Qual o motivo do erro de circularidade no centro de usinagem? Como ajustar?

Em resposta à ocorrência frequente de peças que excedem a tolerância devido a erros de circularidade no processo de usinagem de centros de usinagem, a fim de evitar tais problemas, são analisadas as razões para erros de circularidade e como suprimir tais problemas no processamento real da máquina-ferramenta para garantir os requisitos de precisão do processamento de peças são discutidos.
O erro de circularidade refere-se à variação do círculo real do objeto que está sendo medido dentro da mesma seção transversal do corpo giratório em comparação com o círculo ideal. Durante o uso prolongado de máquinas-ferramentas CNC, parafusos de esferas, trilhos-guia e rolamentos podem sofrer algum grau de desgaste. Ao mesmo tempo, fatores como manutenção inadequada, falta de lubrificação e grandes cortes de ferramentas podem agravar o desgaste dos componentes mecânicos, levando à deterioração acelerada da precisão geométrica dos equipamentos CNC. Todos esses são fatores que causam erros de arredondamento. A resposta dinâmica instável e a servo-otimização imperfeita dos sistemas CNC também podem afetar o erro de circularidade das máquinas-ferramentas CNC.
Geralmente, na aplicação prática de máquinas-ferramentas, a detecção de erros de circularidade de equipamentos de usinagem pode ser realizada por meio de um testador de esferas e hastes ou pela função de teste de circularidade integrada do equipamento. A função de teste de circularidade do sistema CNC Siemens 840Dsl pode simular a usinagem por meio de programas CNC sem a necessidade de corte experimental da peça. Com o poderoso poder de computação e a função de feedback de posição do sistema CNC, os erros de circularidade reais e teóricos da máquina-ferramenta podem ser medidos. Ao analisar os diferentes gráficos obtidos nos testes de circularidade, as razões para os diferentes erros e os métodos de ajuste para tais erros podem ser determinados. As principais causas de erros de circularidade geralmente incluem grande folga reversa do eixo de interpolação, salto reverso, incompatibilidade de servo, dois eixos de interpolação não perpendiculares e vibração da máquina-ferramenta. Tomando como exemplo o sistema CNC Siemens 840Dsl, será explicado o seguinte.
um
Erro de liberação reversa
O erro de folga reversa de uma máquina-ferramenta refere-se à folga reversa do eixo da máquina-ferramenta, que geralmente se reflete no ângulo da hélice do parafuso em um sistema CNC de circuito semifechado. Embora o motor de acionamento acione o parafuso para reverter dentro de um determinado ângulo, a bancada ainda precisa esperar que a folga entre o parafuso e a porca seja eliminada antes de poder se mover para trás. Esta folga é a folga reversa do eixo da máquina-ferramenta, que geralmente se reflete no ângulo da hélice do parafuso. A diferença entre o valor do comando e a quantidade real de movimento quando o eixo está em movimento reverso é o valor do erro de folga reversa do eixo.
(1) A influência da folga reversa no erro de circularidade pode afetar a precisão de posicionamento e a precisão de posicionamento repetido da máquina-ferramenta, reduzir a precisão de usinagem das máquinas-ferramenta CNC e causar erro de circularidade durante o processo de fresamento do centro de usinagem. Quando o eixo Y está em movimento reverso, devido à presença de folga reversa, isso fará com que o eixo Y fique atrás do eixo X para movimento de interpolação, resultando no processo de fresamento conforme mostrado na Figura 1.

Figura 1 Erro de arredondamento causado pela folga reversa
(2) A medição e o ajuste da folga reversa têm vários fatores que afetam o erro da folga reversa do eixo da máquina-ferramenta. Todas as conexões mecânicas entre o motor de acionamento e as peças móveis terão folgas, e as razões para a folga reversa do eixo da máquina-ferramenta são se o acoplamento do motor ao parafuso está solto, o erro de fabricação do parafuso esférico, se o o pré-aperto do parafuso está muito apertado ou muito frouxo e se a conexão entre a porca do parafuso e a parte móvel está apertada. Para folgas que não podem ser eliminadas na parte mecânica, é necessário compensar a folga reversa no sistema CNC.
Conforme mostrado na Figura 2, a medição da folga reversa é realizada fixando uma posição com um suporte de relógio magnético, pressionando a cabeça do relógio comparador em uma posição fixa na mesa de trabalho onde está o eixo a ser medido, zerando a escala do relógio comparador, continuando a mover o eixo de alimentação no mesmo sentido por uma certa distância, movendo o eixo no sentido oposto à posição inicial, lendo a diferença A do relógio comparador. O valor médio obtido após 7 medições é o erro de folga reversa do eixo, ou seja, A=(A1+A2+A3+A4+ A5+A6+A7)/7. Escrever o valor medido e calculado A no parâmetro do eixo correspondente MD32450 pode eliminar a folga reversa deste eixo. Ao compensar a folga reversa do eixo, a precisão do eixo de alimentação pode ser efetivamente melhorada para garantir a precisão do movimento de interpolação e melhorar efetivamente o erro de circularidade.

Figura 2 Medição da folga reversa
dois
Vibração do eixo de alimentação da máquina-ferramenta
A vibração gerada durante a usinagem CNC não afeta apenas a precisão dinâmica da máquina-ferramenta, mas também reduz a precisão do contorno das peças usinadas, aumenta o valor da rugosidade superficial e até afeta a vida útil da ferramenta e da máquina-ferramenta quando a vibração é forte. (1) As causas da vibração e seu impacto no erro de circularidade em sistemas de alimentação de máquinas-ferramenta CNC devem-se principalmente a três razões: primeiro, má lubrificação entre as peças móveis, aumento da resistência ao atrito nas peças móveis, o que pode facilmente causar rastejamento e vibração do eixo de alimentação; Em segundo lugar, a rigidez geral da corrente de transmissão mecânica entre o dispositivo de acionamento do sistema de alimentação e as partes móveis é fraca; A terceira questão é que em sistemas CNC de malha fechada, as oscilações do sistema são causadas por configurações excessivas de ganho para posição, velocidade e malhas de corrente, bem como configurações de parâmetros irracionais para aceleração. No processo de aplicação de máquinas-ferramenta CNC, as causas da vibração costumam ser abrangentes e devem ser investigadas uma a uma. Conforme mostrado na Figura 3, quando o eixo de alimentação da máquina-ferramenta vibra, a ferramenta e a peça sofrerão saltos periódicos, e a superfície usinada da peça produzirá faixas aleatoriamente com a mesma frequência de vibração da base. A precisão do contorno e a rugosidade da superfície da peça serão afetadas.

Figura 3 Erro de circularidade causado por vibração axial
(2) O método de suprimir a vibração do eixo de alimentação em máquinas-ferramentas CNC geralmente causa vibração no eixo da máquina devido a sistemas eletromecânicos incompatíveis. O objetivo da otimização da condução é conseguir a melhor correspondência do sistema eletromecânico, obtendo assim o desempenho dinâmico ideal e mais estável. Conforme mostrado na Figura 4, o servoacionamento do eixo da máquina-ferramenta inclui três circuitos de feedback, nomeadamente o circuito de posição, o circuito de velocidade e o circuito de corrente. Quando o eixo de alimentação vibra, o primeiro passo é verificar se o sistema mecânico está bem lubrificado e se a corrente de transmissão tem rigidez suficiente; Em segundo lugar, a otimização adicional do servo motor deve ser realizada com base na situação de manutenção mecânica. A otimização manual pode ser realizada ajustando o parâmetro de ganho da malha de posição MD32200 e o parâmetro de ganho da malha de velocidade 1407 até que o eixo do servo não vibre e o movimento seja estável.

Figura 4 Diagrama de blocos do sistema servo
três
Incompatibilidade de ganho do servo do eixo de interpolação
A distância entre cada eixo do centro de usinagem deve ser exatamente a mesma durante o ciclo de execução de um círculo. Se o processo de fresagem transformar um círculo em uma elipse, conforme mostrado na Figura 5, isso indica que o eixo maior está à frente do eixo menor durante o movimento de interpolação dos dois eixos. Para máquinas-ferramentas usadas há muitos anos, o primeiro passo é inspecionar a estrutura mecânica do eixo de interpolação da máquina-ferramenta, se o dispositivo de transmissão está solto e se o desgaste é severo. Verifique o pré-aperto do parafuso e do rolamento para ajuste da folga e compense a folga reversa. Depois de eliminar os problemas acima, o ganho dos dois eixos de interpolação precisa ser reajustado para garantir que o parâmetro de aceleração MD32300 e o ganho do anel de posição MD32200 dos dois eixos de interpolação sejam consistentes.

Figura 5: Ganho inconsistente causando elipses
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Salto reverso
O salto reverso refere-se a quando um eixo da máquina-ferramenta está se movendo na direção oposta e o eixo acelera de velocidade negativa para velocidade positiva. Quando a velocidade do eixo passa por 0, o estado da força de atrito muda de força de atrito estático para força de atrito dinâmica. A força necessária é maior que o movimento normal, causando uma pausa viscosa de curto prazo na posição de reversão devido a uma mudança no estado da força de atrito.
(1) A influência do erro de salto reverso no erro de circularidade No processo de fresamento de um centro de usinagem, quando o eixo está além do quadrante, a direção da velocidade do eixo muda, o eixo parte da velocidade zero e o estado da força de atrito muda consequentemente, resultando inevitavelmente em salto reverso. Quando um dos dois eixos de interpolação atingir seu valor máximo enquanto a velocidade do outro eixo for 0, haverá um curto período de estagnação, resultando em erros de contorno. Conforme mostrado na Figura 6, o círculo tem quatro cantos agudos no quadrante, que é o erro de salto reverso causado pelo atrito estático.

Figura 6 Erro de redondeza causado por erro de salto reverso
(2) O método de ajuste para salto reverso deve-se principalmente à mudança no estado de atrito. Portanto, quando ocorre salto reverso, a compensação de atrito deve ser adicionada ao eixo de interpolação. No sistema CNC da Siemens, a compensação de atrito é determinada pelo valor de compensação de atrito MD32520 e pela constante de tempo de compensação de atrito MD32540.
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, é necessário primeiro verificar se a transmissão mecânica está boa, se o ganho da malha de velocidade e o tempo de integração são razoáveis. A compensação excessiva do atrito estático pode ter um impacto negativo na qualidade da superfície.

Figura 7 Referência de compensação de fricção
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epílogo
As máquinas-ferramentas CNC são um todo orgânico completo e o controle dos sistemas mecânicos, elétricos e hidráulicos está interconectado e mutuamente influente. Portanto, ao analisar e resolver os fatores que afetam o erro de arredondamento, deve haver um conceito e experiência geral, e vários aspectos de detecção, análise e diagnóstico devem ser realizados até que a causa raiz da falha seja identificada.