Systémy odměřování dráhy

Každá osa číslicově řízeného stroje potřebuje vlastní odměřovací zařízení, které hlásí regulátoru polohy okamžitou skutečnou polohu suportu.

Přímé měření dráhy – odměřuje se dráha ujetá přímo.

Nepřímé měření dráhy – posuzuje se ujetá dráha z úhlu natočení s ohledem na stoupání vodícího šroubu.

U většiny strojů se provádí měření dráhy fotoelektronicky.

Světlo vycházející ze zdroje je usměrněno kondenzorovou čočkou na rovnoběžné světelné paprsky a prosvěcuje skleněné měřítko s čárovým rastrem.

Přímý, inkrementální systém odměřování dráhy s referenčními značkami s kódovanou vzdáleností.

Obr. 1: Přímý inkrementální systém odměřování

U inkrementálních systémů s referenčními značkami s kódovanou vzdáleností je možno získat absolutní polohu vždy po 20 mm, to znamená přejetí dvou referenčních značek.

Snímače polohy Heidenhain

Základem jejich vysoké přesnosti je precizní dělení.

Hlavní částí snímačů je jejich standardní měřítko, obvykle ve formě dělení s typickou šířkou rysky od 0.25 µm do 10 µm. Tato přesná dělení jsou vyráběna procesem Diadur nebo Aurodur a jsou rozhodujícím faktorem funkčnosti a přesnosti snímačů. Dělení jsou složena z rysek a mezer s definovaným intervalem s velmi malou úchylkou. Tím jsou vytvořeny struktury s přesnou definicí hran. Takováto dělení jsou odolná vůči mechanickým a chemickým vlivům i vibracím a otřesům. Mají také definované chování při změně teploty. 

Diadur

Přesná dělení Diadur jsou složena z extrémně tenkých vrstev chromu na substrátu - obvykle ze skla nebo sklokeramiky. Přesnost těchto dělících struktur je v oblasti mikronů a submikronů.

Aurodur

Dělení Aurodur je založeno na vysoce reflexivních zlatých ryskách a matných mezerách. Dělení AURODUR je obvykle na nosičích z oceli.

Fázové mřížky. Speciální výrobní proces umožňuje vyrábět trojrozměrné dělící struktury, které mají zvláštní optické charakteristiky. Šířka těchto struktur je v rozsahu od několika mikronů až po čtvrt mikronu.

Obr. 2: Lineární optická pravítka pro snímání polohy

Magnetické lineární snímače MLS3

Tento systém spojuje výhody magnetických lineárních snímačů a dále jejich plnou ochranu před okolním prostředím.

Systém je zapouzdřený v hliníkovém profilu s vlastním vedením čtecí hlavy, který je na vrchu chráněn 2 řadami manžet.

U tohoto systému tak nedochází k odlepování magnetického pásku působením např. řezných kapalin, zanášení povrchu ocelovými třískami apod.

Magnetické snímače jsou vyráběny v požadovaných délkách.

Obr. 3: Magnetický lineární snímač MLS3

Přesnost indikace a vlivy vůle vedení a pružné deformace na rozměrovou stálost obrobku

Stávající vůle v ložiskách a ve vedeních

Stávající vůle v ložiskách a ve vedeních způsobuje, že je nástroj tlačen řeznými silami do jiné než naprogramované polohy. I u vysoce kvalitních CNC strojů musí existovat určitá vůle v ložiskách a vedeních. Jinak by byly třecí síly a tím vznikající opotřebení příliš velké a po krátké době by došlo k větším nepřesnostem.

Kovové konstrukční části se pružně deformují. Řeznou silou se deformují frézy a vřeteno, což vede k rozměrovým odchylkám. Deformace jsou tím větší, čím větší jsou síly při obrábění a čím větší je vyložení vřetena.

Tepelná roztažnost

Tepelnou roztažností konstrukčních částí stroje a obrobku může dojít k dalším nepřesnostem. To vede k tomu, že se u CNC obráběcích strojů, které mají vyrábět obrobky s velmi přesnými tolerancemi, provádí obrábění v klimatizovaných prostorách a chladivo je udržováno na konstantní teplotě. To znamená, že musí být samo chlazeno.

Pružná deformace

Je to stav, kdy se nástroj odtlačuje od obrobku. Je proto nutné vždy při upínání nástroje dbát na takové vyložení nástroje jaká je potřebná hloubka obrábění. Platí zde pravidlo, že upnutí musí být pevné a tuhé. Myslíme tím jak obrobek, tak i nástroj.

Vůle ve vedení

V tomto případě máme na mysli vůli mezi vedením a suportem stroje. Tento problém se týká především konvenčních strojů. U CNC strojů tato vůle bývá minimální a pokud je překročena povolená úchylka, systém hlásí chybu. Tuto vůli může případně eliminovat možnost užití funkce pro zpevňování suportů.

Opakovaná přesnost

Opakovanou přesností pak máme na mysli to, že rozměry prvního kusu jsou naprosto stejné jako u stého či tisícího obrobku.

Obr. 4: Vliv deformací a vůlí na rozměrovou přesnost

 

Zdroje

• MM PUBLISHING, S. R. O. MM Průmyslové spektrum 1997-2011 [dvdrom]. Praha, 2012.

Prezentace:

• Měření a odměřování na CNC strojích - Projekt: EU - peníze středním školám pro Olomoucký kraj, registrační číslo CZ.1.07/1.5.00/34.0064.
• Přesnost indikace polohy - Projekt: EU - peníze středním školám pro Olomoucký kraj, registrační číslo CZ.1.07/1.5.00/34.0064.
• Pokud není uvedeno jinak, autorem obrázků je Jaroslav Valenta. Obrázky mohou být také součástí citovaných digitálních materiálů.