Phân tích sâu về mức độ chính xác và yêu cầu về độ chính xác gia công cho các bộ phận chính của máy công cụ CNC
Trong sản xuất hiện đại, máy công cụ CNC đã trở thành thiết bị cốt lõi để sản xuất các chi tiết chính xác khác nhau với độ chính xác cao, hiệu suất cao và mức độ tự động hóa cao. Độ chính xác của máy công cụ CNC quyết định trực tiếp đến chất lượng và độ phức tạp của các chi tiết mà chúng có thể gia công, và yêu cầu về độ chính xác gia công đối với các chi tiết chủ chốt của các chi tiết điển hình đóng vai trò quyết định trong việc lựa chọn máy công cụ CNC.
Máy công cụ CNC có thể được phân loại thành nhiều loại khác nhau dựa trên mục đích sử dụng, bao gồm máy đơn giản, máy hoàn chỉnh, máy siêu chính xác, v.v. Mỗi loại có thể đạt được các mức độ chính xác khác nhau. Máy công cụ CNC đơn giản vẫn được sử dụng trong một số máy tiện và máy phay, với độ phân giải chuyển động tối thiểu là 0,01mm, và độ chính xác chuyển động và gia công thường trên (0,03-0,05) mm. Loại máy công cụ này phù hợp cho một số công việc gia công có yêu cầu độ chính xác tương đối thấp.
Máy công cụ CNC siêu chính xác chủ yếu được sử dụng trong các lĩnh vực gia công đặc biệt, với độ chính xác có thể đạt đến mức đáng kinh ngạc dưới 0,001mm. Máy công cụ có độ chính xác cực cao này có thể sản xuất các chi tiết cực kỳ chính xác, đáp ứng các yêu cầu khắt khe của các ngành công nghiệp tiên tiến và đòi hỏi độ chính xác cao như hàng không vũ trụ và thiết bị y tế.
Ngoài việc phân loại theo mục đích sử dụng, máy công cụ CNC còn có thể được phân loại thành loại thông thường và loại chính xác dựa trên độ chính xác. Khi kiểm tra độ chính xác của máy công cụ CNC, thường bao gồm 20-30 hạng mục. Tuy nhiên, các hạng mục tiêu biểu và đặc trưng nhất chủ yếu bao gồm độ chính xác định vị một trục, độ chính xác định vị lặp lại một trục và độ tròn của chi tiết thử nghiệm được tạo ra bởi hai hoặc nhiều trục gia công liên kết.
Độ chính xác định vị một trục là phạm vi sai số khi định vị bất kỳ điểm nào trong hành trình trục, và là một chỉ số quan trọng phản ánh trực tiếp khả năng chính xác gia công của máy công cụ. Hiện nay, có một số khác biệt nhất định về quy định, định nghĩa, phương pháp đo lường và phương pháp xử lý dữ liệu của chỉ số này giữa các quốc gia trên thế giới. Trong phần giới thiệu dữ liệu mẫu cho các loại máy công cụ CNC khác nhau, các tiêu chuẩn chung bao gồm Tiêu chuẩn Hoa Kỳ (NAS), các tiêu chuẩn được khuyến nghị của Hiệp hội các nhà sản xuất máy công cụ Hoa Kỳ, Tiêu chuẩn Đức (VDI), Tiêu chuẩn Nhật Bản (JIS), Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế (ISO) và Tiêu chuẩn Quốc gia Trung Quốc (GB).
Cần lưu ý rằng trong số các tiêu chuẩn này, tiêu chuẩn Nhật Bản chỉ định mức thấp nhất. Phương pháp đo lường dựa trên một tập hợp dữ liệu ổn định duy nhất, sau đó giá trị sai số được nén một nửa bằng cách lấy giá trị ±. Do đó, độ chính xác định vị được đo bằng các phương pháp đo lường tiêu chuẩn Nhật Bản thường khác nhau hơn hai lần so với kết quả đo bằng các tiêu chuẩn khác. Tuy nhiên, các tiêu chuẩn khác, mặc dù khác nhau về cách xử lý dữ liệu, nhưng tất cả đều tuân theo quy luật thống kê sai số để phân tích độ chính xác đo lường và định vị. Điều này có nghĩa là đối với một lỗi điểm định vị nhất định trong hành trình trục có thể điều khiển của máy công cụ CNC, nó sẽ phản ánh tình trạng lỗi của hàng nghìn lần định vị trong quá trình sử dụng máy công cụ lâu dài. Tuy nhiên, trong phép đo thực tế, do hạn chế về điều kiện, chỉ có thể thực hiện một số phép đo hạn chế (thường là 5-7 lần).
Độ chính xác định vị lặp lại trên một trục phản ánh toàn diện độ chính xác của từng bộ phận chuyển động trên trục, đặc biệt là phản ánh độ ổn định định vị của trục tại bất kỳ điểm định vị nào trong hành trình, điều này có ý nghĩa rất lớn. Đây là chỉ số cơ bản để đánh giá xem trục có hoạt động ổn định và đáng tin cậy hay không. Trong các hệ thống CNC hiện đại, phần mềm thường có chức năng bù lỗi phong phú, có thể bù lỗi hệ thống của từng mắt xích trên xích truyền động một cách ổn định.
Ví dụ, khe hở, biến dạng đàn hồi và độ cứng tiếp xúc của mỗi mắt xích trong xích truyền động sẽ biểu hiện các chuyển động tức thời khác nhau tùy thuộc vào các yếu tố như kích thước tải trọng của bàn làm việc, độ dài khoảng cách di chuyển và tốc độ định vị chuyển động. Trong một số hệ thống servo cấp liệu vòng hở và vòng bán kín, các bộ phận truyền động cơ học sau khi đo các bộ phận sẽ bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố ngẫu nhiên, dẫn đến sai số ngẫu nhiên đáng kể. Ví dụ, sự giãn dài do nhiệt của vít me bi có thể gây ra sự dịch chuyển vị trí định vị thực tế của bàn làm việc.
Để đánh giá toàn diện hiệu suất chính xác của máy công cụ CNC, ngoài các chỉ số độ chính xác trục đơn đã đề cập ở trên, việc đánh giá độ chính xác của gia công liên kết đa trục cũng rất quan trọng. Độ chính xác của phay bề mặt trụ hoặc phay rãnh xoắn ốc không gian (ren) là một chỉ số có thể đánh giá toàn diện đặc tính chuyển động servo của trục CNC (hai hoặc ba trục) và chức năng nội suy của hệ thống CNC trong máy công cụ. Phương pháp đánh giá thông thường là đo độ tròn của bề mặt trụ đã gia công.
Trong quá trình cắt thử máy công cụ CNC, phương pháp phay vuông góc bốn cạnh cũng là một phương pháp đánh giá hiệu quả, có thể được sử dụng để đánh giá độ chính xác của hai trục điều khiển trong chuyển động nội suy tuyến tính. Trong quá trình cắt thử này, dao phay ngón dùng cho gia công chính xác được lắp trên trục chính của máy công cụ, và mẫu hình tròn đặt trên bàn làm việc được phay. Đối với máy công cụ cỡ nhỏ và vừa, mẫu hình tròn thường được chọn trong khoảng từ 200 đến 300 Yên. Sau khi hoàn tất phay, đặt mẫu lên máy đo độ tròn và đo độ tròn của bề mặt gia công.
Bằng cách quan sát và phân tích kết quả gia công, nhiều thông tin quan trọng về độ chính xác và hiệu suất của máy công cụ có thể thu được. Nếu có các mẫu rung động của dao phay rõ ràng trên bề mặt hình trụ đã phay, điều này phản ánh tốc độ nội suy không ổn định của máy công cụ; Nếu có sai số hình elip đáng kể trong độ tròn do phay tạo ra, điều này cho thấy rằng các mức tăng của hai hệ trục có thể điều khiển đối với chuyển động nội suy không khớp nhau; Trên bề mặt hình tròn, nếu có các dấu dừng tại các điểm mà mỗi trục có thể điều khiển thay đổi hướng (tức là, trong chuyển động cắt liên tục, nếu chuyển động tiến dao dừng lại ở một vị trí nhất định, dụng cụ sẽ tạo thành một phần nhỏ các dấu cắt kim loại trên bề mặt gia công), điều này cho thấy khe hở tiến và lùi của trục chưa được điều chỉnh đúng cách.
Việc đánh giá độ chính xác của máy công cụ CNC là một quá trình phức tạp và khó khăn, thậm chí một số máy còn cần phải đánh giá chính xác sau khi gia công xong. Điều này là do độ chính xác của máy công cụ bị ảnh hưởng bởi sự kết hợp của nhiều yếu tố, bao gồm thiết kế cấu trúc máy, độ chính xác gia công của các chi tiết, chất lượng lắp ráp, hiệu suất của hệ thống điều khiển và điều kiện môi trường trong quá trình gia công.
Về mặt thiết kế kết cấu máy công cụ, bố trí kết cấu hợp lý và thiết kế cứng vững có thể giảm thiểu hiệu quả rung động và biến dạng trong quá trình gia công, từ đó cải thiện độ chính xác gia công. Ví dụ, sử dụng vật liệu bệ máy có độ bền cao, kết cấu cột và dầm ngang được tối ưu hóa, v.v., có thể giúp nâng cao độ ổn định tổng thể của máy công cụ.
Độ chính xác gia công của các linh kiện cũng đóng vai trò cơ bản trong độ chính xác của máy công cụ. Độ chính xác của các linh kiện chính như vít me bi, thanh dẫn hướng tuyến tính và trục chính quyết định trực tiếp đến độ chính xác chuyển động của từng trục chuyển động của máy công cụ. Vít me bi chất lượng cao đảm bảo chuyển động tuyến tính chính xác, trong khi thanh dẫn hướng tuyến tính có độ chính xác cao mang lại khả năng dẫn hướng mượt mà.
Chất lượng lắp ráp cũng là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ chính xác của máy công cụ. Trong quá trình lắp ráp máy công cụ, cần kiểm soát chặt chẽ các thông số như độ chính xác lắp ráp, độ song song và độ thẳng đứng giữa các chi tiết để đảm bảo mối quan hệ chuyển động chính xác giữa các bộ phận chuyển động của máy công cụ trong quá trình vận hành.
Hiệu suất của hệ thống điều khiển là yếu tố then chốt đối với việc kiểm soát độ chính xác của máy công cụ. Các hệ thống CNC tiên tiến có thể đạt được khả năng kiểm soát vị trí, tốc độ và nội suy chính xác hơn, từ đó cải thiện độ chính xác gia công của máy công cụ. Đồng thời, chức năng bù lỗi của hệ thống CNC có thể bù lỗi theo thời gian thực cho các loại lỗi khác nhau của máy công cụ, từ đó cải thiện hơn nữa độ chính xác gia công.
Điều kiện môi trường trong quá trình gia công cũng có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của máy công cụ. Sự thay đổi nhiệt độ và độ ẩm có thể gây ra sự giãn nở và co lại do nhiệt của các chi tiết máy công cụ, từ đó ảnh hưởng đến độ chính xác gia công. Do đó, trong các tình huống gia công có độ chính xác cao, thường cần kiểm soát chặt chẽ môi trường gia công và duy trì nhiệt độ và độ ẩm không đổi.
Tóm lại, độ chính xác của máy công cụ CNC là một chỉ số toàn diện chịu ảnh hưởng của sự tương tác của nhiều yếu tố. Khi lựa chọn máy công cụ CNC, cần xem xét các yếu tố như loại máy, mức độ chính xác, thông số kỹ thuật, cũng như uy tín và dịch vụ hậu mãi của nhà sản xuất, dựa trên yêu cầu về độ chính xác gia công của chi tiết. Đồng thời, trong quá trình sử dụng máy, cần tiến hành kiểm tra độ chính xác và bảo trì định kỳ để kịp thời phát hiện và xử lý các vấn đề, đảm bảo máy luôn duy trì độ chính xác tốt và cung cấp sự đảm bảo đáng tin cậy cho việc sản xuất các chi tiết chất lượng cao.
Với sự tiến bộ không ngừng của công nghệ và sự phát triển nhanh chóng của sản xuất, yêu cầu về độ chính xác của máy công cụ CNC cũng không ngừng tăng lên. Các nhà sản xuất máy công cụ CNC không ngừng nghiên cứu và đổi mới, áp dụng các công nghệ và quy trình tiên tiến hơn để cải thiện độ chính xác và hiệu suất của máy công cụ. Đồng thời, các tiêu chuẩn và thông số kỹ thuật liên quan của ngành cũng không ngừng được cải thiện, cung cấp cơ sở khoa học và thống nhất hơn cho việc đánh giá độ chính xác và kiểm soát chất lượng của máy công cụ CNC.
Trong tương lai, máy công cụ CNC sẽ phát triển theo hướng nâng cao độ chính xác, hiệu quả và tự động hóa, hỗ trợ mạnh mẽ hơn cho quá trình chuyển đổi và nâng cấp ngành sản xuất. Đối với các doanh nghiệp sản xuất, việc hiểu rõ đặc tính chính xác của máy công cụ CNC, lựa chọn và sử dụng máy công cụ CNC hợp lý sẽ là chìa khóa để nâng cao chất lượng sản phẩm và tăng khả năng cạnh tranh trên thị trường.