Odstraňovanie rozmerových chýb pri CNC obrábaní oceľových súčiastok

Rozmerové chyby patria medzi najnákladnejšie problémy pri Obrábaní ocele pomocou CNC . Otvory sa posunujú z požadovanej polohy, rovnosť neprechádza toleranciou, vrtáky sa zužujú ku koncu (taper) a súčiastky, ktoré prejdú medziskontrolami počas výroby, sú náhle odmietnuté pri konečnej skúške.

Na základe denníkov poruchového vyhľadávania na výrobnej ploche, štúdií meracích prístrojov a projektov zlepšovania procesov z výrobných prostredí tento článok vysvetľuje prečo vznikajú rozmerové chyby pri obrábaní ocele – a ako ich odstrániť pomocou metód založených na dátach a opakovateľných postupov .

---

Čo sú rozmerové chyby pri CNC obrábaných oceľových súčiastkach?

Rozmerové chyby označujú akékoľvek odchýlky od požiadaviek výkresu, vrátane:

• Nekruhové vrtáky

• Nadmerne odchýlky rovnosti

• Posun polohy otvorov

• Chyby rovnobežnosti

• Veľkostné odchýlky medzi dávkami

V programe obrábania skrinky pre prevodovku z ocele AISI 1045:

• Zamietnuté súčiastky boli vyradené 29%

• Čas na opravu klesol 37%

• Index schopnosti procesu (CpK) pre kritické vŕtania sa zlepšil z 0,86 na 1,41

po implementácii nižšie uvedených nápravných opatrení.

---

Prečo vznikajú rozmerové chyby pri CNC obrábaní oceľových súčiastok

1. Teplotná rozťažnosť stroja a súčiastky

Oceľ sa rozširuje približne 11–13 µm/m/°C počas dlhých cyklov môže teplo v vretene a teplota súčiastky spôsobiť zmenu rozmerov mimo tolerancie.

Namerali sme prípad:
Obrábací centrum vykázalo posun osi Z o 14 µm po 45 minútach nepretržitého rezného procesu.

---

2. Opotrebovanie nástroja a degradácia vložiek

Postupné opotrebovanie boku rezného nástroja zvyšuje rezné sily, čo spôsobuje ohyb nástroja a posun prvkov.

Monitorovanie životnosti nástroja na ocele 4140 ukázalo:

• Zmena rozmerov o +0,018 mm po 280 súčiastkach

• Stabilné rozmery sa obnovili po preindexovaní nástroja

---

3. Ohyb a výstup nástroja

Dlhé nástroje sa správajú ako pružiny – najmä pri obrábaní ocele.

Vŕtačka s výstupom 6× priemer vyprodukovala zúženie 0,05 mm ; výmenou za tlmiacu vŕtačku sa zúženie znížilo na 0,012 mm.

---

4. Pohyb upevňovacieho zariadenia alebo pružné vrátenie súčiastky

Ak sa súčiastka uvoľní po odstránení upnutia, meranie počas výroby nebude zodpovedať konečnej kontrolе.

Testovanie pomocou snímača sily ukázalo, že zníženie sily upnutia o 30 % znižuje chybu rovnobežnosti o polovicu.

---

5. Nezhodný vstupný materiál

Zmena tvrdosti v rámci oceľových tyčí alebo dosiek mení rezné sily a ohyb.

Jedna dávka ocele 4140 mala rozsah tvrdosti 270–315 HB, čo spôsobovalo nepredvídateľné rozptyly priemeru vrtaných otvorov.

---

Ako odstrániť rozmerové chyby: Overené riešenia

---

Kontrola teploty a tepelnej drifty

Stabilizácia prostredia

• Udržiavať teplotu v dielni v rozmedzí ±1,5 °C

• Zahrejte stroje po dobu 20–30 minút

• Vyhnite sa kolísaniu teploty chladiacej kvapaliny o viac ako 2 °C

Používajte dotykové meranie a kompenzáciu

• Zmerajte kritické prvky počas výrobného cyklu

• Automaticky uplatňujte posuny pre opotrebovanie nástrojov

• Zaznamenávajte tepelné trendy podľa smien

Výsledok:
Zavedenie dotykového merania počas výroby znížilo rozptyl priemeru otvorov o 46%v blokoch ventilov.

---

Aktívne riadte opotrebovanie nástrojov

Nastavte limity životnosti nástrojov

Namiesto čakania na poruchu:

• Sledujte počet výmen nástrojov na hranu

• Vymeňte vložky pri 70–80 % ich životnosti

• Používajte sesterské nástroje v magazine

Vyberte vhodné nástroje

• Karbid s povlakom TiAlN pre zliatiny ocele

• Ostré dokončovacie vložky pre nízkouhlíkovú oceľ

• Geometrie typu „wiper“ pre stabilitu rozmerov

---

Znížte ohyb nástroja

• Kdekoľvek je to možné, skráťte vysunutie nástroja

• Prepnúť na hydraulické alebo zámkové držiaky

• Znížiť radiálny záber

• Zvýšiť axiálnu hĺbku pomocou trochoídnych dráh

Namerané zlepšenie:
Výmena držiakov znížila odchýlku vrtania z 0,022 → 0,009 mm.

---

Zlepšiť stratégiu upínania

• Podoprieť tenké steny opornými podložkami

• Obrábať kritické plochy ako posledné

• Pridať referenčné body (datumy) čo najbližšie k obrábacím zónam

• Použiť upínacie zariadenia s riadením momentu

---

Štandardizácia surovín

• Uviesť rozsahy tvrdosti v objednávkach

• Požiadať o certifikáty výrobcu (MTR)

• Odstraňovať napätie kovaných polotovarov

• Ultrazvukovo testovať veľké polotovary

---

Postupné riešenie problémov krok za krokom

Keď je prvok mimo tolerancie:

1️⃣ Skontrolovať teplotu súčiastky
2️⃣ Preskúmať hranu nástroja pod zväčšením
3️⃣ Zmerať previs nástroja
4️⃣ Overiť opakovateľnosť prípravku
5️⃣ Preskúmať certifikáty tvrdosti
6️⃣ Upraviť posun opotrebovania alebo vymeniť nástroj
7️⃣ Znovu opracovať skúšobný kus

---

Zoznam kontrolných bodov pre rozmerovú kontrolu

Pred výrobou:

• ✅ Termické predhriatie dokončené

• ✅ Opakovateľnosť prípravku overená

• ✅ Nástrojové súpravy zmerané

• ✅ Hodnoty zásoby v CAM sú správne

Počas výroby:

• ✅ Zaznamenať údaje SPC

• ✅ Skontrolovať kritické vlastnosti sondou

• ✅ Vymeniť nástroje podľa plánu

Po výrobe:

• ✅ Vykonávať štúdie CpK

• ✅ Aktualizovať trendy posunov

• ✅ Prehodnotiť tabuľky životnosti nástrojov

---

Často kladené otázky o presnosti CNC obrábania oceľových súčiastok

Aké tesné tolerancie sú realistické pri CNC obrábaní ocele?

±0,01 mm je bežné pre stabilné procesy; ±0,005 mm vyžaduje kontrolu teploty, kontrolu sondou a kvalitné nástroje.

---

Prečo sa súčiastky po odobratí z stroja merajú inak?

Typickými príčinami sú zmenšenie v dôsledku chladenia, uvoľnenie napätia po uvoľnení upínania a teplotný posun stroja.

---

Vždy znižovanie rýchlosti rezného procesu zlepšuje presnosť?

Nie – trenie a hromadenie tepla môžu ešte viac zhoršiť kontrolu rozmerov. Dôležitejšie ako nízka otáčková rýchlosť je optimalizácia posuvov a otáčok.