Was ist die Ursache für den Rundheitsfehler im Bearbeitungszentrum? Wie anpassen?

Als Reaktion auf das häufige Auftreten von Teilen, die aufgrund von Rundheitsfehlern im Bearbeitungsprozess von Bearbeitungszentren die Toleranz überschreiten, werden zur Vermeidung solcher Probleme die Gründe für Rundheitsfehler analysiert und wie solche Probleme bei der tatsächlichen Werkzeugmaschinenbearbeitung unterdrückt werden können, um dies sicherzustellen Es werden die Genauigkeitsanforderungen der Teilebearbeitung besprochen.
Der Rundheitsfehler bezieht sich auf die Abweichung des tatsächlichen Kreises des zu messenden Objekts innerhalb desselben Querschnitts des rotierenden Körpers im Vergleich zum idealen Kreis. Bei längerem Einsatz von CNC-Werkzeugmaschinen kann es an Kugelumlaufspindeln, Führungsschienen und Lagern zu einem gewissen Verschleiß kommen. Gleichzeitig können Faktoren wie unzureichende Wartung, mangelnde Schmierung und große Werkzeugschnitte den Verschleiß mechanischer Komponenten verstärken und zu einer beschleunigten Verschlechterung der geometrischen Genauigkeit von CNC-Geräten führen. Dies sind alles Faktoren, die Rundheitsfehler verursachen. Die instabile dynamische Reaktion und die mangelhafte Servooptimierung von CNC-Systemen können sich auch auf den Rundheitsfehler von CNC-Werkzeugmaschinen auswirken.
Im Allgemeinen kann bei der praktischen Anwendung von Werkzeugmaschinen die Rundheitsfehlererkennung von Bearbeitungsgeräten über einen Kugel- und Stabtester oder die integrierte Rundheitsprüffunktion des Geräts durchgeführt werden. Die Rundheitsprüffunktion des Siemens 840Dsl CNC-Systems kann die Bearbeitung durch CNC-Programme simulieren, ohne dass ein Probeschneiden der Teile erforderlich ist. Mit der leistungsstarken Rechenleistung und Positionsrückmeldungsfunktion des CNC-Systems können die tatsächlichen und theoretischen Rundheitsfehler der Werkzeugmaschine gemessen werden. Durch die Analyse der verschiedenen Grafiken aus Rundheitstests können die Gründe für unterschiedliche Fehler und die Korrekturmethoden für solche Fehler ermittelt werden. Zu den Hauptursachen für Rundheitsfehler gehören im Allgemeinen ein großes Rückwärtsspiel der Interpolationsachse, Rückwärtssprünge, Servofehlanpassung, zwei nicht senkrechte Interpolationsachsen und Vibrationen der Maschine. Am Beispiel des CNC-Systems Siemens 840Dsl wird Folgendes erläutert.
eins
Rückwärtsspielfehler
Der Umkehrspielfehler einer Werkzeugmaschine bezieht sich auf das Umkehrspiel der Werkzeugmaschinenwelle, das sich im Allgemeinen im Schrägungswinkel der Schraube in einem CNC-System mit halbgeschlossenem Regelkreis widerspiegelt. Obwohl der Antriebsmotor die Schraube innerhalb eines bestimmten Winkels rückwärts bewegt, muss die Werkbank dennoch warten, bis das Spiel zwischen der Schraube und der Mutter beseitigt ist, bevor sie sich rückwärts bewegen kann. Dieses Spiel ist das Rückwärtsspiel der Werkzeugmaschinenwelle, das sich im Allgemeinen im Schrägungswinkel der Schraube widerspiegelt. Die Differenz zwischen dem Befehlswert und dem tatsächlichen Bewegungsbetrag, wenn sich die Achse in Rückwärtsbewegung befindet, ist der Rückwärtsspielfehlerwert der Achse.
(1) Der Einfluss des Umkehrspiels auf Rundheitsfehler kann die Positionierungsgenauigkeit und die wiederholte Positionierungsgenauigkeit der Werkzeugmaschine beeinträchtigen, die Bearbeitungsgenauigkeit von CNC-Werkzeugmaschinen verringern und Rundheitsfehler während des Fräsprozesses des Bearbeitungszentrums verursachen. Wenn sich die Y-Achse in der Rückwärtsbewegung befindet, führt dies aufgrund des vorhandenen Rückwärtsspiels dazu, dass die Y-Achse bei der Interpolationsbewegung hinter der X-Achse zurückbleibt, was zu einem Fräsvorgang führt, wie in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1 Rundheitsfehler durch Rückwärtsspiel
(2) Die Messung und Einstellung des Rückwärtsspiels hat verschiedene Faktoren, die den Fehler des Rückwärtsspiels der Werkzeugmaschinenwelle beeinflussen. Alle mechanischen Verbindungen zwischen dem Antriebsmotor und den beweglichen Teilen haben Spiel, und die Gründe für das umgekehrte Spiel der Werkzeugmaschinenwelle sind, ob die Kupplung des Motors mit der Spindel locker ist, der Herstellungsfehler der Kugelumlaufspindel, ob Das Voranziehen der Schraube ist zu fest oder zu locker und ob die Verbindung zwischen der Schraubenmutter und dem beweglichen Teil fest ist. Für Spiele, die im mechanischen Teil nicht beseitigt werden können, ist es notwendig, das Umkehrspiel im CNC-System auszugleichen.
Wie in Abbildung 2 dargestellt, erfolgt die Rückwärtsspielmessung durch Fixieren einer Position mit einem magnetischen Messgerätehalter, Drücken des Messuhrenkopfes auf eine feste Position auf dem Arbeitstisch, wo sich die zu messende Welle befindet, Nullstellen der Messuhrskala und Weiterbewegen Bewegen Sie die Vorschubwelle eine bestimmte Strecke lang in die gleiche Richtung, bewegen Sie die Welle in die entgegengesetzte Richtung zur Ausgangsposition und lesen Sie die Differenz A an der Messuhr ab. Der nach 7 Messungen erhaltene Durchschnittswert ist der Umkehrspielfehler der Welle, d. h. A=(A1+A2+A3+A4+ A5+A6+A7)/7. Durch Schreiben des gemessenen und berechneten Wertes A in den entsprechenden Achsparameter MD32450 kann das Rücklaufspiel dieser Achse beseitigt werden. Durch die Kompensation des Umkehrspiels der Welle kann die Genauigkeit der Vorschubwelle effektiv verbessert werden, um die Genauigkeit der Interpolationsbewegung sicherzustellen und Rundheitsfehler effektiv zu verbessern.

Abbildung 2 Messung des Rückwärtsspiels
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Vibration der Vorschubwelle einer Werkzeugmaschine
Die bei der CNC-Bearbeitung erzeugten Vibrationen wirken sich nicht nur auf die dynamische Genauigkeit der Werkzeugmaschine aus, sondern verringern auch die Konturgenauigkeit der bearbeiteten Teile, erhöhen den Oberflächenrauheitswert und beeinträchtigen bei Vibration sogar die Lebensdauer des Werkzeugs und der Werkzeugmaschine schwer. (1) Die Ursachen für Vibrationen und ihre Auswirkung auf Rundheitsfehler in Vorschubsystemen von CNC-Werkzeugmaschinen sind hauptsächlich auf drei Gründe zurückzuführen: Erstens schlechte Schmierung zwischen beweglichen Teilen, erhöhter Reibungswiderstand an beweglichen Teilen, was leicht zu Kriechen und Vibrationen führen kann Vorschubschacht; Zweitens ist die Gesamtsteifigkeit der mechanischen Übertragungskette zwischen der Antriebsvorrichtung des Zuführsystems und den beweglichen Teilen schlecht; Das dritte Problem besteht darin, dass in CNC-Systemen mit geschlossenem Regelkreis Systemschwingungen durch übermäßige Verstärkungseinstellungen für Position, Geschwindigkeit und Stromregelkreise sowie unangemessene Parametereinstellungen für die Beschleunigung verursacht werden. Im Anwendungsprozess von CNC-Werkzeugmaschinen sind die Vibrationsursachen in der Regel umfassend und sollten einzeln untersucht werden. Wie in Abbildung 3 dargestellt, kommt es beim Vibrieren der Vorschubwelle der Werkzeugmaschine zu periodischen Sprüngen zwischen Werkzeug und Werkstück und die bearbeitete Oberfläche des Werkstücks erzeugt zufällig Streifen mit der gleichen Frequenz der Bettvibration. Die Konturgenauigkeit und Oberflächenrauheit des Werkstücks werden beeinträchtigt.

Abbildung 3 Rundheitsfehler durch axiale Vibration
(2) Die Methode zur Unterdrückung von Vibrationen der Vorschubwelle in CNC-Werkzeugmaschinen verursacht aufgrund nicht übereinstimmender elektromechanischer Systeme normalerweise Vibrationen der Maschinenwelle. Der Zweck der Fahroptimierung besteht darin, die beste Anpassung des elektromechanischen Systems zu erreichen und dadurch die optimale und stabilste dynamische Leistung zu erzielen. Wie in Abbildung 4 dargestellt, umfasst der Servoantrieb der Werkzeugmaschinenachse drei Rückkopplungsschleifen, nämlich die Positionsschleife, die Geschwindigkeitsschleife und die Stromschleife. Wenn die Vorschubwelle vibriert, muss zunächst geprüft werden, ob die Mechanik gut geschmiert ist und ob die Übertragungskette ausreichend steif ist. Zweitens sollte eine weitere Optimierung des Servomotors basierend auf der mechanischen Wartungssituation durchgeführt werden. Eine manuelle Optimierung kann durchgeführt werden, indem der Positionsregelkreisverstärkungsparameter MD32200 und der Geschwindigkeitsregelkreisverstärkungsparameter 1407 angepasst werden, bis die Servowelle nicht mehr vibriert und die Bewegung stabil ist.

Abbildung 4: Blockdiagramm des Servosystems
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Nicht übereinstimmende Servoverstärkung der Interpolationsachse
Der Abstand zwischen den einzelnen Achsen des Bearbeitungszentrums sollte während des Kreislaufzyklus genau gleich sein. Wenn durch den Fräsvorgang ein Kreis in eine Ellipse umgewandelt wird, wie in Abbildung 5 dargestellt, bedeutet dies, dass die Hauptachse während der Interpolationsbewegung der beiden Achsen vor der Nebenachse liegt. Bei Werkzeugmaschinen, die seit vielen Jahren im Einsatz sind, besteht der erste Schritt darin, die mechanische Struktur der Interpolationswelle der Werkzeugmaschine zu überprüfen, ob die Übertragungsvorrichtung locker ist und ob der Verschleiß stark ist. Überprüfen Sie die Vorspannung der Schraube und des Lagers zur Spieleinstellung und gleichen Sie das umgekehrte Spiel aus. Nach Beseitigung der oben genannten Probleme muss die Verstärkung der beiden Interpolationswellen neu angepasst werden, um sicherzustellen, dass der Beschleunigungsparameter MD32300 und die Positionsringverstärkung MD32200 der beiden Interpolationswellen konsistent sind.

Abbildung 5: Inkonsistente Verstärkung, die zu Ellipsen führt
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Rückwärtssprung
Rückwärtssprung bezieht sich darauf, dass sich eine Werkzeugmaschinenachse in die entgegengesetzte Richtung bewegt und die Achse von negativer Geschwindigkeit auf positive Geschwindigkeit beschleunigt. Wenn die Achsengeschwindigkeit 0 durchläuft, ändert sich der Zustand der Reibungskraft von statischer Reibungskraft zu dynamischer Reibungskraft. Die erforderliche Kraft ist größer als die normale Bewegung, was aufgrund einer Änderung des Zustands der Reibungskraft zu einer kurzzeitigen viskosen Pause an der Umkehrposition führt.
(1) Der Einfluss des umgekehrten Sprungfehlers auf den Rundheitsfehler. Wenn sich die Welle im Fräsprozess eines Bearbeitungszentrums außerhalb des Quadranten befindet, ändert sich die Richtung der Wellengeschwindigkeit, die Welle startet bei einer Geschwindigkeit von Null und der Reibungskraftzustand ändert sich Dementsprechend führt dies unweigerlich zu einem Rückwärtssprung. Wenn eine der beiden Interpolationsachsen ihren Maximalwert erreicht hat, während die Geschwindigkeit der anderen Achse 0 beträgt, kommt es zu einer kurzen Stagnationszeit, die zu Konturfehlern führt. Wie in Abbildung 6 dargestellt, hat der Kreis am Quadranten vier scharfe Ecken, was den durch Haftreibung verursachten Rückwärtssprungfehler darstellt.

Abbildung 6 Rundheitsfehler durch Rückwärtssprungfehler
(2) Die Anpassungsmethode für den Rückwärtssprung ist hauptsächlich auf die Änderung des Reibungszustands zurückzuführen. Wenn daher ein Rückwärtssprung auftritt, sollte der Interpolationswelle eine Reibungskompensation hinzugefügt werden. Im CNC-System von Siemens wird die Reibungskompensation durch den Reibungskompensationswert MD32520 und die Reibungskompensationszeitkonstante MD32540 bestimmt.
For the adjustment of reverse jump, first set MD32500=1 (effective friction compensation), and then adjust the friction compensation value MD32520 and friction compensation time constant MD32540 corresponding to the jump axis. The size of the two parameter values can be adjusted according to Figure 7, and the impact on the quadrant point can be eliminated until the sharp point is crossed. It should be noted that the compensation value set should not be too large. When MD32520>150mm/min and MD32540>0.015s, es muss zunächst geprüft werden, ob die mechanische Übertragung in Ordnung ist, ob die Geschwindigkeitsschleifenverstärkung und die Integrationszeit angemessen sind. Ein zu hoher Ausgleich der Haftreibung kann sich negativ auf die Oberflächenqualität auswirken.

Abbildung 7 Referenz zur Reibungskompensation
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Epilog
CNC-Werkzeugmaschinen sind ein vollständig organisches Ganzes, und die Steuerung mechanischer, elektrischer und hydraulischer Systeme ist miteinander verbunden und beeinflusst sich gegenseitig. Daher sollte bei der Analyse und Lösung der Faktoren, die sich auf Rundheitsfehler auswirken, ein Gesamtkonzept und Erfahrung vorhanden sein und mehrere Aspekte der Erkennung, Analyse und Diagnose durchgeführt werden, bis die Grundursache des Fehlers identifiziert ist.