Podchycení polohy v pohonech posuvů
Údaj polohy NC osy je možné snímat z úhlové polohy kuličkového šroubu ve spojení s rotačním snímačem nebo z přímého odměřování lineárním snímačem polohy (pravítky). Pokud je poloha pohonu snímána rotačním snímačem, pak má kuličkový šroub dvojí funkci: jako součást pohonu musí přenášet vysoké síly, ale současně je od něj očekávána přesnost a konstantní stoupání při odměřování polohy. Polohová smyčka však vyhodnocuje pouze údaje rotačního snímače. Vzhledem k tomu, že opotřebení šroubu a plovoucí lokální změny teplot mechaniky pohonů nelze kompenzovat, hovoříme v tomto případě o tzv. semiclosed loop, tedy nepřímé polohové vazbě. Chyba polohování pohonů není opakovatelná a může podstatně ovlivnit kvalitu obrobků.
Je-li poloha snímána přímým odměřováním pohybu saní, tedy lineárním snímačem polohy, vyloučí polohová vazba vliv mechaniky posuvu. V tomto případě hovoříme o přímé polohové vazbě. Vůle a nepřesnosti v přenosové kinematické soustavě nemají vliv na přesnost záznamu polohy. Přesnost měření závisí prakticky na přesnosti a umístění snímače polohy na stroji.
Tato základní úvaha pro lineární osy platí samozřejmě i pro odměřování polohy otočných stolů. Také zde je možné snímat polohu z motoru na konci kinematického řetězce nebo přímo v ose stolu z přesného úhlového snímače polohy s vysokou reprodukovatelností.
Vliv přesnosti pohonů na obrobek
Ve strojírenství zcela jednoznačně vyvstává potřeba výroby v malých dávkách. Pro výrobce dílců tak představuje přesnost prvního kusu v sérii významný ekonomický faktor. Obráběcí stroje určené pro přesnou výrobu v malých dávkách stojí před velkou výzvou. Typickou hodnotou posuvu při hrubování jsou 3-4 m.min-1 a při obrábění načisto 0,5 až 1 m.min-1. Rychloposuvy při výměně nástrojů dosahují hodnot až o řád vyšších. V operacích, jako je vrtání a vystružování, jsou střední hodnoty posuvů ve vztahu k oteplení kuličkového šroubu nepatrné. V jednotlivých operacích obrábění se potom mění teplotní poměry po délce šroubu v závislosti na různých hodnotách posuvu. Proměnný stav zátěže při náhonu kuličkovým šroubem může vést při kompletním obrábění spolu s nepřímou polohovou vazbou k napjatosti, která se projeví jako nespojitosti prvního druhu na povrchu dílce. Pro přesné obrobení dílců v malé sérii je tedy přímá polohová vazba s lineárními snímači nezbytným předpokladem.
Příklad obrábění dílů pro letecký průmysl
Díly z lehkých materiálů pro letecký průmysl (např. z titanu) jsou většinou vyráběny z přířezů, které jsou materiálově značně náročné. V typických případech představuje odběr třísek i přes 90 % objemu polotovaru. Výroba takových součástí využívá velmi výkonná HSC obráběcí centra s vysokými posuvy a vysokou řeznou rychlostí. Řezný proces využívá vysoké řezné parametry, v jejichž důsledku se vyvíjí v kuličkovém šroubu třecí teplo. Ztráty způsobené třením a teplotní roztažnost se v průběhu obrábění mění v závislosti na změnách řezných podmínek při hrubování a dokončování. V sériové výrobě s velmi krátkými časy obrábění stoupá teplota šroubů s počtem kusů v dávce. V případě nepřímé polohové vazby (bez lineárního snímače polohy) se jednotlivé dílce liší rozměrově jeden od druhého. V důsledku teplotní roztažnosti kinematického řetězce stroje pak v takových případech většinou nejsou dosaženy předepsané tolerance. Při použití přímého lineárního snímače polohy pro odměřování délky se tyto odchylky nevyskytují.
Posouzení vlivu vazby na přesnost dílce
Obrobek na obrázcích představuje dvouramennou páku pro letecký průmysl s tolerancí středů vrtaných otvorů ve třídě IT7. Pro posouzení přesnosti nepřímé polohové vazby byly díry obráběny nadvakrát na témže dílci. Druhá část dílu byla obráběna v posunutí o 10 mm směrem dolů. Celkově se jedná o 20 cyklů obrábění na stejném dílci. Při obrábění s nepřímou polohovou vazbou se navzájem odchylují kontury obou dílců, což je patrné na vystupující hraně po obvodu dílce. Působení teplotní roztažnosti kuličkového šroubu je na dílci patrné tím zřetelněji, čím více se pohony vzdalují od ložisek šroubu.