Когда речь заходит о станках или иных системах с числовым управлением, не избежать упоминаний таких понятий, как точность позиционирования, разрешение позиционирования, повторяемость позиционирования и повторяемость деталей. Эти понятия очень тесно связаны, и у начинающих станкостроителей и операторов ЧПУ часто возникает путаница. Академические определения и способы расчета данных параметров указаны в соответствующем ГОСТ , а в данной статье будут объяснены их базовые отличия для неспециалистов. Начнем с наиболее простой характеристики.
Разрешение позиционирования
Разрешение позиционирования(дискретность) - величина, показывающая, насколько точно вы можете задать перемещение в вашей системе ЧПУ.
Рассмотрим на примере. Допустим, на оси Y станка под управлением Mach3 установлен шаговый двигатель с шагом 1.8 градуса(200 шагов/об) и драйвером с режимом деления шага 1/16, который соединен с винтом ШВП 1605 с шагом 5 мм на оборот. Mach3 работает в режиме STEP/DIR - посылает дискретные импульсы на контроллер, которые затем интерпретируются в шаги двигателя. Один импульс STEP вызовет перемещение вала двигателя, которое будет соответствовать перемещению идеальной оси, без люфтов и погрешностей, на 1/(200*16)*5 = 0.0015625 мм. Таково разрешение позиционирования оси Y - позиция по оси в управляющей программе будет всегда кратна этой величине, и вы не сможете задать перемещение в точку с координатой Y = 2.101 - программа управления "округлит" это значение в зависимости от настроек либо до 2.1, либо до 2.1015625.
Естественно, все это вовсе не означает, что, послав один импульс STEP, на самом деле получим перемещение в 0.0015625 мм, ведь существует множество факторов, вносящих погрешность - начиная от погрешности позиционирования вала двигателя до люфта в ходовой гайке. Здесь уместно перейти к следующей характеристике:
Повторяемость позиционирования оси с ЧПУ
Если мы будем отправлять ось в одну и ту же точку из разных положений, то каждый раз будем получать немного разный результат из-за механических погрешностей - ось будет останавливаться на каком-то расстоянии от требуемой точки. Повторяемость показывает, насколько велик разброс этого расстояния, а если точнее - повторяемость прямо пропорциональна среднеквадратичному отклонению ошибки позиционирования. Одним словом, повторяемость - характеризует величину "разброса" ошибки позиционирования относительно некоего среднего значения. Повторяемость зависит главным образом от люфтов передачи и возникающих упругих деформаций, и на самом деле достаточно малоинформативна, т.к. говорит лишь о том, стабильна ли ошибка позиционирования или нет, но ничего не сообщает о её величине. Можно построить совершенно неточный станок с прекрасной повторяемостью.
Точность позиционирования оси с ЧПУ
Точность позиционирования оси - обобщенная величина, показывающая, в каких пределах может находиться реальная координата оси после завершения позиционирования. Когда говорят "точность станка", подразумевают обычно именно точность позиционирования. Точность зависит от повторяемости, но включает в себя не только величину "разброса" ошибки позиционирования, но и её среднее значение, т.е. является более универсальной характеристикой. Точность показывает, как велика может быть ошибка позиционирования оси. Точность - основная характеристика станка. Зачастую производители станков среднего и хоббийного класса просто указывают некую "точность станка", не указывая "фактор охвата" - т.е. коэффициент пропорциональности, ведь точность, скажем, 0.05 мм, измеренная для 3σ и для 1σ - большая разница: в первом варианте позиционирование с погрешностью не более 0.05 мм произойдет в 97% случаев, а во втором всего лишь в 32%.(если Вам интересно, откуда взяты проценты, вам сюда).
Точность является основной характеристикой станка с т. зр. позиционирования рабочего инструмента, и зависит от большого количества факторов, в числе основных - люфты направляющих и передач, несоосность направляющих осей и их неперпендикулярность. Все, кто хоть раз пытался вырезать большой прямоугольник из фанеры или иного листового материала, знают, как ошибка в доли градуса при разметке прямых углов может привести к несовпадению длин сторон в несколько миллиметров, -а иногда и сантиметров, поэтому уделяется особое внимание при сборке станка с ЧПУ. Жесткость и качество исполнения станины и портала также оказывают непоредственное влияние на точность станка.
Повторяемость и точность изготавливаемых деталей
Самые важные параметры. Методы вычисления и суть их аналогична одноименным характеристикам позиционирования, однако измерению подвергается не позиция оси, а размеры готовых деталей. Именно эти параметры показывают, насколько станок пригоден для работы и какого качества детали на нем можно изготовить. Однако, зависят они от еще большего количества факторов - биение на конце фрезы шпинделя , перпендикулярность установки шпинделя, да и собственно обрабатываемых материалов и режимов резания. Поэтому обычно производителями зачастую указывается точность изготовления детали -чисто теоретическая, "расчетная", иногда - не имеющая с реалиями ничего общего. Для станков среднего класса точность изготовления в 0.2 мм для 3σ можно считать удовлетворительной, в 0.1 мм - хорошей, в 0.05 мм - отличной, менее 0.05 мм - превосходной, такую можно наблюдать лишь на считанных единицах станков эконом-класса.
(с) 2012
сайт
Копирование разрешено с указанием прямой ссылки на источник
Точность станков в ненагруженном состоянии называют геометрической. В зависимости от точностной характеристики станки с ЧПУ подразделяют в порядке возрастания точности на четыре класса: нормальной Н ; повышенной П ; высокой В ; особо высокой А .
Станки повышенной точности отличаются от станков нормальной точности в основном более точным выполнением или подбором деталей, а также отдельными особенностями монтажа и эксплуатации у потребителей. Они обеспечивают точность обработки в среднем в пределах 0,6 отклонений, получаемых на станках нормальной точности. Станки с ЧПУ высокой точности класса В обеспечивают точность обработки в пределах 0,4, а станки класса А - в пределах 0,25 отклонений, получаемых на станках нормальной точности. Станки классов В и А получают в результате специального конструктивного исполнения, их узлов и элементов, а также высокой точности изготовления.
При проверке норм точности станков устанавливают* точность геометрических форм и относительного положения опорных поверхностей, базирующих заготовку и инструмент; точность движений по направляющим рабочих органов станка; точность расположения осей вращения и траекторий перемещений рабочих органов станка, несущих заготовку и инструмент, относительно друг друга и относительно базирующих поверхностей; точность обработанных поверхностей образца; шероховатость обработанных поверхностей образца.
Проверка точности
Точность станков с ЧПУ выявляется дополнительно следующими специфическими проверками: точностью линейного позиционирования рабочих органов; величиной зоны нечувствительности, т. е. отставанием в смещении рабочих органов при смене направления движения; точностью возврата рабочих органов в исходное положение; стабильностью выхода рабочих органов в заданную точку; точностью отработки круга в режиме круговой интерполяции; стабильностью положения инструментов после автоматической смены.
При проверках выявляют как точность, так и стабильность, т. е. многократную повторяемость прихода рабочих органов в одно и то же положение, причем зачастую стабильность важнее для достижения точности обработки на станках с ЧПУ, чем сама точность.
Общая допускаемая ошибка при позиционировании рабочих органов Δ р = Δ + δ.
Исходя из допускаемых отклонений, наибольшая погрешность в отработке перемещения, например, длиной в 300 мм по осям X и Y для станка класса П составит 17,2 мкм, а для станка класса В - 8,6 мкм.
Для сохранения станком точности в течение длительного времени эксплуатации нормы геометрической точности почти на все проверки при изготовлении станка, по сравнению с нормативными, ужесточают на 40 %. Тем самым завод-изготовитель резервирует в новом станке запас на износ.
На этом сложном оборудовании изготовляют всевозможные детали из металла, оргстекла, акрила или пластика, древесины. Их универсальность состоит в том, что они хорошо подходят для поперечного строгания, образования самых сложных поверхностей, в частности, криволинейных; выполняют выборки гребня, шпунта, фальцев, паза, шлицы и калевки.
Описание станка
Стандартная комплектация станка включает:
- тяжелое и мощное основание;
- рабочий стол;
- , с одновременным присутствием шпиндель-вала;
- набор нескольких инструментов для резки материалов;
- передний дисковый тормоз.
В конструкцию станков сегодня включены многие важные устройства, обеспечивающие точность обработки и удобство для пользования. О них важно знать, чтобы выбор фрезерного станка с ЧПУ был осмысленным и правильным.
Не оставьте без внимания шпиндель!
Одно из важных качеств в работе электродвигателя вала шпинделя – способность плавно и равномерно его вращать. При комплектации подбирают подшипники высочайшего (класса точности, а цанга должна иметь повышенные допуски по биению и размеру.
Различают основные типы систем охлаждения шпинделей:
- Жидкостная (в её основе – циркуляция воды или тосола в замкнутом контуре). Одно из преимуществ – надёжное теплоотведение. Среди недостатков – сложная конструкция, ведь охлаждающую жидкость надо разместить в резервуаре.
- Воздушная (такое охлаждение состоит в нагнетании воздуха через щели-воздухозаборники в полости шпинделя). В числе плюсов системы – компактность и простота. Минус тоже есть – фильтры, особенно у техники, обрабатывающей массив дерева, надо часто менять, они загрязняются пылью.
При выборе шпинделя для станка ЧПУ, стоит обратить внимание на указанные в техническом паспорте его показатели (мощность и частота вращения при фрезеровании), зависящие от того, насколько твёрдые обрабатываются материалы. Например, у листовой фанеры требуемая мощность для обработки – 800 Вт; над массивом твёрдой древесины, лёгкими металлами – медью, латунью и алюминием, пластиком трудится более мощный станок – 1500 Вт; а камень обрабатывают при мощности 3000 – 4000 Вт.
Сейчас в оборудовании для фрезерных работ, в основном применяют импортные шпиндели:
- Итальянский – высококачественные, работающие с большой скоростью, при плавном вращении и малом биении, преимущественно, с воздушным охлаждением и высокой ценой.
- Китайский имеет сплошной корпус цилиндрической формы, который на торцах закрыт крышками, а для удерживания валов применяют подшипниковые узлы. Среди плюсов – конструкция имеет достаточный уровень жёсткости и минимальную вибрацию, нечувствительность к наличию стружки и пыли, доступность по цене. У моделей шпинделей китайского производства, к сожалению, большая вероятность брака, бывает трудно заменить подшипники. А у моделей, имеющих водяное охлаждение, наблюдается слабая антикоррозионная стойкость внутренних деталей.
Типы станков для фрезерования
Выбирая подобное оборудование, надо исходить из того, насколько оно соответствует предназначению. У россиян есть выбор:
- высокоскоростные ЧПУ станки-автоматы, которые режут и выполняют раскрой металлов, обрабатывают детали из картона и древесины, справляются с двухслойным пластиком и акрилом, ПВХ, оргстеклом и гипсом, натуральным камнем – гранитом и мрамором;
- модели (фрезерно-гравировальные), работающие с листами (предельный габарит 2000 х 4000 х 200 мм);
- граверы (от 2D моделирования до 4D);
- узкопрофильные автоматы, работающие с одним каким-то материалом – разновидностями камня, фанерой, древесиной, нержавеющей сталью или алюминием;
- небольшие портативные модели с ЧПУ. Например, модель фрезерного станка с «Настольный 3D» служит для фрезерования печатных плат, МДФ и обрабатывает изделия предельно точно.
В линейке техники серии для профессионалов, можно отдать предпочтение вертикальным и горизонтальным обрабатывающим центрам с программным управлением; большим трех-, четырех- и пятикоординатным фрезерным ЧПУ граверам, которые производят на Тайвани.
Они считаются достаточно надежными и покупаемыми (после Германии и Японии – на третьей позиции). К тому же, их выгодно приобретать и частным лицам, и предприятиям, благодаря наличию в Москве и Туле сервисных центров, занимающихся поставкой оснастки, режущего инструмента, наладкой техники и обучением персонала.
ВНИМАНИЕ: Отличить станок с Тайваня несложно: у него цельнолитая станина (материал изготовления бразильский мелкозернистый чугун). К тому же автомат укомплектован американскими или японскими подшипниками, импортными шпинделями.
А если заказчик ищет высокоточный ювелирный станок, лучшая модель для этого – P 0403 от производителя Vector.
Мебельное оборудование
Деревообрабатывающее и мебельное производство, мастерские, изготавливающие окна, двери и фасады, не смогут функционировать без оборудования широкого функционала, – автоматов по дереву с чпу.
В последние годы стала модной мебель в стиле ретро – с изящными резными подлокотниками, ножками и другими деталями. При этом используется технология автоматизированной резки узора на фрезерном станке, на котором установлено числовое управление. Оно обеспечивает высокую точность и качество, когда выполняется сложная фрезерная обработка древесины и создаётся резной элемент.
При помощи такого оборудования, возможно наладить производство:
- деревянных мебельных фасадов и декоративных консолей;
- бaляcин, фигурных нoжек и прорезных элементов;
- зaклaдных резных деталей;
- символов, статуэток, фигурок и рамок различной формы для картин и зеркал.
Тот, кто ограничен в средствах, возможно, купит недорогой китайский стандартный гравировально-фрезерный станок с ЧПУ – СС-М1, специально для . При изготовлении фасадов, гравировке декора и барельефа – обычно много пыли. Поэтому, выбирайте ту комплектацию, где есть вакуум-аспирация для пылепоглощения. В данной модели она есть.
Какие фрезерные станки лучше? Однозначного ответа не даст никто. Но доверия всё же больше к программному рабочему оборудованию. Подход к выбору нужной техники у каждого мастера – свой.
И хорош тот фрезерный станок с ЧПУ, у которого выше точность, ниже энергопотребление, больше удобства в пользовании, надёжность в любой рабочей ситуации.
Можно сформулировать три совета правильного выбора:
- Уточняйте заранее у менеджеров фирм все данные о модели; материалах, с которыми работает станок. Если есть видео – просмотрите. Это поможет определиться.
- Проконсультируйтесь до покупки относительно функционала оборудования и круга выполняемых задач. А лучший вариант – записаться на демонстрацию работы чпу станка и не стесняться по ходу эксплуатации задавать вопросы.
- Когда нужная модель выбрана, будьте внимательны в момент покупки: проверьте купленное оборудование на предмет комплектации узлов. Обязательно должен быть блок программного управления станком; шнуры, имеющие разъемы соответствующей конфигурации, и диски с ПО. Обычно ПО устанавливают специалисты фирмы, продающей станок, во время его наладки.
Заключение
В основном, мы попытались помочь человеку, стоящему перед выбором. Разобрались, как выбрать фрезерный станок (вещь дорогая, и будет работать у владельца не один год – с металлом или деревом). По крайней мере, сейчас выбирать есть из чего. Хочется надеяться, что читатели воспользуются этой информацией для покупки рабочего инструмента.
Критерий жесткости в машинах наряду с критерием прочности является одним из важнейших. Его роль непрерывно растет, с одной стороны, в связи с повышением требований к точности, с другой стороны, в связи с отставанием роста модуля упругости материалов от роста их прочностных характеристик. В станкостроении критерий жесткости имеет особо большое значение, так как наряду с геометрической и кинематической точностью жесткость станков обуславливает точность обработанных деталей.
Под точностью обработки понимается степень соответствия формы и размеров детали формам и размерам, заданным чертежом. Полное их соответствие может быть у идеальной детали с абсолютно точными размерами и геометрически правильными поверхностями. Однако, реальные детали никогда в точности не соответствуют заданным, всегда есть отклонения. Поэтому принято точность характеризовать величиной погрешности, т. е. отклонением реальной детали от заданной. Соответственно различают погрешности формы деталей и размеров. Погрешность формы представляет ошибку взаимного расположения поверхности детали. Это может быть не прямоугольность, не плоскостность и не прямолинейность кромок, а также их не параллельность. Цилиндрические детали могут быть выполнены конусными, овальными, бочкообразными.
Учитывая, что значительная номенклатура деталей изготавливается из труднообрабатываемых материалов, в связи, с чем удельный вес погрешностей обработки, вызываемых недостаточной жесткостью в балансе точности станка возрастает.
Под жесткостью системы станка вдоль данной оси понимают отношение составляющей силы резания по этой оси к упругому перемещению в этом же направлении от равнодействующей силы резания. Упругие деформации приводят к неправильному контакту деталей и к резкому ухудшению их совместной работе. Важнейшим условием хорошей работы подшипников, зубчатых и червячных передач является малость концентрации нагрузки, определяемая упругими деформациями валов.
Определение показателя жесткости является также актуальной задачей при входном контроле вновь приобретаемого металлорежущего оборудования и для оценки качества станков после ремонта и модернизации.
Узлы работающего станка подвергаются воздействию сил резания, трения, инерции; сил, вызываемых весом обрабатываемых заготовок и технологической оснастки; сил, возникающих при закреплении заготовок. Под действием этих сил возникают упругие деформации деталей, входящих в узел, и деформации стыков. Соответственно различают собственную и контактную жесткость.
Узлы станка, несущие заготовку и инструмент, являются основными узлами, определяющими их взаимное расположение в процессе обработки под действием вышеуказанных сил, и определяют точность обработанных деталей. Поэтому жесткость основных узлов определяет жесткость станка в целом.
Для станков токарной группы с ЧПУ ГОСТ устанавливает в качестве показателя жесткости относительное перемещение под нагрузкой закрепленной на шпинделе оправки относительно револьверной головки.
При статическом методе испытания на жёсткость нагрузки, действующие на оправку в шпинделе и револьверную головку, имитируются приближенно, так как при этом не создаётся крутящий момент и осевая составляющая силы резания.
Нагружение системы силой Р производится в плоскости, перпендикулярной оси вращения шпинделя, под углом 60° к направлению поперечной подачи.
При испытаниях токарных станков на жесткость производят искусственное нагружение, имитирующее результирующую составляющих сил резания Pz , Py, Px. Статическое нагружение создают специальным устройством, конструкция и техническая характеристика которого должна соответствовать типу и размеру станка.
Относительные перемещения измеряют индикатором часового типа (МИГ) с ценой деления 1мкм и диапазоном измерения, превышающим в 1.5-2 раза предельно допустимое значение этих перемещений.
Список литературы
- Испытания и исследования металлорежущих станков: методические указания к лабораторным работам / сост. Ю. В. Кирилин. - Ульяновск: УлГТУ, 2012. - 48 с.
- Металлорежущие станки и автоматы. Учебник для ВУЗов. Под ред. А.С.Проникова - М.: Машиностроение. 1981г.
- Ресурсы сети Internet.
Сорри, что задержался с ответом. Постараюсь возместить это полнотой описания.
1. Шведский easy laser (D525 и пр.)
Система преднозначена для различных измерений и выверки машин и механизмов от малых до больших. Различные типы измерений: от выверки валов и шкивов до геометрических измерений (плоскостность прямолинейность и пр.). Есть частичная компенсации влияния окружающей среды.
Представляет собой набор различных лазеров и приемников с кронштейнами для их закрепления.
Стоймость от 450 т.р.
2. Американский Excel Precision’s 1100B
Метрологическая система преднозначенная для поверки станков. решаемы задачи вполне стандартные: перпендикуляность, плоскостность, паралельность и пр. Есть частичная компенсация влияния внешней среды.
Стоймость неизвестна (ответа от производителя не получил)
Представляет собой 2 модуля: лазер и приемник.
Точность 0,0005-0,0002 мм/м в зависимости от задач
3. Шведский Fixturlaser Geometry System
Очень похожая по фунциональности и по параметрам с Easy Laser.
Представляет собой набор различных лазеров и приемников с кронштейнами для их закрепления. Есть частичная компенсации влияния окружающей среды.
Стоймость от 600 т.р.
Точность 0,01-0,02 мм/м в зависимости от задач
4. Итальянский OPTODYNE MCV-400 (и пр.)
Система для лазерной калибровки и поверки машин и механизмов. Представляе собой набор лазерных, зеркальных модулей и приемников. Есть компенсации влияния окружающей среды.
Стоймость от 800 т.р.
Точность 0,001-0,002 мм/м в зависимости от задач.
5. Эстонская LSP30
На самом деле является системой для лазерных геометрических измерений. т.е. интерфейс программы управления бедненький. Представляет собой модуль лазерный интерферометра и приспособления для измерения резличных геометрических параметров: плоскостности, паралельности и пр. Нет компенсации влияния окружающей среды.
Стоймость от 500 т.р.
Точность 0,00025-0,0025 мм/м в зависимости от задач.
6. Американская Hamar Laser L-743.
система очень похожая на Renishaw ML10 со всеми вытекающими отсюда последствиями. Рзличные модули для поврота и приема луча.
Есть компенсации влияния окружающей среды.
Стоймость от 1,5 млн. р.
Точность 0,0001-0,0008 мм/м в зависимости от задач.
7. Американская API XD Laser Measurement Systems
Одна из самых мощных по применению и по точности систем. Та же модульная систем, но с 3 лазерами и множеством детекторов и поворотных устройств. Есть компенсации влияния окружающей среды.
Точность 0,00005-0,0025 мм/м в зависимости от задач и исполнения системы.
Стоймость неизвестна.
8. Америкаская PINPINT"s PLS-100
Такой Американский "Лего" для поверки станка. Лезер и различные модули для поворота и приема луча. Нет компенсации влияния окружающей среды.
Точность 0,001-0,01 мм/м в зависимости от задач и исполнения системы.
Стоймость неизвестна.
Каждая система характеризуется максимальным расстоянием работы но даже в самых простых оно не менее 10м. (для моих задач вполне достаточно).
Представитльства есть в России у Easy Laser и по моему у API. Когда общался с эстонцами, то выяснилось что в тот момент самы знающий человек в Китае, но вроде должен был вернуться уже.
Вроде пока все.
P.S. У самого сейчас руководство наконец осознало необходимость в подобной системе и вроде как готово заказать что-то из вышеперичисленного но недорогого.
Доброго времени суток!
Насчет недорого! Стоимость как правило складывается из требований по компректации, минимум Лазерная голова + Оптика для линейных измерений + Софт и выдет около 700 тысяч руб. с ндс., комплект для работы в термоконстантном помещении, или с ручным вводом значений параметров окружающей среды и будет работать до 40 метров. Просто для нормальной эксплуатации нужен блок авто-компенсации, крепеж, тренога и прочее. Вот стоимость выходит на рубеж 1,3 лимона.
А полный комплект выдет на 4 с лишним ляма. Гарантированно могу сказать, что стоимость аналогичного набора не будет сильно отличатся от производителя.
Даже у нас действуют европейские цены, при ввозе из за рубежа другие могут сэкономить только на таможне, что черевато при возникновении гарантийного случая.
Тут проскочили высказывания по поводу плохой работы в Питерском представительстве, просто входящая информация не всегда коректна и часто неоходимо уточнять "что клиет хочет получить в итоге", для правильного предложения. Ну и неприятности, Питерский офис закрыли. :(