamente chiuso, i metodi di retroazione e compensazione e l'accuratezza dell'interpolazione durante l'elaborazione.
Pertanto, l'accuratezza della macchina utensile non dipende esclusivamente dal fatto che sia o meno ad anello chiuso.
La catena di movimento delle macchine utensili CNC comprende i seguenti componenti: dispositivo CNC → servo encoder → servoazionamento → motore → vite → parti mobili.
A seconda della posizione di installazione del dispositivo di rilevamento della posizione, il controllo può essere classificato in tre tipi: controllo ad anello completamente chiuso, controllo ad anello semi-chiuso e controllo ad anello aperto.
Servosistema di alimentazione con controllo ad anello completamente chiuso
La macchina utensile è dotata di dispositivi di rilevamento della posizione, come righelli a griglia e sincronizzatori a induzione lineare, installati sulle sue parti mobili, come i banchi di lavoro. Questi dispositivi forniscono un feedback in tempo reale sulla posizione delle parti mobili.
Dopo che il sistema CNC ha elaborato le informazioni, lo stato della macchina utensile viene trasmesso al servomotore. Il servomotore compensa automaticamente qualsiasi errore di movimento attraverso il comando del sistema.
Tuttavia, dal momento che comporta il controllo ad anello chiuso dei legami a grande inerzia della vite di guida, della coppia di dadi e della tavola della macchina utensile, può essere più impegnativo eseguire il debug del sistema in uno stato stabile.
Inoltre, l'installazione di dispositivi di misura, come righelli a griglia e sincronizzatori a induzione lineare, può essere costosa e complicata, con conseguenti oscillazioni.
Pertanto, la maggior parte delle macchine utensili generiche non utilizza un controllo completo ad anello chiuso.
Servosistema di alimentazione con controllo ad anello semi-chiuso
Un dispositivo di rilevamento della posizione è installato all'estremità del motore di azionamento o all'estremità dell'asta della vite per rilevare l'angolo di rotazione della vite o del servomotore. Ciò consente di misurare indirettamente la posizione effettiva delle parti mobili della macchina utensile, che viene poi inviata al sistema di controllo tramite feedback.
Con i progressi della produzione meccanica e i miglioramenti nell'accuratezza degli elementi di rilevamento della velocità e dei passi della vite, le macchine utensili CNC ad anello semichiuso hanno raggiunto un livello abbastanza elevato di accuratezza dell'avanzamento.
Di conseguenza, la maggior parte dei produttori di macchine utensili ha adottato ampiamente il sistema ad anello semi-chiuso. Sistemi CNC.
Completamente sistema di controllo ad anello chiuso
I dispositivi di rilevamento della posizione, come i righelli a griglia e i sincronizzatori a induzione lineare, hanno livelli di precisione variabili, da ±0,01 mm a ±0,003 mm. Il livello di precisione influisce sull'accuratezza del posizionamento e anche con un controllo ad anello chiuso completo possono verificarsi errori.
Il rilevamento della posizione è influenzato anche dalle proprietà termiche, in particolare dalla deformazione termica. I dispositivi di misura sono tipicamente realizzati in materiale nonmateriali metallicie il coefficiente di espansione termica varia tra i vari componenti della macchina utensile.
Si tratta di un aspetto critico della precisione della macchina utensile e deve essere affrontato riducendo la generazione di calore durante la lavorazione per superare la deformazione termica causata dalla temperatura. Le macchine utensili di fascia alta utilizzano vari metodi, come il raffreddamento delle viti, la lubrificazione delle guide e il raffreddamento a temperatura costante del fluido di taglio, per ridurre la deformazione termica.
Anche l'installazione del dispositivo di rilevamento della posizione è fondamentale. In teoria, quanto più è vicino all'asse di azionamento (coppia di viti), tanto più precisa sarà la misurazione. Tuttavia, a causa dei limiti di spazio della struttura, esistono solo due modi per installare il righello a griglia: vicino al lato della vite principale o all'esterno della guida.
Sebbene sia consigliabile optare per il primo metodo di installazione, può risultare scomodo ai fini dell'ispezione e della manutenzione. D'altra parte, anche se è stato scelto un righello per griglie di alta precisione, non è riuscito a raggiungere la precisione richiesta per le macchine utensili CNC.
Nel primo caso, la posizione di installazione del righello grigliato è relativamente vicina all'asse di azionamento, ma mantiene comunque una certa distanza da esso. Questa distanza, unita all'oscillazione dell'oggetto durante l'azionamento, causa problemi di rilevamento e controllo del righello grigliato.
Quando l'oggetto guidato oscilla verso il lato di montaggio del righello a griglia, durante il rilevamento la velocità di movimento viene considerata insufficiente e il sistema emette un segnale di accelerazione. Quando l'oggetto guidato oscilla verso l'altro lato, il righello a griglia sbaglia la velocità di movimento durante il rilevamento e il sistema emette un segnale di decelerazione.
Queste operazioni ripetute non migliorano il controllo degli assi di coordinate lineari della macchina utensile CNC, ma intensificano le vibrazioni dell'oggetto di guida. Ciò porta a un fenomeno particolare, per cui l'anello completamente chiuso non è altrettanto valido dell'anello semichiuso.
Impatto ambientale della produzione:
In genere, le fabbriche di lavorazione presentano ambienti difficili, dove polvere e vibrazioni sono fenomeni comuni. Tuttavia, le righe a griglia e i sincronizzatori a induzione lineare sono componenti di precisione che misurano la posizione del movimento relativo attraverso la riflessione della luce.
La polvere e le vibrazioni sono i due fattori che più incidono sulla precisione di misura. Inoltre, la nebbia di olio da taglio e la nebbia d'acqua sono più gravi durante la lavorazione alla macchina utensile e influiscono notevolmente sul righello a griglia e sul sincronizzatore a induzione lineare.
Pertanto, se si utilizza un sistema di controllo ad anello completamente chiuso, è essenziale garantire un'installazione e una sigillatura adeguate e migliorare l'ambiente di produzione. In caso contrario, la precisione della nuova macchina utensile, originariamente buona, diminuirà nel giro di un anno e la macchina andrà spesso in allarme.
Sistema di controllo ad anello semi-chiuso
Poiché il dispositivo di misura è generalmente installato sulla parte superiore del motore o della vite di comando, è più facile sigillarlo, rendendo superflui i requisiti ambientali.
L'errore di precisione del sistema di controllo ad anello semichiuso dipende principalmente dal gioco in avanti e indietro della vite.
Grazie ai progressi della tecnologia di lavorazione meccanica, l'attuale livello di produzione delle viti di piombo importate è relativamente alto. Le coppie di viti di piombo ad alta precisione eliminano praticamente il gioco in avanti e all'indietro.
Inoltre, durante il processo di assemblaggio, la coppia di viti adotta una coppia di viti a ricircolo di sfere a doppia fila, in grado di eliminare completamente il gioco in avanti e all'indietro.
Molte fabbriche di macchine utensili utilizzano il metodo di prestiro durante l'assemblaggio della macchina per eliminare l'impatto della deformazione termica sulla precisione della vite.
Pertanto, l'attuale sistema di controllo ad anello semichiuso può garantire un'elevata precisione della macchina utensile.
In sintesi, si può osservare che, in teoria, il controllo ad anello chiuso completo può migliorare l'accuratezza del posizionamento di base rispetto al controllo ad anello semichiuso se non si considerano i fattori esterni. Tuttavia, la mancata considerazione di fattori quali il calore della macchina, l'inquinamento ambientale, l'aumento di temperatura, le vibrazioni e l'installazione può portare a uno scenario in cui il controllo ad anello chiuso completo ha prestazioni peggiori rispetto a quello ad anello semichiuso.
Sebbene possa funzionare bene nel breve periodo, la polvere e le variazioni di temperatura possono influire in modo significativo sui dati di feedback della misurazione del righello a griglia nel lungo periodo, riducendone l'efficacia.
Inoltre, in caso di problemi con il righello a griglia, viene generato un allarme che può causare il malfunzionamento della macchina utensile.
A causa di considerazioni sui costi e della concorrenza, il controllo ad anello chiuso completo per le macchine utensili di fascia media e bassa è stato semplificato. Di conseguenza, alcuni aspetti come il controllo della tenuta e dell'aumento di temperatura potrebbero non essere ben garantiti.
In questi casi, la semplice configurazione del righello del reticolo non può migliorare la precisione della macchina utensile e può comportare costi significativi.
In qualità di fondatore di MachineMFG, ho dedicato oltre un decennio della mia carriera al settore della lavorazione dei metalli. La mia vasta esperienza mi ha permesso di diventare un esperto nei campi della fabbricazione di lamiere, della lavorazione, dell'ingegneria meccanica e delle macchine utensili per metalli. Penso, leggo e scrivo costantemente su questi argomenti, cercando di essere sempre all'avanguardia nel mio campo. Lasciate che le mie conoscenze e la mia esperienza siano una risorsa per la vostra azienda.
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