• SdelaiStanok

Борьба с овальными отверстиями станка ЧПУ

Пост обновлен 13 нояб. 2018 г.



Наверняка каждый начинающий любитель / станкостроитель ЧПУ сталкивался с проблемой овальности отверстий, получаемых при растачивании. Попробуем разобраться в причинах появления данного эффекта и определим, как можно с ним бороться.


Причины появления овальности отверстий можно разделить условно на:

  • Механические

  • Электронные

К механическим причинам можно отнести следующие:

  1. Отсутствие перпендикулярности осей X и Y.

  2. Люфт в гайках ШВП (особенно, если гайки одинарные).

  3. Люфт в фиксированных подшипниковых опорах (особенно, если в них стоят не радиально-упорные подшипники приличного класса точности).

К электронным причинам можно отнести следующие:

  1. Погрешности круговой аппроксимации.

  2. Невозможность контроллера компенсировать инерционность.

Рассмотрим каждую из описанных выше причин по отдельности и попробуем оценить ее влияние на овальность отверстий, получаемых на станке с ЧПУ.

Для начала определимся, какая овальность в принципе допустима?

Например, нам необходимо выполнить расточкой отверстие под подшипник диаметром 30 мм согласно допуска J7, это требует допуск по посадке -11 мкм, т.е. диаметр отверстия должен быть выполнен с точностью в пределах 0 до – 11 мкм. Таким образом, разница диаметров эллипса отверстия не должна превышать 11 мкм или 0,011 мм.

Допуск J7 не является чем-то сверхъестественным и является, наверное, самым распространённым в технической документации.


Отсутствие перпендикулярности осей X и Y

Предположим мы имеем станок с рабочим полем 900х600мм. При этом сторону 600 мм примем за базовую, в то же время на стороне 900 мм допустим некоторый уход от перпендикулярности, например, на 0,3 мм на всей длине в 900 мм.

Таким образом если один диаметр эллипса 30 мм (равен диаметру нашего подшипника), то второй диаметр будет искажен на:



Полученный результат свидетельствует о том, что 0,01 мм уже находится близко к пределу заданной нами выше погрешности для различия диаметров эллипса. При этом отклонение от перпендикулярности на 900 мм длины было всего 0,3 мм.

Аналогично можно оценить для любой величины отклонения перпендикулярности.


Как можно бороться с данной проблемой?

Нужно приобрести длинный поверочный угольник (1 или 2 класса точности) и замерить отклонение от перпендикулярности. Далее это отклонение компенсировать механикой станка, если конечно это возможно, или электроникой. Например, Mach 3 умеет корректировать погрешность в перпендикулярности осей X и Y.


Люфт в гайках ШВП

Для наиболее распространенных винтов класса C7 максимальный люфт одинарной гайки ШВП производства HiWin с диаметром шариков 2,381 и 3,175 мм составляет 0,07 мм (данные взяты из каталога hiwin). Для двух перпендикулярных осей суммарный люфт составит:



Видно, что на одинарных гайках разница диаметров эллипса составляет почти 0,1 мм. Такая разница уже вполне будет заметна глазом. Логично, что с одинарными гайками ШВП получить заданный допуск для посадки подшипника вообще не представляется возможным. Выход из данной ситуации может быть только один, установка сдвоенных гаек, уже преднатянутых или устанавливать две одинарные гайки и создавать между ними преднатяг.


Люфт в фиксированных подшипниковых опорах

Для исключения люфта в фиксированных подшипниковых опорах должны быть установлены радиально упорные подшипники. Например, Hiwin в каталогах на свои подшипниковые узлы рекомендует устанавливать подшипники 70 или 72 серии. Стоит отметить, что никакие радиальные подшипники 60 серии в фиксирующих опорах не устанавливается, что так любят делать китайцы.

Подшипники должны быть не ниже класса точности P5 или более высокого. Именно начиная с класса P5 подшипники могут быть преднатянуты и исключен люфт.


Погрешности круговой аппроксимации

Сегодня один из самых распространенных вариантов управления драйверами привода осей для станков начального уровня – является механизм step/dir. По сути контроллер выдает на каждую ось X и Y свой набор импульсов - шагов. То, как точно генерируются импульсы известно только одному контроллеру :) более того скорее всего генерация импульсов никак не связана с текущим фактическим положением осей. Это может приводить к заметному запаздыванию одной оси относительно другой, что в свою очередь приводит к овальности отверстий.

Очень условно можно принять, что чем производительнее чип припаян в контроллере, тем более гладкую аппроксимацию он выдаст с большим количеством шагов, но еще раз отметим, что это очень условно.


Невозможность контроллера компенсировать инерционность

Вот именно в этом месте и вступают все преимущества профессиональных контролеров движения. Как правило, управление в такой системе уже не step/dir и контроллер всегда знает, где находятся оси и относительно текущего их положения выстраивает управление таким образом, чтобы сохранить траекторию движения по окружности.

Возможность «налету» управлять траекторией позволяет таким контроллерам учитывать инерционность перемещаемых элементов станка, что в свою очередь позволяет точно пройти по траектории с учетом инерциального запаздывания осей.

Для уменьшения влияния инерционности системы для более простых контроллеров, которые не могут «налету» корректировать траекторию, выходом из положения является уменьшение ускорения в настройках контроллера или Mach 3.


Просмотров: 0
  • YouTube СделайСтанок
  • Facebook СделайСтанок
  • Instagram СделайСтанок
  • СделайСтанок мы здесь

Адрес производственной площадки: 

Россия, г. Москва, Касимовская ул., вл. 26, этаж 4, офис 405.

© 2019 ООО "Сделай станок"