nogle årsager til termiske fejl ved drejebearbejdning

CNC-vertikale drejebænke oplever ofte dimensionelle afvigelser og nedsat nøjagtighed under langvarig stabil drift eller bearbejdning med høj belastning. De grundlæggende årsager til disse problemer omfatter både geometriske fejl og termiske fejl i maskinen.

Denne artikel gennemgår systematisk de vigtigste kilder, karakteristika og virkninger af termiske fejl og sammenligner fordele og ulemper ved hardware- og softwarekompensation.

Fejlklassificering:

1. Geometriske fejl: iboende fejl forårsaget af maskinens produktionsfejl, fejl i montering af dele, installationstolerancer og statiske/dynamiske forskydninger (f.eks. styresporets rethed, vinkelfejl, fejltagelser i ledeskruens stigning).
2. Termiske fejl: fejl forårsaget af termisk udvidelse eller termisk deformation af maskinen eller emnet på grund af temperaturændringer; disse varierer med tiden og bearbejdningsforholdene og udgør derfor tidsafhængige fejlkilder.

Hovedårsager til termiske fejl:

1. Skærevarme: Store mængder varme, der genereres i skæreområdet mellem værktøj og emne, ledes delvist ind i emnet, værktøjsholderen og maskinstrukturen, hvilket forårsager lokal temperaturstigning og deformation.
2. Opvarmning af spindel og motor: spindelmotoren, servomotorer og drivenheder genererer varme under drift, hvilket ændrer spindelgeometrien og radialt slør.
3. Leje- og transmissionsfriktion: Friktion i lejer, gearkasser, remme/koblinger osv. producerer varme og lokal ekspansion, der påvirker transmissionsnøjagtigheden og koncentriciteten.
4. Glidefriktion og føringer: Føringer, glideskinner og spindler genererer friktionsvarme under bevægelse, hvilket forårsager termisk forskydning af vognen og fremføringssystemet.
5. Varme fra hydrauliske/pneumatiske systemer: Hydrauliske pumper, ventiler, olietanke osv. genererer varme, der overføres gennem bærende konstruktioner til vigtige maskindele.
6. Temperaturudsving i kølevæske og skærevæske: ustabil kølevæsketemperatur eller -flow ændrer varmeafledningsforholdene for emnet og værktøjet, hvilket påvirker den termiske ligevægt.
7. Ændringer i omgivelsestemperaturen og temperaturen i værkstedet: Døgn- eller sæsonbestemte temperaturforskelle og dårlig klimaanlægskontrol forårsager en generel temperaturændring i maskinen.
8. Asymmetriske varmekilder og temperaturgradienter: Ujævn fordeling af interne/eksterne varmekilder eller langvarig lokal opvarmning (f.eks. ensidig langvarig skæring) skaber uensartet termisk deformation og positioneringsfejl.
9. Termiske effekter fra fastgørelsesanordninger og emner: Store emner eller emner med høj varmekapacitet absorberer varme under bearbejdningen og ændrer deres relative positioner; termisk ledning fra fastgørelsesanordninger kan også overføre fejl.

Karakteristika og virkninger af termiske fejl:

1. Tidsafhængighed: Termiske fejl akkumuleres over bearbejdningstiden og udviser tendenser eller periodiske ændringer. De kan være stabile over korte intervaller, men blive betydelige under lange kørsler.
2. Rumlig uensartethed: Forskellige komponenter opvarmes ujævnt, hvilket skaber komplekse deformationsmønstre (forskydning, hældning, bøjning).
3. Stor indvirkning på højpræcisionsarbejde: Termiske fejl er især betydningsfulde ved bearbejdning på mikrometerniveau og gentagen positionering, hvilket forårsager dimensionelle afvigelser, geometriske fejl og forringet overfladekvalitet.
4. Kan ikke let elimineres ved en engangsjustering af hardwaren: Da termiske fejl ændrer sig med driftsforholdene, er faste mekaniske korrektioner eller kalibreringer ofte ineffektive over tid.

Begrænsninger ved traditionel hardwarekompensation:

Hardwarekompensation (f.eks. renovering af dele, justering af kalibreringsmålere, mekaniske strukturændringer) kan korrigere statiske geometriske fejl, men kan ikke håndtere tidsvarierende eller semi-tilfældige termiske fejl. Sådanne foranstaltninger mangler fleksibilitet, kræver lange justeringscyklusser og høje omkostninger og skal gentages ofte for forskellige dele eller skæreforhold, hvilket gør dem uegnede til dynamiske produktionsmiljøer.

Måling af termiske fejl:

1. Placering af sensorer: Installer temperatursensorer (termoelementer/RTD'er) og nødvendige forskydnings-/differentialsensorer på vigtige steder såsom spindel, ledeskrue, seng, styreskinner, hovedmotorer, lejehus og kølevandsindtag/-udtag.
2. Test og dataindsamling: Indsaml temperatur- og geometriske fejldata (forskydning, rethed, koncentricitet) under repræsentative forhold (varierende skæredybde, skærehastighed, tomgang/kontinuerlig bearbejdning osv.