Na indústria de usinagem, a precisão da usinagem é uma palavra da moda constante, repetida diversas vezes ao dia. Sempre que você conversa com alguém do setor, a precisão da usinagem quase sempre é mencionada. Então, o que exatamente garante a precisão da usinagem das máquinas-ferramentas? Este vídeo explica de forma muito clara o controle elétrico de precisão de máquinas-ferramentas. Vamos dar uma olhada.
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A precisão da usinagem das máquinas-ferramenta CNC depende, em última análise, da precisão da própria máquina-ferramenta. A precisão da máquina-ferramenta CNC inclui precisão geométrica, precisão de posicionamento, repetibilidade e precisão de corte.
A precisão geométrica, também conhecida como precisão estática, reflete de forma abrangente os erros de forma geométrica dos principais componentes de uma máquina-ferramenta CNC após a montagem.
Precisão de posicionamento: indica a precisão alcançável do movimento de cada parte móvel da máquina-ferramenta sob o controle do dispositivo CNC. O valor medido da precisão de posicionamento pode ser usado para determinar a precisão ideal de usinagem da peça alcançável durante o processo de usinagem automatizado da máquina-ferramenta. Este valor refere-se à diferença entre a posição real de uma peça ou ferramenta e a posição padrão (posição teórica, posição ideal). Quanto menor for a diferença, maior será a precisão. É o pré-requisito para garantir a precisão da usinagem das peças.
A repetibilidade refere-se à consistência da precisão de posicionamento obtida pela execução repetida do mesmo código de programa em uma máquina-ferramenta CNC. Refere-se à consistência dos resultados sucessivos obtidos na usinagem de um lote de peças em condições idênticas (na mesma máquina-ferramenta CNC, com diferentes métodos de operação e o mesmo programa de peça).
A precisão de corte é um exame abrangente da precisão geométrica e de posicionamento da máquina-ferramenta sob condições de corte.
Como pode ser visto acima, a precisão das máquinas-ferramenta CNC é dividida em dois aspectos: mecânico e elétrico. O aspecto mecânico inclui precisão do fuso, como desvio e barramento; precisão do fuso; precisão de fixação durante a usinagem; e rigidez da máquina-ferramenta. O aspecto elétrico envolve principalmente métodos de controle, como malha sem-fechada e malha totalmente fechada, bem como métodos de feedback e compensação e precisão de interpolação durante a usinagem. Portanto, a precisão da máquina-ferramenta não é determinada pelo fato de a máquina-ferramenta estar em circuito totalmente fechado.
I. Introdução ao Princípio
A cadeia cinemática de uma máquina-ferramenta CNC consiste na unidade CNC → servo codificador → servo acionamento → motor → parafuso de avanço → elemento móvel. Dependendo do local de instalação do dispositivo de detecção de posição, ele é categorizado como circuito totalmente fechado, circuito sem{1}}fechado ou controle de circuito aberto.
1. Sistema servo de alimentação de loop-totalmente fechado
Um dispositivo de detecção de posição (como um codificador linear ou sincronizador de indução linear) é instalado no componente móvel de uma máquina-ferramenta (como uma mesa de trabalho) para fornecer feedback-em tempo real sobre a posição do componente móvel. Esta informação é processada pelo sistema CNC e comunicada ao servo motor, que então compensa automaticamente os erros de movimento com base nos comandos do sistema. No entanto, como esses componentes, como o parafuso de avanço, o conjunto da porca e a mesa da máquina, estão contidos no circuito fechado, a depuração do sistema para garantir uma operação estável é complexa. Além disso, dispositivos de medição como encoders lineares e sincronizadores de indução linear são caros, complexos de instalar e podem causar oscilações. Portanto, o controle de loop{5}}totalmente fechado geralmente não é usado em máquinas-ferramentas.
2. Sistema servo de alimentação de loop semi-fechado-
Um dispositivo de detecção de posição é instalado na extremidade do motor de acionamento ou do parafuso de avanço para detectar o ângulo de rotação do parafuso de avanço ou servo motor, medindo indiretamente a posição real do componente móvel da máquina-ferramenta e fornecendo feedback ao sistema de controle. Devido aos avanços na fabricação mecânica e às melhorias na precisão dos elementos sensores de velocidade e no passo do parafuso de avanço, as máquinas-ferramentas CNC de circuito semi-fechado-agora podem atingir uma precisão de avanço notavelmente alta. A maioria dos fabricantes de máquinas-ferramenta adota amplamente sistemas CNC de circuito sem{4}}fechado-.
II. Aplicações Práticas
1. Sistemas de controle de circuito-totalmente fechados
Dispositivos de detecção de posição (como codificadores lineares e sincronizadores de indução linear) têm níveis variados de precisão (±0,01 mm, ±0,005 mm, ±0,003 mm e ±0,02 mm). Portanto, o controle de loop-totalmente fechado também terá erros, e a precisão do posicionamento é afetada pelo nível de precisão.
O desempenho térmico (deformação térmica) do dispositivo de detecção de posição. O dispositivo de medição geralmente é feito de materiais não{1}}metálicos e seu coeficiente de expansão térmica é inconsistente com o de outros componentes da máquina-ferramenta. É um fator chave na precisão operacional da máquina-ferramenta. Portanto, é necessário abordar a geração de calor durante a usinagem para superar a deformação térmica-induzida pela temperatura. Máquinas-ferramentas-de última geração usam vários métodos, como resfriamento de parafuso oco, lubrificação de guias e resfriamento-de temperatura constante do fluido de corte, para reduzir a deformação térmica durante a usinagem.
A instalação do dispositivo de detecção de posição também é muito importante. Em teoria, quanto mais próximo estiver do eixo de acionamento (conjunto do parafuso), mais precisa será a medição. Devido às limitações de espaço, existem apenas duas maneiras de instalar uma balança: próximo ao conjunto do parafuso de avanço ou fora do trilho-guia. O primeiro método de instalação é recomendado sempre que possível, mas é inconveniente para inspeção e manutenção. Por outro lado, mesmo que uma escala de alta{4}precisão seja selecionada, ela pode não atender aos requisitos de precisão da máquina-ferramenta CNC. Mesmo no primeiro caso, a escala é montada relativamente próxima ao eixo de acionamento, mas ainda há uma certa distância do eixo. Esta distância, combinada com a oscilação do objeto durante a condução, cria desafios significativos para a detecção e controle de escala. Quando o objeto oscila em direção à posição de montagem da balança, a balança interpreta erroneamente o movimento como insuficiente e o sistema gera um sinal de aceleração. Porém, o objeto oscila imediatamente para o outro lado e a balança interpreta erroneamente o movimento como excessivo, resultando em um sinal de desaceleração. Esse ciclo repetitivo não melhora o controle dos eixos lineares da máquina CNC e, em vez disso, agrava a vibração do objeto, levando ao fenômeno incomum de um sistema de circuito totalmente fechado ser inferior a um circuito sem-fechado.
Impacto do ambiente de produção: As plantas de processamento mecânico geralmente operam em ambientes agressivos, sendo comuns poeira e vibração. No entanto, escalas e sincronizadores de indução linear são componentes de precisão que dependem da reflexão da luz para medir a posição relativa. Poeira e vibração são os maiores fatores que afetam a precisão da medição. Além disso, durante a usinagem, o óleo de corte e a névoa de água são bastante severos, impactando significativamente as balanças e os sincronizadores de indução linear. Portanto, um sistema de controle de circuito-totalmente fechado é essencial. Além de garantir instalação e vedação adequadas, o ambiente de produção deve ser melhorado. Caso contrário, esse fenômeno pode ocorrer. Uma máquina-ferramenta recém-chegada pode ter excelente precisão, mas dentro de um ano, ela não apenas se degrada, mas também apresenta alarmes frequentes.
2. Sistema de controle de malha sem-fechada-
Como o dispositivo de medição é montado no motor ou no parafuso de avanço, é mais fácil de vedar e, portanto, tem menos requisitos ambientais. O erro de precisão de um sistema de controle de malha-semifechada-é determinado principalmente pela folga do parafuso de avanço. Com os avanços na tecnologia de usinagem, o processo de fabricação de parafusos de avanço importados é agora mais sofisticado, e o par de parafusos de avanço de alta-precisão praticamente elimina a folga. Além disso, durante a montagem, o par de fusos de avanço utiliza um par de fusos de esferas de rotação contrária-de duas carreiras-, o que elimina completamente a folga. Além disso, muitos fabricantes de máquinas-ferramenta pré--alongam o parafuso de avanço durante a montagem para eliminar o impacto da deformação térmica na precisão do acionamento do parafuso. Portanto, atualmente, os sistemas de controle de circuito semifechado-são capazes de garantir uma precisão muito alta das máquinas-ferramenta.
III. Conclusão
Em resumo, pode-se observar que, em teoria, se fatores externos não forem considerados, o controle de malha-fechada-total pode melhorar a precisão básica do posicionamento em comparação com o controle de malha-semifechada-. No entanto, se fatores como geração de calor de máquinas-ferramenta, poluição ambiental, aumento de temperatura, vibração e instalação não forem abordados de forma eficaz, o controle de circuito-fechado-total poderá ser inferior ao controle de circuito-semifechado. Isto pode ser eficaz a curto prazo, mas com o tempo, os efeitos da poeira e das flutuações de temperatura na balança afetarão seriamente os dados de feedback da medição, tornando-os ineficazes. Além disso, falhas na balança gerarão alarmes, fazendo com que a máquina-ferramenta pare de funcionar.
Para máquinas-ferramentas de- e médio-gama, devido a considerações de custo e competitividade, o sistema de controle de circuito-totalmente fechado-é muitas vezes simplificado, com medidas inadequadas de vedação e controle de aumento de temperatura. Nestas circunstâncias, simplesmente adicionar uma escala, a um custo elevado, não melhorará a precisão da máquina-ferramenta.
