Menetelmät pystysuuntaisten työstökeskusten tarkkuuden arvioimiseksi
Koneenkäsittelyn alalla pystysuuntaisten työstökeskusten tarkkuus on ratkaisevan tärkeää työstölaadun kannalta. Käyttäjänä sen tarkkuuden tarkka arviointi on keskeinen askel työstövaikutuksen varmistamisessa. Seuraavassa käsitellään tarkemmin pystysuuntaisten työstökeskusten tarkkuuden arviointimenetelmiä.
Testikappaleen toisiinsa liittyvien osien määrittäminen
Testikappaleen materiaalit, työkalut ja leikkausparametrit
Testikappaleiden materiaalien, työkalujen ja leikkausparametrien valinnalla on suora vaikutus tarkkuuden arviointiin. Nämä tekijät määritetään yleensä valmistavan tehtaan ja käyttäjän välisen sopimuksen mukaisesti, ja ne on kirjattava asianmukaisesti.
Lastuamisnopeus on valurautaosille noin 50 m/min, kun taas alumiiniosille se on noin 300 m/min. Sopiva syöttönopeus on karkeasti välillä 0,05–0,10 mm/hammas. Lastuamissyvyyden osalta kaikkien jyrsintätoimintojen radiaalisen lastuamissyvyyden tulisi olla 0,2 mm. Näiden parametrien kohtuullinen valinta on perusta tarkkuuden tarkalle arvioinnille myöhemmin. Esimerkiksi liian suuri lastuamisnopeus voi johtaa työkalun kulumisen lisääntymiseen ja vaikuttaa työstötarkkuuteen, kun taas väärä syöttönopeus voi aiheuttaa sen, että työstetyn osan pinnan karheus ei täytä vaatimuksia.
Testikappaleiden materiaalien, työkalujen ja leikkausparametrien valinnalla on suora vaikutus tarkkuuden arviointiin. Nämä tekijät määritetään yleensä valmistavan tehtaan ja käyttäjän välisen sopimuksen mukaisesti, ja ne on kirjattava asianmukaisesti.
Lastuamisnopeus on valurautaosille noin 50 m/min, kun taas alumiiniosille se on noin 300 m/min. Sopiva syöttönopeus on karkeasti välillä 0,05–0,10 mm/hammas. Lastuamissyvyyden osalta kaikkien jyrsintätoimintojen radiaalisen lastuamissyvyyden tulisi olla 0,2 mm. Näiden parametrien kohtuullinen valinta on perusta tarkkuuden tarkalle arvioinnille myöhemmin. Esimerkiksi liian suuri lastuamisnopeus voi johtaa työkalun kulumisen lisääntymiseen ja vaikuttaa työstötarkkuuteen, kun taas väärä syöttönopeus voi aiheuttaa sen, että työstetyn osan pinnan karheus ei täytä vaatimuksia.
Testikappaleen kiinnittäminen
Testikappaleen kiinnitysmenetelmä liittyy suoraan prosessoinnin aikaiseen vakauteen. Testikappale on asennettava kätevästi erityiseen kiinnikkeeseen työkalun ja kiinnikkeen maksimaalisen vakauden varmistamiseksi. Kiinnittimen ja testikappaleen asennuspintojen on oltava tasaiset, mikä on edellytys prosessoinnin tarkkuuden varmistamiseksi. Samalla on tarkastettava testikappaleen asennuspinnan ja kiinnittimen puristuspinnan välinen yhdensuuntaisuus.
Kiinnitysmenetelmän osalta tulisi käyttää sopivaa tapaa, jotta työkalu voi tunkeutua ja työstää keskireiän koko pituudeltaan. Esimerkiksi on suositeltavaa käyttää uppokantaisia ruuveja testikappaleen kiinnittämiseen, mikä voi tehokkaasti estää työkalun ja ruuvien välisen häiriön. Tietenkin voidaan valita myös muita vastaavia menetelmiä. Testikappaleen kokonaiskorkeus riippuu valitusta kiinnitysmenetelmästä. Sopiva korkeus voi varmistaa testikappaleen asennon vakauden prosessointiprosessin aikana ja vähentää tärinän kaltaisten tekijöiden aiheuttamaa tarkkuuspoikkeamaa.
Testikappaleen kiinnitysmenetelmä liittyy suoraan prosessoinnin aikaiseen vakauteen. Testikappale on asennettava kätevästi erityiseen kiinnikkeeseen työkalun ja kiinnikkeen maksimaalisen vakauden varmistamiseksi. Kiinnittimen ja testikappaleen asennuspintojen on oltava tasaiset, mikä on edellytys prosessoinnin tarkkuuden varmistamiseksi. Samalla on tarkastettava testikappaleen asennuspinnan ja kiinnittimen puristuspinnan välinen yhdensuuntaisuus.
Kiinnitysmenetelmän osalta tulisi käyttää sopivaa tapaa, jotta työkalu voi tunkeutua ja työstää keskireiän koko pituudeltaan. Esimerkiksi on suositeltavaa käyttää uppokantaisia ruuveja testikappaleen kiinnittämiseen, mikä voi tehokkaasti estää työkalun ja ruuvien välisen häiriön. Tietenkin voidaan valita myös muita vastaavia menetelmiä. Testikappaleen kokonaiskorkeus riippuu valitusta kiinnitysmenetelmästä. Sopiva korkeus voi varmistaa testikappaleen asennon vakauden prosessointiprosessin aikana ja vähentää tärinän kaltaisten tekijöiden aiheuttamaa tarkkuuspoikkeamaa.
Testikappaleen mitat
Useiden leikkausoperaatioiden jälkeen testikappaleen ulkomitat pienenevät ja reiän halkaisija kasvaa. Hyväksyntätarkastuksessa on suositeltavaa valita lopullisen ääriviivan työstökoekappaleen mitat standardin mukaisiksi, jotta työstökeskuksen leikkaustarkkuus voidaan heijastaa tarkasti. Testikappaletta voidaan käyttää toistuvasti leikkaustesteissä, mutta sen spesifikaatioiden tulisi pysyä ±10 %:n sisällä standardin mukaisista ominaismitoista. Kun testikappaletta käytetään uudelleen, ennen uutta tarkkuusleikkaustestiä on tehtävä ohutleikkaus kaikkien pintojen puhdistamiseksi. Tämä voi poistaa edellisen käsittelyn jäämien vaikutuksen ja saada jokaisen testituloksen heijastamaan tarkemmin työstökeskuksen nykyistä tarkkuustilaa.
Useiden leikkausoperaatioiden jälkeen testikappaleen ulkomitat pienenevät ja reiän halkaisija kasvaa. Hyväksyntätarkastuksessa on suositeltavaa valita lopullisen ääriviivan työstökoekappaleen mitat standardin mukaisiksi, jotta työstökeskuksen leikkaustarkkuus voidaan heijastaa tarkasti. Testikappaletta voidaan käyttää toistuvasti leikkaustesteissä, mutta sen spesifikaatioiden tulisi pysyä ±10 %:n sisällä standardin mukaisista ominaismitoista. Kun testikappaletta käytetään uudelleen, ennen uutta tarkkuusleikkaustestiä on tehtävä ohutleikkaus kaikkien pintojen puhdistamiseksi. Tämä voi poistaa edellisen käsittelyn jäämien vaikutuksen ja saada jokaisen testituloksen heijastamaan tarkemmin työstökeskuksen nykyistä tarkkuustilaa.
Testikappaleen sijoittaminen
Testikappale tulee sijoittaa pystysuoran työstökeskuksen X-iskun keskelle ja sopivaan kohtaan Y- ja Z-akseleiden suuntaisesti testikappaleen ja kiinnittimen asemoinnin sekä työkalun pituuden kannalta. Jos testikappaleen asemointipaikalle on kuitenkin erityisvaatimuksia, ne tulee selkeästi määritellä valmistajan ja käyttäjän välisessä sopimuksessa. Oikea asemointi voi varmistaa työkalun ja testikappaleen tarkan suhteellisen sijainnin prosessointiprosessin aikana ja siten tehokkaasti varmistaa prosessointitarkkuuden. Jos testikappale on epätarkasti sijoitettu, se voi johtaa ongelmiin, kuten prosessointimittapoikkeamiin ja muotovirheisiin. Esimerkiksi poikkeama keskiasennosta X-suunnassa voi aiheuttaa mittavirheitä työstettävän työkappaleen pituussuunnassa; virheellinen asemointi Y- ja Z-akseleiden suuntaisesti voi vaikuttaa työkappaleen tarkkuuteen korkeus- ja leveyssuunnassa.
Testikappale tulee sijoittaa pystysuoran työstökeskuksen X-iskun keskelle ja sopivaan kohtaan Y- ja Z-akseleiden suuntaisesti testikappaleen ja kiinnittimen asemoinnin sekä työkalun pituuden kannalta. Jos testikappaleen asemointipaikalle on kuitenkin erityisvaatimuksia, ne tulee selkeästi määritellä valmistajan ja käyttäjän välisessä sopimuksessa. Oikea asemointi voi varmistaa työkalun ja testikappaleen tarkan suhteellisen sijainnin prosessointiprosessin aikana ja siten tehokkaasti varmistaa prosessointitarkkuuden. Jos testikappale on epätarkasti sijoitettu, se voi johtaa ongelmiin, kuten prosessointimittapoikkeamiin ja muotovirheisiin. Esimerkiksi poikkeama keskiasennosta X-suunnassa voi aiheuttaa mittavirheitä työstettävän työkappaleen pituussuunnassa; virheellinen asemointi Y- ja Z-akseleiden suuntaisesti voi vaikuttaa työkappaleen tarkkuuteen korkeus- ja leveyssuunnassa.
Erityiset havaitsemiskohteet ja käsittelymenetelmien tarkkuus
Mittatarkkuuden havaitseminen
Lineaaristen mittojen tarkkuus
Käytä mittaustyökaluja (kuten paksuusmittareita, mikrometrejä jne.) työstettävän koekappaleen lineaaristen mittojen mittaamiseen. Mittaa esimerkiksi työkappaleen pituus, leveys, korkeus ja muut mitat ja vertaa niitä suunniteltuihin mittoihin. Koneistuskeskuksissa, joilla on suuret tarkkuusvaatimukset, mittapoikkeaman tulisi olla hyvin pienellä alueella, yleensä mikronitasolla. Mittaamalla lineaariset mitat useisiin suuntiin voidaan arvioida kattavasti työstökeskuksen paikannustarkkuutta X-, Y- ja Z-akseleilla.
Lineaaristen mittojen tarkkuus
Käytä mittaustyökaluja (kuten paksuusmittareita, mikrometrejä jne.) työstettävän koekappaleen lineaaristen mittojen mittaamiseen. Mittaa esimerkiksi työkappaleen pituus, leveys, korkeus ja muut mitat ja vertaa niitä suunniteltuihin mittoihin. Koneistuskeskuksissa, joilla on suuret tarkkuusvaatimukset, mittapoikkeaman tulisi olla hyvin pienellä alueella, yleensä mikronitasolla. Mittaamalla lineaariset mitat useisiin suuntiin voidaan arvioida kattavasti työstökeskuksen paikannustarkkuutta X-, Y- ja Z-akseleilla.
Reiän halkaisijan tarkkuus
Käsiteltävien reikien halkaisijan mittaamiseen voidaan käyttää työkaluja, kuten sisähalkaisijamittareita ja koordinaattimittauskoneita. Reiän halkaisijan tarkkuuteen kuuluu paitsi vaatimus siitä, että halkaisijan koko täyttää vaatimukset, myös indikaattoreita, kuten sylinterimäisyys. Jos reiän halkaisijan poikkeama on liian suuri, se voi johtua esimerkiksi työkalun kulumisesta ja karan säteittäisestä heitosta.
Käsiteltävien reikien halkaisijan mittaamiseen voidaan käyttää työkaluja, kuten sisähalkaisijamittareita ja koordinaattimittauskoneita. Reiän halkaisijan tarkkuuteen kuuluu paitsi vaatimus siitä, että halkaisijan koko täyttää vaatimukset, myös indikaattoreita, kuten sylinterimäisyys. Jos reiän halkaisijan poikkeama on liian suuri, se voi johtua esimerkiksi työkalun kulumisesta ja karan säteittäisestä heitosta.
Muodon tarkkuuden havaitseminen
Tasaisuuden havaitseminen
Käytä työstettävän tason tasaisuuden havaitsemiseen instrumentteja, kuten vatupassia ja optista tasoa. Aseta vatupassi työstettävälle tasolle ja määritä tasaisuusvirhe tarkkailemalla kuplan sijainnin muutosta. Tarkkuuden saavuttamiseksi tasaisuusvirheen tulee olla erittäin pieni, muuten se vaikuttaa myöhempään kokoonpanoon ja muihin prosesseihin. Esimerkiksi työstökoneiden ja muiden tasojen ohjauskiskojen työstössä tasaisuusvaatimus on erittäin korkea. Jos se ylittää sallitun virheen, se aiheuttaa ohjauskiskojen liikkuvien osien epävakaan liikkeen.
Tasaisuuden havaitseminen
Käytä työstettävän tason tasaisuuden havaitsemiseen instrumentteja, kuten vatupassia ja optista tasoa. Aseta vatupassi työstettävälle tasolle ja määritä tasaisuusvirhe tarkkailemalla kuplan sijainnin muutosta. Tarkkuuden saavuttamiseksi tasaisuusvirheen tulee olla erittäin pieni, muuten se vaikuttaa myöhempään kokoonpanoon ja muihin prosesseihin. Esimerkiksi työstökoneiden ja muiden tasojen ohjauskiskojen työstössä tasaisuusvaatimus on erittäin korkea. Jos se ylittää sallitun virheen, se aiheuttaa ohjauskiskojen liikkuvien osien epävakaan liikkeen.
Pyöreyden havaitseminen
Pyöreiden muotojen (kuten sylinterien, kartioiden jne.) työstämiseen voidaan käyttää pyöreysmittaria. Pyöreysvirhe heijastaa työstökeskuksen tarkkuustilannetta pyörimisliikkeen aikana. Tekijät, kuten karan pyörimistarkkuus ja työkalun säteittäinen heitto, vaikuttavat pyöreyteen. Jos pyöreysvirhe on liian suuri, se voi johtaa epätasapainoon mekaanisten osien pyörimisen aikana ja vaikuttaa laitteen normaaliin toimintaan.
Pyöreiden muotojen (kuten sylinterien, kartioiden jne.) työstämiseen voidaan käyttää pyöreysmittaria. Pyöreysvirhe heijastaa työstökeskuksen tarkkuustilannetta pyörimisliikkeen aikana. Tekijät, kuten karan pyörimistarkkuus ja työkalun säteittäinen heitto, vaikuttavat pyöreyteen. Jos pyöreysvirhe on liian suuri, se voi johtaa epätasapainoon mekaanisten osien pyörimisen aikana ja vaikuttaa laitteen normaaliin toimintaan.
Paikan tarkkuuden havaitseminen
Rinnakkaisuuden havaitseminen
Havaitse työstettyjen pintojen tai reikien ja pintojen välinen yhdensuuntaisuus. Esimerkiksi kahden tason välisen yhdensuuntaisuuden mittaamiseen voidaan käyttää mittakelloa. Kiinnitä mittakello karaan, aseta mittakellon pää kosketuksiin mitattavan tason kanssa, siirrä työpöytää ja tarkkaile mittakellon lukeman muutosta. Liiallinen yhdensuuntaisuusvirhe voi johtua esimerkiksi ohjakiskon suoruusvirheestä ja työpöydän kaltevuudesta.
Rinnakkaisuuden havaitseminen
Havaitse työstettyjen pintojen tai reikien ja pintojen välinen yhdensuuntaisuus. Esimerkiksi kahden tason välisen yhdensuuntaisuuden mittaamiseen voidaan käyttää mittakelloa. Kiinnitä mittakello karaan, aseta mittakellon pää kosketuksiin mitattavan tason kanssa, siirrä työpöytää ja tarkkaile mittakellon lukeman muutosta. Liiallinen yhdensuuntaisuusvirhe voi johtua esimerkiksi ohjakiskon suoruusvirheestä ja työpöydän kaltevuudesta.
Kohtisuoran havaitseminen
Työstettyjen pintojen välinen tai reikien ja pinnan välinen kohtisuoruus voidaan havaita työkaluilla, kuten suorakaiteilla ja kohtisuoruuden mittauslaitteilla. Esimerkiksi laatikkomaisia osia työstettäessä laatikon eri pintojen välinen kohtisuoruus vaikuttaa merkittävästi osien kokoonpanoon ja käyttöominaisuuksiin. Kohtisuuntaisuusvirhe voi johtua työstökoneen koordinaattiakseleiden välisestä kohtisuoruuspoikkeamasta.
Työstettyjen pintojen välinen tai reikien ja pinnan välinen kohtisuoruus voidaan havaita työkaluilla, kuten suorakaiteilla ja kohtisuoruuden mittauslaitteilla. Esimerkiksi laatikkomaisia osia työstettäessä laatikon eri pintojen välinen kohtisuoruus vaikuttaa merkittävästi osien kokoonpanoon ja käyttöominaisuuksiin. Kohtisuuntaisuusvirhe voi johtua työstökoneen koordinaattiakseleiden välisestä kohtisuoruuspoikkeamasta.
Dynaamisen tarkkuuden arviointi
Tärinän havaitseminen
Käsittelyprosessin aikana käytetään tärinäantureita työstökeskuksen tärinätilanteen havaitsemiseen. Tärinä voi johtaa ongelmiin, kuten työstetyn osan pinnan karheuden lisääntymiseen ja työkalun kiihtyneeseen kulumiseen. Analysoimalla tärinän taajuutta ja amplitudia on mahdollista määrittää, onko olemassa epänormaaleja tärinälähteitä, kuten epätasapainossa olevia pyöriviä osia ja irtonaisia komponentteja. Tarkkojen työstökeskusten tärinäamplitudi tulisi pitää erittäin alhaisella tasolla, jotta työstötarkkuus pysyy vakaana.
Käsittelyprosessin aikana käytetään tärinäantureita työstökeskuksen tärinätilanteen havaitsemiseen. Tärinä voi johtaa ongelmiin, kuten työstetyn osan pinnan karheuden lisääntymiseen ja työkalun kiihtyneeseen kulumiseen. Analysoimalla tärinän taajuutta ja amplitudia on mahdollista määrittää, onko olemassa epänormaaleja tärinälähteitä, kuten epätasapainossa olevia pyöriviä osia ja irtonaisia komponentteja. Tarkkojen työstökeskusten tärinäamplitudi tulisi pitää erittäin alhaisella tasolla, jotta työstötarkkuus pysyy vakaana.
Lämpömuodonmuutoksen havaitseminen
Työstökeskus tuottaa pitkäaikaisen käytön aikana lämpöä, mikä aiheuttaa lämpömuodonmuutoksia. Käytä lämpötila-antureita mittaamaan keskeisten komponenttien (kuten karan ja ohjauskiskon) lämpötilan muutoksia ja yhdistä ne mittauslaitteisiin havaitaksesi muutokset työstötarkkuudessa. Lämpömuodonmuutos voi johtaa asteittaisiin muutoksiin työstömitoissa. Esimerkiksi karan venyminen korkeassa lämpötilassa voi aiheuttaa mittapoikkeamia työstettävän työkappaleen aksiaalisuunnassa. Lämpömuodonmuutoksen vaikutuksen tarkkuuteen vähentämiseksi jotkut edistyneet työstökeskukset on varustettu jäähdytysjärjestelmillä lämpötilan säätämiseksi.
Työstökeskus tuottaa pitkäaikaisen käytön aikana lämpöä, mikä aiheuttaa lämpömuodonmuutoksia. Käytä lämpötila-antureita mittaamaan keskeisten komponenttien (kuten karan ja ohjauskiskon) lämpötilan muutoksia ja yhdistä ne mittauslaitteisiin havaitaksesi muutokset työstötarkkuudessa. Lämpömuodonmuutos voi johtaa asteittaisiin muutoksiin työstömitoissa. Esimerkiksi karan venyminen korkeassa lämpötilassa voi aiheuttaa mittapoikkeamia työstettävän työkappaleen aksiaalisuunnassa. Lämpömuodonmuutoksen vaikutuksen tarkkuuteen vähentämiseksi jotkut edistyneet työstökeskukset on varustettu jäähdytysjärjestelmillä lämpötilan säätämiseksi.
Uudelleensijoittelutarkkuuden huomioon ottaminen
Saman testikappaleen useiden käsittelykertojen tarkkuuden vertailu
Käsittelemällä samaa testikappaletta toistuvasti ja käyttämällä edellä mainittuja havaitsemismenetelmiä kunkin käsitellyn testikappaleen tarkkuuden mittaamiseen. Tarkkaile indikaattoreiden, kuten mittatarkkuuden, muodon tarkkuuden ja sijaintitarkkuuden, toistettavuutta. Jos uudelleensijoitustarkkuus on huono, se voi johtaa eräkäsiteltyjen työkappaleiden epävakaaseen laatuun. Esimerkiksi muotin prosessoinnissa, jos uudelleensijoitustarkkuus on heikko, se voi aiheuttaa muotin ontelon mittojen epäjohdonmukaisuutta, mikä vaikuttaa muotin käyttösuorituskykyyn.
Käsittelemällä samaa testikappaletta toistuvasti ja käyttämällä edellä mainittuja havaitsemismenetelmiä kunkin käsitellyn testikappaleen tarkkuuden mittaamiseen. Tarkkaile indikaattoreiden, kuten mittatarkkuuden, muodon tarkkuuden ja sijaintitarkkuuden, toistettavuutta. Jos uudelleensijoitustarkkuus on huono, se voi johtaa eräkäsiteltyjen työkappaleiden epävakaaseen laatuun. Esimerkiksi muotin prosessoinnissa, jos uudelleensijoitustarkkuus on heikko, se voi aiheuttaa muotin ontelon mittojen epäjohdonmukaisuutta, mikä vaikuttaa muotin käyttösuorituskykyyn.
Yhteenvetona voidaan todeta, että käyttäjän on pystysuoran työstökeskuksen tarkkuuden kattavan ja tarkan arvioinnin kannalta välttämätöntä aloittaa useista näkökohdista, kuten testikappaleiden valmistelusta (mukaan lukien materiaalit, työkalut, leikkausparametrit, kiinnitys ja mitat), testikappaleiden sijoittelusta, erilaisten käsittelytarkkuuden ominaisuuksien havaitsemisesta (mittatarkkuus, muodon tarkkuus, sijaintitarkkuus), dynaamisen tarkkuuden arvioinnista ja uudelleensijoitustarkkuuden huomioon ottamisesta. Vain tällä tavoin työstökeskus voi täyttää tuotantoprosessin aikana asetetut käsittelytarkkuusvaatimukset ja tuottaa korkealaatuisia mekaanisia osia.