تجزیه و تحلیل عمیق سطح دقت و الزامات دقت ماشینکاری برای قطعات کلیدی ماشین‌های ابزار CNC
در تولید مدرن، ماشین‌های ابزار CNC با دقت بالا، راندمان بالا و درجه اتوماسیون بالا، به تجهیزات اصلی برای تولید قطعات دقیق مختلف تبدیل شده‌اند. سطح دقت ماشین‌های ابزار CNC مستقیماً کیفیت و پیچیدگی قطعاتی را که می‌توانند پردازش کنند تعیین می‌کند و الزامات دقت ماشینکاری برای قطعات کلیدی قطعات معمولی نقش تعیین‌کننده‌ای در انتخاب ماشین‌های ابزار CNC دارد.
ماشین‌های ابزار CNC را می‌توان بر اساس کاربردشان به انواع مختلفی طبقه‌بندی کرد، از جمله ساده، کاملاً کاربردی، فوق دقیق و غیره. هر نوع می‌تواند به سطوح مختلفی از دقت دست یابد. ماشین‌های ابزار CNC ساده هنوز در برخی از ماشین‌های تراش و فرز استفاده می‌شوند، با حداقل وضوح حرکت 0.01 میلی‌متر، و دقت حرکت و ماشینکاری معمولاً بالاتر از (0.03-0.05) میلی‌متر. این نوع ماشین ابزار برای برخی از کارهای ماشینکاری با الزامات دقت نسبتاً کم مناسب است.
ماشین‌های ابزار CNC فوق دقیق عمدتاً در زمینه‌های ماشینکاری خاص استفاده می‌شوند و دقت آنها می‌تواند به سطوح شگفت‌انگیز زیر 0.001 میلی‌متر برسد. این ماشین ابزار فوق دقیق می‌تواند قطعات بسیار دقیقی تولید کند و الزامات سختگیرانه صنایع با دقت بالا و پیشرفته مانند هوافضا و تجهیزات پزشکی را برآورده سازد.
علاوه بر طبقه‌بندی بر اساس هدف، ماشین‌های ابزار CNC را می‌توان بر اساس دقت نیز به انواع معمولی و دقیق طبقه‌بندی کرد. هنگام آزمایش دقت ماشین‌های ابزار CNC، معمولاً شامل 20 تا 30 مورد می‌شود. با این حال، شاخص‌ترین و شاخص‌ترین موارد عمدتاً شامل دقت موقعیت‌یابی تک محوره، دقت موقعیت‌یابی مکرر تک محوره و گردی قطعه آزمایشی تولید شده توسط دو یا چند محور ماشینکاری مرتبط است.
دقت موقعیت‌یابی تک‌محوری به محدوده خطا هنگام موقعیت‌یابی هر نقطه در داخل کورس محور اشاره دارد و یک شاخص کلیدی است که مستقیماً قابلیت دقت ماشینکاری ابزار ماشین را منعکس می‌کند. در حال حاضر، تفاوت‌های خاصی در مقررات، تعاریف، روش‌های اندازه‌گیری و روش‌های پردازش داده این شاخص در بین کشورهای جهان وجود دارد. در معرفی داده‌های نمونه برای انواع مختلف ابزارهای ماشینی CNC، استانداردهای رایج شامل استاندارد آمریکایی (NAS)، استانداردهای توصیه‌شده انجمن تولیدکنندگان ابزار ماشینی آمریکا، استاندارد آلمانی (VDI)، استاندارد ژاپنی (JIS)، سازمان بین‌المللی استانداردسازی (ISO) و استاندارد ملی چین (GB) است.
لازم به ذکر است که در بین این استانداردها، استاندارد ژاپنی کمترین مقدار را مشخص می‌کند. روش اندازه‌گیری بر اساس یک مجموعه واحد از داده‌های پایدار است و سپس مقدار خطا با در نظر گرفتن مقدار ± به نصف فشرده می‌شود. بنابراین، دقت موقعیت‌یابی اندازه‌گیری شده با استفاده از روش‌های اندازه‌گیری استاندارد ژاپنی اغلب بیش از دو برابر در مقایسه با نتایج اندازه‌گیری شده با استفاده از استانداردهای دیگر متفاوت است. با این حال، استانداردهای دیگر، اگرچه در پردازش داده‌ها متفاوت هستند، اما همگی از قانون آمار خطا برای تجزیه و تحلیل اندازه‌گیری و دقت موقعیت‌یابی پیروی می‌کنند. این بدان معناست که برای یک خطای نقطه موقعیت‌یابی خاص در یک ضربه محور قابل کنترل یک ابزار CNC، باید وضعیت خطای هزاران بار موقعیت‌یابی را در طول استفاده طولانی مدت از ابزار ماشین منعکس کند. با این حال، در اندازه‌گیری واقعی، به دلیل محدودیت‌های شرایط، فقط تعداد محدودی اندازه‌گیری (معمولاً 5-7 بار) قابل انجام است.
دقت موقعیت‌یابی تکراری تک‌محوری به‌طور جامع، دقت جامع هر جزء متحرک محور را منعکس می‌کند، به‌ویژه برای انعکاس پایداری موقعیت‌یابی محور در هر نقطه موقعیت‌یابی در طول مسیر حرکت، که از اهمیت بالایی برخوردار است. این یک شاخص اساسی برای اندازه‌گیری این است که آیا محور می‌تواند به‌طور پایدار و قابل اعتماد کار کند یا خیر. در سیستم‌های CNC مدرن، نرم‌افزار معمولاً دارای توابع جبران خطای غنی است که می‌تواند به‌طور پایدار خطاهای سیستم هر پیوند در زنجیره انتقال تغذیه را جبران کند.
برای مثال، فاصله آزاد، تغییر شکل الاستیک و سختی تماس هر حلقه در زنجیره انتقال، بسته به عواملی مانند اندازه بار میز کار، طول مسافت حرکت و سرعت موقعیت‌یابی حرکت، حرکات لحظه‌ای متفاوتی را نشان می‌دهد. در برخی از سیستم‌های سروو تغذیه حلقه باز و نیمه حلقه بسته، اجزای محرک مکانیکی پس از اندازه‌گیری اجزا تحت تأثیر عوامل تصادفی مختلف قرار می‌گیرند و منجر به خطاهای تصادفی قابل توجهی می‌شوند. به عنوان مثال، افزایش طول حرارتی پیچ‌های ساچمه‌ای ممکن است باعث ایجاد رانش در موقعیت واقعی موقعیت‌یابی میز کار شود.
برای ارزیابی جامع عملکرد دقت ماشین‌های ابزار CNC، علاوه بر شاخص‌های دقت تک محوره ذکر شده در بالا، ارزیابی دقت ماشینکاری چند محوره نیز بسیار مهم است. دقت فرزکاری سطوح استوانه‌ای یا فرزکاری شیارهای مارپیچی فضایی (رزوه‌ها) شاخصی است که می‌تواند به طور جامع ویژگی‌های حرکت زیرین سروو محورهای CNC (دو یا سه محور) و عملکرد درون‌یابی سیستم‌های CNC در ماشین ابزارها را ارزیابی کند. روش معمول قضاوت، اندازه‌گیری گردی سطح استوانه‌ای ماشینکاری شده است.
در برش آزمایشی ماشین‌های ابزار CNC، فرزکاری به روش ماشینکاری چهار طرفه مربعی مورب نیز یک روش موثر برای قضاوت است که می‌تواند برای ارزیابی دقت دو محور قابل کنترل در حرکت درون‌یابی خطی مورد استفاده قرار گیرد. در طول این برش آزمایشی، فرز انتهایی مورد استفاده برای ماشینکاری دقیق روی اسپیندل ماشین ابزار نصب می‌شود و نمونه دایره‌ای که روی میز کار قرار می‌گیرد، فرزکاری می‌شود. برای ماشین ابزارهای کوچک و متوسط، نمونه‌های دایره‌ای معمولاً در محدوده ۲۰۰ تا ۳۰۰ ین انتخاب می‌شوند. پس از اتمام فرزکاری، نمونه را روی دستگاه تست گردی قرار دهید و گردی سطح ماشینکاری شده آن را اندازه‌گیری کنید.
با مشاهده و تحلیل نتایج ماشینکاری، می‌توان اطلاعات مهم زیادی در مورد دقت و عملکرد ابزارهای ماشینی به دست آورد. اگر الگوهای ارتعاشی آشکاری از تیغه فرز روی سطح استوانه‌ای فرزکاری شده وجود داشته باشد، نشان‌دهنده سرعت درون‌یابی ناپایدار ابزار ماشینی است. اگر خطای بیضوی قابل توجهی در گردی تولید شده توسط فرزکاری وجود داشته باشد، نشان می‌دهد که بهره‌های دو سیستم محور قابل کنترل برای حرکت درون‌یابی با هم مطابقت ندارند. در یک سطح دایره‌ای، اگر در نقاطی که هر محور قابل کنترل جهت خود را تغییر می‌دهد، علائم توقف وجود داشته باشد (یعنی در حرکت برشی پیوسته، اگر حرکت پیشروی در یک موقعیت خاص متوقف شود، ابزار بخش کوچکی از علائم برش فلز را روی سطح ماشینکاری تشکیل می‌دهد)، نشان می‌دهد که فاصله‌های رو به جلو و عقب محور به درستی تنظیم نشده‌اند.
قضاوت در مورد دقت ماشین‌های ابزار CNC فرآیندی پیچیده و دشوار است و برخی حتی پس از اتمام ماشینکاری نیاز به ارزیابی دقیق دارند. دلیل این امر آن است که دقت ماشین‌های ابزار تحت تأثیر ترکیبی از عوامل مختلف، از جمله طراحی ساختاری ماشین ابزار، دقت تولید قطعات، کیفیت مونتاژ، عملکرد سیستم‌های کنترل و شرایط محیطی در طول فرآیند ماشینکاری قرار دارد.
از نظر طراحی ساختاری ماشین‌های ابزار، یک طرح ساختاری معقول و طراحی سفت و سخت می‌تواند به طور موثری ارتعاش و تغییر شکل را در طول فرآیند ماشینکاری کاهش دهد و در نتیجه دقت ماشینکاری را بهبود بخشد. به عنوان مثال، استفاده از مواد بستر با استحکام بالا، سازه‌های ستون و تیر عرضی بهینه شده و غیره می‌تواند به افزایش پایداری کلی ماشین ابزار کمک کند.
دقت تولید قطعات نیز نقش اساسی در دقت ماشین ابزارها دارد. دقت اجزای کلیدی مانند پیچ‌های ساچمه‌ای، راهنماهای خطی و اسپیندل‌ها مستقیماً دقت حرکت هر محور حرکتی ماشین ابزار را تعیین می‌کند. پیچ‌های ساچمه‌ای با کیفیت بالا حرکت خطی دقیق را تضمین می‌کنند، در حالی که راهنماهای خطی با دقت بالا هدایت روان را فراهم می‌کنند.
کیفیت مونتاژ نیز عامل مهمی است که بر دقت ماشین آلات تأثیر می گذارد. در فرآیند مونتاژ ماشین آلات، لازم است پارامترهایی مانند دقت اتصالات، موازی بودن و عمودی بودن بین اجزای مختلف به شدت کنترل شود تا از رابطه حرکتی دقیق بین قطعات متحرک ماشین آلات در حین کار اطمینان حاصل شود.
عملکرد سیستم کنترل برای کنترل دقت ماشین‌های ابزار بسیار مهم است. سیستم‌های پیشرفته CNC می‌توانند کنترل موقعیت، کنترل سرعت و عملیات درون‌یابی دقیق‌تری را انجام دهند و در نتیجه دقت ماشینکاری ماشین‌های ابزار را بهبود بخشند. در همین حال، عملکرد جبران خطای سیستم CNC می‌تواند خطاهای مختلف ماشین ابزار را به صورت بلادرنگ جبران کند و دقت ماشینکاری را بیشتر بهبود بخشد.
شرایط محیطی در طول فرآیند ماشینکاری نیز می‌تواند بر دقت ابزار ماشین تأثیر بگذارد. تغییرات دما و رطوبت ممکن است باعث انبساط و انقباض حرارتی اجزای ابزار ماشین شود و در نتیجه بر دقت ماشینکاری تأثیر بگذارد. بنابراین، در شرایط ماشینکاری با دقت بالا، معمولاً لازم است محیط ماشینکاری به شدت کنترل شود و دما و رطوبت ثابت نگه داشته شود.
به طور خلاصه، دقت ماشین‌های ابزار CNC یک شاخص جامع است که تحت تأثیر تعامل عوامل متعددی قرار دارد. هنگام انتخاب یک ماشین ابزار CNC، لازم است عواملی مانند نوع ماشین ابزار، سطح دقت، پارامترهای فنی و همچنین اعتبار و خدمات پس از فروش سازنده را بر اساس الزامات دقت ماشینکاری قطعات در نظر گرفت. در عین حال، در طول استفاده از ماشین ابزار، باید آزمایش و نگهداری منظم دقت انجام شود تا مشکلات به سرعت شناسایی و حل شوند و اطمینان حاصل شود که ماشین ابزار همیشه دقت خوبی را حفظ می‌کند و ضمانت‌های قابل اعتمادی برای تولید قطعات با کیفیت بالا ارائه می‌دهد.
با پیشرفت مداوم فناوری و توسعه سریع تولید، الزامات مربوط به دقت ابزارهای ماشینی CNC نیز دائماً در حال افزایش است. تولیدکنندگان ابزارهای ماشینی CNC دائماً در حال تحقیق و نوآوری هستند و فناوری‌ها و فرآیندهای پیشرفته‌تری را برای بهبود دقت و عملکرد ابزارهای ماشینی اتخاذ می‌کنند. در عین حال، استانداردها و مشخصات صنعتی مربوطه دائماً در حال بهبود هستند و مبنای علمی‌تر و یکپارچه‌تری برای ارزیابی دقت و کنترل کیفیت ابزارهای ماشینی CNC فراهم می‌کنند.
در آینده، ماشین‌های ابزار CNC به سمت دقت، کارایی و اتوماسیون بالاتر توسعه خواهند یافت و پشتیبانی قوی‌تری برای تحول و ارتقاء صنعت تولید فراهم می‌کنند. برای شرکت‌های تولیدی، درک عمیق از ویژگی‌های دقیق ماشین‌های ابزار CNC، انتخاب و استفاده معقول از ماشین‌های ابزار CNC، کلید بهبود کیفیت محصول و افزایش رقابت‌پذیری در بازار خواهد بود.