Vuoi che la tua macchina CNC produca risultati perfetti in modo coerente? Ci sono alcuni concetti di precisione e ripetibilità che dovresti conoscere. Questo articolo definirà questi concetti e spiegherà come mantenere la tua macchina in condizioni ottimali.
Quando cerchi una macchina CNC per la tua attività, è fondamentale trovarne una che possa produrre risultati costanti con alti livelli di precisione. La qualità dei componenti, il tipo di controller e la stabilità dell'alimentatore possono influenzare la precisione e la ripetibilità della CNC. Le macchine CNC di fascia alta sono più precise e ripetibili. Anche le macchine CNC di fascia alta possono avere problemi di precisione e ripetibilità se non adeguatamente mantenute.
Scegli un produttore affidabile e rispetta rigorosamente le istruzioni operative e di manutenzione della tua macchina CNC per garantirne le massime prestazioni. Consulta un tecnico se hai dubbi sulla precisione o sulla ripetibilità della tua macchina CNC.
Passiamo all'argomento principale senza ulteriori indugi:
Cos'è la precisione della macchina CNC?
La precisione della macchina CNC è definita come la sua vicinanza al valore previsto. In altre parole, la precisione è il grado in cui le misurazioni riportate dal sistema corrispondono alla realtà. Se c'è una differenza trascurabile tra le due misurazioni, possiamo affermare con sicurezza che la loro precisione è elevata. È un altro nome per la correlazione tra due variabili.
Per capire meglio, considera l'esempio seguente. Quando visiti un negozio che offre servizi di lavorazione CNC, probabilmente ti diranno della precisione dei loro utensili CNC. Se gli strumenti dell'utensile sono impostati per tagliare un pezzo di metallo lungo 50 mm, è implicito che l'articolo verrà tagliato con precisione. Se il dispositivo di misurazione è preciso come afferma il fornitore, il risultato sarà esattamente di 50 mm.
Molti fattori influenzano la qualità delle parti lavorate a CNC, tra cui la programmazione del percorso utensile, la selezione degli utensili, la progettazione delle parti, le competenze meccaniche e le tattiche di bloccaggio. Gli elementi del carrello di atterraggio degli aerei ad alte prestazioni e i bracci robotici per la chirurgia laser sono due esempi di componenti con percorso critico che devono sempre funzionare come previsto.
Che cos'è la ripetibilità della macchina CNC?
La ripetibilità è il grado in cui il risultato differisce quando vengono effettuati ripetuti tentativi per raggiungere lo stesso obiettivo, come visitare lo stesso punto, misurare la stessa quantità o incollare lo stesso numero di wafer in successione nelle stesse condizioni. La ripetizione di procedure fallite è una fonte comune di errori.
I seguenti passaggi possono migliorare la ripetibilità
- Misurazione e correzione
- Il processo di tracciamento e correzione delle deviazioni utilizzando un sistema di controllo. Esempi di questo errore includono gioco e cambiamenti nel passo della vite durante il volo.
- Fattori esterni, come il calore, che provoca pressacavo, espansione termica differenziale e ripristino, spesso contribuiscono a una bassa ripetibilità. Pertanto, il controllo ambientale può svolgere un ruolo cruciale nella creazione di una macchina o di uno strumento accurato.
Comunicare con chiunque è molto più semplice quando si comprendono l'accuratezza e la ripetibilità. Inoltre, ti renderà più semplice confrontare tutte le caratteristiche e le specifiche essenziali con le tue esigenze, permettendoti di decidere se desideri o meno acquistare i servizi.
Tipi di precisione delle macchine utensili CNC
Diverse caratteristiche della macchina rientrano nella "precisione della macchina utensile". La precisione delle macchine utensili CNC è diversa per i progettisti e i metrologi. Quando si parla di metrologia, la precisione si riferisce a quanto bene un risultato di misurazione corrisponde al valore target.
Nelle macchine utensili, ci sono numerose forme di accuratezza e l'accuratezza della determinazione è qualitativa. Le tre diverse categorie di accuratezza sono geometrica, di lavoro e di produzione. Ognuna di queste descrizioni accurate ha le sue prove di supporto.
1. Precisione geometrica
La precisione geometrica si riferisce alla progettazione geometrica della macchina utensile, da cui è possibile valutare le qualità delle parti funzionali che influenzano la precisione del suo lavoro. Puoi scoprire la qualità costruttiva della macchina e come è assemblata quando non è in uso.
Questi controlli vengono eseguiti sulle macchine nel loro stato di lavorazione finale, o senza carico. La norma SN ISO 230-1 specifica i metodi per misurare e valutare la precisione geometrica degli assi. La norma specifica sei diversi tipi di errori geometrici per gli assi rotativi e lineari.
Qualsiasi disallineamento o piegatura (piegatura) nelle guide della macchina verrà visualizzata sul calibro di rettilineità. La squadratura viene determinata controllando il parallelismo di due assi che non sono effettivamente ortogonali. La misurazione della planarità assicura che i tavoli CMM, i campi piastra, le macchine utensili e le superfici siano tutti piatti.
2. Precisione di posizionamento
Negli assi a controllo numerico questo valore caratterizza la precisione e la ripetibilità del posizionamento. La norma ISO 230-2/6 fornisce indicazioni su come misurare la precisione degli assi a controllo numerico, sebbene sia ampiamente utilizzata anche la direttiva VDI/DGQ 3441.
Gli interferometri laser sono usati più frequentemente per misurare la precisione posizionale. Confrontando la posizione visualizzata della macchina con la posizione misurata del sistema laser si ottiene una misura della precisione e della ripetibilità del posizionamento lineare.
Il Laser Tracker è uno strumento più sofisticato per misurare la precisione del posizionamento poiché fornisce una rapida valutazione delle variazioni x, y e z. Se disponi di una macchina già completata e funzionante, puoi verificarne contemporaneamente la precisione geometrica e l'accuratezza posizionale. Di conseguenza, è prassi comune valutarli tutti contemporaneamente.
3. Precisione dell'interpolazione
Se le macchine CNC fossero precise, i loro percorsi circolari corrisponderebbero esattamente a quelli immessi nel computer. In pratica, il raggio del cerchio divergerà dal cerchio programmato se si verifica un errore (come un errore di misurazione, un errore di rettilineità, un errore di gioco, un errore inverso, ecc.)
Possiamo determinare la precisione della macchina utensile prendendo misure precise del percorso circolare effettivo e confrontandole con il percorso nominale. Lo standard SN ISO 230-4 affronta la valutazione e la misurazione dell'accuratezza dell'interpolazione circolare.
L'obiettivo dei test è di fornire un modo per capire quanto bene funzionano le macchine utensili a controllo numerico per la formatura dei contorni. Difetti geometrici e il comportamento dinamico della macchina in fase di avanzamento causano questo tipo di errori. Se i test di lavorazione e interpolazione utilizzano lo stesso diametro e avanzamento, i risultati sono evidenti sugli elementi lavorati in condizioni di lavorazione ottimali.
4. Precisione volumetrica
Alcuni metodi avanzati e molto lungimiranti includono la determinazione della precisione del volume e la successiva compensazione. Questi metodi riducono al minimo la deviazione del punto centrale dell'utensile (TCP) nell'area di lavoro della macchina. La deviazione volumetrica totale di un TCP è uguale alla somma delle deviazioni lungo ciascun asse.
La deviazione di errore nello spazio di lavoro rappresenta la precisione volumetrica della macchina utensile. La norma ISO 230-1 definisce la precisione volumetrica per un centro a tre assi come la differenza più grande tra la posizione misurata e la posizione desiderata lungo gli assi x, y e z, nonché la differenza più grande nell'orientamento lungo gli assi a, b e c per le rotazioni lungo tali assi.
Il Laser Tracer è principalmente un dispositivo per misurare e compensare la precisione volumetrica. Le misurazioni con un laser tracciante si basano sull'idea della multilaterazione sequenziale, che significa misurare le lunghezze dei raggi e quindi capire dove si incontrano nello spazio di lavoro. Con questo metodo è necessario effettuare misurazioni lentamente da diverse parti della macchina (consigliato da almeno quattro posizioni del Laser Tracer). Il metodo viene mostrato come simile al sistema GPS.
5. Precisione della produzione
L'accuratezza della produzione è la qualità con cui viene eseguito il processo di creazione di qualcosa, come mostrato dal pezzo in lavorazione. L'accuratezza geometrica, l'accuratezza del posizionamento e l'accuratezza del funzionamento svolgono tutti un ruolo nella precisione con cui viene realizzato un prodotto. L'errore dell'operatore della macchina è un'altra possibile causa di disturbo (utensile non impostato correttamente, pezzo non bloccato bene).
I principali fattori che incidono sulla macchina utensile e sul processo di produzione, determinando variazioni dimensionali nel pezzo, sono:
- 15% Tecnologia di produzione
- Precisione di funzionamento della macchina del 25%.
- Misurazione del 15%.
- 20% delle condizioni ambientali
- 5% Parti di macchine
- 20% degli operatori macchina
Fattori che influenzano la precisione e la ripetibilità della macchina CNC
Molti fattori influenzano la precisione e la ripetibilità delle macchine CNC:
● La costruzione della macchina
Dovrebbe essere in grado di eseguire le attività di lavorazione più impegnative richieste dalla tua applicazione senza causare una flessione eccessiva delle parti che lo sostengono.
● Il sistema di feedback
La scala lineare di un asse fornisce una lettura diretta della posizione del suo componente in riposizionamento. Non dipendono dalla precisione dei componenti del sistema dell'asse (viti a sfere, sistemi di guida e accoppiatori) come gli encoder rotativi.
● Calibrazione della macchina utensile
Le compensazioni di errore di passo e di gioco su una macchina sono inizialmente calibrate dai costruttori della macchina. Tuttavia, gli utenti finali della macchina devono ripetere queste calibrazioni a intervalli prestabiliti per tutta la durata della macchina. Per garantire che la macchina continui a funzionare in modo accurato.
● Ambiente
La temperatura e l'umidità dell'area in cui verranno utilizzate le macchine utensili devono essere mantenute costanti.
Principale causa di errori nella precisione e nella ripetibilità della lavorazione
● Errore di rotazione del mandrino
L'errore di rotazione del mandrino è il grado di deviazione dell'asse di rotazione effettivo dal suo asse di rotazione tipico in un dato momento. L'errore di coassialità di vari segmenti del perno dell'albero principale, gli errori nel cuscinetto, il disallineamento dei cuscinetti e la deflessione dell'albero principale sono i principali fattori che contribuiscono all'errore di rotazione radiale dell'albero motore.
● Errore della rotaia di guida
La rotaia di guida funge da standard sia per il movimento della macchina utensile che per la determinazione delle posizioni relative delle sue varie parti. Ulteriori fattori che contribuiscono all'errore della guida sono l'usura irregolare e la scarsa qualità dell'installazione.
● Errore catena di trasmissione
Un errore di trasmissione è una differenza di posizione tra gli elementi di trasmissione iniziale e finale. Gli errori commessi durante la produzione e l'assemblaggio CNC di ciascun anello della catena di trasmissione sono i principali contributori agli errori di trasmissione.
● Errore geometrico dell'utensile
In qualsiasi processo di taglio di uno strumento, l'usura causa la modifica delle dimensioni e della forma del pezzo. La precisione geometrica degli utensili CNC è influenzata dalle forze esterne e dal calore generato durante la lavorazione. La distorsione geometrica dell'utensile causa errori geometrici. Secondo la ricerca, fattori interni ed esterni causano errori geometrici degli utensili CNC. Gli errori geometrici in una macchina utensile sono definiti "fattori interni" quando sono causati dalla progettazione della macchina stessa.
I fattori esterni includono errori geometrici ambientali e deformazione termica del CNC. Alcuni esempi sono quando l'utensile o la parte CNC si espande e cambia forma a causa del calore durante il processo di taglio. Entrambi questi fattori portano a errori geometrici che influiscono negativamente sulla lavorazione CNC. Tutti i componenti lavorati a CNC hanno un'eccellente precisione e accuratezza di lavorazione.
● Errore di posizionamento
Esistono due diversi tipi di errori che possono verificarsi quando un pezzo viene lavorato a CNC su una macchina utensile. Uno è l'errore della coppia di posizionamento che si verifica in modo impreciso nella produzione CNC. Il secondo è la quantità di cui il pezzo finito lavorato a CNC si discosta dal suo orientamento pianificato in termini di perpendicolarità, simmetria, posizionamento, ecc.
Quando si tratta della precisione delle macchine utensili CNC, il posizionamento è cruciale. In un sistema a circuito aperto, la precisione della posizione è significativamente influenzata. In un sistema servo a circuito chiuso, dipende principalmente dalla precisione dei componenti lavorati tramite CNC. Il fattore principale che influenza la precisione del posizionamento è il sistema di alimentazione della macchina utensile.
Relazione tra accuratezza e ripetibilità
Anche se la precisione è "ciò per cui l'acquirente paga", è comunque importante comprendere la ripetibilità delle singole parti del sistema e il modo in cui interagiscono tra loro.
I grafici che seguono mostrano questa relazione limitante.
Nell'immagine, i punti mostrano quante volte qualcuno ha provato a spostarsi verso il punto di partenza.
- Bassa ripetibilità e bassa precisione: I punti dati nel primo grafico sono ovunque rispetto all'origine dell'asse x. La precisione e la ripetibilità sono entrambe scarse.
- Bassa precisione e alta ripetibilità: Il secondo grafico mostra i risultati raggruppati strettamente insieme ma lontani dall'origine del grafico. L'accuratezza è scarsa, ma la ripetibilità è eccellente. Ma quando un risultato è così coerente, è possibile capire cosa è andato storto e risolverlo o rimediare.
- Alta ripetibilità e alta precisione: Come risultato di questo processo di aggiustamento, spesso emerge un grafico di terza forma.
Una volta che i risultati sono così vicini alla posizione reale, l'unico modo per renderli più accurati è renderli più facili da ripetere. Pertanto, il livello più basso di precisione è la ripetibilità.
Come vengono misurate la precisione e la ripetibilità delle macchine CNC?
Esistono molti metodi per valutare la precisione e la ripetibilità di una macchina CNC, ma il più comune è l'uso di una macchina di misura a coordinate. La macchina utilizza diversi sensori per acquisire letture da tutto il pezzo. Dopo aver raccolto i dati con la CMM, queste informazioni vengono scaricate e analizzate per determinare quanto sia preciso e affidabile lo strumento.
Esistono altri modi per misurare la precisione e la ripetibilità di una macchina CNC, ma non vengono utilizzati così spesso. Un modo è utilizzare un comparatore ottico, che visualizza un'immagine del pezzo su uno schermo. L'operatore controlla quindi l'immagine per vedere se ci sono differenze confrontandola con un modello principale. L'interferometria laser è un altro modo per misurare piccoli cambiamenti nella distanza tra due oggetti.
È fondamentale capire che la ripetibilità e l'accuratezza di una macchina CNC sono due cose diverse. Mentre la ripetibilità si riferisce a quanto la macchina produce costantemente gli stessi tagli, l'accuratezza si riferisce a quanto è vicina a realizzare tagli perfetti. Alcune macchine sono accurate ma non ripetibili. Le macchine più affidabili forniscono costantemente risultati precisi.
Domande frequenti (FAQ)
La ripetibilità è sinonimo di accuratezza?
L'accuratezza è la vicinanza di una fase al valore effettivo. La ripetibilità è la sua capacità di posizionamento back-to-back sullo stesso setpoint. È fondamentale riconoscere la distinzione tra l'accuratezza di un sistema di posizionamento e la sua ripetibilità.
Cosa intendi per precisione?
Questo è un altro termine cruciale nella produzione CNC. Definisce anche l'affidabilità di una macchina. Precisione significa che un sistema di misurazione può sempre produrre lo stesso risultato. Se vuoi dati affidabili per i tuoi calcoli, assicurati la ripetibilità del sistema.
Cosa determina la precisione della macchina?
La precisione e la redditività della lavorazione dipendono in larga misura dalla struttura cinematica della macchina utensile, dalla fonte di energia, dai materiali degli utensili e dal tipo di utensile.
Come posso migliorare la precisione del mio CNC?
- Utilizzo di strumenti di qualità
- Comprendere le proprietà dei materiali
- Aggiorna tempestivamente la macchina utensile
- Migliora lo strumento di taglio
- Tieni d'occhio l'usura degli strumenti
- Condizione della macchina
Che cos'è il gioco in CNC?
Il gioco CNC è come avvitare un dado su una vite. Tieni la vite in una mano mentre usi la mano libera per girare il dado applicando pressione. Il "gioco" deriva dal movimento della filettatura.
Considerazioni finali
In conclusione, accuratezza e ripetibilità sono indipendenti l'una dall'altra. L'accuratezza è quanto il tuo tiro è vicino al centro del bersaglio. La ripetibilità è quante volte lo fai giusto. Se accuratezza e ripetibilità sono entrambe OK, otterrai un intero lotto di pezzi buoni, ma non tutti allo stesso tempo.
Inoltre, è importante comprendere i fattori che influenzano la precisione e la ripetibilità delle macchine CNC per produrre parti di alta qualità. Puoi anche calcolarlo con i metodi sopra menzionati.
Quindi, cosa aspetti? Vai a controllare la precisione e la ripetibilità della tua macchina CNC e genera risultati accurati ogni volta!
