בתעשיית העיבוד שבבי, דיוק עיבוד הוא מילת באז קבועה שחוזרת על עצמה מספר פעמים ביום. בכל פעם שאתה משוחח עם מישהו בתעשייה, דיוק העיבוד מוזכר כמעט תמיד. אז מה בדיוק מבטיח את דיוק העיבוד של כלי מכונות? סרטון זה מסביר בצורה ברורה מאוד את בקרת הדיוק החשמלית של כלי מכונות. בואו נסתכל.
צפה בסרטון ב-Wi-Fi
דיוק העיבוד של כלי מכונת CNC תלוי בסופו של דבר בדיוק של הכלי עצמו. דיוק מכונת CNC כולל דיוק גיאומטרי, דיוק מיקום, חזרתיות ודיוק חיתוך.
דיוק גיאומטרי, הידוע גם בשם דיוק סטטי, משקף באופן מקיף את שגיאות הצורה הגיאומטרית של רכיבי מפתח של מכונת CNC לאחר ההרכבה.
דיוק מיקום: זה מציין את הדיוק בר השגה של התנועה של כל חלק נע של כלי המכונה תחת שליטה של התקן CNC. ניתן להשתמש בערך דיוק המיקום הנמדד כדי לקבוע את דיוק העיבוד האופטימלי שניתן להשיג במהלך תהליך העיבוד האוטומטי של הכלי. ערך זה מתייחס להבדל בין המיקום בפועל של חלק או כלי לבין המיקום הסטנדרטי (מיקום תיאורטי, מיקום אידיאלי). ככל שההפרש קטן יותר, כך הדיוק גבוה יותר. זהו תנאי מוקדם להבטחת דיוק עיבוד חלקים.
יכולת החזרה מתייחסת לעקביות של דיוק המיקום שהושג על ידי ריצה חוזרת של אותו קוד תוכנית במכונת CNC. זה מתייחס לעקביות של תוצאות עוקבות המתקבלות בעת עיבוד אצווה של חלקים בתנאים זהים (באותו כלי מכונת CNC, עם שיטות הפעלה שונות ואותה תוכנית חלקים).
דיוק חיתוך הוא בחינה מקיפה של הדיוק הגיאומטרי והמיקום של הכלי בתנאי חיתוך.
כפי שניתן לראות לעיל, הדיוק של כלי מכונת CNC מתחלק לשני היבטים: מכאני וחשמלי. ההיבט המכני כולל דיוק ציר, כגון יציאה ומסוט; דיוק בורג מוביל; דיוק מתקן במהלך עיבוד; וקשיחות כלי מכונה. ההיבט החשמלי כולל בעיקר שיטות בקרה, כגון לולאה סגורה למחצה- ולולאה סגורה לחלוטין, כמו גם שיטות משוב ופיצוי, ודיוק אינטרפולציה במהלך עיבוד שבבי. לכן, דיוק כלי המכונה אינו נקבע על ידי האם הכלי סגור לחלוטין.
I. מבוא עקרוני
השרשרת הקינמטית של כלי מכונת CNC מורכבת מיחידת CNC → מקודד סרוו → כונן סרוו → מנוע → בורג מוביל → אלמנט נע. בהתאם למיקום ההתקנה של התקן זיהוי המיקום, הוא מסווג כלולאה סגורה לחלוטין, לולאה סגורה למחצה- או בקרת לולאה פתוחה.
1. מערכת סרוו הזנת לולאה סגורה לחלוטין-
התקן חישת מיקום (כגון מקודד ליניארי או סינכרון אינדוקציה ליניארי) מותקן על הרכיב הנע של כלי מכונה (כגון שולחן עבודה) כדי לספק-משוב בזמן אמת על מיקומו של הרכיב הנע. מידע זה מעובד על ידי מערכת CNC ומועבר למנוע הסרוו, אשר לאחר מכן מפצה אוטומטית על שגיאות תנועה בהתבסס על פקודות המערכת. עם זאת, מאחר שרכיבים אלה, כגון בורג העופרת, מכלול האומים ושולחן המכונה, כלולים בתוך הלולאה הסגורה, איתור באגים במערכת כדי להבטיח פעולה יציבה מורכבת. יתר על כן, התקני מדידה כמו מקודדים ליניאריים ומסנכרני אינדוקציה ליניאריים הינם יקרים, מורכבים להתקנה ועלולים לגרום לתנודה. לכן, בקרת לולאה סגורה לחלוטין-לא משמשת בדרך כלל בכלי מכונות.
2. מערכת סרוו הזנת לולאה-סגורה-למחצה
מכשיר חישת מיקום מותקן בקצה מנוע ההנעה או הבורג המוביל כדי לזהות את זווית הסיבוב של הבורג המוביל או מנוע הסרוו, תוך מדידה עקיפה של המיקום בפועל של הרכיב הנע של הכלי ומספק משוב למערכת הבקרה. בשל התקדמות בייצור מכאני ושיפורים בדיוק של רכיבי חישת מהירות ופסולת בורג עופרת, כלי מכונת CNC למחצה-סגורה-בלולאה יכולים כעת להשיג דיוק הזנה גבוה להפליא. רוב יצרני כלי המכונות מאמצים באופן נרחב מערכות CNC-סגורות-למחצה.
II. יישומים מעשיים
1. מערכות בקרת לולאה סגורות לחלוטין-
להתקני זיהוי מיקום (כגון מקודדים ליניאריים ומסנכרני אינדוקציה ליניאריים) יש רמות דיוק משתנות (±0.01 מ"מ, ±0.005 מ"מ, ±0.003 מ"מ ו-±0.02 מ"מ). לכן, בקרת לולאה סגורה לחלוטין-תהיינה גם שגיאות, ודיוק המיקום מושפע מרמת הדיוק.
הביצועים התרמיים (דפורמציה תרמית) של מכשיר זיהוי המיקום. מכשיר המדידה עשוי בדרך כלל מחומרים לא-מתכתיים, ומקדם ההתפשטות התרמית שלו אינו עולה בקנה אחד עם זה של רכיבי מכונות אחרים. זהו גורם מפתח בדיוק הפעלת כלי מכונה. לכן, יש צורך לטפל ביצירת החום במהלך העיבוד כדי להתגבר על עיוות תרמי שנגרם על ידי הטמפרטורה.- כלי מכונות-מתקדמים משתמשים בשיטות שונות, כגון קירור בורג חלול, שימון מסלול מנחה וקירור-בטמפרטורה קבועה של נוזל חיתוך, כדי להפחית עיוות תרמי במהלך העיבוד.
גם התקנת מכשיר זיהוי המיקום חשובה מאוד. בתיאוריה, ככל שהוא קרוב יותר לציר ההנעה (מכלול בורג), כך המדידה מדויקת יותר. בשל מגבלות המקום, יש רק שתי דרכים להתקנת קנה מידה: ליד מכלול הברגים או מחוץ למסילת ההדרכה. שיטת ההתקנה הראשונה מומלצת במידת האפשר, אך היא לא נוחה לבדיקה ולתחזוקה. לעומת זאת, גם אם נבחר סקאלת דיוק גבוהה-, ייתכן שהוא לא יעמוד בדרישות הדיוק של כלי ה-CNC. גם במקרה הראשון, הסולם מותקן קרוב יחסית לציר ההינע, אך עדיין יש מרחק מסוים מהציר. מרחק זה, בשילוב עם תנודת האובייקט במהלך הנהיגה, יוצר אתגרים משמעותיים לזיהוי ושליטה בקנה מידה. כאשר האובייקט מתנדנד לכיוון מיקום ההרכבה של הסולם, הסולם מפרש בטעות את התנועה כלא מספקת, והמערכת מייצרת אות האצה. עם זאת, העצם מתנדנד מיד לצד השני, והסקאלה מפרשת בטעות את התנועה כמוגזמת, וכתוצאה מכך אות האטה. המחזור החוזר הזה לא מצליח לשפר את השליטה בצירים הליניאריים של מכונת ה-CNC ובמקום זאת מחמיר את הרטט של האובייקט, מה שמוביל לתופעה יוצאת דופן של מערכת לולאה סגורה לחלוטין שהיא נחותה מלולאה סגורה למחצה.
השפעת סביבת הייצור: מפעלי עיבוד מכני פועלים בדרך כלל בסביבות קשות, כאשר אבק ורעידות נפוצים. עם זאת, מאזניים ומסנכרני אינדוקציה ליניאריים הם רכיבים מדויקים המסתמכים על החזר אור למדידת מיקום יחסי. אבק ורעידות הם הגורמים הגדולים ביותר המשפיעים על דיוק המדידה. יתר על כן, במהלך העיבוד, חיתוך שמן וערפל מים הם די חמורים, ומשפיעים באופן משמעותי על קשקשים ועל סינכרוניזרי אינדוקציה ליניאריים. לכן, חיונית מערכת בקרת לולאה סגורה לחלוטין-. מלבד הבטחת התקנה ואיטום נאותים, יש לשפר את סביבת הייצור. אחרת, תופעה זו עלולה להתרחש. לכלי מכונה שזה עתה הגיע עשוי להיות דיוק מצוין, אך תוך שנה, הוא לא רק מתדרדר אלא גם חווה אזעקות תכופות.
2. מערכת בקרת לולאה חצי-סגורה-
מכיוון שמכשיר המדידה מותקן על המנוע או בורג העופרת, קל יותר לאטום אותו ולכן יש לו פחות דרישות סביבתיות. שגיאת הדיוק של מערכת בקרת לולאה חצי-סגורה- נקבעת בראש ובראשונה על ידי החזרה של הבורג המוביל. עם ההתקדמות בטכנולוגיית עיבוד שבבי, תהליך הייצור של ברגי עופרת מיובאים משוכלל כעת יותר, וצמד ברגי העופרת הדיוק הגבוה- מבטל למעשה את ההשפעה. יתרה מזאת, במהלך ההרכבה, זוג הברגים המובילים משתמש בזוג ברגים כדוריים -כפולים-מסתובים-, אשר מבטל לחלוטין את ההשפעה האחורית. בנוסף, יצרני מכונות רבים מותחים מראש- את בורג ההובלה במהלך ההרכבה כדי למנוע את ההשפעה של עיוות תרמי על דיוק כונן הברגים. לכן, נכון לעכשיו, מערכות בקרת לולאה-סגורות{12}}למחצה מסוגלות להבטיח דיוק גבוה מאוד של כלי מכונה.
III. מַסְקָנָה
לסיכום, ניתן לראות שבתיאוריה, אם לא מתחשבים בגורמים חיצוניים, בקרת לולאה מלאה-סגורה- עשויה לשפר את דיוק המיקום הבסיסי בהשוואה לבקרת לולאה-סגורה למחצה. עם זאת, אם גורמים כגון יצירת חום של כלי מכונות, זיהום סביבתי, עליית טמפרטורה, רטט והתקנה אינם מטופלים ביעילות, בקרת לולאה מלאה-סגורה- עשויה להיות נחותה מבקרה-סגורה-למחצה. זה עשוי להיות יעיל בטווח הקצר, אך לאורך זמן, ההשפעות של תנודות אבק וטמפרטורה על הסולם ישפיעו ברצינות על נתוני משוב המדידה, ויהפכו אותו ללא יעיל. יתר על כן, כשלים בקנה מידה ייצרו אזעקות, שיגרמו לכלי המכונה להפסיק לפעול.
עבור כלי מכונות- ובינוניים-בטווח נמוך, בשל שיקולי עלות ותחרותיות, מערכת הבקרה המלאה-סגורה-של לולאה מפושטת לעתים קרובות, עם אמצעי איטום ובקרת עליית טמפרטורה לא נאותים. בנסיבות אלה, הוספת קנה מידה, בעלות גבוהה, לא תשפר את דיוק כלי המכונה.
