Erforschung der Rolle des Rasterlineals in CNC-Werkzeugmaschinen

Das Rasterlineal ist ein Positionserfassungselement für die Linearachse von CNC-Werkzeugmaschinen.

Er fungiert als "Auge" eines menschlichen Bedieners und überwacht, ob sich die Linearachse nach der Ausführung des NC-Programms genau in die von der numerischen Steuerung geforderte Position bewegt.

Ohne Gitternetzlineal hängt die Genauigkeit der linearen Achsenbewegung ausschließlich von der Präzision des NC-Systems und der mechanischen Übertragungsgenauigkeit ab.

Nach längerem Gebrauch von CNC-Maschine Aufgrund von Änderungen der elektrischen Kalibrierungsparameter und erhöhter mechanischer Fehler kann die Linearachse erheblich von der vom Programm der numerischen Steuerung geforderten Position abweichen.

In einem solchen Fall würden weder das Steuerungssystem noch die Maschinenbediener diese Abweichung bemerken. Um solche Probleme genau zu erkennen, muss das Wartungspersonal die Werkzeugmaschine genau prüfen.

Daher ist für CNC-Werkzeugmaschinen Ohne ein Gitternetzlineal ist eine regelmäßige Genauigkeitsprüfung unerlässlich, da es sonst zu übermäßigen Abweichungen in der Bearbeitungsgenauigkeit oder sogar zum Ausschuss der zu bearbeitenden Produkte kommen kann.

Steuerung von Werkzeugmaschinen im halbgeschlossenen Regelkreis

Wird ein Gitternetzlineal auf der linearen Achse der ein CNC Werkzeugmaschine würde das oben genannte Problem ohne menschliches Eingreifen gelöst werden.

Wenn die Linearachse die von der numerischen Steuerung geforderte genaue Position aus mechanischen Gründen nicht erreicht, sendet das Lineal eine Rückmeldung an das NC-System, so dass die Linearachse ihre Position genau erreichen kann.

In diesem Fall fungiert das Gitternetzlineal als unabhängige Überwachungsfunktion, ähnlich den Augen eines menschlichen Bedieners, der die Position der linearen Achse ständig "beobachtet" und sicherstellt, dass sie die vom numerischen Steuerungssystem geforderte Position erreicht.

Vollständig geschlossener Regelkreis für Werkzeugmaschinen

Bei der Herstellung neuer oder der Überholung alter Werkzeugmaschinen dient der Einsatz eines Rasterlineals dazu, die Genauigkeit der Linearachse zu erhöhen.

Die Genauigkeit dieser Achse hängt jedoch nicht nur vom Gitternetzlineal ab, sondern vor allem von der mechanischen Geometriegenauigkeit der Linearachse selbst.

Das Gitternetzlineal kann die Genauigkeit der mechanischen Komponente nicht ersetzen, sondern lediglich deren Leistung verbessern.

Viele Menschen haben diesbezüglich Missverständnisse, insbesondere wenn die geometrische Genauigkeit der Linearachse der Werkzeugmaschine schlecht ist. Einige Drehmaschinen verwenden beispielsweise eine Zahnstange für die Übertragung, was zu einem großen Umkehrspiel führt.

Selbst wenn ein Gitternetzlineal mit einer solchen Achse verwendet wird, kann es aufgrund der geringen Übertragungsgenauigkeit zu Schwingungen kommen, wenn es sich der genauen Position nähert.

Systeme mit halbgeschlossenem Regelkreis können die durch den Übertragungsmechanismus der Werkzeugmaschine verursachten Übertragungsfehler, die von den Übertragungsmechanismen während des Hochgeschwindigkeitsbetriebs erzeugten thermischen Verformungsfehler und die durch den Verschleiß der Übertragungssysteme während des Hochgeschwindigkeitsbetriebs verursachten Fehler nicht kontrollieren.

Während des Bearbeitungsprozesses haben diese Fehler die Bearbeitungsgenauigkeit und die Stabilität der Maschine stark beeinträchtigt. CNC-Werkzeugmaschinen.

Gitterlineale für Linearachsen ermöglichen eine vollständig geschlossene Regelung der Linearkoordinaten von CNC-Werkzeugmaschinen, wodurch die oben genannten Fehler reduziert und die Positioniergenauigkeit, die Wiederholgenauigkeit und die Präzisionszuverlässigkeit der Werkzeugmaschine verbessert werden.

Als Schlüsselkomponente zur Verbesserung der Positioniergenauigkeit von CNC-Werkzeugmaschinen erfreut sich das Gitternetzlineal zunehmender Beliebtheit bei den Anwendern.

Genauigkeit der CNC-Maschine

Die Genauigkeit von CNC-Werkzeugmaschinen lässt sich in drei Hauptaspekte unterteilen: geometrische Genauigkeit, Positioniergenauigkeit und Bearbeitungsgenauigkeit.

Die geometrische Genauigkeit, auch mechanische Genauigkeit genannt, ist der umfassende geometrische Formfehler der kritischen Komponenten der Werkzeugmaschine nach der Montage.

Die Messwerkzeuge und -methoden, die zu ihrer Erkennung verwendet werden, sind im Grunde die gleichen wie bei normalen Werkzeugmaschinen, jedoch mit höheren Anforderungen.

Am Beispiel eines typischen Vertikal-Bearbeitungszentrums umfasst die geometrische Genauigkeit die folgenden Parameter:

  • 1. Ebenheit des Arbeitstisches
  • 2. Orthogonalität der Bewegung in verschiedenen Koordinatenrichtungen
  • 3. Parallelität des Arbeitstisches in Bezug auf die Koordinatenrichtungen X und Y
  • 4. Rotationsgenauigkeit der Spindel
  • 5. Parallelität der Spindelachse in Bezug auf die Z-Koordinatenrichtung bei der Bewegung des Hauptspindelkastens
  • 6. Linearität der Bewegung der Spindel in der Z-Koordinatenrichtung

Ortungsgenauigkeit

Die Positioniergenauigkeit bezieht sich auf die tatsächliche Positioniergenauigkeit, die die Hauptkomponenten der Werkzeugmaschine am Ende der Bewegung erreichen können. Die Differenz zwischen Ist- und Sollposition wird als Positionierfehler bezeichnet.

Bei CNC-Werkzeugmaschinen wird die Positioniergenauigkeit auch als Bewegungsgenauigkeit der Maschine bezeichnet und ist abhängig von der Genauigkeit der CNC-System und mechanische Übertragungsfehler.

Die Bewegung jeder Komponente der Werkzeugmaschine wird unter der Kontrolle der CNC-Einrichtung ausgeführt, und die Genauigkeit, die jede Bewegungskomponente erreichen kann, wirkt sich direkt auf die Präzision des bearbeiteten Teils aus.

Daher ist die Positionierungsgenauigkeit ein kritischer Prüfpunkt.

Wiederholgenauigkeit

Die Wiederholgenauigkeit bezieht sich auf den Grad der Konsistenz der Positionsgenauigkeit, die durch wiederholte Ausführung desselben Programmcodes auf einer CNC-Werkzeugmaschine erzielt wird.

Die Wiederholgenauigkeit wird durch Faktoren wie die Eigenschaften des Servosystems, das Spiel und die Steifigkeit der Vorschubübertragungsglieder sowie durch die Reibungseigenschaften beeinflusst.

Im Allgemeinen unterliegt die Wiederholgenauigkeit gelegentlichen Fehlern in der Normalverteilung und wirkt sich auf die Konsistenz einer Charge verarbeiteter Teile aus, was sie zu einem wichtigen Genauigkeitsindikator macht.

Weiterführende Lektüre: Positioniergenauigkeit vs. Wiederholgenauigkeit bei CNC-Maschinen

Genauigkeit bei der Bearbeitung

Die Bearbeitungsgenauigkeit wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst, die sich nicht vollständig in der Geometrie- und Positioniergenauigkeit widerspiegeln, die in der Regel ohne Schnittlast oder bei stehender oder langsam laufender Werkzeugmaschine ermittelt werden.

Zum Beispiel unter dem Einfluss von Schnittkräften und Spannen Kräften unterliegen die Bauteile der Werkzeugmaschine einer elastischen Verformung. Die Bauteile der Werkzeugmaschine werden auch thermisch verformt, und zwar aufgrund interner Wärmequellen (z. B. überhitzte Lager und Zahnräder usw.) und Änderungen der Umgebungstemperatur.

Außerdem erzeugt die Werkzeugmaschine unter dem Einfluss der Schnittkräfte und der Bewegungsgeschwindigkeit Vibrationen. Wenn sich die beweglichen Komponenten der Werkzeugmaschine mit Arbeitsgeschwindigkeit bewegen, weicht ihre Bewegungsgenauigkeit aufgrund des Ölfilms auf den Gleitflächen und anderer Faktoren von der bei niedrigen Geschwindigkeiten gemessenen ab.

All diese Faktoren können zu Veränderungen der statischen Genauigkeit der Werkzeugmaschine führen und die Bearbeitungsgenauigkeit des Werkstücks beeinträchtigen.

Die Genauigkeit der Werkzeugmaschine unter dem Einfluss von äußeren Belastungen, Erwärmung und Vibrationen während der Arbeit wird als dynamische Genauigkeit der Werkzeugmaschine bezeichnet.

Die dynamische Genauigkeit steht in engem Zusammenhang mit der statischen Genauigkeit und hängt weitgehend von der Steifigkeit, der Vibrationsfestigkeit und der thermischen Stabilität der Werkzeugmaschine ab.

Gegenwärtig wird die umfassende dynamische Genauigkeit der Werkzeugmaschine im Allgemeinen anhand der Bearbeitungsgenauigkeit der durch Zerspanungsvorgänge hergestellten Werkstücke bewertet, die als Arbeitsgenauigkeit der Werkzeugmaschine bezeichnet wird. Die Arbeitsgenauigkeit spiegelt den umfassenden Einfluss verschiedener Faktoren auf die Bearbeitungsgenauigkeit wider.

Methoden zur Verbesserung der Präzision bei der CNC-Bearbeitung

Derzeit gibt es hauptsächlich zwei Methoden zur Verbesserung der Bearbeitungsgenauigkeit von CNC-Werkzeugmaschinen in der Teilebearbeitung: Fehlervermeidung und Fehlerkompensation.

Methoden zur Fehlervermeidung

Fehlervermeidung bezieht sich auf Maßnahmen zur Verbesserung des Qualitätsniveaus bei der Konstruktion, Verarbeitung und Montage von Bauteilen, zur wirksamen Kontrolle von Umgebungsfaktoren und zur Beseitigung oder Reduzierung von Fehlerquellen.

Die Verwendung von hochsteifen, thermisch symmetrischen Führungsschienen und Kugelumlaufspindeln zur Temperaturregelung kann beispielsweise die thermische Verformung der Werkzeugmaschine und den Temperaturanstieg der Wärmequelle wirksam reduzieren und damit das Auftreten von Fehlern verringern.

Die Methoden zur Fehlervermeidung werden hauptsächlich in drei Kategorien unterteilt: Vermeidung von Größenfehlern, geometrischen Fehlern, thermischen Verformungen und anderen Fehlern.

Diese Methoden können die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Fehlern bis zu einem gewissen Grad verringern, aber es ist fast unmöglich, thermische Verformungen und geometrische Fehler vollständig auszuschließen.

Darüber hinaus hat die Bearbeitungsgenauigkeit der Werkzeugmaschine einen erheblichen Einfluss, und die Verbesserung der Qualität der Teile ist mit hohen Kosten verbunden, so dass sie in der Praxis nicht üblich ist.

Methoden der Fehlerkompensation

Die Fehlerkompensation umfasst die Installation von Präzisionstastern, Positionssensoren, Rasterlinealen und anderen Geräten an CNC-Werkzeugmaschinen, um dem CNC-System in Echtzeit Rückmeldung über die Bearbeitungsfehler der Werkzeugmaschine zu geben.

Die Werkzeugmaschine kompensiert automatisch die Bearbeitungsgenauigkeit, wodurch die Genauigkeit der Teilebearbeitung verbessert und gleichzeitig die Rohmaterialkosten erheblich gesenkt werden.

Häufige Fehler von Gittermaßstäben als Positionserfassungselemente in linearen Achsen

1. Nullimpuls kann nicht gefunden werden, wenn die Linearachse zum Referenzpunkt zurückkehrt.

In Bezug auf die Leistung läuft die Achse weiter, bis sie bei der Rückkehr zum Referenzpunkt mit der Achsengrenze kollidiert.

Dieser Fehler wird in der Regel durch eine Verschmutzung des Lesekopfs oder des Gitternetzlineals verursacht. Entfernen Sie den Lesekopf und reinigen Sie ihn mit wasserfreiem Alkohol. Reinigen Sie den verzunderten Teil mit einem in wasserfreien Alkohol getauchten Seidentuch.

Nullimpuls kann nicht gefunden werden, wenn die Linearachse zum Referenzpunkt zurückkehrt

2. An der Linearachse der CNC-Werkzeugmaschine ist während des Betriebs ein Alarm ausgelöst worden.

Wenn die Linearachse einer CNC-Maschine während des Betriebs einen Alarm auslöst, können je nach verwendetem Steuerungssystem die folgenden Alarme erscheinen: "Hardware-Encoder-Fehler" für Siemens 840D- oder LNC-Systeme und "Feedback-Fehler" für Fanuc-Systeme.

Die Gründe:

(1) Aufgrund von Vibrationen oder anderen Gründen vergrößert sich der Abstand zwischen dem Lesekopf und dem Gittermaßstab an der Werkzeugmaschine während des Betriebs, wodurch das CNC-System fälschlicherweise annimmt, dass der Gittermaßstab fehlerhaft ist.

Um dieses Problem zu beheben, stellen Sie den Abstand zwischen dem Lesekopf und der Rechenskala gemäß der Anleitung der Rechenskala ein. Der Abstand zwischen dem Ablesekopf und dem Skalengehäuse sollte etwa 1-1,5 mm betragen und 2 mm nicht überschreiten.

(2) Eine unsachgemäße Installation der Gitterwaage, z. B. in der Nähe des Ölbeckens, kann zu einer Verunreinigung der Waage durch Öl und Gas führen.

In diesem Fall sollten die "feste Skala" und die "bewegliche Skala" des Gittermaßstabs separat gereinigt werden, und dann sollte der Gittermaßstab vor der Verwendung eingestellt und geprüft werden.

(3) Ein unsachgemäßer Einbau des Lesekopfes kann das Gerät selbst beschädigen.

Im schlimmsten Fall können Ablagerungen aus Aluminiumlegierungen in die feststehende Skala des Gittermaßstabs gelangen, wodurch die Linien des Gittermaßstabs beschädigt werden und der Gittermaßstab dauerhaft unbrauchbar wird.

3. Die Linearachse der CNC-Werkzeugmaschine geriet abrupt außer Kontrolle.

Wenn die Linearachse der CNC-Werkzeugmaschine außer Kontrolle gerät, ist dies in den meisten Fällen auf eine Verschmutzung des Positionserfassungselements, wie z. B. des Gitterlineals, zurückzuführen.

Um das Problem zu beheben, muss das Gitter oder der Lesekopf des Gitternetzlineals gründlich gereinigt werden.

Die Linearachse der CNC-Werkzeugmaschine geriet abrupt außer Kontrolle

4. Andere Fehler:

Nach jahrelanger Erfahrung in der Wartung von CNC-Werkzeugmaschinen haben wir festgestellt, dass das Rasterlineal als Positionserkennungselement des CNC-Systems die Positioniergenauigkeit der Linearachse der Werkzeugmaschine verbessern kann, wenn der mechanische Teil der Werkzeugmaschine reibungslos funktioniert.

Darüber hinaus kann das Gitternetzlineal potenzielle Gefahren oder Probleme mit dem mechanischen Teil der Werkzeugmaschine erkennen.

Eine von der Wuzhong Corporation hergestellte C61200-Drehmaschine wurde mit einem FAGOR 8055TC CNC-System nachgerüstet.

Bei der Bearbeitung einer Rolle, die einen elliptischen Körper hatte, bewegte sich die X-Achse von der Rolle weg, wenn die Schneidewerkzeug auf einen relativ großen Bereich des Walzenkörpers trifft, wenn keine Anweisung zur Bewegung in der X-Achse vorliegt.

Wenn das Schneidewerkzeug einen relativ kleinen Bereich des Walzenkörpers berührte, bewegte sich die X-Achse auf die Walze zu, was eine Hin- und Herbewegung der X-Achse zur Folge hatte. Bei der Inspektion des CNC-Systems der Werkzeugmaschine wurde festgestellt, dass der AC-Servomotor der X-Achse in Ermangelung eines "Freigabesignals" blockiert war.

Als das Positionserfassungselement der X-Achse abgeschirmt und durch ein halbgeschlossenes System ersetzt wurde, verschwand das Phänomen, dass sich die X-Achse während des Schneidens hin und her bewegt.

Einige Leute dachten, dass dieses Phänomen durch Probleme mit dem Gitternetzlineal verursacht wurde, aber bei einer Überprüfung wurde festgestellt, dass die hintere Abdeckung der Kugelumlaufspindel der X-Achse locker war.

Wenn sich die Walze drehte und das Schneidwerkzeug auf einen relativ großen Bereich des Walzenkörpers traf, übte die Walze aufgrund ihrer elliptischen Form eine "Push-up"-Kraft auf die X-Achse aus und drückte die X-Achse von der Richtung des Walzendurchmessers weg.

Zu diesem Zeitpunkt wurde die Bewegung der X-Achse nicht durch die Anweisungen der numerischen Steuerung der Werkzeugmaschine verursacht. Das zur Erfassung der Position der X-Achse verwendete Rasterlineal stellte fest, dass sich die X-Achse in die Richtung "+X" (vom Walzenkörper weg) bewegte, ohne dass das CNC-System einen Befehl gab.

Die Funktion des Gitternetzlineals besteht darin, festzustellen, ob sich die Linearachse unter dem Einfluss der numerischen Steuerungsanweisungen genau bewegt. Wenn sich die lineare Achse nicht genau bewegt, greift die numerische Steuerung ein, um die lineare Achse genau zu positionieren.

Wenn also das Schneidwerkzeug einen relativ kleinen Bereich des Walzenkörpers berührte, hatte das Werkzeug einen gewissen Spalt zum Walzenkörper, und das Gitterlineal bewirkte, dass sich die X-Achse in Richtung des Walzendurchmessers bewegte, um die vom numerischen Steuerungssystem angegebene X-Achsen-Koordinatenposition zu erreichen.

Wenn sich die Rolle um einen Kreis dreht, bewegt sich die X-Achse abwechselnd in die Richtung "weg vom Rollendurchmesser" und in die Richtung "nahe am Rollendurchmesser", wenn es keine Datenanweisungsbewegung auf der X-Achse gibt. Daher bewegte sich die X-Achse während der Bearbeitung der Rolle aufgrund der losen hinteren Abdeckung der Kugelumlaufspindel hin und her.

Wenn eine lineare Achse einer CNC-Werkzeugmaschine, die ein Closed-Loop-System verwendet, ein Motor-Jittering oder eine Oszillation erfährt, ist es notwendig, das Positionserfassungselement abzuschirmen, um das anormale Phänomen zu beseitigen.

Generell ist zunächst zu prüfen, ob das Positionserkennungselement, wie z. B. das Gitternetzlineal und der Lesekopf, sauber sind, ob die Einbauposition des Lesekopfes angemessen ist und ob Faktoren ausgeschlossen sind, die eine Fehlfunktion des Positionserkennungselements verursachen.

Wird festgestellt, dass das Positionserkennungselement ordnungsgemäß funktioniert, liegt wahrscheinlich ein Problem mit der mechanischen Übertragungskette der Linearachse vor.

In diesem Fall ist zu prüfen, ob die Komponenten der mechanischen Übertragungskette locker sind, ob die mechanischen Teile abgenutzt sind und ob die Schmierung der mechanischen Übertragungskette ausreichend ist.

Vergessen Sie nicht: Teilen ist wichtig! : )
Shane
Autor

Shane

Gründerin von MachineMFG

Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.

Nächster Punkt

Beherrschung von CAD/CAM: Die wichtigsten Technologien erklärt

Grundlegende Konzepte des computergestützten Entwurfs und der computergestützten Fertigung Der computergestützte Entwurf und die computergestützte Fertigung (CAD/CAM) sind ein umfassendes und technisch komplexes Fachgebiet der Systemtechnik, das verschiedene Bereiche wie die [...]

Virtuelle Fertigung erklärt: Konzepte und Prinzipien

Konzept der virtuellen Fertigung Die virtuelle Fertigung (VM) ist die grundlegende Umsetzung des tatsächlichen Fertigungsprozesses auf einem Computer. Sie nutzt die Technologien der Computersimulation und der virtuellen Realität, unterstützt durch [...]

Flexible Fertigungssysteme verstehen: Ein Leitfaden

Ein flexibles Fertigungssystem (FFS) beruht in der Regel auf den Prinzipien der Systemtechnik und der Gruppentechnologie. Es verbindet CNC-gesteuerte Werkzeugmaschinen (Bearbeitungszentren), Koordinatenmessmaschinen, Materialtransportsysteme, [...]

Erforschung von 4 hochmodernen Nanofabrikationstechniken

So wie die Fertigungstechnologie heute in verschiedenen Bereichen eine entscheidende Rolle spielt, nimmt die Nanofabrikationstechnologie eine Schlüsselposition in der Nanotechnologie ein. Die Nanofabrikationstechnologie umfasst zahlreiche Methoden, darunter mechanische [...]

Ultrapräzisions-Bearbeitung: Arten und Techniken

Unter Ultrapräzisionsbearbeitung versteht man Präzisionsfertigungsverfahren, die ein extrem hohes Maß an Genauigkeit und Oberflächenqualität erreichen. Die Definition ist relativ und ändert sich mit den technologischen Fortschritten. Derzeit kann diese Technik [...]

Die 7 wichtigsten neuen technischen Werkstoffe: Was Sie wissen müssen

Als fortschrittliche Werkstoffe werden Materialien bezeichnet, die in jüngster Zeit erforscht wurden oder sich in der Entwicklung befinden und über außergewöhnliche Leistungen und besondere Funktionen verfügen. Diese Materialien sind für den Fortschritt in Wissenschaft und Technik von größter Bedeutung, [...]

Methoden der Metallexpansion: Ein umfassender Leitfaden

Die Wulstumformung eignet sich für verschiedene Arten von Rohlingen, z. B. für tiefgezogene Tassen, geschnittene Rohre und gewalzte konische Schweißteile. Klassifizierung nach dem Medium der Wulstumformung Wulstumformverfahren lassen sich in folgende Kategorien einteilen [...]
MaschineMFG
Bringen Sie Ihr Unternehmen auf die nächste Stufe
Abonnieren Sie unseren Newsletter
Die neuesten Nachrichten, Artikel und Ressourcen werden wöchentlich an Ihren Posteingang geschickt.

Kontakt

Sie erhalten unsere Antwort innerhalb von 24 Stunden.