2 grudnia 2022

Jednocześnie metoda pozwala na lepsze poznanie zjawisk dynamicznych występujących przy obróbce, wpływu zmian nastaw regulatorów prędkości oraz diagnostykę przyczyn błędów nastawionej prędkości obrotowej. Pozwala też, przy 32 bitowych licznikach, także na pomiar równomierności i dokładności bardzo niskich prędkości obrotowych.
W tabeli 1 przedstawiono wytyczne do diagnostyki wrzecion obrotowych na podstawie opisanej metodyki pomiarów.

 tab 1
Tab. 1  wytyczne do diagnostyki wrzecion na podstawie opisanej metodyki

Przykład diagnostyki przyczyn błędów kształtu toczenia kuli
Zgłoszono mi problem wytoczenia na tokarce przedmiotu z powierzchnią kulistą (Rys. 5) o średnicy 50 mm w detalu stalowym z zakładaną odchyłką nie gorszą niż 30 µm.

rys4
Rys. 5  Obrabiany przedmiot z powierzchnią kulistą

Pomiary po wstępnych próbach toczenia wykazywały błędy kształtu kuli 40-50 µm. Przy toczeniu kuli realizowane są ruchy technologiczne – interpolacji po okręgu osi posuwowych w płaszczyźnie XZ i ruch obrotowy zamocowanego w uchwycie przedmiotu. Wynika stąd, że aby znaleźć przyczyny błędów kształtu toczonej kuli, należy zastosować co najmniej dwie metody – test interpolacji kołowej i test błędnych ruchów wirujących osi (opisane w części pierwszej artykułu). Wskazane jest, aby test interpolacji kołowej przeprowadzić tak, aby prędkość ruchu interpolowanego o zadanym promieniu odpowiadała prędkości przy obróbce kuli. Wtedy dość wiarygodnie można oszacować spodziewane błędy kształtu toczonej kuli w płaszczyźnie XZ. Natomiast w płaszczyźnie toczenia, na owalność toczonej kuli wpływa dodatkowo wprost błąd synchroniczny ruchów promieniowych wirującej osi, dla zadanej prędkości obrotowej toczenia. Typowe błędy nastawienia prędkości obrotowej wrzeciona nie mają w tym przypadku większego znaczenia.
Przeprowadzone badania wykazały następujące błędy ruchów:
z testu interpolacji kołowej dla r = 50 i V = 5000 mm/min najbardziej istotne to: błąd nadążania 0,5 ms i błędy wpływające na odwzorowanie konturu kuli: luz zwrotny 3 µm, nieprostopadłość osi posuwowych 160 µm/m i różnica skali osi X i Z 11 µm na śr. φ100 mm.
z testu błędnych ruchów wirującej osi wykonanym przy takich samych obrotach jak obróbka kul najbardziej istotny błąd to promieniowy błąd synchroniczny ok. 6 µm, wpływający na owalność kuli w płaszczyźnie XY.
Mając wyniki badań należy poprawnie przełożyć wpływ zdiagnozowanych błędów na błąd okrągłości toczonej kuli (np. nieprostopadłość osi 160 µm/m przekłada się na błąd okrągłości 8 µm na śr. φ50 mm.
I tak, otrzymujemy:
Maksymalny błąd trajektorii wynikający z błędu nadążania w płaszczyźnie XZ wynosi:

ΔnadążXZ = 5000 mm/min * 0,5 ms/60000 ms = 41,7 µm

Z wymienionych błędów odwzorowania konturu z testu interpolacji, składając je jako pierwiastek z sumy kwadratów, oraz przeliczając na kulę φ50, otrzymujemy:

ΔkontXZ i XY. ≈ 10 µm
Błąd synchroniczny ruchów promieniowych wirującej osi przekłada się bezpośrednio na błąd trajektorii, powodujący owal toczonej powierzchni w płaszczyźnie toczenia XY:

ΔkontXY ≈ 6 µm

Z analizy tej wynika, że podstawowy problem tkwił w za dużym błędzie nadążania ruchu interpolowanego, przy zadanej prędkości 5000 mm/min. Rozwiązaniem jest zmniejszenie prędkości ruchu interpolowanego lub optymalizacja wzmocnień serwonapędów dla zadanej prędkości obróbki, jeśli ma być utrzymana wydajność obróbki. Napędy optymalizowano prawdopodobnie dla znacznie mniejszych prędkości lub wcale, pozostawiając ustawienia standardowe. Zastosowane metody wskazały najistotniejsze przyczyny błędów obróbki kuli i sposób rozwiązania podstawowego problemu. Przy obróbce wielkoseryjnej dodatkowo powinno się sprawdzić dryfty temperaturowe suportu i wrzeciona, do pełnej oceny zdolności produkcyjnej badanej tokarki przy tej obróbce.

Podsumowanie
Diagnostyka błędów obróbki, wynikająca z błędów wykonania obrabiarek, nie jest prosta, wymaga doświadczenia w stosowaniu metod badań, aby je poprawnie wykorzystywać, oszacować niepewność pomiarów oraz nie wysnuwać pochopnych wniosków z diagnostyki, gdyż wyniki badań potrafią zaskakiwać i mogą być trudne do interpretacji. Jednym z większych problemów może być tu ocena, jakie błędy wykonania obrabiarki są istotne dla danego rodzaju obróbki i w jaki sposób przekładają się na dokładność obrabianych przedmiotów.

rys5
Rys. 6  Pomiary dokładności pozycjonowania osi X tokarki odchylonej od poziomu

Dla potwierdzenia uzyskiwania czasem nie oczywistych, trudnych do interpretacji i zaskakujących wyników badań – dwa przykłady takich wyników.

rys6
Rys. 7  Przykładowe błędy pozycjonowania osi posuwowej obrabiarki

Rysunek 7 to wykres dokładności pozycjonowania osi posuwowej obrabiarki z zaskakującymi „schodkami”, a następnie mój ulubiony wynik z diagnostyki błędnych ruchów osi wrzeciona tokarki (Rys. 8).

rys7
Rys. 8  Wykres błędnych ruchów osi wrzeciona w funkcji kąta obrotu

Ja oczywiście znam przyczyny takich wyników, ale dla chętnych proponuję chwilę refleksji i puszczenie wodzy fantazji.
Na koniec chciałbym zwrócić jeszcze uwagę, że:

  • Najczęściej błędy danej obróbki wynikają z kilku lub więcej różnych błędów danej obrabiarki i składają się w sposób absolutnie przypadkowy.
  • Opisane przykładowe trzy metody badań (dwie opisane w części pierwszej artykułu, wynikające z przepisów badań obrabiarek i jedna specjalna, opisana powyżej) w moim mniemaniu posiadają duże możliwości diagnostyczne i odpowiednio stosowane pozwalają na dość dobrą ocenę przyczyn błędów obróbki oraz sprawdzanie efektów przeprowadzanych regulacji i/lub napraw.
  • Mierzone błędy dokładności obrabiarek (geometryczne, kinematyczne, cieplne, pozycjonowania) oraz wyznaczane wskaźniki dokładności z testów odbiorczych, nie odzwierciedlają, w przypadkach obróbki wykorzystującej złożenie ruchów technologicznych, uzyskiwanych dokładności obróbki.
  • Przedstawiony sposób diagnostyki, w postaci analizy dokładności realizacji zadanych trajektorii ruchów technologicznych, wydaje się być dość uniwersalny i da się zastosować do większości rodzajów obróbki, jednocześnie wskazując, gdzie tkwią główne przyczyny błędów rozpatrywanego rodzaju obróbki.


Robert Jastrzębski

SciLab Measurements

Literatura
[1] Jastrzębski R., Jak diagnozować przyczyny błędów obróbki CNC cz. 1, Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie, nr 7/8 (60) lipiec/sierpień 2014, str. 22-27
[2] Jastrzębski R., Madej L., Wpływ cyklicznej niestabilności prędkości obrotowej narzędzia na płaskość powierzchni obrobionej przy toczeniu wielokątów, 7 Międzynarodowa Konferencja „Inżynieria produkcji 2011” 30.05-01.06.2011 Wrocław. Materiały konferencyjne.
[3] Jemielniak K., Analiza błędnych ruchów wrzecion szybkoobrotowych, Archiwum Technologii
[4] Jastrzębski R., Obróbka gwintów falistych i trapezowych na uniwersalnej tokarce CNC, Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie, nr 9 (60) wrzesień 2012, s. 52-57
[5] Majda P., Jastrzębski R., Wyniki porównawczych badań międzylaboratoryjnych, na przykładzie pomiarów dokładności i powtarzalności pozycjonowania liniowych osi frezarki sterowanej numerycznie, Przegląd Mechaniczny, zeszyt 11/2011, s. 17-24

 

artykuł pochodzi z wydania 9 (84) wrzesień 2014