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自動化熱補償系統,降低不良品的產生
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精度波動的元兇-加工熱變形位


全自動化熱變位補償,消滅成品精度不穩定的問題。


客戶的痛點

客戶是生產動力轉向零件的汽車零件製造商。在使用CNC車床加工時機台會因為熱變位導致加工的原點偏移,無法獲得正確的原點。
在公差20um的高精度要求下,一般狀態的CNC工具機只要開始連續工作,就非常容易產生熱膨脹,進而讓產出的成品尺寸不良。

為了防止不良品的產生,客戶從業界中尋找到幾種解決方案:
以下為一些常用於對抗震刀產生的方式:

1.由控制器控制進行手動熱補償。
2.加裝可原點復歸的感應器。
3.加裝光學尺。

問題的關鍵


因CNC車床本身運轉時溫度變化而造成熱變位產生,這些微小的熱變位導致加工成品的尺寸精度不穩定。

以往需要在CNC工具機上安裝感應器的話,會因為主軸和刀塔這些旋轉部件,導致線路不好安裝,在安裝”有線式感應器”是相對困難的。而且大部分工廠的雜訊與遮蔽物較多,就算是使用”紅外線式感應器”也無法穩定傳輸訊號。

現在許多工具機廠商都提供額外的選配熱補償功能,但如果是使用工具機本身的熱補償功能,因為這種功能大部分是讓用戶去預測特定時段的溫度變化,並沒有辦法達到精確的熱補償,更會需要一個專人花費大量的時間在機台前面守候,不定時會需要人工調整,尤其耗費人力。

現今產業對於成品的精度要求更高,不論是在模具、汽機車、甚至到航太醫療產業都對於成品精度甚至是表面光潔度有了更高的需求,影響加工精度這方面的原因有許多,但其中因為熱變位的產生影響約佔了整體誤差值的50%以上,因此如何有效的去預測並對熱變位進行補償就成為了穩定高精度的一大課題。

目前業界上的主流用法還是使用額外安裝光學尺,再加上手動補償去達到精度要求。但有些模具的加工時間動則十幾小時甚至是一兩天,在這種超長時間的連續工作下,還需要手動去調整這些補償值實在是太勉強了。甚至是越來越多的工件需求用到五軸(搖擺頭)加工機來去製作,在幾何公差上甚至沒有辦法去判斷要針對哪一個軸向去進行熱變位補償。

由於機台各部件運轉時都會產生熱源,造成鑄件甚至機台整體結構產生變型,因而影響刀尖點的定位,如何降低熱變位誤差或如何正確的補償就是工具機廠的急欲解決的問題,目前業界上熱補償技術仍以OKUMA的熱傳導安定概念(TFC)為代表。

熱傳導安定概念(TFC)的優勢

  • 再也不需要每日早晨煩悶的暖機程序。
  • 用戶再也不需要”手動”調整以補償溫度上的變化。
  • 節省時間-提高產能嫁動率。
  • 節省金錢-減少能源上的消耗及人工(時間)成本,並不在需要額外安裝光學尺。
  • 不良品數的下降,加工精度擁有極高的穩定度。
  • 使CNC工具機能加工出微米級的表面精度,在模具製造上擁有絕佳優勢。
  • 實現耐用,高精度的製造。

  • OKUMA機電合一控制方法:熱傳導安定概念

    熱傳導安定概念的基礎在於OKUMA對於機電合一的控制技術,以及對於用戶友善操作的理念。這種發展完善的技術包括了機械工程與電子控制開發的融合,從而產生了工具機與控制器之間的最佳調和。因對於機電一體的承諾OKUMA在1987年建立了環境實驗室,並且累積了30多年的熱變位數據,並將這些數據實際的導入在OKUMA的工具機上。

    在這段時間內,OKUMA已經分析了超過200多個數據,並且個別建立了熱像圖,而這些分析數據奠定了OKUMA在CNC控制技術中的床台鑄件結構,主軸結構設計與自動化熱補償軟體的成果。
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