L'utilisateur s'attend à ce qu'une machine-outil produise des pièces géométriquement et dimensionnellement définies. Les erreurs de machine entraînent des écarts par rapport aux dimensions et à la géométrie prévues. De ce fait, des tests et des tests sur les qualités et réglages des machines-outils susceptibles de les détecter ont été nécessaires. Ces contrôles sont effectués sur chaque nouvelle machine-outil.
Les normes et réglementations précisent et proposent la manière dont ces tests doivent être réalisés et évalués. Lorsqu'il s'agit de tester les propriétés des machines, il ne s'agit pas seulement de comprendre comment les mesurer ; il s'agit également de savoir comment évaluer et utiliser les données.
Une intervention mécanique sur la machine est-elle nécessaire ou une compensation logicielle suffirait-elle à elle seule ? Explorons cela en détail.
Quelle est la précision de l’usinage CNC ?
L'utilisateur attend d'une machine-outil qu'elle produise des pièces géométriquement et dimensionnellement définies. Les erreurs de machine entraînent des écarts par rapport aux dimensions et à la géométrie prévues. En conséquence, des essais et des tests sur les qualités et les paramètres des machines-outils ont été nécessaires pour détecter ces inexactitudes. Alors, qu’est-ce que la précision exactement ?
Précision de la machine CNC : il s'agit de la capacité d'une machine à fabriquer des pièces dans les dimensions requises et les spécifications de tolérance géométrique. En d'autres termes, la précision est la différence entre la mesure réelle et la mesure prise par votre système. La précision de la mesure est considérée comme élevée lorsque la différence entre les deux est incroyablement faible. Le degré de conformité est un autre nom pour cela. Considérez l'illustration suivante pour mieux comprendre. Si les instruments sont conçus pour le faire, l'outil coupera avec précision une pièce métallique d'une longueur de 30 mm. Si l'équipement est aussi précis que le prétend le prestataire de services, il atteindra près de 30 mm sans faire d'erreur.
Maintenant, nous espérons que vous aurez une idée claire de l’exactitude.
La précision de l'usinage CNC est l'aspect le plus important qui a un impact sur la qualité de l'échantillon. Elle a un impact direct sur la durée de vie et les performances de la machine. Les normes et réglementations précisent et proposent la manière dont ces tests doivent être effectués et évalués. Lors du test des propriétés des machines, il est important de comprendre non seulement comment mesurer les machines (quel équipement utiliser, quelle méthode et procédure employer), mais également comment interpréter et utiliser les résultats à l'avenir.
Maintenant, vous comprenez ce qu’est la précision et à quel point elle est importante pour la qualité du produit ? Continuons pour explorer plus de détails.
Le diagnostic machine est un ensemble de compétences que l'inspecteur doit posséder en plus de la connaissance de la méthode de mesure.
- Le premier comprend l'équipement de mesure et sa gestion, qui comprend le contrôle de ses qualités et de sa précision, et la garantie de son étalonnage régulier (si nécessaire).
- L'étape suivante consiste à comprendre comment utiliser ces appareils (procédures), ainsi que quelles normes et règles s'appliquent à la quantité mesurée, à l'appareil et à l'instrument lui-même.
- Cependant, connaître la machine à mesurer est également nécessaire ; sans cela, nous ne pouvons pas exécuter correctement de diagnostics ni conseiller des solutions appropriées pour améliorer la précision de la machine.
Types de précision CNC
Vous pouvez visualiser de nombreuses qualités de la machine lorsque vous entendez le mot précision de la machine-outil. La compréhension de la précision des machines-outils à commande numérique diffère de celle des concepteurs et des métrologues. La précision en métrologie fait référence à la proximité du résultat de mesure avec la quantité réelle. Nous pouvons parler de différents types de précision dans le domaine des machines-outils, et la précision de la détermination est simplement qualitative (petite, moyenne, élevée). La précision géométrique, la précision de travail et la précision de production sont les trois principaux types de précision. Chaque précision a son propre ensemble de causes.
D'autres types de précision, tels que la précision de positionnement, la précision d'interpolation, la précision volumétrique et la dilatation thermique, s'ajoutent à ces trois précisions de base des machines-outils CNC.
Précision de la géométrie
La précision géométrique fait référence à la précision d'une machine-outil. structure géométrique, qui permet d'évaluer les qualités des pièces fonctionnelles qui déterminent leur précision de travail. Il décrit également la qualité d'assemblage à vide de la machine et la qualité de production. Les tests sont effectués sur des machines à vide ou dans des conditions de finition d'usinage.
La norme ČSN ISO 230-1 spécifie la précision géométrique des axes, ainsi que leur mesure et leur évaluation. Seuls les tests de précision sont abordés dans cette section. Elle ne couvre pas les tests fonctionnels de la machine (vibrations, mouvements saccadés des composants, etc.) ni la mesure des paramètres caractéristiques (tours, avances), car ces tests doivent être effectués avant les tests de précision.
Les tests géométriques valident les dimensions, les formes et les emplacements des composants, ainsi que leur alignement relatif. Toutes les actions qui influencent une pièce de machine, telles que la planéité, l'alignement, l'intersection des axes, le parallélisme, la perpendicularité des lignes droites ou des surfaces planes, sont incluses. Ils ne concernent que les dimensions, les formes, les emplacements et les mouvements relatifs qui peuvent affecter la précision de la machine.
Il y a six erreurs géométriques Dans les axes linéaires (ČSN ISO 230 - 1) et rotatifs (ČSN ISO 230 - 7), selon la norme : trois erreurs de translation : erreur de positionnement, erreur de rectitude horizontale et verticale et trois erreurs angulaires. Trois erreurs de translation et trois erreurs angulaires sont observées dans une machine-outil CNC à trois axes typique. Les erreurs de squareness relatives des axes linéaires amplifient ces imprécisions. Toutes ces erreurs peuvent avoir un impact négatif sur la précision de positionnement globale de la machine, ainsi que sur la précision des pièces fabriquées. Lorsque la position réelle diffère de la position affichée sur l'unité de commande de la machine, des erreurs se produisent. Avec les effets dynamiques provenant de l'interpolation des axes, les erreurs augmentent.
A modèle cinématique à trois axes donne 21 paramètres d'erreur : 18 erreurs d'axes de translation et trois erreurs d'équerrage entre elles. La figure suivante illustre ces erreurs, y compris les erreurs de broche, pour une fraiseuse verticale à trois axes. W (Pièce à usiner)-XYZT est la chaîne cinématique de la machine-outil à trois axes illustrée ci-dessous.
Erreurs géométriques de la fraiseuse à trois axes
La déviation (composant plié) ou le désalignement des guides de la machine peuvent être détectés à l'aide de la mesure de rectitude. L'usure, un accident ou de mauvaises fondations de la machine peuvent entraîner la chute de l'axe ou de la machine entière.
Précision de la position
Ce paramètre représente la précision et la répétabilité du placement dans les axes linéaires et de rotation à commande numérique. ISO 230-2/6 (code de test ISO 230-2) est une norme internationale pour les machines-outils : détermination de la précision et de la répétabilité des axes à commande numérique. Le code d'essai ISO 230-6 pour les machines-outils précise comment déterminer la précision et la cohérence des axes à commande numérique. Mais la directive VDI/DGQ 3441 est également fréquemment utilisée.
Le type de mesure le plus courant effectué avec un interféromètre laser est la précision du positionnement (Figure ci-dessous). En comparant la position affichée sur la machine à la position réelle mesurée par le système laser, le système laser détermine la précision et la fiabilité du positionnement linéaire.
Mesure de la précision du positionnement
Le Laser Tracker est une technologie plus avancée pour mesurer la précision du placement des machines car il permet un examen instantané des écarts x, y et z. Pour une machine déjà terminée et activée, la précision géométrique de la machine et la précision de placement peuvent être examinées simultanément (Figure ci-dessous). En conséquence, les inexactitudes indiquées ci-dessus sont généralement regroupées.
Mesure de précision géométrique et de positionnement à l'aide d'un laser tracker
Précision de l'interpolation
En théorie, si les machines CNC étaient précises à 100 %, la trajectoire circulaire de la machine correspondrait exactement à la trajectoire circulaire prévue. En pratique, tout défaut (erreur de mesure, de rectitude, de jeu, d'inversion, etc.) entraînera un écart entre le rayon du cercle et le cercle prévu. Nous pouvons obtenir une échelle de précision de la machine-outil si nous pouvons mesurer correctement la trajectoire circulaire réelle et la comparer à la trajectoire prévue (nominale).
La mesure et l'évaluation de la précision de l'interpolation circulaire sont abordées par la norme ČSN ISO 230-4 L'objectif du test est de fournir une méthode permettant d'estimer les propriétés de façonnage des contours des machines-outils à commande numérique.
Les erreurs géométriques et le comportement dynamique de la machine à l'avance utilisée ont un impact sur ces imprécisions. Si le diamètre et l'avance sont identiques pour l'usinage et test d'interpolation, les résultats sont évidents sur les pièces usinées dans des conditions d'usinage idéales.
Précision volumétrique
La mesure de la précision volumétrique et l'ajustement ultérieur sont une procédure avancée et extrêmement progressive. Ces compensations avancées sont conçues pour réduire le point central de l'outil (TCP) écart à n'importe quel endroit de l'espace de travail mesuré de la machine. La somme des écarts partiels dans les différents axes est l'écart volumétrique TCP.
Une carte vectorielle des écarts d'erreur dans l'espace de travail représente la précision volumétrique des machines-outils. La notion de précision volumétrique pour un centre à trois axes est défini dans la norme ISO 230-1 comme la plage maximale des écarts relatifs entre la position réelle et idéale dans les directions X, Y et Z. Ainsi que la plage maximale d'orientation des écarts pour les directions des axes A, B et C pour les mouvements sur les axes X, Y et Z dans le volume spécifié. Où les écarts sont les écarts relatifs entre l'outil et la pièce sur la machine-outil pour un alignement spécifié de la pièce.
L'instrument de mesure LaserTRACER (figure ci-dessous) est principalement utilisé pour déterminer la précision volumétrique et la compenser. Le principe de mesure du LaserTRACER repose sur la mesure des longueurs de faisceau (longueurs d'onde du laser HeNe, 632.8 nm) et sur l'utilisation de la méthode de multilatération séquentielle pour calculer le point mesuré dans l'espace de travail.
Il est nécessaire de mesurer progressivement à partir de nombreux points de la machine avec cette méthode (au moins quatre positions LaserTRACER sont recommandées). La méthode est décrite comme une analogie avec le système GPS.
Mesure de précision volumétrique par Laser traceur
Précision de travail
Il s'agit d'une propriété de la machine-outil qui décrit la qualité et la productivité d'une future pièce à usiner. La fabrication d'une pièce d'essai ou d'une succession de pièces d'essai démontre la précision du travail. La précision relative du parcours de l'outil a un impact sur la qualité de la machine. précision de travail.
Précision de production
Précision de production fait référence à la précision du processus de fabrication tel que mesuré sur la pièce à usiner. La précision géométrique, la précision de positionnement et la précision de travail sont toutes influencées par les défauts de l'opérateur de la machine (outil mal réglé, pièce mal serrée), ainsi que par les variations des circonstances ambiantes. Les variations dans les dimensions des pièces testées au cours du processus de fabrication fournissent un retour direct sur la précision de la production.
Facteurs qui affectent la précision de l'usinage CNC
De nombreux facteurs influencent le fonctionnement de la machine-outil CNC. Cela nous permet de comprendre non seulement l'impact de l'environnement dans lequel elle se trouve, mais aussi l'influence de l'opérateur sur la machine et ses effets sur l'environnement. Ces facteurs ont un impact sur les attributs que tous les utilisateurs de machines-outils souhaitent, tels que la stabilité de fonctionnement, la précision d'usinage répétable et le fonctionnement sans problème. Les machines-outils doivent être évaluées de manière complète, hiérarchique et structurée. La machine-outil est affectée par l'environnement dans lequel elle se trouve. environnement d'atelier où il est installé par : les vibrations, les impuretés et la chaleur.
Trois facteurs clés ayant un impact sur la machine-outil et le processus de fabrication produisent la pièce différences dimensionnelles:
- influence de la température
- la rigidité statique du système machine-outil-pièce ;
- Conformité dynamique du système machine-outil-pièce
Pendant le fonctionnement et en mode veille, chaque machine-outil CNC est exposée à des impacts de température, à la fois uniformes et inégaux. Des déformations thermiques se produisent à la suite de cet effet de température, entraînant un changement de position de la pièce par rapport à l'outil et donc des imprécisions.
Notre objectif est que, malgré l'état thermiquement stabilisé de la machine, les variations de température et leurs manifestations de déformation thermique affectent la position de l'outil par rapport à la pièce et la précision d'usinage aussi petit que possible par :
- sélectionner une conception de machine thermosymétrique ;
- Augmenter l'efficacité de tous les nœuds et éléments, entraînant moins de pertes de chaleur ;
- localiser efficacement les sources de chaleur afin qu'elles n'interfèrent pas avec la conception de la machine ;
- disperser la chaleur par refroidissement, élimination des copeaux ou dimensionnement de la surface pour une dissipation thermique efficace ;
- régler les paramètres de la machine ;
- examiner le débit d'air et la température, ou se protéger contre les émissions thermiques externes
Erreur principale possible dans la précision de l'usinage CNC
Le degré de conformité entre les paramètres géométriques réels (taille, forme et emplacement) des pièces traitées et les paramètres géométriques idéaux est appelé précision d'usinage. Bien que les erreurs soient inévitables lors du traitement, elles doivent se situer dans la plage acceptable. Maîtrisez la règle sous-jacente à son changement grâce à l’analyse des erreurs. Ainsi, vous pouvez prendre les mesures appropriées pour éliminer les erreurs de traitement et augmenter la précision du traitement.
Ensuite, il y aura des erreurs et des explications, à peu près comme suit :
- Erreur de rotation de la broche
- Erreur de contrainte interne
- Erreur de mesure
- Erreur avec un rail de guidage.
- Erreur dans la chaîne de transmission.
- L'erreur géométrique de l'outil.
- Erreur de positionnement.
- Erreurs dues à la force et à la déformation du système de traitement.
- Erreurs dues à la déformation thermique du système de processus.
Moyens d'améliorer la précision de la machine CNC
Il est essentiel d’améliorer la précision de la machine-outil afin d’améliorer la précision des pièces usinées. Mais pourquoi la plupart de la précision de l'usinage CNC est inférieure au niveau standard et comment l'améliorer ? Eh bien, l'imprécision géométrique de la construction du corps, le jeu, la distorsion due aux variations de température, l'humidité, l'erreur de servocommande et l'erreur de mouvement de rotation de l'axe de la broche contribuent tous à la précision de la machine-outil.
De plus, de nombreuses machines-outils à commande numérique fonctionnent en dessous de la précision annoncée par le fabricant et ne fonctionnent pas dans les limites de précision prescrites. précision de l'outil varie considérablement en fonction de la configuration, de l’environnement et de l’utilisation précédente. Les charges statiques, les charges d'usinage et la chaleur générée par l'usinage précédent font toutes partie de l'historique opérationnel. Par conséquent, les machines-outils CNC qui nécessitent un usinage de haute précision doivent être étalonnées régulièrement.
Avantages de l’amélioration de la précision
Ainsi, après avoir amélioré la précision de l'usinage CNC, cela vaut la peine de savoir quels en sont les avantages ? Très bien, la méthode d'amélioration de la précision peut fournir de nombreuses des avantages substantiels. Par exemple; la précision plus élevée de la mesure et de l'usinage, la charge de travail et le temps de configuration du système informatisé de gestion de la maintenance (MMT), ainsi que le coût des reprises, peuvent être minimisés.
Vous bénéficiez de plusieurs avantages lorsque vous mettez à jour votre équipement pour améliorer la précision. Les avantages que les ajustements apporteront à votre exploitation varieront en fonction de votre charge de travail actuelle et des mises à niveau que vous apporterez à votre équipement existant. Alors que la technologie et la demande poussent toutes deux à obtenir des produits d’usinage plus précis, la mise à niveau aujourd’hui empêchera votre organisation de prendre du retard.
Le temps gagné sur vos projets est l’une des principales raisons d’améliorer la précision du positionnement des machines CNC. Une coupe plus précise élimine le besoin pour votre entreprise de refaire le travail. Eh bien, est-ce que cela améliore la qualité de votre travail ?
Bien entendu, de plus, l'automatisation de plusieurs composants de l'usinage, tels que le placement des outils, minimise le temps requis pour chaque processus. Des processus plus efficaces réduiront le temps d’attente pour la fin de votre projet. si vous utilisez les pièces générées par usinage.
Lorsque vous contrôlez la variabilité du produit, la mesure de la précision des pièces usinées prend moins de temps. La variabilité peut influencer la précision initiale d'une pièce et sa capacité à produire des reproductions précises. En modifiant votre équipement pour éliminer ces variables, vous pouvez garantir que vos résultats sont précis et cohérents. De plus, vous ne devriez pas être obligé de mesurer chaque composant terminé.
Comment vérifier la précision d'une machine CNC
L'objectif fondamental est de montrer en détail l'ensemble du processus, depuis la mesure des composantes d'erreur jusqu'à la vérification de différents types de précision après compensation d'erreur. Il propose également un modèle cinématique généralisé pour les machines-outils multiaxes qui décrit l'erreur volumétrique. Le modèle d'erreur cinématique dans une étude est composé de 21 composants d'erreur. Nous avons testé les composants d'erreur à plusieurs reprises pour montrer les impacts de la distorsion thermique et de l'historique de fonctionnement sur les composants d'erreur. Les étapes de base impliquées dans cette étude sont les suivantes :
1. Modélisation des erreurs volumétriques.
2. Procédure expérimentale de mesure des erreurs
3. Une méthode pour compenser l'emplacement et la trajectoire de l'outil.
4. La méthode de vérification.
L'état de la machine-outil peut être entièrement détecté de la même manière, et la compensation des erreurs logicielles peut améliorer sa précision. Lorsque la machine-outil est utilisée comme machine de mesure de coordonnées, la méthode de compensation de points peut être utilisée pour modifier la trajectoire nominale de l'outil et effectuer une inspection sur machine. Une machine CNC verticale à 3 axes dotée d'un interféromètre laser et d'une méthodologie à barre à billes a été utilisée pour démontrer l'exactitude de la méthode d'étalonnage des erreurs au cours de l'étude.
Mesure pour le calcul de la précision des machines CNC
La précision d'une fraiseuse CNC est déterminée par sa capacité à suivre les modèles prédéfinis. La précision globale d'un élément fraisé est déterminée par trois méthodes de mesure distinctes : la précision de positionnement, la précision ou la répétabilité et la tolérance. Qu'est-ce que la précision de positionnement exactement ? Il s'agit de la différence entre la distance requise entre les points d'une pièce et la distance réellement mesurée entre ces emplacements après le fraisage. La précision du laminoir est déterminée en prenant plusieurs mesures et en déterminant la moyenne statistique des écarts dans l'atelier d'usinage CNC.
La précision de la position peut être mesurée en suivant la méthode expérimentale.
Mesure des composants d'erreur
À l'exception du roulis, qui est évalué avec un niveau électronique, les 19 composantes d'erreur sont mesurées avec un interféromètre laser. La figure ci-dessous montre la configuration expérimentale pour mesurer les erreurs linéaires et d'équerrage dans la fraiseuse CNC Bridgeport avec un interféromètre laser. À trois températures ambiantes différentes, la mesure a été répétée trois fois pour chacune des 21 composantes d’erreur. Les procédures suivantes doivent être effectuées avant de mesurer les composants d’erreur.
Erreur de position de mesure de l'usinage CNC Bridgeport
Déterminez les dimensions de mesure, le nombre de points dans l'espace de mesure, le schéma de déplacement (cycle linéaire, cycle quasi-pèlerin, etc.) et le nombre de répétitions sur la machine-outil.
Prévoyez suffisamment de temps pour que la machine-outil se réchauffe. Laissez la broche tourner à une vitesse typique pendant plusieurs heures pendant que la table et l'outil parcourent tout l'espace de mesure.
Les thermocouples sont utilisés pour surveiller la température des éléments cruciaux des machines-outils. La température de la broche, des moteurs de chaque axe, de la vis mère x, y, de la table et de l'huile hydraulique doit être contrôlée.
Le tableau ci-dessous présente les 21 composantes d'erreur mesurées par un interféromètre laser pour les trois axes, ainsi qu'un niveau électronique pour la mesure de l'erreur de roulis. Les valeurs des composantes d'erreur pour un point donné peuvent être déterminées en interpolant linéairement les valeurs des composantes d'erreur des deux points précédemment mesurés.
Les variations de température peuvent avoir un impact important sur les composants d'erreur de la machine-outil. En conséquence, nous devons déterminer la tendance de variation des composantes d’erreur en fonction du changement de température. Nous avons mesuré les composantes de l'erreur machine dans les positions bidirectionnelles en août et novembre, respectivement, pour déterminer l'effet de jeu. La figure 9 illustre la précision du positionnement sur l'axe X, qui était la plus critique des 21 composantes d'erreur. L'énorme changement dans les données d'erreur est visible dans la figure . Cela pourrait être dû à des éléments tels que des vis à billes et des guides qui se contractent et se dilatent en réponse aux changements de température ambiante.
Vérification de la précision du positionnement
Nous avons utilisé une méthode à billes, couramment utilisée pour évaluer les propriétés dynamiques des machines CNC, afin de mesurer la précision du positionnement de chaque point dans l'espace 3D. La distance entre les centres d'une balle fixe et d'une balle en mouvement est mesurée en utilisant cette approche. Les essais avec le système de barres à billes RENISHAV,/I et la disposition des stations de mesure sont illustrés dans la figure suivante. L'angle d'inclinaison nominal de la barre à billes lors de la mesure de longueur 3D était de 45 degrés par rapport au plan horizontal. Pour éliminer l'effet de jeu, les données de la barre à billes ont été collectées en faisant la moyenne des données reçues en se déplaçant d'avant en arrière pour les sites de mesure le long du trajet de la barre à bille.
Points et configurations mesurés
La précision
La précision est utilisée pour obtenir les mêmes résultats après chaque mesure. La proximité d’une mesure par rapport à la valeur vraie ou acceptable est appelée précision. La précision concerne la mesure dans laquelle des mesures identiques de la même chose sont obtenues. La précision est distincte de l’exactitude.
Tolérance
L'écart mécanique admissible d'un composant par rapport à la valeur acceptable de l'usinage CNC peut être déterminé à partir de la tolérance. C'est une autre façon de vérifier l'exactitude requise du produit.
Conclusion
Alors, fondamentalement, comment pouvons-nous déterminer l’exactitude ?
Il faut une grande expertise et de nombreuses connaissances, non seulement pour savoir comment mesurer la précision des machines (quel équipement utiliser, quelle méthode et procédure employer), mais aussi pour savoir comment interpréter et utiliser les résultats à l'avenir. Les normes et réglementations précisent et proposent comment ces tests doivent être effectués et évalués. Lors du test des propriétés des machines, il est également important de comprendre tous les principes de base. Il existe différents types de précision d'usinage CNC qui peuvent être évalués pour une mesure précise. Certains facteurs, comme l'environnement de l'atelier, les impuretés et la chaleur, ont également un impact sur la précision. Il est également important de les prendre en compte lors du calcul de la précision de l'usinage CNC.
Nous espérons que la lecture de cet article sera suffisante pour obtenir tout ce dont vous avez besoin sur la précision de l'usinage CNC.
