Methoden zur Beurteilung der Genauigkeit vertikaler Bearbeitungszentren
In der mechanischen Bearbeitung ist die Genauigkeit vertikaler Bearbeitungszentren von entscheidender Bedeutung für die Bearbeitungsqualität. Die genaue Beurteilung der Genauigkeit ist für den Bediener ein wichtiger Schritt zur Sicherstellung des Bearbeitungsergebnisses. Im Folgenden werden die Methoden zur Beurteilung der Genauigkeit vertikaler Bearbeitungszentren erläutert.
Bestimmung der zugehörigen Elemente des Prüfstücks
Materialien, Werkzeuge und Schnittparameter des Prüfstücks
Die Auswahl der Prüflingsmaterialien, Werkzeuge und Schnittparameter hat einen direkten Einfluss auf die Beurteilung der Genauigkeit. Diese Elemente werden in der Regel gemäß der Vereinbarung zwischen dem Herstellerwerk und dem Benutzer festgelegt und müssen ordnungsgemäß dokumentiert werden.
Die Schnittgeschwindigkeit beträgt bei Gusseisenteilen ca. 50 m/min, bei Aluminiumteilen ca. 300 m/min. Der geeignete Vorschub liegt im Bereich von (0,05 – 0,10) mm/Zahn. Die radiale Schnitttiefe sollte bei allen Fräsvorgängen 0,2 mm betragen. Die sinnvolle Wahl dieser Parameter ist die Grundlage für eine präzise Beurteilung der Genauigkeit. Beispielsweise kann eine zu hohe Schnittgeschwindigkeit zu erhöhtem Werkzeugverschleiß führen und die Bearbeitungsgenauigkeit beeinträchtigen; ein falscher Vorschub kann dazu führen, dass die Oberflächenrauheit des bearbeiteten Teils nicht den Anforderungen entspricht.
Die Auswahl der Prüflingsmaterialien, Werkzeuge und Schnittparameter hat einen direkten Einfluss auf die Beurteilung der Genauigkeit. Diese Elemente werden in der Regel gemäß der Vereinbarung zwischen dem Herstellerwerk und dem Benutzer festgelegt und müssen ordnungsgemäß dokumentiert werden.
Die Schnittgeschwindigkeit beträgt bei Gusseisenteilen ca. 50 m/min, bei Aluminiumteilen ca. 300 m/min. Der geeignete Vorschub liegt im Bereich von (0,05 – 0,10) mm/Zahn. Die radiale Schnitttiefe sollte bei allen Fräsvorgängen 0,2 mm betragen. Die sinnvolle Wahl dieser Parameter ist die Grundlage für eine präzise Beurteilung der Genauigkeit. Beispielsweise kann eine zu hohe Schnittgeschwindigkeit zu erhöhtem Werkzeugverschleiß führen und die Bearbeitungsgenauigkeit beeinträchtigen; ein falscher Vorschub kann dazu führen, dass die Oberflächenrauheit des bearbeiteten Teils nicht den Anforderungen entspricht.
Befestigung des Prüflings
Die Befestigungsmethode des Prüflings steht in direktem Zusammenhang mit der Stabilität während der Bearbeitung. Der Prüfling muss bequem auf einer speziellen Vorrichtung montiert werden, um die maximale Stabilität von Werkzeug und Vorrichtung zu gewährleisten. Die Montageflächen von Vorrichtung und Prüfling müssen eben sein, was eine Voraussetzung für die Bearbeitungsgenauigkeit ist. Gleichzeitig sollte die Parallelität zwischen der Montagefläche des Prüflings und der Spannfläche der Vorrichtung überprüft werden.
Bei der Spannmethode sollte eine geeignete Methode gewählt werden, damit das Werkzeug die gesamte Länge der Mittelbohrung durchdringen und bearbeiten kann. Beispielsweise empfiehlt sich die Verwendung von Senkschrauben zur Befestigung des Prüflings, um Störungen zwischen Werkzeug und Schrauben wirksam zu vermeiden. Selbstverständlich sind auch andere gleichwertige Methoden möglich. Die Gesamthöhe des Prüflings hängt von der gewählten Befestigungsmethode ab. Eine geeignete Höhe kann die Stabilität der Prüflingsposition während des Bearbeitungsprozesses gewährleisten und Genauigkeitsabweichungen durch Faktoren wie Vibrationen reduzieren.
Die Befestigungsmethode des Prüflings steht in direktem Zusammenhang mit der Stabilität während der Bearbeitung. Der Prüfling muss bequem auf einer speziellen Vorrichtung montiert werden, um die maximale Stabilität von Werkzeug und Vorrichtung zu gewährleisten. Die Montageflächen von Vorrichtung und Prüfling müssen eben sein, was eine Voraussetzung für die Bearbeitungsgenauigkeit ist. Gleichzeitig sollte die Parallelität zwischen der Montagefläche des Prüflings und der Spannfläche der Vorrichtung überprüft werden.
Bei der Spannmethode sollte eine geeignete Methode gewählt werden, damit das Werkzeug die gesamte Länge der Mittelbohrung durchdringen und bearbeiten kann. Beispielsweise empfiehlt sich die Verwendung von Senkschrauben zur Befestigung des Prüflings, um Störungen zwischen Werkzeug und Schrauben wirksam zu vermeiden. Selbstverständlich sind auch andere gleichwertige Methoden möglich. Die Gesamthöhe des Prüflings hängt von der gewählten Befestigungsmethode ab. Eine geeignete Höhe kann die Stabilität der Prüflingsposition während des Bearbeitungsprozesses gewährleisten und Genauigkeitsabweichungen durch Faktoren wie Vibrationen reduzieren.
Abmessungen des Prüflings
Nach mehreren Schneidvorgängen verringern sich die Außenmaße des Prüfstücks und der Lochdurchmesser vergrößert sich. Um die Schnittgenauigkeit des Bearbeitungszentrums genau wiederzugeben, empfiehlt es sich, bei Abnahmeprüfungen die Abmessungen des Prüfstücks für die endgültige Konturbearbeitung so zu wählen, dass sie den in der Norm angegebenen Abmessungen entsprechen. Das Prüfstück kann wiederholt für Schneidtests verwendet werden, seine Spezifikationen sollten jedoch innerhalb von ±10 % der in der Norm angegebenen charakteristischen Abmessungen liegen. Bei erneuter Verwendung des Prüfstücks sollte vor einem neuen Präzisionsschneidtest ein Dünnschichtschnitt durchgeführt werden, um alle Oberflächen zu reinigen. Dadurch können Rückstände aus der vorherigen Bearbeitung eliminiert werden, und jedes Testergebnis spiegelt den aktuellen Genauigkeitsstatus des Bearbeitungszentrums genauer wider.
Nach mehreren Schneidvorgängen verringern sich die Außenmaße des Prüfstücks und der Lochdurchmesser vergrößert sich. Um die Schnittgenauigkeit des Bearbeitungszentrums genau wiederzugeben, empfiehlt es sich, bei Abnahmeprüfungen die Abmessungen des Prüfstücks für die endgültige Konturbearbeitung so zu wählen, dass sie den in der Norm angegebenen Abmessungen entsprechen. Das Prüfstück kann wiederholt für Schneidtests verwendet werden, seine Spezifikationen sollten jedoch innerhalb von ±10 % der in der Norm angegebenen charakteristischen Abmessungen liegen. Bei erneuter Verwendung des Prüfstücks sollte vor einem neuen Präzisionsschneidtest ein Dünnschichtschnitt durchgeführt werden, um alle Oberflächen zu reinigen. Dadurch können Rückstände aus der vorherigen Bearbeitung eliminiert werden, und jedes Testergebnis spiegelt den aktuellen Genauigkeitsstatus des Bearbeitungszentrums genauer wider.
Positionierung des Prüflings
Das Prüfstück sollte in der mittleren Position des X-Hubs des vertikalen Bearbeitungszentrums und an einer geeigneten Position entlang der Y- und Z-Achse platziert werden, die für die Positionierung des Prüfstücks und der Vorrichtung sowie der Länge des Werkzeugs geeignet ist. Wenn jedoch besondere Anforderungen an die Positionierung des Prüfstücks bestehen, sollten diese in der Vereinbarung zwischen Hersteller und Anwender klar festgelegt werden. Eine korrekte Positionierung kann die genaue relative Position zwischen Werkzeug und Prüfstück während des Bearbeitungsprozesses sicherstellen und so die Bearbeitungsgenauigkeit effektiv gewährleisten. Eine ungenaue Positionierung des Prüfstücks kann zu Problemen wie Bearbeitungsmaßabweichungen und Formfehlern führen. Beispielsweise kann eine Abweichung von der Mittelposition in X-Richtung zu Maßfehlern in Längsrichtung des bearbeiteten Werkstücks führen; eine falsche Positionierung entlang der Y- und Z-Achse kann die Genauigkeit des Werkstücks in Höhen- und Breitenrichtung beeinträchtigen.
Das Prüfstück sollte in der mittleren Position des X-Hubs des vertikalen Bearbeitungszentrums und an einer geeigneten Position entlang der Y- und Z-Achse platziert werden, die für die Positionierung des Prüfstücks und der Vorrichtung sowie der Länge des Werkzeugs geeignet ist. Wenn jedoch besondere Anforderungen an die Positionierung des Prüfstücks bestehen, sollten diese in der Vereinbarung zwischen Hersteller und Anwender klar festgelegt werden. Eine korrekte Positionierung kann die genaue relative Position zwischen Werkzeug und Prüfstück während des Bearbeitungsprozesses sicherstellen und so die Bearbeitungsgenauigkeit effektiv gewährleisten. Eine ungenaue Positionierung des Prüfstücks kann zu Problemen wie Bearbeitungsmaßabweichungen und Formfehlern führen. Beispielsweise kann eine Abweichung von der Mittelposition in X-Richtung zu Maßfehlern in Längsrichtung des bearbeiteten Werkstücks führen; eine falsche Positionierung entlang der Y- und Z-Achse kann die Genauigkeit des Werkstücks in Höhen- und Breitenrichtung beeinträchtigen.
Spezifische Erkennungselemente und Methoden zur Verarbeitungsgenauigkeit
Erkennung der Maßgenauigkeit
Genauigkeit der linearen Abmessungen
Verwenden Sie Messwerkzeuge (wie Messschieber, Mikrometer usw.), um die Längenmaße des bearbeiteten Prüflings zu messen. Messen Sie beispielsweise Länge, Breite, Höhe und weitere Abmessungen des Werkstücks und vergleichen Sie diese mit den geplanten Abmessungen. Bei Bearbeitungszentren mit hohen Genauigkeitsanforderungen sollte die Maßabweichung in einem sehr kleinen Bereich, in der Regel im Mikrometerbereich, kontrolliert werden. Durch die Messung der Längenmaße in mehreren Richtungen kann die Positioniergenauigkeit des Bearbeitungszentrums in den X-, Y- und Z-Achsen umfassend bewertet werden.
Genauigkeit der linearen Abmessungen
Verwenden Sie Messwerkzeuge (wie Messschieber, Mikrometer usw.), um die Längenmaße des bearbeiteten Prüflings zu messen. Messen Sie beispielsweise Länge, Breite, Höhe und weitere Abmessungen des Werkstücks und vergleichen Sie diese mit den geplanten Abmessungen. Bei Bearbeitungszentren mit hohen Genauigkeitsanforderungen sollte die Maßabweichung in einem sehr kleinen Bereich, in der Regel im Mikrometerbereich, kontrolliert werden. Durch die Messung der Längenmaße in mehreren Richtungen kann die Positioniergenauigkeit des Bearbeitungszentrums in den X-, Y- und Z-Achsen umfassend bewertet werden.
Genauigkeit des Lochdurchmessers
Für die bearbeiteten Löcher können Werkzeuge wie Innendurchmessermessgeräte und Koordinatenmessgeräte verwendet werden, um den Lochdurchmesser zu ermitteln. Die Genauigkeit des Lochdurchmessers umfasst nicht nur die Anforderung, dass die Durchmessergröße den Anforderungen entspricht, sondern auch Indikatoren wie die Zylindrizität. Eine zu große Abweichung des Lochdurchmessers kann durch Faktoren wie Werkzeugverschleiß und Rundlauf der Spindel verursacht werden.
Für die bearbeiteten Löcher können Werkzeuge wie Innendurchmessermessgeräte und Koordinatenmessgeräte verwendet werden, um den Lochdurchmesser zu ermitteln. Die Genauigkeit des Lochdurchmessers umfasst nicht nur die Anforderung, dass die Durchmessergröße den Anforderungen entspricht, sondern auch Indikatoren wie die Zylindrizität. Eine zu große Abweichung des Lochdurchmessers kann durch Faktoren wie Werkzeugverschleiß und Rundlauf der Spindel verursacht werden.
Erkennung der Formgenauigkeit
Erkennung der Ebenheit
Verwenden Sie Instrumente wie Wasserwaagen und optische Planflächen, um die Ebenheit der bearbeiteten Ebene zu ermitteln. Legen Sie die Wasserwaage auf die bearbeitete Ebene und bestimmen Sie den Ebenheitsfehler, indem Sie die Positionsänderung der Libelle beobachten. Für eine hochpräzise Bearbeitung sollte der Ebenheitsfehler extrem gering sein, da er sonst die nachfolgende Montage und andere Prozesse beeinträchtigt. Beispielsweise sind bei der Bearbeitung der Führungsschienen von Werkzeugmaschinen und anderen Ebenen die Anforderungen an die Ebenheit extrem hoch. Überschreitet der zulässige Fehler den zulässigen Fehler, führt dies zu einem unruhigen Lauf der beweglichen Teile auf den Führungsschienen.
Erkennung der Ebenheit
Verwenden Sie Instrumente wie Wasserwaagen und optische Planflächen, um die Ebenheit der bearbeiteten Ebene zu ermitteln. Legen Sie die Wasserwaage auf die bearbeitete Ebene und bestimmen Sie den Ebenheitsfehler, indem Sie die Positionsänderung der Libelle beobachten. Für eine hochpräzise Bearbeitung sollte der Ebenheitsfehler extrem gering sein, da er sonst die nachfolgende Montage und andere Prozesse beeinträchtigt. Beispielsweise sind bei der Bearbeitung der Führungsschienen von Werkzeugmaschinen und anderen Ebenen die Anforderungen an die Ebenheit extrem hoch. Überschreitet der zulässige Fehler den zulässigen Fehler, führt dies zu einem unruhigen Lauf der beweglichen Teile auf den Führungsschienen.
Rundheitserkennung
Für die bearbeiteten kreisförmigen Konturen (wie Zylinder, Kegel usw.) kann ein Rundheitsprüfer verwendet werden. Der Rundheitsfehler spiegelt die Genauigkeit des Bearbeitungszentrums während der Rotationsbewegung wider. Faktoren wie die Rotationsgenauigkeit der Spindel und der Rundlauf des Werkzeugs beeinflussen die Rundheit. Ein zu großer Rundheitsfehler kann zu Unwuchten während der Rotation mechanischer Teile führen und den normalen Betrieb der Anlage beeinträchtigen.
Für die bearbeiteten kreisförmigen Konturen (wie Zylinder, Kegel usw.) kann ein Rundheitsprüfer verwendet werden. Der Rundheitsfehler spiegelt die Genauigkeit des Bearbeitungszentrums während der Rotationsbewegung wider. Faktoren wie die Rotationsgenauigkeit der Spindel und der Rundlauf des Werkzeugs beeinflussen die Rundheit. Ein zu großer Rundheitsfehler kann zu Unwuchten während der Rotation mechanischer Teile führen und den normalen Betrieb der Anlage beeinträchtigen.
Erkennung der Positionsgenauigkeit
Erkennung von Parallelität
Ermitteln Sie die Parallelität zwischen bearbeiteten Oberflächen oder zwischen Bohrungen und Oberflächen. Um beispielsweise die Parallelität zwischen zwei Ebenen zu messen, kann eine Messuhr verwendet werden. Befestigen Sie die Messuhr an der Spindel, bringen Sie den Messkopf an die Messebene, bewegen Sie die Werkbank und beobachten Sie die Veränderung des Messuhrwerts. Zu große Parallelitätsfehler können durch Faktoren wie die Geradheitsabweichung der Führungsschiene und die Neigung der Werkbank verursacht werden.
Erkennung von Parallelität
Ermitteln Sie die Parallelität zwischen bearbeiteten Oberflächen oder zwischen Bohrungen und Oberflächen. Um beispielsweise die Parallelität zwischen zwei Ebenen zu messen, kann eine Messuhr verwendet werden. Befestigen Sie die Messuhr an der Spindel, bringen Sie den Messkopf an die Messebene, bewegen Sie die Werkbank und beobachten Sie die Veränderung des Messuhrwerts. Zu große Parallelitätsfehler können durch Faktoren wie die Geradheitsabweichung der Führungsschiene und die Neigung der Werkbank verursacht werden.
Erkennung der Rechtwinkligkeit
Ermitteln Sie die Rechtwinkligkeit zwischen bearbeiteten Oberflächen oder zwischen Bohrungen und Oberflächen mithilfe von Werkzeugen wie Anschlagwinkeln und Rechtwinkligkeitsmessgeräten. Beispielsweise hat bei der Bearbeitung von kastenförmigen Teilen die Rechtwinkligkeit zwischen den verschiedenen Oberflächen des Kastens einen wichtigen Einfluss auf die Montage- und Gebrauchseigenschaften der Teile. Der Rechtwinkligkeitsfehler kann durch die Rechtwinkligkeitsabweichung zwischen den Koordinatenachsen der Werkzeugmaschine verursacht werden.
Ermitteln Sie die Rechtwinkligkeit zwischen bearbeiteten Oberflächen oder zwischen Bohrungen und Oberflächen mithilfe von Werkzeugen wie Anschlagwinkeln und Rechtwinkligkeitsmessgeräten. Beispielsweise hat bei der Bearbeitung von kastenförmigen Teilen die Rechtwinkligkeit zwischen den verschiedenen Oberflächen des Kastens einen wichtigen Einfluss auf die Montage- und Gebrauchseigenschaften der Teile. Der Rechtwinkligkeitsfehler kann durch die Rechtwinkligkeitsabweichung zwischen den Koordinatenachsen der Werkzeugmaschine verursacht werden.
Bewertung der dynamischen Genauigkeit
Erkennung von Vibrationen
Verwenden Sie während des Bearbeitungsprozesses Schwingungssensoren, um die Schwingungssituation des Bearbeitungszentrums zu erfassen. Schwingungen können zu Problemen wie erhöhter Oberflächenrauheit des bearbeiteten Teils und beschleunigtem Werkzeugverschleiß führen. Durch die Analyse von Frequenz und Amplitude der Schwingung können abnormale Schwingungsquellen wie unwuchtige rotierende Teile oder lose Komponenten ermittelt werden. Bei hochpräzisen Bearbeitungszentren sollte die Schwingungsamplitude auf einem sehr niedrigen Niveau gehalten werden, um die Stabilität der Bearbeitungsgenauigkeit zu gewährleisten.
Verwenden Sie während des Bearbeitungsprozesses Schwingungssensoren, um die Schwingungssituation des Bearbeitungszentrums zu erfassen. Schwingungen können zu Problemen wie erhöhter Oberflächenrauheit des bearbeiteten Teils und beschleunigtem Werkzeugverschleiß führen. Durch die Analyse von Frequenz und Amplitude der Schwingung können abnormale Schwingungsquellen wie unwuchtige rotierende Teile oder lose Komponenten ermittelt werden. Bei hochpräzisen Bearbeitungszentren sollte die Schwingungsamplitude auf einem sehr niedrigen Niveau gehalten werden, um die Stabilität der Bearbeitungsgenauigkeit zu gewährleisten.
Erkennung thermischer Verformung
Das Bearbeitungszentrum erzeugt im Dauerbetrieb Wärme und verursacht dadurch thermische Verformungen. Verwenden Sie Temperatursensoren, um Temperaturänderungen an wichtigen Komponenten (wie Spindel und Führungsschiene) zu messen, und kombinieren Sie diese mit Messgeräten, um Veränderungen der Bearbeitungsgenauigkeit zu erkennen. Thermische Verformungen können zu allmählichen Veränderungen der Bearbeitungsmaße führen. Beispielsweise kann die Dehnung der Spindel bei hohen Temperaturen zu Maßabweichungen in axialer Richtung des bearbeiteten Werkstücks führen. Um die Auswirkungen thermischer Verformungen auf die Genauigkeit zu reduzieren, sind einige moderne Bearbeitungszentren mit Kühlsystemen zur Temperaturregelung ausgestattet.
Das Bearbeitungszentrum erzeugt im Dauerbetrieb Wärme und verursacht dadurch thermische Verformungen. Verwenden Sie Temperatursensoren, um Temperaturänderungen an wichtigen Komponenten (wie Spindel und Führungsschiene) zu messen, und kombinieren Sie diese mit Messgeräten, um Veränderungen der Bearbeitungsgenauigkeit zu erkennen. Thermische Verformungen können zu allmählichen Veränderungen der Bearbeitungsmaße führen. Beispielsweise kann die Dehnung der Spindel bei hohen Temperaturen zu Maßabweichungen in axialer Richtung des bearbeiteten Werkstücks führen. Um die Auswirkungen thermischer Verformungen auf die Genauigkeit zu reduzieren, sind einige moderne Bearbeitungszentren mit Kühlsystemen zur Temperaturregelung ausgestattet.
Berücksichtigung der Neupositionierungsgenauigkeit
Vergleich der Genauigkeit bei Mehrfachbearbeitung desselben Prüflings
Durch wiederholte Bearbeitung desselben Prüflings und Verwendung der oben genannten Erkennungsmethoden wird die Genauigkeit jedes bearbeiteten Prüflings gemessen. Beobachten Sie die Wiederholbarkeit von Indikatoren wie Maßgenauigkeit, Formgenauigkeit und Positionsgenauigkeit. Eine schlechte Neupositionierungsgenauigkeit kann zu Qualitätsinstabilitäten bei der Batch-Bearbeitung von Werkstücken führen. Beispielsweise kann eine geringe Neupositionierungsgenauigkeit bei der Formenbearbeitung zu inkonsistenten Hohlraumabmessungen der Form führen und so die Gebrauchsleistung der Form beeinträchtigen.
Durch wiederholte Bearbeitung desselben Prüflings und Verwendung der oben genannten Erkennungsmethoden wird die Genauigkeit jedes bearbeiteten Prüflings gemessen. Beobachten Sie die Wiederholbarkeit von Indikatoren wie Maßgenauigkeit, Formgenauigkeit und Positionsgenauigkeit. Eine schlechte Neupositionierungsgenauigkeit kann zu Qualitätsinstabilitäten bei der Batch-Bearbeitung von Werkstücken führen. Beispielsweise kann eine geringe Neupositionierungsgenauigkeit bei der Formenbearbeitung zu inkonsistenten Hohlraumabmessungen der Form führen und so die Gebrauchsleistung der Form beeinträchtigen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass für eine umfassende und genaue Beurteilung der Genauigkeit vertikaler Bearbeitungszentren mehrere Aspekte berücksichtigt werden müssen, wie z. B. die Vorbereitung der Prüflinge (einschließlich Materialien, Werkzeuge, Schnittparameter, Befestigung und Abmessungen), die Positionierung der Prüflinge, die Erkennung verschiedener Aspekte der Bearbeitungsgenauigkeit (Maßgenauigkeit, Formgenauigkeit, Positionsgenauigkeit), die Bewertung der dynamischen Genauigkeit und die Berücksichtigung der Neupositionierungsgenauigkeit. Nur so kann das Bearbeitungszentrum die Anforderungen an die Bearbeitungsgenauigkeit während des Produktionsprozesses erfüllen und hochwertige mechanische Teile herstellen.