Grundlegendes zur Genauigkeit und Wiederholbarkeit von CNC-Maschinen

Ich definiere die Genauigkeit einer CNC-Werkzeugmaschine als wie genau ihre Achsen unter Last beabsichtigten Pfaden zu befohlenen Endpunkten folgen können. Ich definiere seine Wiederholbarkeit als, wie genau es befohlene Bewegungen (wiederum unter Last) während mehrerer Zyklen im Laufe des Tages duplizieren kann.

Dies sind Definitionen für dynamische Genauigkeit und Wiederholbarkeit. Sie weichen wahrscheinlich von den Spezifikationen Ihres Maschinenbauers ab. Herstellerspezifikationen geben üblicherweise statische Genauigkeit und Wiederholbarkeit an; Das heißt, die Maschine befindet sich nicht im Zyklus und führt Bearbeitungsvorgänge aus, wenn zugehörige Messungen durchgeführt werden.

Um den Maschinenbauern gerecht zu werden, variieren die dynamische Genauigkeit und Wiederholbarkeit mit der Belastung, die auf die Maschinenkomponenten ausgeübt wird. Je größer die Belastung, desto schwieriger ist es, Genauigkeit und Wiederholbarkeit aufrechtzuerhalten. Dies macht es für Maschinenbauer unmöglich, dynamische Genauigkeits- und Wiederholbarkeitsspezifikationen bereitzustellen, geschweige denn Garantien zu geben. Es gibt einfach zu viele Variablen.

Maschinenbauer sollten jedoch feststellen können, ob ihre Maschine die Genauigkeits-/Wiederholbarkeitsanforderungen für Ihre spezielle Anwendung erfüllen kann. Sie sollten bereit sein, so viel zu garantieren, wenn Sie sie vor dem Kauf einer neuen Werkzeugmaschine darum bitten.

Bestimmte genauigkeitsbezogene Faktoren liegen außerhalb der Kontrolle eines CNC-Benutzers, sobald eine Maschine installiert ist. Dazu gehören:

Die Konstruktion der Maschine

• Es muss in der Lage sein, die leistungsstärksten Bearbeitungsoperationen in Ihrer Anwendung ohne übermäßige Durchbiegung seiner Stützkomponenten auszuführen.

Das Feedback-System

• Linearmaßstäbe überwachen direkt die Position des beweglichen Bauteils einer Achse. Im Gegensatz zu Drehgebern sind sie nicht stark von der Integrität der Achssystemkomponenten (Wegsysteme, Kugelumlaufspindeln und Kupplungen) abhängig.

Andere genauigkeitsbezogene Faktoren liegen in der Verantwortung des Maschinenbenutzers. Dazu gehören:

Werkzeugmaschinenkalibrierung

• Maschinenbauer kalibrieren zunächst Teilungsfehler- und Spielkompensationen, aber wenn die Genauigkeit aufrechterhalten werden soll, müssen Endbenutzer diese Kalibrierungen während der Lebensdauer einer Maschine in regelmäßigen Abständen wiederholen.

Umwelt

• Werkzeugmaschinen müssen in einer stabilen Arbeitsumgebung aufgestellt werden, die Schwankungen der Umgebungstemperatur und -feuchtigkeit minimiert.

Sicherzustellen, dass eine Maschineninstallation eine angemessene dynamische Genauigkeit für Ihre Anwendung bieten kann – und sie ordnungsgemäß gewartet wird – ist nur die halbe Miete für die Herstellung konsistenter, akzeptabler Komponenten. Sie müssen auch bestätigen, dass die Maschine vom ersten bis zum letzten Werkstück genau wiederholen kann – Stunde für Stunde, Tag für Tag – selbst wenn Maschinenkomponenten nach Leerlaufzeiten aufgewärmt werden.

Ein wichtiges Problem im Zusammenhang mit der Wiederholgenauigkeit im Zusammenhang mit der Maschinenkonstruktion ist die thermische Schwankung beweglicher Komponenten. Hauptanliegen sind die Spindel- und Wegsysteme der Maschine, da sie den größten Einfluss auf bearbeitete Oberflächen haben. Wenn sich diese Komponenten erwärmen, wachsen sie. Beim Abkühlen schrumpfen sie. Dies macht es schwierig – vielleicht unmöglich –, die Größe auf kritischen Oberflächen mit engen Toleranzen während der Aufwärmphase der Maschine beizubehalten.

Maschinenbauer unternehmen große Anstrengungen, um thermische Veränderungen in Maschinenkomponenten zu minimieren (z. B. Kühlung der Spindel und/oder der Wegesysteme). Darüber hinaus beinhalten sie Designmethoden, die die Auswirkung von Temperaturschwankungen auf die Wiederholbarkeit minimieren. Bei CNC-Drehzentren kann beispielsweise der Spindelstock senkrecht zum Bett stehen. Bei Erwärmung ändert sich lediglich die Höhe der Schneide des Schneidwerkzeugs. Dadurch wird die Variation des bearbeiteten Durchmessers von Teil zu Teil beim Aufwärmen der Maschine minimiert.

Beim Kauf einer neuen CNC-Maschine sollten Sie verstehen, wie der Hersteller mit thermischen Schwankungen umgeht. Noch wichtiger ist, dass Sie bestätigen müssen, dass durch Wärmeausdehnung während des Aufwärmens verursachte Abweichungen der bearbeiteten Oberfläche die Toleranzen nicht überschreiten. Andernfalls könnten Sie eine produktivitätsverschwendende Überraschung erleben, wenn Sie feststellen, dass Ihre neue Maschine eine Aufwärmphase durchlaufen muss, bevor sie in der Produktion eingesetzt werden kann.

Einige der schwerwiegendsten Wiederholbarkeitsprobleme haben nichts mit dem Maschinendesign zu tun. Stattdessen werden sie von der Anwendung der Maschine beeinflusst. Schwankungen jeglicher Art – während eines Produktionslaufs oder von einem Job zum nächsten – können sich auf die Wiederholbarkeit auswirken. Dinge, die sich von Zyklus zu Zyklus ändern, erfordern eine zeitraubende Anpassung. Wenn die Abweichung groß genug ist, kann dies zu Ausschuss führen.

Was sind Beispiele für Variationen?

Beispiele für Abweichungen während eines Produktionslaufs sind:

• Werkzeugverschleiß. Da die Schneidkanten verschleißen, variieren die bearbeiteten Oberflächen. Außenflächen wachsen, während Innenflächen schrumpfen.

• Dumpfer Werkzeugwechsel. Wenn stumpfe Schneidwerkzeuge ausgetauscht werden, ist äußerste Vorsicht geboten, um sicherzustellen, dass die Schneidkante(n) nicht von ihrer/ihren vorbestimmten Position(en) abweichen.

Von einem Job zum nächsten wird ausgeführt. include:

• Aufspannung einrichten. Viele Faktoren wirken sich auf die Stabilität des Werkstücks aus (z. B. Platzierung/Ausrichtung der Werkstückhaltevorrichtung, Klemmposition und aufgebrachte Kraft sowie Programmnullzuweisung).

• Schneidwerkzeugmontage, Messung und Versatzeingabe. Komponenten- und Baugruppenvariationen führen zu Steifigkeitsvariationen, die zu Bearbeitungsproblemen führen können.

• Maschinenzustand. Schwankungen, die durch Pannen und die Vernachlässigung der vorbeugenden Wartung verursacht werden, können zu Größenproblemen bei Jobs führen, die in der Vergangenheit erfolgreich ausgeführt wurden.