Analisis mendalam tentang tingkat presisi dan persyaratan akurasi pemesinan untuk bagian-bagian utama peralatan mesin CNC
Dalam manufaktur modern, mesin perkakas CNC telah menjadi peralatan inti untuk memproduksi berbagai komponen presisi dengan presisi tinggi, efisiensi tinggi, dan tingkat otomatisasi yang tinggi. Tingkat akurasi mesin perkakas CNC secara langsung menentukan kualitas dan kompleksitas komponen yang dapat diprosesnya, dan persyaratan akurasi pemesinan untuk komponen-komponen utama pada umumnya memainkan peran penting dalam pemilihan mesin perkakas CNC.
Perkakas mesin CNC dapat diklasifikasikan menjadi berbagai jenis berdasarkan penggunaannya, termasuk sederhana, fungsional penuh, presisi ultra, dll. Setiap jenis dapat mencapai tingkat akurasi yang berbeda. Perkakas mesin CNC sederhana masih digunakan di beberapa mesin bubut dan frais, dengan resolusi gerak minimum 0,01 mm, dan akurasi gerak dan pemesinan biasanya di atas (0,03-0,05) mm. Jenis perkakas mesin ini cocok untuk beberapa tugas pemesinan dengan persyaratan presisi yang relatif rendah.
Mesin perkakas CNC presisi ultra terutama digunakan di bidang permesinan khusus, dan akurasinya dapat mencapai tingkat yang mencengangkan di bawah 0,001 mm. Mesin perkakas presisi ultra tinggi ini dapat memproduksi komponen yang sangat presisi, memenuhi persyaratan ketat industri presisi tinggi dan mutakhir seperti peralatan kedirgantaraan dan medis.
Selain klasifikasi berdasarkan tujuan, mesin perkakas CNC juga dapat diklasifikasikan menjadi tipe biasa dan presisi berdasarkan akurasi. Pengujian akurasi mesin perkakas CNC biasanya melibatkan 20-30 item. Namun, item yang paling representatif dan karakteristik utamanya meliputi akurasi pemosisian sumbu tunggal, akurasi pemosisian berulang sumbu tunggal, dan kebulatan benda uji yang dihasilkan oleh dua atau lebih sumbu pemesinan yang terhubung.
Akurasi pemosisian sumbu tunggal mengacu pada rentang kesalahan saat memposisikan titik mana pun dalam langkah sumbu, dan merupakan indikator kunci yang secara langsung mencerminkan kemampuan akurasi pemesinan perkakas mesin. Saat ini, terdapat perbedaan regulasi, definisi, metode pengukuran, dan metode pemrosesan data indikator ini di berbagai negara di dunia. Dalam pengenalan data sampel untuk berbagai jenis perkakas mesin CNC, standar umum meliputi Standar Amerika (NAS), standar yang direkomendasikan oleh Asosiasi Produsen Perkakas Mesin Amerika, Standar Jerman (VDI), Standar Jepang (JIS), Organisasi Internasional untuk Standardisasi (ISO), dan Standar Nasional Tiongkok (GB).
Perlu dicatat bahwa di antara standar-standar ini, standar Jepang menentukan yang terendah. Metode pengukuran didasarkan pada satu set data stabil, dan kemudian nilai kesalahan dikompresi setengahnya dengan mengambil nilai ±. Oleh karena itu, akurasi posisi yang diukur menggunakan metode pengukuran standar Jepang seringkali berbeda lebih dari dua kali lipat dibandingkan dengan hasil yang diukur menggunakan standar lain. Namun, standar lain, meskipun berbeda dalam pemrosesan data, semuanya mengikuti hukum statistik kesalahan untuk menganalisis pengukuran dan akurasi posisi. Ini berarti bahwa untuk kesalahan titik posisi tertentu dalam langkah sumbu yang dapat dikontrol dari alat mesin CNC, itu harus mencerminkan situasi kesalahan ribuan kali pemosisian selama penggunaan alat mesin jangka panjang. Namun, dalam pengukuran aktual, karena keterbatasan kondisi, hanya sejumlah pengukuran yang dapat dilakukan (biasanya 5-7 kali).
Akurasi pemosisian berulang sumbu tunggal secara komprehensif mencerminkan akurasi setiap komponen sumbu yang bergerak, terutama untuk mencerminkan stabilitas pemosisian sumbu di setiap titik pemosisian dalam langkah, yang sangat penting. Hal ini merupakan indikator dasar untuk mengukur apakah sumbu dapat bekerja secara stabil dan andal. Dalam sistem CNC modern, perangkat lunak biasanya memiliki fungsi kompensasi kesalahan yang kaya, yang dapat mengkompensasi kesalahan sistem pada setiap tautan pada rantai transmisi umpan secara stabil.
Misalnya, jarak bebas, deformasi elastis, dan kekakuan kontak setiap mata rantai dalam rantai transmisi akan menunjukkan gerakan sesaat yang berbeda, bergantung pada faktor-faktor seperti ukuran beban meja kerja, panjang jarak gerakan, dan kecepatan pemosisian gerakan. Pada beberapa sistem servo umpan loop terbuka dan semi-loop tertutup, komponen penggerak mekanis setelah pengukuran akan dipengaruhi oleh berbagai faktor tak terduga, yang mengakibatkan kesalahan acak yang signifikan. Misalnya, perpanjangan termal sekrup bola dapat menyebabkan pergeseran pada posisi pemosisian meja kerja yang sebenarnya.
Untuk mengevaluasi kinerja akurasi mesin perkakas CNC secara komprehensif, selain indikator akurasi sumbu tunggal yang telah disebutkan, penting juga untuk mengevaluasi akurasi pemesinan hubungan multi-sumbu. Presisi penggilingan permukaan silinder atau penggilingan alur spiral spasial (ulir) merupakan indikator yang dapat mengevaluasi secara komprehensif karakteristik gerak servo-following sumbu CNC (dua atau tiga sumbu) dan fungsi interpolasi sistem CNC pada mesin perkakas. Metode penilaian yang umum digunakan adalah mengukur kebulatan permukaan silinder yang telah dikerjakan.
Dalam pemotongan uji coba mesin perkakas CNC, penggilingan metode pemesinan empat sisi persegi miring juga merupakan cara penilaian yang efektif, yang dapat digunakan untuk mengevaluasi akurasi dua sumbu yang dapat dikontrol dalam gerakan interpolasi linier. Selama pemotongan uji coba ini, frais ujung yang digunakan untuk pemesinan presisi dipasang pada spindel mesin perkakas, dan spesimen melingkar yang diletakkan di meja kerja difrais. Untuk mesin perkakas kecil dan menengah, spesimen melingkar umumnya dipilih dalam kisaran ¥200 hingga ¥300. Setelah penggilingan selesai, letakkan spesimen pada penguji kebulatan dan ukur kebulatan permukaan mesinnya.
Dengan mengamati dan menganalisis hasil pemesinan, banyak informasi penting tentang akurasi dan kinerja mesin perkakas dapat diperoleh. Jika terdapat pola getaran pemotong frais yang jelas pada permukaan silinder yang difrais, hal ini mencerminkan kecepatan interpolasi mesin perkakas yang tidak stabil; Jika terdapat kesalahan elips yang signifikan pada kebulatan yang dihasilkan oleh penggilingan, hal ini menunjukkan bahwa perolehan dari dua sistem sumbu yang dapat dikontrol untuk gerakan interpolasi tidak sesuai; Pada permukaan melingkar, jika terdapat tanda berhenti pada titik-titik di mana setiap sumbu yang dapat dikontrol berubah arah (yaitu, dalam gerakan pemotongan kontinu, jika gerakan umpan berhenti pada posisi tertentu, alat akan membentuk bagian kecil dari tanda pemotongan logam pada permukaan pemesinan), hal ini menunjukkan bahwa jarak bebas maju dan mundur dari sumbu belum disetel dengan benar.
Penilaian akurasi mesin perkakas CNC merupakan proses yang kompleks dan sulit, bahkan beberapa di antaranya memerlukan evaluasi akurat setelah pemesinan selesai. Hal ini dikarenakan akurasi mesin perkakas dipengaruhi oleh kombinasi berbagai faktor, termasuk desain struktural mesin perkakas, akurasi manufaktur komponen, kualitas perakitan, kinerja sistem kontrol, dan kondisi lingkungan selama proses pemesinan.
Dalam hal desain struktural mesin perkakas, tata letak struktural yang memadai dan desain yang kaku dapat secara efektif mengurangi getaran dan deformasi selama proses pemesinan, sehingga meningkatkan akurasi pemesinan. Misalnya, penggunaan material alas berkekuatan tinggi, struktur kolom dan balok silang yang dioptimalkan, dll., dapat membantu meningkatkan stabilitas keseluruhan mesin perkakas.
Keakuratan manufaktur komponen juga memainkan peran penting dalam keakuratan mesin perkakas. Keakuratan komponen-komponen utama seperti sekrup bola, pemandu linier, dan spindel secara langsung menentukan keakuratan gerakan setiap sumbu gerak mesin perkakas. Sekrup bola berkualitas tinggi memastikan gerakan linier yang presisi, sementara pemandu linier presisi tinggi memberikan panduan yang halus.
Kualitas perakitan juga merupakan faktor penting yang memengaruhi akurasi mesin perkakas. Dalam proses perakitan mesin perkakas, parameter seperti akurasi pemasangan, paralelisme, dan vertikalitas antar komponen perlu dikontrol secara ketat untuk memastikan hubungan gerak yang akurat antar komponen mesin perkakas yang bergerak selama pengoperasian.
Performa sistem kontrol sangat penting untuk kontrol akurasi mesin perkakas. Sistem CNC canggih dapat mencapai kontrol posisi, kontrol kecepatan, dan operasi interpolasi yang lebih presisi, sehingga meningkatkan akurasi pemesinan mesin perkakas. Sementara itu, fungsi kompensasi kesalahan sistem CNC dapat memberikan kompensasi waktu nyata untuk berbagai kesalahan mesin perkakas, yang selanjutnya meningkatkan akurasi pemesinan.
Kondisi lingkungan selama proses pemesinan juga dapat memengaruhi akurasi mesin perkakas. Perubahan suhu dan kelembapan dapat menyebabkan pemuaian dan penyusutan termal komponen mesin perkakas, sehingga memengaruhi akurasi pemesinan. Oleh karena itu, dalam situasi pemesinan presisi tinggi, biasanya diperlukan pengendalian lingkungan pemesinan yang ketat dan pemeliharaan suhu serta kelembapan yang konstan.
Singkatnya, akurasi mesin perkakas CNC merupakan indikator komprehensif yang dipengaruhi oleh interaksi berbagai faktor. Saat memilih mesin perkakas CNC, faktor-faktor seperti jenis mesin perkakas, tingkat akurasi, parameter teknis, serta reputasi dan layanan purna jual produsen perlu dipertimbangkan, berdasarkan persyaratan akurasi pemesinan komponen. Selain itu, selama penggunaan mesin perkakas, pengujian dan perawatan akurasi secara berkala harus dilakukan untuk mengidentifikasi dan mengatasi masalah dengan cepat, memastikan mesin perkakas selalu mempertahankan akurasi yang baik, dan memberikan jaminan yang andal untuk produksi komponen berkualitas tinggi.
Seiring dengan kemajuan teknologi yang berkelanjutan dan pesatnya perkembangan manufaktur, persyaratan akurasi mesin perkakas CNC juga terus meningkat. Produsen mesin perkakas CNC terus melakukan riset dan inovasi, mengadopsi teknologi dan proses yang lebih canggih untuk meningkatkan akurasi dan kinerja mesin perkakas. Di saat yang sama, standar dan spesifikasi industri yang relevan terus ditingkatkan, memberikan dasar yang lebih ilmiah dan terpadu untuk evaluasi akurasi dan pengendalian kualitas mesin perkakas CNC.
Di masa depan, peralatan mesin CNC akan berkembang menuju presisi, efisiensi, dan otomatisasi yang lebih tinggi, memberikan dukungan yang lebih kuat bagi transformasi dan peningkatan industri manufaktur. Bagi perusahaan manufaktur, pemahaman yang mendalam tentang karakteristik presisi peralatan mesin CNC, pemilihan dan penggunaan peralatan mesin CNC yang tepat, akan menjadi kunci untuk meningkatkan kualitas produk dan meningkatkan daya saing pasar.