Dikey CNC İşleme Merkezlerinde Termal Deformasyon İşleme Doğruluğunu Nasıl Etkiler

Termal deformasyon, dikey bir CNC işleme merkezinde boyut sapmasının en büyük tek nedenidir ve genellikle makinenin belirtilen konumlandırma doğruluğundan daha büyüktür. Bir metre çelik bilyalı vidanın beş derecelik bir artışı, etkili uzunluğunu kabaca 60 mikron değiştirir, bu da orta boyutlu bir VMC'nin ±0.005 mm sınıfından on kattan fazladır. Deformasyon kendini duyurmaz; sabah 9'da doğru olan ve öğleden sonra 2'de tolerans dışı kalan, ardından hafta sonundan sonra tekrar doğru olan bir parça olarak görünür. Isı kaynaklarını, ilgili zaman sabitlerini ve neyin telafi edilebileceğini ve neyin edilemeyeceğini anlamak, kararlı bir süreç ile gün boyu ofsetleri ayarlayan bir atölye arasındaki farktır.

Dikey İşleme Merkezindeki Ana Isı Kaynakları Nelerdir?

Isı makineye beş yerden girer ve bu yerler aynı şekilde davranmaz.

1. Mil ünitesi

Mil rulmanları hız ve ön yük arttıkça ısı üretir. 8.000 dev/dak'da çalışan 15 kW'lık bir mil, çalıştırmadan yarım saat veya daha sonra termal bir kararlı duruma ulaşabilir ve milin burnu Z ekseninde büyür. Yatay millerli bir makinede bu, takım konumunu yanal olarak kaydırır; dikey bir makinede ise takımı iş parçasına doğru aşağı iter, bu nedenle uzun son işlem döngülerindeki derinlik hataları neredeyse her zaman tek bir yönde olur.

2. Bilyalı vidalar ve destek rulmanları

Ön yük altındaki vidanın dönmesi ve kesme kuvvetinden gelen itme, vidayı ısıtır. Vida bir veya her iki uçtan sabitlendiği için, oluşan genleşme ya ön yükü giderir ya da vidayı büker ve her iki durumda da etkili hatve değişir. Daha uzun vidalar daha kötüdür: büyük bir makinedeki 1600 mm'lik bir X ekseni vidası, aynı sıcaklık artışı için 800 mm'lik bir vidadan daha fazla hareket eder.

3. Kızaklar ve hareketli kütle

Rulmanlı kızaklar, eski sürtünmeli kızak tasarımından çok daha az ısı üretir, ancak ısıdan tamamen arınmış değillerdir. Dolaşan rulmanlardaki sürtünme, artı tabla ve fikstürlerden iletilen ısı, yatak ile tabla arasında yavaş bir dikey gradyan üretir. Sonuç, uzunluktan ziyade kareliği değiştiren küçük bir tabla eğimi veya yuvarlanmasıdır.

4. Kesme işlemi ısısı

Ağır çelik kaldırmada, mil gücünün büyük bir kısmı talaş, takım ve iş parçası içindeki ısı olarak kesme bölgesinden ayrılır. İş parçası kendisi kaba işlem sırasında büyür ve soğurken küçülür, bu nedenle sıcakken nominale işlenmiş bir parça stabilize olduktan sonra küçük ölçülür. Soğutucu akışkan akışı ve konsantrasyonu, herhangi bir makine parametresinden daha fazla bunu kontrol eder.

5. Ortam ve elektrik kabini

Kolona doğrudan güneş ışığı, kışın açılan bir atölye kapısı veya makinenin yanında sıcak bir hidrolik güç ünitesi asimetrik ısıtmaya neden olur. Dikey bir makinenin kolonu, yüzeylerinden biri diğerinden daha sıcak olduğunda ölçülebilir şekilde bükülen uzun bir dökümdür. Bu nedenle, aynı makine, marka ne olursa olsun, sıcaklık kontrollü bir odada genel bir atölyeden daha sıkı tolerans tutar.

Etki Sayısal Olarak Ne Kadar Büyük?

Doğrusal genleşme ilişkisi basittir: ΔL = α × L × ΔT, çelik için α yaklaşık 11.7 × 10^-6/°C'dir. Aşağıdaki tablo bunu atölye zemin terimlerine dönüştürür ve bir makinenin neden mükemmel bir şekilde kalibre edilmiş olmasına rağmen hala sapma gösterebileceğini açıklar.

Bunlar, ölçülen makine verileri değil, genleşme formülünden hesaplanan değerlerdir ve büyüklük mertebelerini göstermektedir. Pratik sonuç, termal hatanın makinenin geometrik hata bütçesiyle karşılaştırılabilir veya ondan daha büyük olmasıdır, bu nedenle şans eseri emilmek yerine açıkça yönetilmelidir.

Makine Üreticisi Neleri Kontrol Eder, Kullanıcı Neleri Kontrol Eder?

Üretici simetriyi, soğutmayı ve telafi modelinin kalitesini kontrol eder. Kullanıcı ısınma disiplinini, ortam koşullarını ve makinenin nasıl programlandığını kontrol eder. Her iki tarafın da gerçek etkisi vardır.

Üretici tarafı önlemleri

• Termal olarak simetrik yapı. Ağır nervürlü döküm taban ve kolon, milin yatak üzerine merkezlenmesiyle ısıyı eşit olarak dağıtır ve bükülmeyi azaltır. Bu, dökümhanede alınan bir tasarım kararıdır ve sonradan takılamaz.
• Isı değiştiricili mil yağı soğutma veya hava-yağ yağlaması. GUSS HL ve HD serilerinde, elektrik kabini ısı değiştiricisi ve mil yağı soğutucusu standart konfigürasyonun bir parçasıdır ve mil hava perdesi konik parçaya ısı transferini azaltır. Bunlar, sapmanın büyük bir kısmını ortadan kaldıran ucuz seçeneklerdir.
• Destekli uçlara sahip ön yüklemeli çift somunlu bilyalı vidalar. Ön yükleme somunu temas halinde tutar ve termal davranışı tekrarlanabilir hale getirir, böylece modellenebilir. HL serisi, kompakt modellerde Φ40 D12'den en büyük modellerde Φ55 D10'a kadar vidalar kullanır ve eksen uzunluğuna göre eşleştirilir.
• Kontroldeki termal telafi parametreleri. FANUC ve Mitsubishi, hem mil hem de eksen çalışma süresiyle yönlendirilen termal büyüme telafisini destekler. Düzgün doldurulmuş bir model, çoğu durumda sapmanın %50-70'ini ortadan kaldırır; tamamını kaldırmaz ve mil değiştirilirse yeniden ayarlanması gerekir.
• Doğrusal ölçek geri bildirimi (isteğe bağlı). Tam kapalı döngü ölçekler tabla konumunu doğrudan ölçer, bu nedenle vida büyümesi artık parça hatasına dönüşmez. Bu en etkili tek önlemdir ve aynı zamanda en pahalısıdır.

Kullanıcı tarafı önlemleri

• Sabit bir ısınma programı. Her sabah ve uzun bir duraklamadan sonra, çalışma hızı aralığında mil döndürme ve tam seyahat eksen hareketi ile yirmi ila kırk dakika. Kesin program kaydedilmeli ve tekrarlanmalıdır, çünkü tekrarlanabilir bir termal durum, mükemmel soğuk bir makineden daha değerlidir.
• Sıkı işleri aynı termal pencerede yapın. Bir parti ilk numunesi her zaman aynı ısınma süresinden sonra üretilirse, ofsetler geçerli kalır.
• Ortam ortamını kontrol edin. Kolona doğrudan güneş ışığından kaçının, makineyi kapılardan ve dövme veya kaynak alanlarından uzak tutun ve vardiya boyunca 5 °C'nin altında bir atölye sıcaklığı değişimi hedefleyin. Hassas bir hücre için 2 °C'lik bir değişim gerçekçi bir hedeftir.
• İş parçasını 20 °C'de ölçün. Parçaların son muayeneden önce stabilize olmasını sağlayın ve bir çizim büyük bir parça üzerinde sıkı tolerans gerektirdiğinde malzemenin genleşme katsayısını uygulayın.
• Sapmayı asla yalnızca ofsetlerle kovalamayın. Sabah 10'da uygulanan bir ofset, temel neden termal büyüme ise öğleden sonra 3'te yanlış olacaktır; doğru eylem, hangi eksenin ne kadar saptığını ve saatte ne kadar saptığını belirlemek ve ardından nedeni düzeltmektir.

Çalışan Bir Atölyede Termal Sapma Nasıl Teşhis Edilir?

Basit, güvenilir bir prosedür: bir test bloğunu sıkıştırın, dört saat boyunca 30 dakikalık aralıklarla kademeli bir cep veya bir dizi delik işleyin, herhangi bir ofseti değiştirmeden ve her seti soğuduktan sonra mikrometre veya CMM ile ölçün. Hatayı zamana karşı çizin. Yükselip sonra düzleşen bir eğri, kararlı duruma ulaşan termal büyümeyi gösterir - mil veya vida ısısının tipik örneği. Mil hızı değiştiğinde her adımda değişen bir eğri, mil ile ilgili büyümeye işaret eder. Zamanla değil, tablanın X konumuna göre değişen bir hata, kızak veya yatak deformasyonuna işaret eder. Hiçbir zaman oturmayan bir eğri, ortam kararsızlığını veya soğutucu sıcaklığı sorununu düşündürür.

Aynı testi bir lazer interferometresi ile eksen üzerinde, ısınmadan önce ve sonra alarak tekrarlamak, eksen hatasını mil hatasından temiz bir şekilde ayırır: Z saparsa ancak X ve Y sapmazsa, kaynak mildir.

Uzun Bir Vardiya Boyunca En Kararlı Makine Yapılandırması Hangisidir?

Uzun döngülü üretim - kalıp ve kalıp işleri, havacılık fikstürleri, hidrolik bloklar - büyük termal kütleye, etkili mil soğutmasına ve kararlı bir mil hızı rejimine sahip bir makineden faydalanır. 2.500-3.500 rpm'de çalışan 6.000 rpm'lik bir kayışlı mil ile BT50 makinesi, birkaç dakikada bir 2.000 ve 15.000 rpm arasında geçiş yapması istenen yüksek hızlı doğrudan tahrikli bir milden termal olarak daha sakindir.

GUSS serisinde, VMC-1680HL 15-18.5 kW BT50 mili, 1600x800x700 mm seyahat, 12.500 kg yapı ve Φ50 D10 vidaları birleştirerek uzun bir vardiya boyunca kararlı bir durum tutmak için termal kütleye sahiptir. Kütleden daha önemli olduğu orta boyutlu parçalar için, VMC-1275HL 1200x750x600 mm zarfı 11-15 kW, kayışlı veya doğrudan tahrikli mil seçenekleri ve 1.3 s takım değişiklikleri sunar - daha hafif yapısı daha hızlı ısınır ancak daha hızlı stabilize olur, bu da disiplinli ısınma sağlandığında kısa döngülü işlerde bir avantajdır.

Soğutucu Sıcaklığı Mil Soğutması Kadar Önemli mi?

Evet ve rutin olarak göz ardı edilir. Sabahları öğleden sonradan 8 °C daha soğuk olan soğutucu, tabla, fikstür ve iş parçasının sıcaklığını değiştirir ve makinenin kendi kararlı durumunu değiştirir. Sıkı işler için, ortam sıcaklığının ±1 °C'si içinde soğutucu tutan bir soğutucu, daha büyük bir tanktan daha değerlidir. Aynı şey hidrolik güç üniteleri için de geçerlidir: yatağın bitişiğindeki düzenlenmemiş bir hidrolik paket, hiçbir telafi modelinin hesaba katmadığı yavaş, asimetrik bir ısı kaynağıdır.

Termal Stabilite Gereksinimi Neleri İçermeli?

Bir makineyi belirlerken, termal davranışı varsaymak yerine kabul testine dahil edin. Yazmaya değer üç madde vardır: tanımlanmış bir ısınma prosedürü ve süresi; test sırasında belirtilen bir ortam sıcaklığı bandı; ve üretim mil hızında dört saatlik sürekli çalışma sonunda, ilk ve son parçanın boyut farkı kaydedilerek tekrarlanan bir test kesimi. Statik bir lazer testini geçen ancak dört saatlik testi geçemeyen bir makine, üretimde günlük bir sorun olacaktır ve yalnızca ikinci test bunu ortaya çıkarır.

Uzun döngülü işler için bir makineyi değerlendiriyorsanız, parçayı, döngü süresini ve tolerans bandını bize gönderin, size VMC serisi üzerindeki hangi mil seçeneğinin, soğutma paketinin ve geri bildirim düzenlemesinin uygun olduğunu ve uygulamanız için hangilerinin gereksiz maliyet olduğunu söyleyeceğiz.