Análise aprofundada do nível de precisão e dos requisitos de exatidão de usinagem para peças-chave de máquinas-ferramentas CNC
Na indústria moderna, as máquinas-ferramentas CNC tornaram-se o equipamento principal para a produção de diversas peças de precisão, com alta precisão, alta eficiência e alto grau de automação. O nível de precisão das máquinas-ferramentas CNC determina diretamente a qualidade e a complexidade das peças que podem ser processadas, e os requisitos de precisão de usinagem para peças-chave típicas desempenham um papel decisivo na seleção das máquinas-ferramentas CNC.
As máquinas-ferramentas CNC podem ser classificadas em vários tipos com base em sua utilização, incluindo simples, totalmente funcionais, ultraprecisão, etc. Cada tipo pode atingir diferentes níveis de precisão. Máquinas-ferramentas CNC simples ainda são utilizadas em alguns tornos e fresadoras, com resolução mínima de movimento de 0,01 mm e precisão de movimento e usinagem geralmente acima de (0,03-0,05) mm. Este tipo de máquina-ferramenta é adequado para algumas tarefas de usinagem com requisitos de precisão relativamente baixos.
Máquinas-ferramentas CNC de ultraprecisão são utilizadas principalmente em áreas de usinagem especiais, e sua precisão pode atingir níveis surpreendentes abaixo de 0,001 mm. Essas máquinas-ferramentas de ultra-alta precisão podem fabricar peças extremamente precisas, atendendo aos rigorosos requisitos de indústrias de alta precisão e vanguarda, como aeroespacial e equipamentos médicos.
Além da classificação por finalidade, as máquinas-ferramentas CNC também podem ser classificadas em comuns e de precisão, com base na exatidão. O teste de precisão de máquinas-ferramentas CNC geralmente envolve de 20 a 30 itens. No entanto, os itens mais representativos e característicos incluem principalmente a precisão de posicionamento de eixo único, a precisão de posicionamento repetido de eixo único e a circularidade da peça de teste produzida por dois ou mais eixos de usinagem interligados.
A precisão de posicionamento de eixo único refere-se à margem de erro ao posicionar qualquer ponto dentro do curso do eixo, sendo um indicador-chave que reflete diretamente a capacidade de precisão de usinagem da máquina-ferramenta. Atualmente, existem certas diferenças nas regulamentações, definições, métodos de medição e métodos de processamento de dados deste indicador entre os países ao redor do mundo. Na introdução de dados de amostra para vários tipos de máquinas-ferramenta CNC, os padrões comuns incluem o Padrão Americano (NAS), os padrões recomendados pela Associação Americana de Fabricantes de Máquinas-Ferramenta, o Padrão Alemão (VDI), o Padrão Japonês (JIS), a Organização Internacional para Padronização (ISO) e o Padrão Nacional da China (GB).
Deve-se notar que, entre esses padrões, o padrão japonês especifica o mais baixo. O método de medição é baseado em um único conjunto de dados estáveis, e então o valor do erro é comprimido pela metade, tomando um valor ±. Portanto, a precisão de posicionamento medida usando métodos de medição padrão japoneses frequentemente difere em mais de duas vezes em comparação com os resultados medidos usando outros padrões. No entanto, outros padrões, embora diferentes no processamento de dados, todos seguem a lei das estatísticas de erro para analisar a precisão de medição e posicionamento. Isso significa que, para um determinado erro de ponto de posicionamento em um curso de eixo controlável de uma máquina-ferramenta CNC, ele deve refletir a situação de erro de milhares de vezes de posicionamento durante o uso de longo prazo da máquina-ferramenta. No entanto, na medição real, devido às limitações nas condições, apenas um número limitado de medições pode ser feito (geralmente 5 a 7 vezes).
A precisão de posicionamento repetido de um único eixo reflete de forma abrangente a precisão de cada componente móvel do eixo, especialmente para refletir a estabilidade do posicionamento do eixo em qualquer ponto do curso, o que é de grande importância. É um indicador básico para medir se o eixo pode operar de forma estável e confiável. Em sistemas CNC modernos, o software geralmente possui funções avançadas de compensação de erros, que podem compensar de forma estável os erros do sistema de cada elo da cadeia de transmissão de alimentação.
Por exemplo, a folga, a deformação elástica e a rigidez de contato de cada elo da corrente de transmissão apresentarão diferentes movimentos instantâneos, dependendo de fatores como o tamanho da carga na bancada, o comprimento da distância de movimento e a velocidade do posicionamento do movimento. Em alguns servossistemas de alimentação em malha aberta e semifechada, os componentes mecânicos de acionamento após a medição serão afetados por diversos fatores acidentais, resultando em erros aleatórios significativos. Por exemplo, o alongamento térmico de fusos de esferas pode causar desvio na posição real de posicionamento da bancada.
Para avaliar de forma abrangente o desempenho de precisão de máquinas-ferramentas CNC, além dos indicadores de precisão de eixo único mencionados acima, também é crucial avaliar a precisão da usinagem de engates multieixos. A precisão do fresamento de superfícies cilíndricas ou do fresamento de ranhuras espirais espaciais (roscas) é um indicador que pode avaliar de forma abrangente as características de movimento de servoacionamento de eixos CNC (dois ou três eixos) e a função de interpolação de sistemas CNC em máquinas-ferramentas. O método usual de avaliação é medir a circularidade da superfície cilíndrica usinada.
No corte de teste de máquinas-ferramenta CNC, o fresamento com o método de usinagem quadrada oblíqua de quatro lados também é um método eficaz de avaliação, podendo ser usado para avaliar a precisão de dois eixos controláveis em movimento de interpolação linear. Durante esse corte de teste, a fresa de topo utilizada para usinagem de precisão é instalada no fuso da máquina-ferramenta e a amostra circular colocada na bancada é fresada. Para máquinas-ferramenta de pequeno e médio porte, amostras circulares são geralmente selecionadas na faixa de ¥ 200 a ¥ 300. Após a conclusão do fresamento, coloque a amostra em um testador de circularidade e meça a circularidade da superfície usinada.
Observando e analisando os resultados da usinagem, muitas informações importantes sobre a precisão e o desempenho das máquinas-ferramentas podem ser obtidas. Se houver padrões óbvios de vibração da fresa na superfície cilíndrica fresada, isso reflete a velocidade de interpolação instável da máquina-ferramenta; se houver um erro elíptico significativo na circularidade produzida pela fresagem, isso indica que os ganhos dos dois sistemas de eixos controláveis para o movimento de interpolação não correspondem; em uma superfície circular, se houver marcas de parada nos pontos onde cada eixo controlável muda de direção (ou seja, em movimento de corte contínuo, se o movimento de avanço parar em uma determinada posição, a ferramenta formará uma pequena seção de marcas de corte de metal na superfície de usinagem), isso indica que as folgas para frente e para trás do eixo não foram ajustadas corretamente.
O julgamento da precisão de máquinas-ferramentas CNC é um processo complexo e difícil, e algumas exigem até mesmo uma avaliação precisa após a conclusão da usinagem. Isso ocorre porque a precisão das máquinas-ferramentas é influenciada por uma combinação de vários fatores, incluindo o projeto estrutural da máquina-ferramenta, a precisão de fabricação dos componentes, a qualidade da montagem, o desempenho dos sistemas de controle e as condições ambientais durante o processo de usinagem.
Em termos de projeto estrutural de máquinas-ferramenta, um layout estrutural razoável e um projeto rígido podem reduzir efetivamente a vibração e a deformação durante o processo de usinagem, melhorando assim a precisão da usinagem. Por exemplo, o uso de materiais de base de alta resistência, estruturas otimizadas de colunas e travessas, etc., podem ajudar a aumentar a estabilidade geral da máquina-ferramenta.
A precisão de fabricação dos componentes também desempenha um papel fundamental na precisão das máquinas-ferramentas. A precisão de componentes-chave, como fusos de esferas, guias lineares e fusos, determina diretamente a precisão do movimento de cada eixo de movimento da máquina-ferramenta. Parafusos de esferas de alta qualidade garantem um movimento linear preciso, enquanto guias lineares de alta precisão proporcionam um direcionamento suave.
A qualidade da montagem também é um fator importante que afeta a precisão das máquinas-ferramentas. No processo de montagem da máquina-ferramenta, é necessário controlar rigorosamente parâmetros como precisão de encaixe, paralelismo e verticalidade entre os diversos componentes para garantir a relação precisa de movimento entre as partes móveis da máquina-ferramenta durante a operação.
O desempenho do sistema de controle é crucial para o controle de precisão das máquinas-ferramentas. Sistemas CNC avançados podem alcançar operações de controle de posição, controle de velocidade e interpolação mais precisas, melhorando assim a precisão da usinagem das máquinas-ferramentas. Além disso, a função de compensação de erros do sistema CNC pode fornecer compensação em tempo real para vários erros da máquina-ferramenta, melhorando ainda mais a precisão da usinagem.
As condições ambientais durante o processo de usinagem também podem afetar a precisão da máquina-ferramenta. Variações de temperatura e umidade podem causar expansão e contração térmica dos componentes da máquina-ferramenta, afetando a precisão da usinagem. Portanto, em situações de usinagem de alta precisão, geralmente é necessário controlar rigorosamente o ambiente de usinagem e manter a temperatura e a umidade constantes.
Em resumo, a precisão das máquinas-ferramenta CNC é um indicador abrangente que é influenciado pela interação de inúmeros fatores. Ao escolher uma máquina-ferramenta CNC, é necessário considerar fatores como o tipo de máquina-ferramenta, o nível de precisão, os parâmetros técnicos, bem como a reputação e o serviço pós-venda do fabricante, com base nos requisitos de precisão de usinagem das peças. Ao mesmo tempo, durante o uso da máquina-ferramenta, testes de precisão e manutenção regulares devem ser realizados para identificar e solucionar problemas prontamente, garantindo que a máquina-ferramenta sempre mantenha boa precisão e fornecendo garantias confiáveis para a produção de peças de alta qualidade.
Com o progresso contínuo da tecnologia e o rápido desenvolvimento da manufatura, os requisitos de precisão das máquinas-ferramentas CNC também aumentam constantemente. Os fabricantes de máquinas-ferramentas CNC estão constantemente pesquisando e inovando, adotando tecnologias e processos mais avançados para melhorar a precisão e o desempenho das máquinas-ferramentas. Ao mesmo tempo, os padrões e especificações relevantes da indústria são constantemente aprimorados, fornecendo uma base mais científica e unificada para a avaliação da precisão e o controle de qualidade das máquinas-ferramentas CNC.
No futuro, as máquinas-ferramentas CNC evoluirão rumo a maior precisão, eficiência e automação, proporcionando um suporte mais sólido à transformação e modernização da indústria manufatureira. Para as empresas de manufatura, um profundo conhecimento das características de precisão das máquinas-ferramentas CNC, a seleção e o uso racional das mesmas serão essenciais para aprimorar a qualidade dos produtos e aumentar a competitividade no mercado.