Neuigkeiten – Analysieren Sie die drei wichtigsten Punkte, die bei der Lieferung eines CNC-Bearbeitungszentrums eine Präzisionsmessung erfordern.

Analyse der Schlüsselelemente bei der Präzisionsabnahme von CNC-Bearbeitungszentren

Zusammenfassung: In diesem Dokument werden die drei wichtigsten Messgrößen für die Präzision bei der Auslieferung von CNC-Bearbeitungszentren detailliert erläutert: geometrische Präzision, Positionierpräzision und Schnittpräzision. Durch eine eingehende Analyse der Bedeutung der einzelnen Präzisionselemente, der Prüfinhalte, der häufig verwendeten Prüfwerkzeuge und der Prüfvorkehrungen bietet es umfassende und systematische Anleitungen für die Abnahme von CNC-Bearbeitungszentren. Dies trägt dazu bei, dass die Bearbeitungszentren bei Auslieferung eine gute Leistung und Präzision aufweisen und den hochpräzisen Verarbeitungsanforderungen der industriellen Produktion gerecht werden.

I. Einleitung

Als Kernausrüstung in der modernen Fertigung wirkt sich die Präzision von CNC-Bearbeitungszentren direkt auf die Qualität der bearbeiteten Werkstücke und die Produktionseffizienz aus. Bei der Auslieferung ist es entscheidend, umfassende und sorgfältige Messungen und Abnahmen der geometrischen Präzision, Positionierungspräzision und Schnittpräzision durchzuführen. Dies ist nicht nur für die Zuverlässigkeit der Anlage bei der ersten Inbetriebnahme relevant, sondern auch eine wichtige Garantie für ihren späteren, langfristig stabilen Betrieb und die hochpräzise Bearbeitung.

II. Geometrische Präzisionsprüfung von CNC-Bearbeitungszentren

(I) Prüfgegenstände und Konnotationen

Am Beispiel eines gewöhnlichen vertikalen Bearbeitungszentrums deckt die Prüfung der geometrischen Präzision mehrere wichtige Aspekte ab.

Ebenheit der Arbeitstischoberfläche: Als Spannreferenz für Werkstücke wirkt sich die Ebenheit der Arbeitstischoberfläche direkt auf die Installationspräzision der Werkstücke und die Planheitsqualität nach der Bearbeitung aus. Wenn die Ebenheit die Toleranz überschreitet, treten bei der Bearbeitung ebener Werkstücke Probleme wie ungleichmäßige Dicke und verschlechterte Oberflächenrauheit auf.
Gegenseitige Rechtwinkligkeit von Bewegungen in jeder Koordinatenrichtung: Die Abweichung der Rechtwinkligkeit zwischen den Koordinatenachsen X, Y und Z führt zu Abweichungen in der räumlichen geometrischen Form des bearbeiteten Werkstücks. Beispielsweise weisen beim Fräsen eines quaderförmigen Werkstücks die ursprünglich senkrechten Kanten Winkelabweichungen auf, was die Montageleistung des Werkstücks erheblich beeinträchtigt.
Parallelität der Arbeitstischoberfläche bei Bewegungen in X- und Y-Koordinatenrichtung: Diese Parallelität stellt sicher, dass die relative Positionsbeziehung zwischen Schneidwerkzeug und Arbeitstischoberfläche bei Bewegungen des Werkzeugs in der X- und Y-Ebene konstant bleibt. Andernfalls kommt es beim Planfräsen zu ungleichmäßigen Bearbeitungszugaben, die zu einer Verschlechterung der Oberflächenqualität und sogar zu übermäßigem Verschleiß des Schneidwerkzeugs führen.
Parallelität der Seite des T-Schlitzes auf der Arbeitstischoberfläche während der Bewegung in der X-Koordinatenrichtung: Bei Bearbeitungsaufgaben, die eine Vorrichtungspositionierung mithilfe des T-Schlitzes erfordern, hängt die Genauigkeit dieser Parallelität von der Genauigkeit der Vorrichtungsinstallation ab, die wiederum die Positionierungspräzision und die Bearbeitungspräzision des Werkstücks beeinflusst.
Axialschlag der Spindel: Der Axialschlag der Spindel führt zu einer geringfügigen Verschiebung des Schneidwerkzeugs in axialer Richtung. Beim Bohren, Ausbohren und anderen Bearbeitungsprozessen führt dies zu Fehlern im Lochdurchmesser, einer Verschlechterung der Lochzylindrizität und einer Erhöhung der Oberflächenrauheit.
Rundlauffehler der Spindelbohrung: Er beeinträchtigt die Spanngenauigkeit des Schneidwerkzeugs und führt dazu, dass die radiale Position des Werkzeugs während der Rotation instabil ist. Beim Fräsen des Außenkreises oder beim Bohren von Löchern erhöht sich der Konturfehler des bearbeiteten Teils, wodurch Rundheit und Zylindrizität erschwert werden.
Parallelität der Spindelachse bei Bewegung des Spindelkastens entlang der Z-Koordinatenrichtung: Dieser Präzisionsindex ist entscheidend für die Konsistenz der relativen Position zwischen Schneidwerkzeug und Werkstück bei der Bearbeitung in verschiedenen Z-Achsenpositionen. Bei unzureichender Parallelität kommt es beim Tieffräsen oder Bohren zu ungleichmäßigen Bearbeitungstiefen.
Rechtwinkligkeit der Spindeldrehachse zur Arbeitstischoberfläche: Bei vertikalen Bearbeitungszentren bestimmt diese Rechtwinkligkeit direkt die Präzision der Bearbeitung vertikaler und geneigter Flächen. Bei Abweichungen treten Probleme wie nicht senkrechte vertikale Flächen und ungenaue Neigungswinkel auf.
Geradheit der Spindelkastenbewegung entlang der Z-Koordinatenrichtung: Der Geradheitsfehler führt dazu, dass das Schneidwerkzeug während der Bewegung entlang der Z-Achse von der idealen geraden Flugbahn abweicht. Bei der Bearbeitung tiefer Löcher oder mehrstufiger Oberflächen führt dies zu Koaxialitätsfehlern zwischen den Stufen und Geradheitsfehlern der Löcher.

(II) Häufig verwendete Inspektionswerkzeuge

Die geometrische Präzisionsprüfung erfordert den Einsatz einer Reihe hochpräziser Prüfwerkzeuge. Präzisionsnivelliere können verwendet werden, um die Ebenheit der Arbeitstischoberfläche sowie die Geradheit und Parallelität in jeder Koordinatenachsenrichtung zu messen. Präzisionsquadratkästen, rechtwinklige Winkel und Parallellineale können bei der Erkennung von Rechtwinkligkeit und Parallelität hilfreich sein. Parallele Lichtröhren können hochpräzise Referenzgeraden für Vergleichsmessungen liefern. Messuhren und Mikrometer werden häufig verwendet, um verschiedene kleine Verschiebungen und Rundläufe zu messen, wie z. B. den axialen und radialen Rundlauf der Spindel. Hochpräzise Prüfstäbe werden häufig verwendet, um die Genauigkeit der Spindelbohrung und die Positionsbeziehung zwischen der Spindel und den Koordinatenachsen zu ermitteln.

(III) Vorsichtsmaßnahmen bei der Inspektion

Die Prüfung der geometrischen Präzision von CNC-Bearbeitungszentren muss unmittelbar nach der Feineinstellung der CNC-Bearbeitungszentren erfolgen. Dies liegt daran, dass zwischen den verschiedenen Indikatoren der geometrischen Präzision Wechselwirkungen bestehen. Beispielsweise können sich die Ebenheit der Arbeitstischoberfläche und die Parallelität der Koordinatenachsenbewegung gegenseitig beeinträchtigen. Die Einstellung eines Elements kann eine Kettenreaktion auf andere verwandte Elemente auslösen. Wenn ein Element eingestellt und dann einzeln geprüft wird, lässt sich nur schwer genau feststellen, ob die geometrische Gesamtpräzision den Anforderungen tatsächlich entspricht. Zudem ist es nicht hilfreich, die Ursache von Präzisionsabweichungen zu finden und systematische Anpassungen und Optimierungen vorzunehmen.

III. Positionierungspräzisionsprüfung von CNC-Bearbeitungszentren

(I) Definition und Einflussfaktoren der Positionierungspräzision

Die Positioniergenauigkeit bezeichnet die Positionsgenauigkeit, die jede Koordinatenachse eines CNC-Bearbeitungszentrums unter der Steuerung der numerischen Steuerung erreichen kann. Sie hängt hauptsächlich von der Steuerungsgenauigkeit der numerischen Steuerung und den Fehlern des mechanischen Übertragungssystems ab. Die Auflösung der numerischen Steuerung, die Interpolationsalgorithmen und die Genauigkeit der Rückkopplungserkennungsgeräte wirken sich alle auf die Positioniergenauigkeit aus. Bei der mechanischen Übertragung bestimmen Faktoren wie der Steigungsfehler der Leitspindel, das Spiel zwischen Leitspindel und Mutter sowie die Geradheit und Reibung der Führungsschiene maßgeblich die Positioniergenauigkeit.

(II) Prüfinhalte

Positioniergenauigkeit und Wiederholungsgenauigkeit jeder linearen Bewegungsachse: Die Positioniergenauigkeit gibt die Abweichung zwischen der Sollposition und der tatsächlich erreichten Position der Koordinatenachse an, während die Wiederholungsgenauigkeit den Grad der Positionsstreuung widerspiegelt, wenn die Koordinatenachse wiederholt zur gleichen Sollposition bewegt wird. Beispielsweise führt eine schlechte Positioniergenauigkeit beim Konturfräsen zu Abweichungen zwischen der bearbeiteten Konturform und der entworfenen Kontur, und eine schlechte Wiederholungsgenauigkeit führt zu inkonsistenten Bearbeitungsbahnen bei der mehrmaligen Bearbeitung derselben Kontur, was sich auf die Oberflächenqualität und die Maßgenauigkeit auswirkt.
Rücklaufgenauigkeit des mechanischen Ursprungs jeder linearen Bewegungsachse: Der mechanische Ursprung ist der Referenzpunkt der Koordinatenachse. Seine Rücklaufgenauigkeit beeinflusst direkt die Genauigkeit der Ausgangsposition der Koordinatenachse nach dem Einschalten der Werkzeugmaschine oder der Nullpunktrückstellung. Eine unzureichende Rücklaufgenauigkeit kann bei der nachfolgenden Bearbeitung zu Abweichungen zwischen dem Ursprung des Werkstückkoordinatensystems und dem vorgesehenen Ursprung führen, was zu systematischen Positionsfehlern im gesamten Bearbeitungsprozess führt.
Spiel jeder linearen Bewegungsachse: Wenn die Koordinatenachse zwischen Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen wechselt, tritt aufgrund von Faktoren wie dem Abstand zwischen mechanischen Getriebekomponenten und Reibungsänderungen Spiel auf. Bei Bearbeitungsaufgaben mit häufigen Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen, wie z. B. dem Fräsen von Gewinden oder der Durchführung von hin- und hergehender Konturbearbeitung, führt Spiel zu stufenartigen Fehlern in der Bearbeitungsbahn, was die Bearbeitungspräzision und Oberflächenqualität beeinträchtigt.
Positionierpräzision und Wiederholungspräzision jeder Drehachse (Drehtisch): Bei Bearbeitungszentren mit Drehtischen sind die Positionierpräzision und Wiederholungspräzision der Drehachsen entscheidend für die Bearbeitung von Werkstücken mit Kreisindexierung oder Mehrstationenbearbeitung. Beispielsweise bestimmt die Präzision der Drehachse bei der Bearbeitung von Werkstücken mit komplexer Kreisverteilung, wie z. B. Turbinenschaufeln, direkt die Winkelpräzision und die Gleichmäßigkeit der Verteilung zwischen den Schaufeln.
Rückgabepräzision des Ursprungs jeder Drehbewegungsachse: Ähnlich wie bei der linearen Bewegungsachse beeinflusst die Rückgabepräzision des Ursprungs der Drehbewegungsachse die Genauigkeit ihrer anfänglichen Winkelposition nach der Nullrückgabeoperation und ist eine wichtige Grundlage für die Gewährleistung der Präzision der Mehrstationenverarbeitung oder der Kreisindexverarbeitung.
Spiel jeder Drehbewegungsachse: Das Spiel, das entsteht, wenn die Drehachse zwischen Vorwärts- und Rückwärtsdrehung wechselt, verursacht Winkelabweichungen beim Bearbeiten kreisförmiger Konturen oder beim Durchführen einer Winkelindexierung, was die Formgenauigkeit und Positionsgenauigkeit des Werkstücks beeinträchtigt.

(III) Prüfmethoden und -ausrüstung

Zur Überprüfung der Positioniergenauigkeit werden üblicherweise hochpräzise Prüfgeräte wie Laserinterferometer und Gitterskalen eingesetzt. Das Laserinterferometer misst die Verschiebung der Koordinatenachse präzise, indem es einen Laserstrahl aussendet und die Veränderungen der Interferenzstreifen misst. So erhält man verschiedene Indikatoren wie Positioniergenauigkeit, wiederholte Positioniergenauigkeit und Spiel. Die Gitterskale ist direkt auf der Koordinatenachse angebracht und gibt die Positionsinformationen der Koordinatenachse durch Auslesen der Veränderungen der Gitterstreifen zurück. Dies kann zur Online-Überwachung und Überprüfung von Parametern im Zusammenhang mit der Positioniergenauigkeit genutzt werden.

IV. Schnittpräzisionsprüfung von CNC-Bearbeitungszentren

(I) Wesen und Bedeutung der Schnittpräzision

Die Schnittpräzision eines CNC-Bearbeitungszentrums ist eine umfassende Präzision, die die Bearbeitungspräzision widerspiegelt, die die Werkzeugmaschine im tatsächlichen Schneidprozess erreichen kann. Dabei werden verschiedene Faktoren wie geometrische Präzision, Positionierungspräzision, Schneidwerkzeugleistung, Schneidparameter und Stabilität des Prozesssystems umfassend berücksichtigt. Die Prüfung der Schnittpräzision ist die abschließende Überprüfung der Gesamtleistung der Werkzeugmaschine und hängt direkt davon ab, ob das bearbeitete Werkstück die Konstruktionsanforderungen erfüllt.

(II) Inspektionsklassifizierung und -inhalte

Präzisionsprüfung einzelner Bearbeitungen
- Bohrpräzision – Rundheit, Zylindrizität: Bohren ist ein gängiger Bearbeitungsprozess in Bearbeitungszentren. Rundheit und Zylindrizität der Bohrung spiegeln die Präzision der Werkzeugmaschine wider, wenn Dreh- und Linearbewegungen zusammenwirken. Rundheitsfehler führen zu ungleichmäßigen Lochdurchmessern, Zylindrizitätsfehler führen zu einer Krümmung der Lochachse, was die Passgenauigkeit mit anderen Teilen beeinträchtigt.
- Ebenheit und Stufendifferenz beim Planfräsen mit Schaftfräsern: Beim Fräsen einer Ebene mit einem Schaftfräser spiegelt die Ebenheit die Parallelität zwischen der Arbeitstischoberfläche und der Werkzeugbewegungsebene sowie den gleichmäßigen Verschleiß der Werkzeugschneide wider, während die Stufendifferenz die Konsistenz der Schnitttiefe des Werkzeugs an verschiedenen Positionen während des Planfräsprozesses widerspiegelt. Eine Stufendifferenz weist auf Probleme mit der Bewegungsgleichmäßigkeit der Werkzeugmaschine in der X- und Y-Ebene hin.
- Rechtwinkligkeit und Parallelität beim Seitenfräsen mit Schaftfräsern: Beim Fräsen der Seitenfläche prüfen Rechtwinkligkeit und Parallelität jeweils die Rechtwinkligkeit zwischen der Spindeldrehachse und der Koordinatenachse und die Parallelitätsbeziehung zwischen dem Werkzeug und der Referenzfläche beim Schneiden auf der Seitenfläche, was für die Gewährleistung der Formpräzision und Montagepräzision der Seitenfläche des Werkstücks von großer Bedeutung ist.
Präzisionsprüfung der Bearbeitung eines standardmäßigen umfassenden Teststücks
- Inhalte der Schneidpräzisionsprüfung für horizontale Bearbeitungszentren
  - Präzision des Bohrlochabstands – in X-, Y- und Diagonalrichtung sowie Lochdurchmesserabweichung: Die Präzision des Bohrlochabstands ist ein umfassender Test der Positionierungspräzision der Werkzeugmaschine in der X- und Y-Ebene und der Fähigkeit, die Maßgenauigkeit in verschiedene Richtungen zu kontrollieren. Die Lochdurchmesserabweichung spiegelt zudem die Präzisionsstabilität des Bohrprozesses wider.
  - Geradheit, Parallelität, Dickenunterschied und Rechtwinkligkeit beim Fräsen der umgebenden Oberflächen mit Schaftfräsern: Durch das Fräsen der umgebenden Oberflächen mit Schaftfräsern kann die Positionspräzision des Werkzeugs relativ zu verschiedenen Oberflächen des Werkstücks während der mehrachsigen Verbindungsbearbeitung ermittelt werden. Geradheit, Parallelität und Rechtwinkligkeit testen jeweils die geometrische Formpräzision zwischen den Oberflächen, und der Dickenunterschied spiegelt die Präzision der Schnitttiefensteuerung des Werkzeugs in Z-Achsenrichtung wider.
  - Geradheit, Parallelität und Rechtwinkligkeit beim zweiachsigen Koppelfräsen gerader Linien: Das zweiachsige Koppelfräsen gerader Linien ist ein grundlegender Konturbearbeitungsvorgang. Diese Präzisionsprüfung kann die Bahnpräzision der Werkzeugmaschine bewerten, wenn sich die X- und Y-Achsen koordiniert bewegen, was eine Schlüsselrolle bei der Gewährleistung der Präzision bei der Bearbeitung von Werkstücken mit verschiedenen geraden Konturformen spielt.
  - Rundheit beim Bogenfräsen mit Schaftfräsern: Die Präzision beim Bogenfräsen wird hauptsächlich durch die Präzision der Werkzeugmaschine während der Bogeninterpolationsbewegung bestimmt. Rundheitsfehler beeinträchtigen die Formpräzision von Werkstücken mit Bogenkonturen, wie z. B. Lagergehäusen und Zahnrädern.

(III) Bedingungen und Anforderungen für die Schnittpräzisionsprüfung

Die Prüfung der Schnittpräzision sollte durchgeführt werden, nachdem die geometrische Präzision und die Positioniergenauigkeit der Werkzeugmaschine als qualifiziert anerkannt wurden. Es sollten geeignete Schneidwerkzeuge, Schnittparameter und Werkstückmaterialien ausgewählt werden. Die Schneidwerkzeuge sollten eine gute Schärfe und Verschleißfestigkeit aufweisen, und die Schnittparameter sollten entsprechend der Leistung der Werkzeugmaschine, des Materials des Schneidwerkzeugs und des Materials des Werkstücks angemessen ausgewählt werden, um sicherzustellen, dass die tatsächliche Schnittpräzision der Werkzeugmaschine unter normalen Schnittbedingungen geprüft wird. Während des Prüfprozesses sollte das bearbeitete Werkstück genau vermessen werden. Hochpräzise Messgeräte wie Koordinatenmessgeräte und Profilometer sollten eingesetzt werden, um die verschiedenen Indikatoren der Schnittpräzision umfassend und genau zu bewerten.

V. Fazit

Die Prüfung der geometrischen Präzision, der Positionierpräzision und der Schnittpräzision bei der Auslieferung von CNC-Bearbeitungszentren ist ein wichtiger Faktor zur Sicherung der Qualität und Leistung der Werkzeugmaschinen. Die geometrische Präzision garantiert die Grundpräzision der Werkzeugmaschinen, die Positionierpräzision bestimmt die Genauigkeit der Bewegungssteuerung der Werkzeugmaschinen und die Schnittpräzision ist eine umfassende Prüfung der allgemeinen Verarbeitungsfähigkeit der Werkzeugmaschinen. Während des eigentlichen Abnahmeprozesses ist es notwendig, die relevanten Normen und Spezifikationen strikt einzuhalten, geeignete Prüfwerkzeuge und -methoden einzusetzen und die verschiedenen Präzisionsindikatoren umfassend und sorgfältig zu messen und zu bewerten. Erst wenn alle drei Präzisionsanforderungen erfüllt sind, kann das CNC-Bearbeitungszentrum offiziell in Produktion gehen und in Betrieb genommen werden. Es bietet der Fertigungsindustrie hochpräzise und hocheffiziente Bearbeitungsdienstleistungen und fördert die Entwicklung der industriellen Produktion hin zu höherer Qualität und größerer Präzision. Gleichzeitig ist die regelmäßige Überprüfung und Kalibrierung der Präzision des Bearbeitungszentrums eine wichtige Maßnahme, um seinen langfristig stabilen Betrieb und die kontinuierliche Zuverlässigkeit seiner Bearbeitungspräzision sicherzustellen.