Maintenance Guides 1 min read

Diagnostische gids: Eliminatie van machinaal bewerkte oppervlakken van lage kwaliteit in CNC-machines

Technical analysis: Troubleshooting poor surface finish in CNC machining: tool wear, chatter vibration, spindle runout,

1. Beschrijving van het probleem en toepassingsgebied

De lage kwaliteit van het bewerkte oppervlak is een van de meest voorkomende en kritische problemen bij CNC-metaalverwerking, die rechtstreeks van invloed is op de functionaliteit van het onderdeel, de hulpbronnen ervan en de naleving van de normen. Deze handleiding behandelt de diagnose en probleemoplossing van ongepaste ruwheid, golving, spanen, bramen of andere oppervlaktedefecten die optreden tijdens frezen, draaien en boren op CNC-machines. De belangrijkste factoren waarmee rekening wordt gehouden zijn gereedschapslijtage, trillingen (slag), spindelslag en optimalisatie van snijparameters. Het toepassingsgebied omvat de meeste soorten CNC-machines voor metaalbewerking. Classificatie van ernst: kritisch (defecten die leiden tot afkeuring van het onderdeel), groot (vereist aanvullende verwerking of kunnen leiden tot vermindering van de middelen), klein (esthetische defecten die de functionaliteit niet beïnvloeden).

2. Voorzorgsmaatregelen

LET OP! Voordat u met diagnose- of reparatiewerkzaamheden aan de CNC-machine begint, is het noodzakelijk om alle veiligheidsnormen en bedrijfsprotocollen strikt te volgen. Het niet opvolgen van deze instructies kan leiden tot ernstig persoonlijk letsel of schade aan apparatuur.

  • LOCKOUT/TAGOUT (LOTO): Zorg ervoor dat de machine volledig spanningsloos en vergrendeld is volgens de LOTO-procedure (Lockout/Tagout) voordat u de afschermingen opent, bewegende delen inspecteert of componenten vervangt.
  • OPGESLAGEN ENERGIE: Houd rekening met mogelijk opgeslagen energie (perslucht in pneumatische systemen, geladen condensatoren, hydraulische druk, veren). Maak hem altijd veilig los voordat u aan het werk gaat.
  • PERSOONLIJKE BESCHERMINGSUITRUSTING (PBM): Draag altijd een veiligheidsbril of een schild, beschermende handschoenen (geschikt type voor het hanteren van scherpe instrumenten, olie of vloeistoffen), veiligheidsschoenen en beschermende kleding. Bij het werken met lawaai - gehoorbeschermingsmiddelen.
  • SCHERPE GEREEDSCHAP: Wees voorzichtig bij het werken met snijgereedschap; ze zijn extreem scherp. Gebruik geschikte middelen voor vervanging en verwijdering.
  • HETE ONDERDELEN/CHIPS: Onderdelen en spanen kunnen na het bewerken erg heet zijn. Gebruik het juiste gereedschap om ze te verwijderen.

3. Noodzakelijke diagnostische hulpmiddelen

Gereedschap Specificatie/model Bereik van metingen Doel
Kloktype-indicator/digitale indicator Hoge precisie, klasse 00 0-10 mm, nauwkeurigheid 0,001 mm Meten van de radiale/axiale slingering van de spindel, slingering van het gereedschap, slingering van het gereedschap.
Trillingsanalysator (draagbaar) Triaxiale versnellingsmeter, b.v. Brüel & Kjær Type 2526 10 Hz - 10 kHz, 0,1-100 mm/s Detectie van trillingen van de spil, machine, werkstuk, gereedschap. Frequentie analyse.
Microscoop of oppervlakteanalyseapparaat Draagbare digitale microscoop met verlichting, 50-200x Vergroting 50x - 200x Visuele analyse van oppervlaktedefecten, toestand van de snijkant van het gereedschap.
Toerenteller (contactloos) Laser, bijvoorbeeld Testo 460 10-99999 tpm Controle van het werkelijke spiltoerental.
Pyrometer (infraroodthermometer) Bereik -50°C tot +500°C, nauwkeurigheid ±1,5°C -50°C tot +500°C Temperatuurcontrole van het gereedschap, het werkstuk en de spillagers.
Remklauwen, micrometers, remklauwen Nauwkeurigheidsklasse 1 of 0 Volgens het meetbereik Meting van de afmetingen van het bewerkte onderdeel.
Rollenbank/meter snijkracht Driecomponenten, voor CNC-machines 0-10 kN Bewaking van snijkrachten. (Kan in de machine worden ingebouwd).

4. Initiële evaluatiechecklist

Voordat u met een gedetailleerde diagnose begint, voert u de volgende controle uit:

Checkpoint actie Resultaat/record
Beschrijving van het oppervlaktedefect Beschrijf in detail zichtbare gebreken: ruwheid, golving, sporen van kloppen, spanen, bramen, kleurveranderingen. Maak indien mogelijk foto's. Registratie: type defect, locatie. Foto.
Machine- en CNC-programma Noteer het machinemodel, de softwareversie, het CNC-programmanummer en het batchnummer van het gereedschap. Registratie: identificatiegegevens van de machine, het programma, het gereedschap.
Materiaal van het werkstuk Controleer het materiaalmerk, hardheid, serie. Record: merk, hardheid, conformiteit met TU.
Snijparameters Noteer de huidige parameters: spiltoerental (tpm), voeding (mm/min of mm/omw), snijdiepte (mm), snijbreedte (mm), MOR-type. Opname: s, f, ap, ae, MORP.
Geschiedenis van de machine Controleer het machinegebeurtenislogboek en de onderhoudsgeschiedenis. Zijn er recente componentwijzigingen geweest? Registratie: eerdere storingen, vervangingen, gepland onderhoud.
Temperatuurmodus Meet de temperatuur van de spil, het machinelichaam en de MOR tijdens bedrijf. Registreren: temperaturen (C°).
Snap-in toegepast Controleer het type spantang, gereedschapshouder en werkstukbevestiging. Registratie: Type uitrusting, staat van aanbouw.
Externe factoren Zijn er geen externe trillingsbronnen (andere machines, apparatuur in de buurt)? Registreren: aanwezigheid van externe trillingen.

5. Systematische stroom van diagnostiek

In dit gedeelte wordt een beslissingsboom gepresenteerd voor stapsgewijze diagnostiek van een probleem met slechte oppervlaktekwaliteit. Volg de logica van ALS-DAN-ELSE.

  1. Begin met een visuele inspectie van het bewerkte oppervlak:
    1. Wat is de aard van het defect?
      • ALS het defect zich manifesteert als overmatige ruwheid of microscheurtjes over het hele oppervlak:
        1. Controleer de staat van de snijkant van het gereedschap:
          • ALS de snijkant zichtbare slijtage vertoont (stomp, afbrokkelen, bramen) DAN ga naar Tool Wear.
          • ELSE (scherpe rand, geen zichtbare gebreken) DAN controleer de snijparameters.
      • ALS het defect zich manifesteert als golvingen, periodieke sporen of klappersporen:
        1. Controleer op trillingen:
          • ALS de machine trilt of er vreemde geluiden hoorbaar zijn tijdens de verwerking DAN ga naar de sectie Trillingen (kloppen).
          • ELSE (geen significante trillingen/geluiden) DAN controleer de slingering van de spil en het gereedschap.
      • ALS het defect zich manifesteert in de vorm van oneffenheden, grote spanen of een verandering in de diameter:
        1. Controleer de slingering van de spil en het gereedschap:
          • ALS er een excessieve slingering van de spil of het gereedschap wordt gevonden DAN ga naar Slingering van de spil en het gereedschap.
          • ELSE (slaan binnen normale grenzen) DAN controleer de parameters voor het snijden en fixeren van het werkstuk.
      • ALS het defect niet aan een van de bovenstaande punten voldoet, maar de oppervlaktekwaliteit nog steeds slecht is:
        1. Controleer de snijparameters:
          • ALS de snijparameters niet voldoen aan de aanbevelingen voor het materiaal/gereedschap/machine DAN ga naar De snijparameters optimaliseren.
          • ELSE (parameters zijn normaal) DAN controleer de kwaliteit van de MOP en het aanbod ervan.

6. Matrix van storingen en oorzaken

Symptoom Waarschijnlijke oorzaken (volgens waarschijnlijkheid) Diagnostische test Verwacht resultaat (als de oorzaak wordt bevestigd)
Overmatige ruwheid, microscheurtjes, mat oppervlak 1. Versleten/stom snijgereedschap
2. Onjuiste snijparameters (te hoge voeding, lage snelheid)
3. Onvoldoende aanbod van MOR		 Visuele inspectie van het instrument onder een microscoop. Het wijzigen van de snijparameters. Verificatie van indiening van MOR. 1. Zichtbare randslijtage (≥ 0,1 mm afschuiningslijtage).
2. Vermindering van de ruwheid tijdens optimalisatie.
3. Droge snijzone, oververhitting.
Golvingen, periodieke sporen, "kloppingen" (ratelsporen) 1. Trillingen (onvoldoende stijfheid van de machine/opstelling/gereedschap)
2. Overmatig slaan van het gereedschap/gereedschap
3. Suboptimale snijparameters (hoge snijdiepte, onjuiste snelheid)		 Trillingsanalyse van de machine/werkstuk. Meetgereedschap slingering. Wijzig parameters. 1. Hoog trillingsniveau (> 5 mm/s RMS) bij karakteristieke frequenties.
2. Gereedschapslingering > 0,01 mm.
3. Vermindering van golving tijdens optimalisatie.
Brandwonden, tranen van materiaal 1. Bot/onjuist geslepen gereedschap
2. Onjuiste snijparameters (te lage snelheid, te veel voeding)
3. Onjuiste gereedschapsgeometrie voor het materiaal		 Gereedschapsoverzicht. Wijzig parameters. Controle van de gereedschapsgeometrie. 1. Zichtbare slijtage, chipjes aan de rand.
2. Vermindering van bramen tijdens optimalisatie.
3. Verandering in kwaliteit bij gebruik van een ander hulpmiddel.
Instabiele maat, tapsheid, niet-rondheid 1. Kloppen van de spil
2. Onvoldoende stijfheid van het werkstuk/gereedschapsopzetstuk
3. Slijtage van machinegeleiders
4. Temperatuurvervormingen		 Meting van de slingering van de spil. Bevestigingscontrole. Controle van de nauwkeurigheid van de asbeweging. Temperatuurregeling. 1. Radiale slingering van de spil > 0,005 mm.
2. Mobiliteit van het werkstuk/gereedschap.
3. Niet-lineariteit van asbeweging.
4. Dimensionale veranderingen met temperatuurveranderingen.

7. Analyse van de hoofdoorzaak voor elke storing

Slijtage van gereedschap

Uitleg: Gereedschapsslijtage is een onvermijdelijk proces dat optreedt bij het snijden van materiaal. Het kan zich manifesteren als abrasieve slijtage (slijtage van de snede), adhesieve slijtage (groei), diffusieslijtage (verandering in de eigenschappen van het gereedschapsmateriaal) of plastische vervorming van de snede. Een stomp gereedschap vereist meer snijkracht, genereert meer warmte, wat leidt tot de vernietiging van het werkstukmateriaal, verhoogde ruwheid en het ontstaan ​​van bramen.

Hoe te bevestigen: Visuele inspectie van de snijkant onder een microscoop (vergroting 50-100x). Karakteristieke tekenen: glanzende slijtageafschuining op het achteroppervlak (meer dan 0,1-0,2 mm, afhankelijk van het type gereedschap), afbrokkelen, afbrokkelen, gezwellen van het werkstukmateriaal. Er kunnen ook een stijging van de temperatuur in de snijzone (gemeten door een pyrometer > 80°C voor staal) en een stijging van het energieverbruik van de spil worden waargenomen.

Schade indien niet gecorrigeerd: verslechtering van de oppervlaktekwaliteit tot een onaanvaardbaar niveau, verhoogde kans op gereedschapsfalen, schade aan het werkstuk, overmatige belasting van de machinespindel, verhoogd energieverbruik.

Trilling (slag)

Uitleg: Trillingen in het machine-gereedschap-werkstuksysteem leiden tot ongecontroleerde relatieve bewegingen van het gereedschap en het werkstuk, waardoor periodieke markeringen op het oppervlak ontstaan ​​die bekend staan ​​als "chatter marks" of "maankraters". Trillingen kunnen worden geforceerd (door defecte machineonderdelen, onbalans) of zelfoscillaties (regeneratieve trillingen veroorzaakt door de interactie van het snijproces met de dynamische kenmerken van het systeem). Belangrijkste oorzaken: onvoldoende systeemstijfheid, onbalans tussen gereedschap en opspanning, lagerslijtage, onjuiste werkstukopspanning, suboptimale snijparameters die resonantie veroorzaken.

Hoe dit te bevestigen: luisteren naar karakteristieke hoogfrequente ruis tijdens het knippen. Met behulp van een trillingsanalysator: meet het trillingsniveau op het spilsamenstel, de gereedschapshouder, het werkstuk en de machinetafel. Normaal trillingsniveau voor precisiebewerking < 2,5 mm/s RMS (volgens ISO 10816). Niveaus > 5 mm/s RMS duiden op aanzienlijke trillingen, > 10 mm/s RMS – kritisch. Analyse van het trillingsspectrum zal helpen bij het bepalen van de frequentie van de bron.

Schade, indien niet geëlimineerd: Aanzienlijke verslechtering van de oppervlaktekwaliteit, versnelde slijtage van het gereedschap, schade aan de spileenheid (lagers), verkorting van de levensduur van de machine, schade aan de werkstukken.

Kloppende spindel en gereedschap

Uitleg: De slingering van de spindel (radiaal of axiaal) is een afwijking van de rotatieas van het ideaal. De gereedschapslingering is de totale slingering, inclusief de slingering van de spil, de slingering van de klauwplaat/gereedschap en de slingering van het gereedschap. Overmatig kloppen leidt ertoe dat de snijkant ongelijkmatig werkt, wat een ongelijkmatige belasting van het gereedschap, ongelijkmatige verwijdering van materiaal, golving, verhoogde ruwheid en onjuiste afmetingen van het onderdeel (ovaalheid, tapsheid) veroorzaakt.

Hoe te bevestigen: met behulp van een zeer nauwkeurige horloge-type indicator. Om de slingering van de spil te meten, installeert u de indicator op de binnenkegel van de spil (zonder gereedschap). Toegestane radiale slingering van de spil voor uiterst nauwkeurige machines < 0,003-0,005 mm (3-5 μm). Om de slingering van het gereedschap te meten, installeert u het gereedschap in de boorkop en meet u de slingering op het werkende deel. Toegestane totale gereedschapslingering < 0,01 mm (10 µm) voor de meeste toepassingen. Metingen moeten op verschillende punten en onder verschillende rotatiehoeken worden uitgevoerd.

Schade indien niet geëlimineerd: lage bewerkingsnauwkeurigheid, oppervlaktedefecten, versnelde gereedschapsslijtage (vooral één rand), schade aan de boorkop, vernietiging van spillagers.

Optimalisatie van snijparameters

Uitleg: Onjuiste selectie van snijparameters (spilsnelheid (Vc), voeding (fz of Vf), snedediepte (ap), snedebreedte (ae)) kunnen de belangrijkste reden zijn voor een slechte oppervlaktekwaliteit. Een te hoge voeding of een te laag toerental kan overmatige ruwheid en bramen veroorzaken. Een te hoog toerental of onvoldoende snedediepte kan leiden tot overmatige slijtage van het gereedschap en oververhitting. Ook een verkeerde combinatie van parameters kan trillingen veroorzaken.

Hoe te bevestigen: Controlebehandelingen uitvoeren met een geleidelijke verandering van één parameter. Vergelijking van snijparameters met aanbevelingen van gereedschaps- en materiaalfabrikanten. Bewaking van het spilvermogen en de snijkrachten (indien beschikbaar). Optimale parameters liggen meestal in het bereik dat trillingen minimaliseert en stabiele spanen oplevert.

Schade indien niet geëlimineerd: Lage productiviteit, overmatige slijtage van het gereedschap, schade aan het werkstuk, niet-overeenstemming van het onderdeel met de technische vereisten.

8. Stapsgewijze procedures voor probleemoplossing

Related Articles