In der heutigen Fertigungsindustrie sind CNC-Werkzeugmaschinen mit ihren effizienten und präzisen Bearbeitungsmöglichkeiten zum Rückgrat der Produktion geworden. Die Anforderungen an die Bearbeitungsgenauigkeit wichtiger Teile typischer CNC-Werkzeugmaschinen sind zweifellos die Kernelemente, die die Wahl präziser CNC-Werkzeugmaschinen bestimmen.
CNC-Werkzeugmaschinen werden aufgrund ihrer vielfältigen Einsatzmöglichkeiten in verschiedene Kategorien eingeteilt, z. B. einfach, voll funktionsfähig und hochpräzise. Ihre Genauigkeit variiert stark. Einfache CNC-Werkzeugmaschinen haben im Bereich der Dreh- und Fräsmaschinen nach wie vor einen festen Platz. Ihre minimale Bewegungsauflösung beträgt 0,01 mm, und die Bewegungs- und Bearbeitungsgenauigkeit liegt in der Regel zwischen 0,03 und 0,05 mm oder darüber. Obwohl die Genauigkeit relativ gering ist, spielen einfache CNC-Werkzeugmaschinen in einigen Bearbeitungsszenarien, in denen die Präzisionsanforderungen nicht extrem hoch sind, aufgrund ihrer wirtschaftlichen Vorteile und der einfachen Bedienung eine unersetzliche Rolle.
Im Gegensatz dazu sind ultrapräzise CNC-Werkzeugmaschinen speziell für spezielle Bearbeitungsanforderungen konzipiert und erreichen eine Genauigkeit von erstaunlichen 0,001 mm oder weniger. Ultrapräzise CNC-Werkzeugmaschinen werden häufig in hochpräzisen und hochmodernen Bereichen wie der Luft- und Raumfahrt und der Medizintechnik eingesetzt und bieten solide technische Unterstützung bei der Herstellung extrem komplexer und präziser Komponenten.
Hinsichtlich der Genauigkeit lassen sich CNC-Werkzeugmaschinen weiter in herkömmliche und Präzisionsmaschinen unterteilen. Normalerweise gibt es bei CNC-Werkzeugmaschinen 20 bis 30 Prüfpunkte für die Genauigkeitsprüfung. Die wichtigsten und repräsentativsten Punkte sind jedoch die Positioniergenauigkeit einer einzelnen Achse, die wiederholte Positioniergenauigkeit einer einzelnen Achse und die Rundheit des Prüfstücks, das von zwei oder mehr verbundenen Bearbeitungsachsen erzeugt wird.
Positioniergenauigkeit und Wiederholgenauigkeit ergänzen sich und bilden zusammen das umfassende Genauigkeitsprofil der beweglichen Komponenten der Werkzeugmaschinenachse. Insbesondere die Wiederholgenauigkeit wirkt wie ein Spiegel, der die Positionsstabilität der Achse an jedem Positionierpunkt innerhalb ihres Hubs deutlich widerspiegelt. Diese Eigenschaft ist entscheidend für die Stabilität und Zuverlässigkeit der Achse und trägt entscheidend zum langfristigen stabilen Betrieb der Werkzeugmaschine und zur gleichbleibenden Bearbeitungsqualität bei.
Moderne CNC-Systemsoftware ist wie ein intelligenter Handwerker mit umfangreichen und vielfältigen Fehlerkompensationsfunktionen, die die in jedem Glied der Vorschubkette auftretenden Systemfehler präzise und stabil kompensieren können. Am Beispiel der verschiedenen Glieder der Übertragungskette sind die Änderungen von Faktoren wie Abstand, elastischer Verformung und Kontaktsteifigkeit nicht konstant, sondern weisen dynamische, augenblickliche Impulsänderungen auf, die von Variablen wie der Größe der Werkbanklast, der Länge der Bewegungsdistanz und der Geschwindigkeit der Bewegungspositionierung abhängen.
Bei einigen Servosystemen mit offenem und halbgeschlossenem Regelkreis sind die mechanischen Antriebskomponenten nach den Messkomponenten wie Schiffe, die sich bei Wind und Wetter vorwärts bewegen, und unterliegen verschiedenen zufälligen Faktoren. Beispielsweise kann die thermische Ausdehnung von Kugelumlaufspindeln zu einer Abweichung der tatsächlichen Position der Werkbank führen und dadurch erhebliche zufällige Fehler in der Bearbeitungsgenauigkeit verursachen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass bei einer guten Auswahl im Auswahlprozess zweifellos die Ausrüstung mit der höchsten wiederholten Positioniergenauigkeit bevorzugt werden sollte, da dies die Verarbeitungsqualität stark absichert.
Die Präzision beim Fräsen zylindrischer Oberflächen oder räumlicher Spiralnuten (Gewinde) ist wie ein feines Lineal zur Messung der Leistung einer Werkzeugmaschine ein Schlüsselindikator für die umfassende Bewertung der Servo-Folgebewegungseigenschaften der CNC-Achsen (zwei oder drei Achsen) und der Interpolationsfunktion des CNC-Systems der Werkzeugmaschine. Die effektive Methode zur Bestimmung dieses Indikators ist die Messung der Rundheit der bearbeiteten zylindrischen Oberfläche.
Auch beim Fräsen von Prüflingen auf CNC-Werkzeugmaschinen erweist sich das schräge Vierkantfräsen als einzigartig wertvoll. Es ermöglicht eine präzise Beurteilung der Genauigkeit zweier steuerbarer Achsen bei linearer Interpolationsbewegung. Bei diesem Probefräsen muss der für die Präzisionsbearbeitung verwendete Schaftfräser sorgfältig auf der Maschinenspindel montiert und anschließend die auf der Werkbank platzierte kreisförmige Probe sorgfältig gefräst werden. Bei kleinen und mittelgroßen Werkzeugmaschinen wird die Größe der kreisförmigen Probe üblicherweise zwischen 200 und 300 Yen gewählt. Dieser Bereich wurde in der Praxis erprobt und ermöglicht eine effektive Bewertung der Bearbeitungsgenauigkeit der Werkzeugmaschine.
Nach Abschluss des Fräsvorgangs legen Sie die geschnittene Probe vorsichtig auf ein Rundheitsmessgerät und messen die Rundheit der bearbeiteten Oberfläche mit einem Präzisionsmessgerät. Dabei ist es notwendig, die Messergebnisse genau zu beobachten und zu analysieren. Wenn auf der gefrästen zylindrischen Oberfläche deutliche Vibrationsmuster des Fräsers auftreten, warnt dies vor einer möglicherweise instabilen Interpolationsgeschwindigkeit der Werkzeugmaschine. Wenn die durch das Fräsen erzeugte Rundheit deutliche elliptische Fehler aufweist, deutet dies häufig darauf hin, dass die Verstärkungen der beiden steuerbaren Achsensysteme bei der Interpolationsbewegung nicht gut aufeinander abgestimmt sind. Wenn sich an jedem Richtungswechselpunkt der steuerbaren Achse auf einer kreisförmigen Oberfläche Stoppmarken befinden (d. h. bei kontinuierlicher Schneidbewegung bildet das Anhalten der Vorschubbewegung an einer bestimmten Position ein kleines Segment metallischer Schnittmarken auf der Bearbeitungsoberfläche), bedeutet dies, dass der Vorwärts- und Rückwärtsabstand der Achse nicht optimal eingestellt ist.
Das Konzept der Einzelachsen-Positioniergenauigkeit bezieht sich auf den Fehlerbereich, der beim Positionieren eines beliebigen Punkts innerhalb des Achsenhubs entsteht. Es ist wie ein Leuchtturm, der die Bearbeitungsgenauigkeit der Werkzeugmaschine direkt beleuchtet und somit zweifellos zu einem der wichtigsten technischen Indikatoren von CNC-Werkzeugmaschinen wird.
Derzeit gibt es zwischen den Ländern weltweit gewisse Unterschiede in den Vorschriften, Definitionen, Messmethoden und Datenverarbeitungsmethoden der Einzelachsen-Positionierungsgenauigkeit. Bei der Einführung einer Vielzahl von Beispieldaten für CNC-Werkzeugmaschinen sind gängige und häufig zitierte Standards der amerikanische Standard (NAS), empfohlene Standards der American Machine Tool Manufacturers Association, der deutsche Standard (VDI), der japanische Standard (JIS), die Internationale Organisation für Normung (ISO) und der chinesische nationale Standard (GB).
Unter diesen hervorragenden Standards sind die japanischen Standards in Bezug auf die Vorschriften relativ nachsichtig. Die Messmethode basiert auf einem einzigen Satz stabiler Daten und verwendet dann geschickt ±-Werte, um den Fehlerwert um die Hälfte zu reduzieren. Infolgedessen weicht die mit japanischen Standardmessverfahren erzielte Positionsgenauigkeit im Vergleich zu anderen Standards oft um mehr als das Doppelte ab.
Obwohl sich andere Standards in der Art und Weise der Datenverarbeitung unterscheiden, basieren sie auf Fehlerstatistiken zur Analyse und Messung der Positioniergenauigkeit. Insbesondere sollte ein bestimmter Positionierungspunktfehler im steuerbaren Achsenhub einer CNC-Werkzeugmaschine die möglichen Fehler widerspiegeln, die bei Tausenden von Positionierungen im Langzeitbetrieb der Werkzeugmaschine auftreten können. Aufgrund der tatsächlichen Bedingungen können wir jedoch oft nur eine begrenzte Anzahl von Messvorgängen durchführen, in der Regel fünf bis sieben.
Die Genauigkeitsbeurteilung von CNC-Werkzeugmaschinen gleicht einer anspruchsvollen Rätselaufgabe, die nicht über Nacht gelöst werden kann. Einige Genauigkeitsindikatoren erfordern eine sorgfältige Prüfung und Analyse der bearbeiteten Produkte nach der eigentlichen Bearbeitung der Werkzeugmaschine, was die Genauigkeitsbeurteilung zweifellos erschwert und komplexer macht.
Um sicherzustellen, dass die Auswahl der CNC-Werkzeugmaschinen den Produktionsanforderungen entspricht, müssen wir die Genauigkeitsparameter der Werkzeugmaschinen gründlich untersuchen und eine umfassende und detaillierte Analyse durchführen, bevor wir Beschaffungsentscheidungen treffen. Gleichzeitig ist eine ausreichende und intensive Kommunikation und ein intensiver Austausch mit den Herstellern von CNC-Werkzeugmaschinen unerlässlich. Das Verständnis des Produktionsniveaus des Herstellers, der strengen Qualitätskontrollmaßnahmen und des umfassenden Kundendienstes kann eine wertvollere Referenzgrundlage für unsere Entscheidungsfindung bieten.
In praktischen Anwendungsszenarien sollten Typ und Genauigkeit von CNC-Werkzeugmaschinen wissenschaftlich und sinnvoll anhand der spezifischen Bearbeitungsaufgaben und Präzisionsanforderungen der Teile ausgewählt werden. Bei Teilen mit extrem hohen Präzisionsanforderungen sollten Werkzeugmaschinen mit modernen CNC-Systemen und hochpräzisen Komponenten ohne Bedenken bevorzugt werden. Diese Wahl gewährleistet nicht nur eine hervorragende Verarbeitungsqualität, sondern verbessert auch die Produktionseffizienz, reduziert die Ausschussrate und bringt dem Unternehmen höhere wirtschaftliche Vorteile.
Regelmäßige Präzisionsprüfungen und sorgfältige Wartung von CNC-Werkzeugmaschinen sind wichtige Maßnahmen, um einen langfristig stabilen Betrieb und die Aufrechterhaltung hochpräziser Bearbeitungsfähigkeiten zu gewährleisten. Durch die frühzeitige Erkennung und Behebung potenzieller Genauigkeitsprobleme lässt sich die Lebensdauer von Werkzeugmaschinen effektiv verlängern und so die Stabilität und Zuverlässigkeit der Bearbeitungsqualität gewährleisten. Wie bei der Pflege eines wertvollen Rennwagens können nur kontinuierliche Aufmerksamkeit und Wartung seine gute Leistung auf der Rennstrecke gewährleisten.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Genauigkeit von CNC-Werkzeugmaschinen ein mehrdimensionaler und umfassender Betrachtungsindex ist, der sich durch den gesamten Prozess der Konstruktion und Entwicklung, Herstellung und Montage, Installation und Fehlerbehebung von Werkzeugmaschinen sowie durch den täglichen Gebrauch und die Wartung zieht. Nur durch umfassendes Verständnis und Beherrschung relevanter Kenntnisse und Technologien können wir die am besten geeignete CNC-Werkzeugmaschine für die tatsächliche Produktion mit Bedacht auswählen, ihr Effizienzpotenzial voll ausschöpfen und die dynamische Entwicklung der Fertigungsindustrie nachhaltig unterstützen.