สรุปวิธีการทดสอบความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งของเครื่องมือกล CNC

เครื่องมือกล CNC เป็นคำย่อของเครื่องมือกลควบคุมดิจิทัล ซึ่งเป็นเครื่องมือกลอัตโนมัติชนิดหนึ่งที่มีระบบควบคุมด้วยโปรแกรม ระบบควบคุมนี้สามารถประมวลผลกฎการควบคุมเชิงตรรกะหรือคำสั่งเชิงสัญลักษณ์อื่นๆ และถอดรหัสเป็นรหัสดิจิทัล ตัวอย่างเช่น บริษัทหนานจิงโฟร์ทแมชชีนทูล จำกัด ป้อนข้อมูลเข้าสู่เครื่องจักร อุปกรณ์ควบคุมเชิงตัวเลขจะส่งสัญญาณควบคุมต่างๆ ออกไป เพื่อควบคุมการเคลื่อนที่ของเครื่องจักร และผลิตชิ้นส่วนอัตโนมัติตามรูปทรงและขนาดที่ต้องการในแบบร่าง
ความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งของเครื่องมือกล CNC คือความแม่นยำของตำแหน่งการเคลื่อนที่ของแต่ละแกนพิกัดของเครื่องมือกลภายใต้การควบคุมของอุปกรณ์ควบคุมเชิงตัวเลข ความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งของเครื่องมือกล CNC สามารถเข้าใจได้ว่าเป็นความแม่นยำทางจลนศาสตร์ของเครื่องมือกล เครื่องมือกลทั่วไปนั้นป้อนด้วยมือ ความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับข้อผิดพลาดในการอ่านค่า ในขณะที่การเคลื่อนที่ของเครื่องมือกลควบคุมเชิงตัวเลขนั้นเกิดขึ้นจากโปรแกรมดิจิทัล ดังนั้นความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งจึงขึ้นอยู่กับระบบควบคุมเชิงตัวเลขและข้อผิดพลาดในการส่งกำลังทางกล ชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ได้ของเครื่องมือกลนั้นเคลื่อนที่ภายใต้การควบคุมของอุปกรณ์ควบคุมเชิงตัวเลข และแต่ละชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ได้นั้นสามารถทำตามคำสั่งในโปรแกรมได้ ซึ่งการควบคุมชิ้นส่วนที่มีความแม่นยำสูงนั้นสะท้อนถึงความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งโดยตรง ดังนั้นจึงเป็นเนื้อหาที่สำคัญมากในการตรวจสอบ
1. การตรวจจับความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งการเคลื่อนที่เชิงเส้น
โดยทั่วไป การวัดความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งการเคลื่อนที่เชิงเส้นจะดำเนินการภายใต้สภาวะที่เครื่องมือกลและแท่นทำงานไม่มีภาระ ตามข้อกำหนดของมาตรฐานแห่งชาติและองค์การมาตรฐานสากล (มาตรฐาน ISO) การตรวจสอบเครื่องมือกล CNC ควรใช้การวัดด้วยเลเซอร์ ในกรณีที่ไม่มีเครื่องวัดระยะด้วยเลเซอร์ สามารถใช้มาตราส่วนมาตรฐานสำหรับผู้ใช้งานทั่วไป และใช้กล้องจุลทรรศน์แบบอ่านค่าด้วยแสงเพื่อเปรียบเทียบการวัดได้ อย่างไรก็ตาม ความแม่นยำในการวัดของเครื่องมือต้องสูงกว่าความแม่นยำในการวัด 1-2 ระดับ
เพื่อให้ครอบคลุมข้อผิดพลาดทั้งหมดในการกำหนดตำแหน่ง มาตรฐาน ISO กำหนดให้คำนวณจุดกำหนดตำแหน่งแต่ละจุดโดยใช้ค่าเฉลี่ยของข้อมูลจากการวัด 5 ครั้ง และค่าความคลาดเคลื่อนของจุดกำหนดตำแหน่งต้องอยู่ระหว่าง ±3
2. การตรวจจับความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งซ้ำของการเคลื่อนที่เชิงเส้น
เครื่องมือที่ใช้ในการทดสอบนั้นเหมือนกับที่ใช้ในการตรวจจับและกำหนดตำแหน่งที่แม่นยำ วิธีการทั่วไปคือการวัดการเคลื่อนที่ในพิกัดที่กำหนดใกล้จุดกึ่งกลางและจุดปลายของตำแหน่งทั้งสาม โดยแต่ละตำแหน่งมีการกำหนดตำแหน่งแบบเคลื่อนที่เร็ว ภายใต้เงื่อนไขเดียวกันจะทำการวัดซ้ำ 7 ครั้ง วัดตำแหน่งหยุดและคำนวณค่าความแตกต่างสูงสุดที่ได้ 1/2 ซึ่งเป็นค่าที่มากที่สุดในสามตำแหน่งนั้น จะใช้ค่าบวกและลบเป็นพิกัดของความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งซ้ำ ซึ่งสะท้อนถึงความเสถียรของความแม่นยำในการเคลื่อนที่ของแกน ซึ่งเป็นตัวชี้วัดพื้นฐานที่สุด
3. การตรวจจับความแม่นยำของการกลับสู่จุดเริ่มต้นในการเคลื่อนที่เชิงเส้น

ความแม่นยำในการกลับไปยังจุดเริ่มต้นนั้นโดยพื้นฐานแล้วคือความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งซ้ำของจุดเฉพาะบนแกน ดังนั้นวิธีการตรวจจับจึงเหมือนกับความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งซ้ำ

4. การเคลื่อนที่เชิงเส้นของการตรวจจับข้อผิดพลาดย้อนกลับ
ความคลาดเคลื่อนย้อนกลับของการเคลื่อนที่เชิงเส้น หรือที่เรียกว่าการสูญเสียโมเมนตัม เกิดจากชิ้นส่วนขับเคลื่อนโซ่ส่งกำลังของแกน (เช่น มอเตอร์เซอร์โว มอเตอร์สเต็ปเปอร์ และมอเตอร์อื่นๆ ที่อยู่ในโซนตายย้อนกลับ เป็นต้น) ซึ่งสะท้อนถึงการเคลื่อนที่เชิงกลของเฟืองและการเสียรูปยืดหยุ่น ยิ่งความคลาดเคลื่อนมากเท่าใด ความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งและความสามารถในการทำซ้ำก็จะยิ่งต่ำลงเท่านั้น
วิธีการตรวจจับความคลาดเคลื่อนย้อนกลับคือ การวัดระยะทางในแกนการเคลื่อนที่ล่วงหน้า โดยกำหนดตำแหน่งหยุดเป็นจุดอ้างอิง จากนั้นให้คำสั่งเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวกัน เคลื่อนที่ไปได้ระยะทางหนึ่ง แล้วเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้ามเป็นระยะทางเดียวกัน วัดความแตกต่างระหว่างตำแหน่งที่เคลื่อนที่ได้กับตำแหน่งอ้างอิง ทำการวัดซ้ำที่ตำแหน่งกลางทางและตำแหน่งปลายทั้งสาม (โดยปกติ 7 ครั้ง) หาค่าเฉลี่ยของแต่ละตำแหน่ง แล้วใช้ค่าสูงสุดของค่าเฉลี่ยนั้นเพื่อหาความคลาดเคลื่อนย้อนกลับ
5. การตรวจจับความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งของโต๊ะหมุน
เครื่องมือวัดมาตรฐาน ได้แก่ แท่นหมุนวัดมุมทรงหลายเหลี่ยม ตะแกรงวงกลม และคอลลิเมเตอร์ (คอลลิเมเตอร์) โดยวิธีการวัดจะขึ้นอยู่กับสถานการณ์เฉพาะ วิธีการวัดคือ หมุนแท่นทำงาน (ไปข้างหน้าหรือข้างหลัง) ไปยังจุดที่ต้องการ แล้วหยุดล็อคและกำหนดตำแหน่ง ใช้ตำแหน่งนี้เป็นจุดอ้างอิง จากนั้นหมุนแท่นไปในทิศทางเดียวกันอย่างรวดเร็ว ล็อคและกำหนดตำแหน่งทุกๆ 30 องศา แล้วทำการวัด ค่าความแตกต่างสูงสุดระหว่างมุมการหมุนจริงกับค่าทางทฤษฎี (ค่าที่กำหนดไว้) ในแต่ละตำแหน่ง คือ ความแตกต่างระหว่างการวัดการหมุนไปข้างหน้าและการหมุนย้อนกลับ หากโต๊ะหมุน NC ควรหมุนไปยังตำแหน่งเป้าหมายทุกๆ 30 องศา โดยแต่ละตำแหน่งเป้าหมายจะหมุนจากทิศทางบวกและลบอย่างรวดเร็ว 7 ครั้ง เพื่อหาความแตกต่างระหว่างตำแหน่งจริงและตำแหน่งเป้าหมายโดยใช้วิธีการคำนวณความคลาดเคลื่อนของตำแหน่ง จากนั้นใช้มาตรฐาน GB10931-89 "วิธีการประเมินความแม่นยำของเครื่องจักรควบคุมตำแหน่งดิจิทัล" ในการคำนวณค่าเฉลี่ยตำแหน่งและค่าเบี่ยงเบนมาตรฐาน ค่าเบี่ยงเบนเฉลี่ยและค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานของค่าสูงสุดทั้งหมด และค่าเฉลี่ยของค่าเบี่ยงเบนตำแหน่งทั้งหมดและค่าต่ำสุดของค่าเบี่ยงเบนมาตรฐาน แล้วหาผลต่างของค่าทั้งสอง จะได้ค่าความคลาดเคลื่อนของความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งของโต๊ะหมุน CNC
เมื่อพิจารณาถึงข้อกำหนดในการใช้งานจริงของหม้อแปลงไฟฟ้าแบบแห้ง จุดแบ่งมุมฉาก 0, 90, 180, 270 และจุดอื่นๆ อีกหลายจุดสำหรับการวัด ความแม่นยำของจุดเหล่านี้สูงกว่ามุมมองอื่นๆ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงคุณภาพให้ดียิ่งขึ้น
6. โต๊ะหมุนสำหรับตรวจจับความแม่นยำในการจัดทำดัชนีซ้ำ
วิธีการวัดคือ การวัดตำแหน่งซ้ำ 3 ครั้งภายในหนึ่งสัปดาห์ โดยใช้แท่นหมุน และวิธีการวัดจะดำเนินการภายใต้การหมุนทั้งทิศทางบวกและทิศทางลบ ความแม่นยำในการหารสูงสุดของความแตกต่างระหว่างค่าทางทฤษฎีของการอ่านทั้งหมดกับตำแหน่งที่สอดคล้องกัน หากใช้แท่นหมุน NC ทุกๆ 30 ครั้ง ให้เลือกจุดวัดหนึ่งจุดเป็นตำแหน่งเป้าหมาย จากนั้นทำการวัดตำแหน่งเป้าหมายแต่ละตำแหน่งจากสองทิศทาง คือทิศทางบวกและทิศทางลบ 5 ครั้งอย่างรวดเร็ว วัดความแตกต่างระหว่างตำแหน่งที่ได้จริงกับตำแหน่งเป้าหมาย นั่นคือค่าเบี่ยงเบนตำแหน่ง จากนั้นคำนวณค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานตามวิธีการมาตรฐาน GB10931-89 ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานสูงสุด 6 เท่าของแต่ละจุดวัดจะเป็นค่าความแม่นยำในการวัดซ้ำของแท่นหมุน CNC
Origin return 7, โต๊ะหมุนความแม่นยำสูง
วิธีการวัดคือการกลับไปยังจุดเริ่มต้นที่ตำแหน่งสุ่ม 7 ตำแหน่งตามลำดับ กำหนดตำแหน่งหยุด และใช้ค่าความแตกต่างสูงสุดระหว่างจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดเป็นค่าความแม่นยำในการอ่านค่า
ควรชี้ให้เห็นว่า ความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งการตรวจจับที่มีอยู่จะวัดในกรณีการกำหนดตำแหน่งที่รวดเร็ว ระบบป้อนชิ้นงานของเครื่องมือกล CNC ในบางลักษณะยังไม่ดีนัก การกำหนดตำแหน่งด้วยความเร็วในการป้อนที่แตกต่างกันจะส่งผลให้ความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งมีค่าแตกต่างกัน นอกจากนี้ ผลการกำหนดความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งยังขึ้นอยู่กับอุณหภูมิแวดล้อมและสถานะการทำงานของแกน เครื่องมือกล CNC ส่วนใหญ่ในปัจจุบันใช้ระบบกึ่งวงปิด โดยส่วนประกอบการตรวจจับตำแหน่งจะติดตั้งอยู่บนมอเตอร์ขับเคลื่อน ดังนั้นข้อผิดพลาดตั้งแต่ 0.01~0.02 มม. ต่อ 1 เมตรจึงไม่ใช่เรื่องน่าแปลกใจ นี่คือข้อผิดพลาดที่เกิดจากการยืดตัวเนื่องจากความร้อน เครื่องมือกลบางชนิดจะใช้วิธีการยืดล่วงหน้า (การโหลดล่วงหน้า) เพื่อลดผลกระทบดังกล่าว
ความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งซ้ำของแต่ละแกนพิกัดเป็นดัชนีความแม่นยำพื้นฐานที่สุด ซึ่งสะท้อนถึงความเสถียรของความแม่นยำในการเคลื่อนที่ของแกน ปัจจุบัน ระบบ CNC มีฟังก์ชันมากขึ้นเรื่อยๆ สำหรับแต่ละเจ็ท ระบบมาตรฐานสำหรับการชดเชยความคลาดเคลื่อนของการเคลื่อนที่ เช่น การสะสมความคลาดเคลื่อนของระยะพิทช์ เป็นต้น สามารถใช้ระบบชดเชยความคลาดเคลื่อนของระยะห่างแบบตรงข้ามได้ ไม่เพียงแต่ใช้วิธีการชดเชยความคลาดเคลื่อนแบบสุ่มเท่านั้น แต่ความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งซ้ำยังสะท้อนถึงความคลาดเคลื่อนแบบสุ่มของกลไกขับเคลื่อนป้อนแบบบูรณาการ ซึ่งไม่สามารถแก้ไขได้ด้วยระบบชดเชยการควบคุมเชิงตัวเลข เมื่อพบว่ามีความคลาดเคลื่อนสูงมาก ก็ทำได้เพียงปรับแก้โซ่ส่งกำลังป้อนอย่างละเอียดเท่านั้น ดังนั้น หากมีโอกาสเลือกเครื่องมือกล ควรเลือกเครื่องมือกลที่มีความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งซ้ำสูง