unele cauze ale erorilor termice în prelucrarea prin strunjire

Strungurile verticale CNC suferă adesea de deviații dimensionale și degradarea preciziei în timpul funcționării stabile prelungite sau al prelucrării cu sarcină mare. Cauzele principale ale acestor probleme includ atât erori geometrice ale mașinii, cât și erori termice.

Acest articol analizează în mod sistematic principalele surse, caracteristici și impactul erorilor termice și compară avantajele și dezavantajele compensării hardware și software.

Clasificarea erorilor:

1. Erori geometrice: erori inerente cauzate de defecte de fabricație ale mașinii, erori de montare a pieselor, toleranțe de instalare și deplasări statice/dinamice (de exemplu, rectitudinea căii de ghidare, erori unghiulare, erori de pas al șurubului de avans).
2. Erori termice: erori cauzate de dilatarea termică sau deformarea termică a mașinii sau a piesei de prelucrat din cauza schimbărilor de temperatură; acestea variază în funcție de timp și de condițiile de prelucrare și, prin urmare, reprezintă surse de eroare dependente de timp.

Cauzele principale ale erorilor termice:

1. Căldura de tăiere: cantități mari de căldură generate în zona de tăiere a sculei-piesă de prelucrat sunt parțial conduse în piesa de prelucrat, suportul sculei și structura mașinii, provocând creșterea locală a temperaturii și deformarea.
2. Încălzirea axului și a motorului: motorul axului, servomotoarele și unitățile de acționare generează căldură în timpul funcționării, modificând geometria axului și excentricitatea radială.
3. Frecarea rulmenților și a transmisiei: frecarea în rulmenți, cutii de viteze, curele/cuplaje etc. produce căldură și expansiune locală care afectează precizia și concentricitatea transmisiei.
4. Frecarea prin alunecare și căile de ghidare: căile de ghidare, glisierele și șuruburile de avans generează căldură prin frecare în timpul mișcării, provocând deplasarea termică a căruciorului și a sistemului de avans.
5. Căldura sistemului hidraulic/pneumatic: pompele hidraulice, supapele, rezervoarele de ulei etc. generează căldură care este transmisă prin structurile de susținere către componentele cheie ale mașinii.
6. Fluctuațiile de temperatură ale lichidului de răcire și ale fluidului de tăiere: temperatura instabilă a lichidului de răcire sau modificările de debit modifică condițiile de disipare a căldurii piesei de prelucrat și ale sculei, afectând echilibrul termic.
7. Modificările temperaturii ambiante și ale atelierului: diferențele de temperatură diurne sau sezoniere și controlul deficitar al climatizării provoacă o deviere generală a temperaturii mașinii.
8. Surse de căldură asimetrice și gradienți de temperatură: distribuția inegală a surselor de căldură interne/externe sau încălzirea locală prelungită (de exemplu, tăierea pe o singură parte pe o durată lungă) creează deformări termice neuniforme și erori de poziționare.
9. Efectele termice ale dispozitivului de fixare și ale piesei de prelucrat: piesele de prelucrat mari sau cu capacitate termică ridicată absorb căldura în timpul prelucrării și își modifică pozițiile relative; conducția termică a dispozitivului de fixare poate transmite, de asemenea, erori.

Caracteristicile și impactul erorilor termice:

1. Dependența de timp: erorile termice se acumulează pe durata prelucrării și prezintă tendințe sau modificări periodice. Acestea pot fi stabile pe intervale scurte, dar devin semnificative pe durata prelucrărilor îndelungate.
2. Neromantism spațial: diferite componente se încălzesc inegal, producând modele complexe de deformare (deplasare, înclinare, îndoire).
3. Efect mare asupra lucrărilor de înaltă precizie: erorile termice sunt deosebit de semnificative în prelucrarea la nivel de micrometru și poziționarea repetată, provocând abateri dimensionale, erori geometrice și degradarea calității suprafeței.
4. Nu pot fi eliminate ușor printr-o singură ajustare hardware: deoarece erorile termice se modifică în funcție de condițiile de funcționare, corecțiile mecanice fixe sau calibrările sunt adesea ineficiente în timp.

Limitări ale compensării hardware tradiționale:

Compensarea hardware (de exemplu, refabricarea pieselor, reglarea calibrelor de calibrare, modificările structurii mecanice) poate corecta erorile geometrice statice, dar nu poate face față erorilor termice variabile în timp sau semi-aleatorii. Astfel de măsuri nu sunt flexibile, necesită cicluri lungi de reglare și costuri ridicate și trebuie repetate frecvent pentru diferite piese sau condiții de tăiere, ceea ce le face nepotrivite pentru mediile de producție dinamice.

Măsurarea erorilor termice:

1. Amplasarea senzorilor: instalați senzori de temperatură (termocupluri / RTD) și senzori de deplasare/diferențiali necesari în locuri cheie, cum ar fi axul, șurubul de avans, patul, ghidajele, motoarele principale, carcasele rulmenților și orificiile de intrare/ieșire ale lichidului de răcire.
2. Testare și colectare de date: colectați date privind temperatura și erorile geometrice (deplasare, rectitudine, concentricitate) în condiții reprezentative (adâncime variabilă de tăiere, viteză de tăiere, prelucrare în gol/continuă etc.).