O usuário antecipa uma máquina-ferramenta para produzir peças definidas geométrica e dimensionalmente. Erros de máquina causam desvios das dimensões e geometria pretendidas. Como resultado, foram necessários testes e testes sobre as qualidades e configurações das máquinas-ferramentas que podem detectá-los. Estas verificações são realizadas em cada nova máquina-ferramenta.
Padrões e regulamentos especificam e propõem como esses testes devem ser realizados e avaliados. Quando se trata de testar as propriedades de máquinas, não se trata apenas de entender como medi-las; trata-se também de saber como avaliar e usar os dados.
É necessária uma intervenção mecânica da máquina ou a compensação do software seria suficiente por si só? Vamos explorar isso em detalhes.
Qual é a precisão da usinagem CNC?
O usuário espera que uma máquina-ferramenta produza peças definidas geométrica e dimensionalmente. Erros de máquina causam desvios das dimensões e geometria pretendidas. Como resultado, ensaios e testes de qualidades e parâmetros de máquinas-ferramentas foram necessários para detectar essas imprecisões. Então, o que exatamente é precisão?
Precisão da máquina CNC - refere-se à capacidade de uma máquina de fazer peças dentro das dimensões necessárias e especificações de tolerância geométrica. Em outras palavras, a precisão é a diferença entre a medição real e a medição feita pelo seu sistema. A precisão da medição é considerada alta quando a diferença entre as duas é incrivelmente pequena. O grau de conformidade é outro nome para isso. Considere a seguinte ilustração para entender melhor. Se os instrumentos forem projetados para isso, a ferramenta cortará precisamente uma peça de metal com um comprimento de 30 mm. Se o equipamento for tão exato quanto o provedor de serviços alega, ele chegará mais perto de 30 mm sem cometer erros.
Agora, esperamos que você tenha uma ideia clara de precisão.
Bem, a precisão da usinagem CNC é o aspecto mais importante que impacta a qualidade da amostra. Ela tem um impacto direto na vida útil e no desempenho da máquina. Padrões e regulamentações especificam e propõem como esses testes devem ser realizados e avaliados. Ao testar propriedades da máquina, é importante entender não apenas como medir máquinas (qual equipamento usar, qual método e procedimento empregar), mas também como interpretar e usar os resultados no futuro.
Agora você entendeu o que é precisão e o quanto ela é importante para a qualidade do produto? Vamos prosseguir para explorar mais detalhes.
O diagnóstico da máquina é um conjunto de habilidades que o inspetor deve possuir além do conhecimento do método de medição.
- O primeiro compreende o equipamento de medição e a sua gestão, o que inclui a monitorização das suas qualidades e precisão, e a garantia de que é calibrado regularmente (se necessário).
- O próximo passo é entender como usar esses dispositivos (procedimentos), bem como quais padrões e regras se aplicam à grandeza medida, ao dispositivo e ao próprio instrumento.
- Porém, conhecer a máquina de medir também é necessário; sem ele, não podemos executar diagnósticos adequadamente ou aconselhar soluções adequadas para melhorar a precisão da máquina.
Tipos de precisão CNC
Você pode visualizar inúmeras qualidades da máquina quando ouve a palavra precisão de máquina-ferramenta. O entendimento da precisão de máquinas-ferramenta CNC difere daquele de designers e metrologistas. A precisão em metrologia se refere a quão próximo o resultado da medição corresponde à quantidade real. Podemos falar sobre diferentes tipos de precisão no campo de máquinas-ferramenta, e a precisão da determinação é apenas qualitativa (pequena, média, alta). Precisão geométrica, precisão de trabalho e precisão de produção são os três principais tipos de precisão. Cada precisão tem seu próprio conjunto de causas.
Outros tipos de precisão, como precisão de posicionamento, precisão de interpolação, precisão volumétrica e expansão térmica, são adicionados a essas três precisões básicas das máquinas-ferramentas CNC.
Precisão Geométrica
A precisão geométrica refere-se à precisão de uma máquina-ferramenta estrutura geométrica, que pode ser usado para avaliar as qualidades de peças funcionais que determinam sua precisão de trabalho. Ele também descreve a qualidade de montagem sem carga da máquina e a qualidade de produção. Os testes são realizados em máquinas sem carga ou sob condições de acabamento de usinagem.
A norma ČSN ISO 230-1 especifica a precisão geométrica dos eixos, bem como sua medição e avaliação. Somente testes de precisão são abordados nesta seção. Ela não abrange os testes funcionais da máquina (vibrações, movimentos bruscos de componentes, etc.) ou a medição de parâmetros característicos (revoluções, avanços), pois esses testes devem ser concluídos antes dos testes de precisão.
Testes geométricos validam dimensões, formas e localizações de componentes, bem como seu alinhamento relativo. Todas as ações que influenciam uma peça de máquina, como planeza, alinhamento, intersecção de eixos, paralelismo, esquadria de linhas retas ou superfícies planas, são incluídas. Eles estão preocupados apenas com dimensões, formas, localizações e movimentos relativos que podem afetar a precisão da máquina.
Tem seis erros geométricos em eixos lineares (ČSN ISO 230 - 1) e rotativos (ČSN ISO 230 - 7), de acordo com o padrão: três erros de translação — erro de posicionamento, erro de retidão horizontal e vertical e três erros angulares. Três falhas de translação e três erros angulares são encontrados em uma máquina-ferramenta CNC típica de três eixos. Os erros de esquadro relativo do eixo linear amplificam essas imprecisões. Todos esses erros podem ter um impacto negativo na precisão geral de posicionamento da máquina, bem como na precisão das peças fabricadas. Quando a localização real difere da posição exibida na unidade de controle da máquina, surgem erros. Com efeitos dinâmicos originados da interpolação do eixo, os erros aumentam.
A modelo cinemático de três eixos produz 21 parâmetros de erro: 18 erros de eixos translacionais e três erros de quadratura entre eles. A figura a seguir descreve esses erros, incluindo erros de fuso, para uma fresadora vertical de três eixos. W (Peça)-XYZT é a cadeia cinemática da máquina-ferramenta de três eixos mostrada abaixo.
Erros geométricos da fresadora de três eixos
A deflexão (componente dobrado) ou desalinhamento nas guias da máquina pode ser detectada usando a medição de retilineidade. Desgaste, acidente ou fundações deficientes da máquina podem causar a queda do eixo ou de toda a máquina.
Exatidão da posição
Este parâmetro representa a precisão e a repetibilidade do posicionamento em eixos lineares e rotacionais controlados numericamente. ISO 230-2/6 (código de teste ISO 230-2) é um padrão internacional para máquinas-ferramentas – determinação de precisão e repetibilidade de eixos controlados numericamente. O código de teste ISO 230-6 para máquinas-ferramentas especifica como determinar a precisão e consistência de eixos controlados numericamente. Mas a diretiva VDI/DGQ 3441 também é frequentemente utilizada.
O tipo mais comum de medição realizada com um interferômetro a laser é a precisão do posicionamento (Figura abaixo). Ao comparar a posição exibida na máquina com a posição real medida pelo sistema a laser, o sistema a laser determina a precisão e a confiabilidade do posicionamento linear.
Medição da precisão de posicionamento
O Laser Tracker é uma tecnologia mais avançada para medir a precisão do posicionamento da máquina, pois permite o exame instantâneo dos desvios x, y e z. Para uma máquina já concluída e ativada, a precisão geométrica da máquina e a precisão do posicionamento podem ser examinadas simultaneamente (Figura abaixo). Como consequência, as imprecisões mencionadas acima são comumente categorizadas em conjunto.
Medição de precisão geométrica e de posicionamento usando rastreador a laser
Precisão de interpolação
Em teoria, se as máquinas CNC fossem 100% precisas, o caminho circular da máquina corresponderia exatamente ao caminho circular planejado. Na prática, qualquer um dos defeitos (erro de medição, retidão, folga, erro de reversão e assim por diante) fará com que o raio do círculo se afaste do círculo projetado. Podemos obter uma escala de precisão da máquina-ferramenta se pudermos medir corretamente o caminho circular real e compará-lo ao caminho projetado (nominal).
A medição e avaliação da precisão da interpolação circular são abordadas pelo padrão ČSN ISO 230-4 . O objetivo do teste é fornecer um método para estimar as propriedades de modelagem de contorno de máquinas-ferramentas controladas numericamente.
Os erros geométricos e o comportamento dinâmico da máquina no avanço utilizado têm impacto nestas imprecisões. Se o diâmetro e o avanço forem iguais tanto para usinagem quanto para teste de interpolação, os resultados são evidentes em peças usinadas sob condições ideais de usinagem.
Precisão Volumétrica
A medição da precisão volumétrica e posterior ajuste é um procedimento avançado e extremamente progressivo. Estas compensações avançadas são projetadas para reduzir o ponto central da ferramenta (TCP) desvio em qualquer local no espaço de trabalho medido da máquina. A soma dos desvios parciais nos diferentes eixos é o desvio volumétrico TCP.
Um mapa vetorial de desvios de erro na área de trabalho representa a precisão volumétrica das máquinas-ferramentas. O conceito de precisão volumétrica para um centro de três eixos é definido na ISO 230-1 como o intervalo máximo de desvios relativos entre a posição real e ideal nas direções X, Y e Z. Além disso, a faixa máxima de desvios de orientação para as direções dos eixos A, B e C para movimentos nos eixos X, Y e Z no volume especificado. Onde os desvios são os desvios relativos entre a ferramenta e a peça na máquina-ferramenta para o alinhamento especificado da peça.
O instrumento de medição LaserTRACER (Figura abaixo) é usado principalmente para determinar a precisão volumétrica e compensá-la. O princípio de medição do LaserTRACER é baseado na medição de comprimentos de feixe (comprimentos de onda do laser HeNe, 632.8 nm) e no uso do método de multilateração sequencial para calcular o ponto medido na área de trabalho.
É necessário medir gradualmente a partir de vários pontos da máquina com este método (são recomendadas pelo menos quatro posições do LaserTRACER). O método é descrito como uma analogia do sistema GPS.
Medição de precisão volumétrica por laser tracer
Precisão de trabalho
Esta é uma propriedade da máquina-ferramenta que descreve a qualidade e a produtividade de uma futura peça de trabalho. A fabricação de uma peça de trabalho de teste ou uma sucessão de peças de trabalho de teste demonstra a precisão do trabalho. A precisão relativa do caminho da ferramenta tem um impacto na máquina precisão de trabalho.
Precisão de produção
Precisão de produção refere-se à precisão do processo de fabricação medida na peça de trabalho. A precisão geométrica, a precisão do posicionamento e a precisão do trabalho são influenciadas por falhas do operador da máquina (ferramenta ajustada incorretamente, peça de trabalho fixada inadequadamente), bem como por variações nas circunstâncias ambientais. Variações nas dimensões das peças de teste durante o processo de fabricação fornecem feedback direto sobre a precisão da produção.
Fatores que afetam a precisão da usinagem CNC
Muitos fatores influenciam a operação da máquina-ferramenta CNC. Isso nos permite compreender não apenas o impacto do ambiente em que ela está localizada, mas também a influência do operador na máquina e seus efeitos no ambiente. Esses fatores têm impacto nos atributos que todos os usuários de máquinas-ferramenta desejam, como estabilidade de execução, precisão de usinagem repetível e operação sem problemas. As máquinas-ferramentas devem ser avaliadas de forma completa, hierárquica e estruturada. A máquina-ferramenta é afetada pelo ambiente de oficina onde é instalado por: vibrações, impurezas e calor.
Três fatores principais que afetam a máquina-ferramenta e o processo de fabricação produzem a peça diferenças dimensionais:
- influência da temperatura
- rigidez estática do sistema máquina-ferramenta-peça de trabalho;
- Conformidade dinâmica do sistema máquina-ferramenta-peça
Durante a operação e no modo de espera, cada máquina-ferramenta CNC está exposta a impactos de temperatura, tanto uniformes quanto irregulares. As deformações de temperatura ocorrem como resultado deste efeito de temperatura, resultando em uma mudança na posição da peça em relação à ferramenta e, portanto, em imprecisões.
Nosso objetivo é que, apesar do estado termicamente estabilizado da máquina. As variações de temperatura e suas manifestações de deformação térmica afetam a localização da ferramenta em relação à peça de trabalho e a precisão de usinagem tão pequeno quanto possível por:
- selecionar um projeto de máquina que seja termosimétrico;
- Aumentar a eficiência de todos os nós e elementos, resultando em menores perdas de calor;
- localizar fontes de calor de forma eficiente para que não interfiram no projeto da máquina;
- dispersão de calor por meio de resfriamento, remoção de cavacos ou dimensionamento de superfície para dissipação de calor eficaz;
- ajustando as configurações da máquina;
- examinando o fluxo de ar e a temperatura, ou protegendo contra emissão térmica externa
Possível erro principal na precisão da usinagem CNC
O grau de conformidade entre os parâmetros geométricos reais (tamanho, forma e localização) das peças processadas e os parâmetros geométricos ideais é denominado precisão de usinagem. Embora os erros sejam inevitáveis no processamento, eles devem estar dentro da faixa aceitável. Domine a regra subjacente à sua mudança através da análise de erros. Para que você possa tomar as medidas adequadas para eliminar erros de processamento e aumentar a precisão do processamento.
Depois, haverá erros e explicações para eles, mais ou menos como segue:
- Erro na rotação do fuso
- Erro de estresse interno
- Erro de medição
- Erro com um trilho-guia.
- Erro na cadeia de transmissão.
- O erro geométrico da ferramenta.
- Erro no posicionamento.
- Erros devido à força e deformação do sistema de processamento.
- Erros devido à deformação térmica do sistema de processo.
Maneiras de aumentar a precisão da máquina CNC
É vital melhorar a precisão da máquina-ferramenta para melhorar a precisão das peças usinadas. Mas, por que a maior parte da precisão da usinagem CNC está abaixo do nível padrão e como pode melhorá-la? Bem, a imprecisão geométrica da construção do corpo, folga, distorção devido a variações de temperatura, umidade, erro de servocontrole e erro de movimento da rotação do eixo do fuso, todos contribuem para a precisão da máquina-ferramenta.
Além disso, muitas máquinas-ferramentas controladas numericamente funcionam abaixo da precisão anunciada pelo fabricante e não funcionam dentro da precisão prescrita. Isso ocorre porque a máquina precisão da ferramenta varia muito com base na configuração, ambiente e uso anterior. Cargas estáticas, cargas de usinagem e calor gerado pela usinagem anterior fazem parte do histórico operacional. Como resultado, as máquinas-ferramentas CNC que exigem usinagem de alta precisão devem ser calibradas regularmente.
Benefícios de melhorar a precisão
Assim, depois de aprimorar a precisão da usinagem CNC, vale a pena saber quais são os benefícios disso? Tudo bem, o método de aumentar a precisão pode fornecer inúmeras vantagens substanciais. Por exemplo; a maior precisão na medição e usinagem, a carga de trabalho e o tempo de configuração do sistema informatizado de gerenciamento de manutenção (CMMs), bem como o custo de retrabalho, podem ser minimizados.
Você tem várias vantagens ao atualizar seu equipamento para melhorar a precisão. Os benefícios que os ajustes trazem para a sua operação irão variar dependendo da sua carga de trabalho atual e das atualizações que você fizer no seu equipamento existente. À medida que a tecnologia e a demanda impulsionam produtos de usinagem mais precisos, a atualização atual evitará que sua organização fique para trás.
A economia de tempo em seus projetos é um dos principais motivos para melhorar a precisão de posicionamento das máquinas CNC. Cortes mais precisos eliminam a necessidade de sua empresa refazer o trabalho. Bem, está melhorando a qualidade do seu trabalho?
É claro que, além disso, automatizar diversos componentes da usinagem, como o posicionamento das ferramentas, minimiza o tempo necessário para cada processo. Processos mais eficientes reduzirão o tempo de espera pela conclusão do projeto. se você usar as peças geradas pela usinagem.
Quando você controla a variabilidade do produto, a medição de precisão de peças usinadas leva menos tempo. A variabilidade pode influenciar a precisão inicial de uma peça e a capacidade de produzir reproduções precisas. Alterar seu equipamento para eliminar essas variáveis pode garantir que seus resultados sejam precisos e consistentes. Além disso, você não deve ser obrigado a medir cada componente concluído.
Como verificar a precisão da máquina CNC
O objetivo básico é mostrar detalhadamente todo o processo, desde a medição dos componentes do erro até a verificação dos diferentes tipos de precisão após a compensação do erro. Também propõe um modelo cinemático generalizado para máquinas-ferramenta multieixos que descreve o erro volumétrico. O modelo de erro cinemático em um estudo é composto por 21 componentes de erro. Testamos os componentes de erro diversas vezes para mostrar os impactos da distorção térmica e do histórico operacional nos componentes de erro. As etapas básicas envolvidas neste estudo são as seguintes:
1. Modelagem de erros volumétricos.
2. Procedimento experimental de medição de erros
3. Um método para compensar a localização e o caminho da ferramenta.
4. O método de verificação.
O status da máquina-ferramenta pode ser totalmente detectado da mesma maneira, e a compensação de erros de software pode melhorar sua precisão. Quando a máquina-ferramenta é empregada como uma máquina de medição por coordenadas, o método de compensação de ponto pode ser usado para modificar o caminho nominal da ferramenta e realizar uma inspeção na máquina. Uma máquina CNC vertical de 3 eixos com interferômetro a laser e metodologia de barra esférica foi utilizada para demonstrar a precisão do método de calibração de erro durante o estudo.
Medição para cálculo da precisão da máquina CNC
A precisão de uma fresadora CNC é determinada por quão bem ela consegue seguir seus padrões predefinidos. A precisão geral de um item fresado é determinada por três métodos de medição separados: precisão de posicionamento, precisão ou repetibilidade e tolerância. O que exatamente é a precisão de posição? É a diferença entre a distância necessária entre pontos em uma peça e a distância real medida entre esses locais após a fresagem. A precisão do laminador é determinada tomando várias medições e determinando a média estatística das variações na oficina de usinagem CNC.
A precisão da posição pode ser medida seguindo o método experimental.
Medição de componentes de erro
Com exceção do rolamento, que é avaliado com nível eletrônico, os 19 componentes de erro são medidos com interferômetro a laser. A figura abaixo mostra a configuração experimental para medir os erros lineares e de quadratura na fresadora CNC Bridgeport com um interferômetro a laser. Em três temperaturas ambientes diferentes, a medição foi repetida três vezes para cada um dos 21 componentes de erro. Os procedimentos a seguir devem ser concluídos antes de medir os componentes do erro.
Medindo o erro de posição da usinagem Bridgeport CNC
Determine as dimensões de medição, o número de pontos no espaço de medição, o padrão de deslocamento (ciclo linear, ciclo quase-peregrino, etc.) e o número de repetições na máquina-ferramenta.
Aguarde tempo suficiente para que a máquina-ferramenta aqueça. Deixe o fuso girar a uma velocidade típica por várias horas enquanto a mesa e a ferramenta percorrem todo o espaço de medição.
Termopares são usados para monitorar a temperatura de elementos cruciais da máquina-ferramenta. A temperatura do fuso, dos motores de cada eixo, do parafuso de avanço x,y, da mesa e do óleo hidráulico devem ser todos verificados.
A tabela abaixo mostra os 21 componentes de erro medidos por um interferômetro laser para os três eixos, bem como um nível eletrônico para a medição do erro de rolamento. Os valores dos componentes de erro para qualquer ponto podem ser determinados interpolando linearmente os valores dos componentes de erro dos dois pontos medidos anteriormente.
As variações de temperatura podem ter um grande impacto nos componentes de erro da máquina-ferramenta. Como resultado, devemos determinar a tendência de variação do componente de erro em função da mudança de temperatura. Medimos os componentes do erro da máquina nas posições bidirecionais em agosto e novembro, respectivamente, para determinar o efeito de folga. A Figura 9 mostra a precisão do posicionamento do eixo x, que foi o mais crítico dos 21 componentes de erro. A enorme mudança nos dados de erro pode ser vista na Figura . Isso pode ser devido à contração e expansão de itens como fusos de esferas e guias em resposta a mudanças na temperatura ambiente.
Verificação da precisão do posicionamento
Empregamos um método de barra esférica, que é comumente usado para avaliar as propriedades dinâmicas de máquinas CNC, para medir a precisão do posicionamento para cada ponto no espaço 3D. A distância entre os centros de uma bola fixa e uma bola em movimento é medida usando esta abordagem. Os testes com o sistema de barra esférica RENISHAV/I e a disposição das estações de medição são mostrados na figura a seguir. O ângulo nominal de inclinação da barra esférica na medição de comprimento 3D foi de 45 graus em relação ao plano horizontal. Para eliminar o efeito de folga, os dados da barra esférica foram coletados calculando a média dos dados recebidos ao viajar para frente e para trás nos locais de medição ao longo do caminho da barra esférica.
Pontos e configurações que foram medidos
Precisão
A precisão é usada para obter os mesmos resultados após cada medição. A proximidade de uma medição com o valor verdadeiro ou aceitável é chamada de precisão. A precisão está relacionada à forma como são obtidas medições idênticas da mesma coisa. A precisão é distinta da exatidão.
Tolerância
O desvio mecânico permitido de um componente em relação ao valor aceitável da usinagem CNC pode ser determinado a partir da tolerância. Esta é outra forma de verificar a precisão exigida do produto.
Conclusão
Então, basicamente, como podemos determinar a precisão?
Há muita experiência e conhecimento necessários não apenas para como medir a precisão das máquinas (qual equipamento usar, qual método e procedimento empregar), mas também para como interpretar e usar os resultados no futuro. Padrões e regulamentos especificam e propõem como esses testes devem ser realizados e avaliados. Ao testar as propriedades da máquina, é importante entender todos os conceitos básicos também. Existem diferentes tipos de precisão de usinagem CNC que podem ser avaliados para medição precisa. Existem alguns fatores também, como ambiente de oficina, impurezas e calor que afetam a precisão. É importante considerá-los também ao calcular a precisão da usinagem CNC.
Esperamos que a leitura deste post seja suficiente para você obter tudo o que precisa sobre a Precisão da Usinagem CNC.
