Per precisione di lavorazione si intende il grado di conformità tra i parametri geometrici reali (dimensioni, forma e posizione) di un pezzo lavorato e i suoi parametri geometrici ideali. Nella lavorazione meccanica, gli errori sono inevitabili, ma devono essere mantenuti entro limiti consentiti. Attraverso l’analisi degli errori, è possibile comprendere i modelli fondamentali di variazione degli errori e, di conseguenza, adottare misure adeguate per ridurre gli errori di lavorazione e migliorare la precisione di lavorazione.
I. Principali cause di errore nella lavorazione meccanica
(i) Errori di rotazione del mandrino
Per errore di rotazione del mandrino si intende la variazione tra l’asse di rotazione istantaneo reale del mandrino e il suo asse di rotazione medio. Le principali cause degli errori radiali di rotazione del mandrino includono: errori di coassialità delle sezioni di albero del mandrino, vari errori dei cuscinetti stessi, errori di coassialità tra i cuscinetti, flessione del mandrino, ecc. Un adeguato miglioramento della precisione di fabbricazione del mandrino e della sua sede, la selezione di cuscinetti ad alta precisione, il potenziamento della precisione di montaggio dei componenti del mandrino, l’equilibratura dei componenti ad alta velocità del mandrino e il precarico dei cuscinetti a rulli possono tutti migliorare la precisione di rotazione del mandrino della macchina utensile.
(ii) Errori della guida
Le guide lineari fungono da riferimento per determinare le relazioni posizionali relative tra i vari componenti della macchina utensile e costituiscono anche il punto di riferimento per il movimento della macchina utensile. I requisiti di precisione per le guide lineari del tornio riguardano principalmente tre aspetti: la rettilineità nel piano orizzontale; la rettilineità nel piano verticale; e il parallelismo (torsione) delle guide anteriori e posteriori. Oltre agli errori di fabbricazione delle guide stesse, anche l’usura irregolare e la qualità dell’installazione delle guide sono fattori importanti che causano errori nelle guide.
(iii) Errori della catena di trasmissione
Per errori di trasmissione in una catena di trasmissione si intendono gli errori di moto relativo tra il primo e l’ultimo elemento di trasmissione in una catena di trasmissione internamente collegata. Gli errori di trasmissione sono causati da errori di fabbricazione e di assemblaggio dei vari componenti della catena di trasmissione, nonché dall’usura durante l’uso.
(iv) Errori geometrici dell’utensile
Qualsiasi utensile subisce inevitabilmente usura durante il processo di taglio, il che a sua volta provoca modifiche alle dimensioni e alla forma del pezzo lavorato. La corretta selezione dei materiali degli utensili, l’adozione di nuovi materiali resistenti all’usura, la scelta ragionevole dei parametri geometrici e dei parametri di taglio degli utensili, nonché un uso appropriato del refrigerante, possono tutti minimizzare l’usura dimensionale degli utensili. Quando necessario, è inoltre possibile utilizzare dispositivi di compensazione per compensare automaticamente l’usura dimensionale degli utensili.
(v) Errori di posizionamento
a) Errore di mancata coincidenza dei datum: Sul disegno del pezzo, il datum utilizzato per determinare le dimensioni e la posizione di una superficie è detto datum di progetto. Sulla scheda di processo, il datum utilizzato per determinare le dimensioni e la posizione della superficie lavorata dopo la lavorazione è detto datum di processo. Durante la lavorazione di un pezzo su una macchina utensile, è necessario selezionare determinate caratteristiche geometriche del pezzo come datum di posizionamento. Se il datum di posizionamento selezionato non coincide con il datum di progetto, si verifica un errore di mancata coincidenza dei datum.
b) Errore di fabbricazione imprecisa delle coppie di elementi di posizionamento: Gli elementi di posizionamento su una fixture non possono essere fabbricati con assoluta precisione secondo le dimensioni nominali; le loro dimensioni (o posizioni) effettive sono ammesse a variare entro intervalli di tolleranza specificati. La superficie di posizionamento del pezzo e gli elementi di posizionamento della fixture insieme formano una coppia di elementi di posizionamento. La massima variazione di posizione del pezzo causata dalla fabbricazione imprecisa della coppia di elementi di posizionamento e dal gioco di accoppiamento tra di essi è detta errore di fabbricazione imprecisa della coppia di elementi di posizionamento.
(vi) Errori causati dalla deformazione del sistema tecnologico sotto carico
a) Rigidità del pezzo: Nel sistema tecnologico, se la rigidità del pezzo è relativamente bassa rispetto a quella della macchina utensile, dell’utensile e della fixture, la deformazione del pezzo dovuta a una rigidità insufficiente sotto l’azione delle forze di taglio avrà un impatto relativamente elevato sulla precisione di lavorazione.
b) Rigidità dell’utensile: Un utensile di tornitura esterna presenta un’alta rigidità nella direzione normale (y) rispetto alla superficie da lavorare, e la sua deformazione può essere trascurata. Quando si esegue la foratura di un foro interno di piccolo diametro, l’asta di foratura ha una rigidità molto bassa, e la sua deformazione sotto carico influisce in modo significativo sulla precisione della lavorazione del foro.
c) Rigidità dei componenti della macchina utensile: I componenti della macchina utensile sono costituiti da molte parti. A oggi non esiste un metodo di calcolo semplice e adeguato per la rigidità dei componenti della macchina utensile; attualmente si ricorre principalmente a metodi sperimentali per misurare la rigidità dei componenti della macchina utensile. La deformazione non è linearmente correlata al carico; la curva di carico e quella di scarico non coincidono, con la curva di scarico che rimane indietro rispetto alla curva di carico. L’area compresa tra le due curve rappresenta l’energia dissipata durante il ciclo di carico e scarico, consumata dal lavoro di attrito e dal lavoro di deformazione per contatto. Dopo il primo scarico, la deformazione non ritorna al punto di partenza del primo carico, il che indica la presenza di deformazione residua. Dopo numerosi cicli di carico-scarico, il punto di partenza della curva di carico coincide con il punto finale della curva di scarico, e la deformazione residua diminuisce gradualmente fino a zero.
(vii) Errori causati dalla deformazione termica del sistema tecnologico
La deformazione termica del sistema tecnologico ha un impatto relativamente elevato sulla precisione della lavorazione. Soprattutto nella lavorazione di precisione e nella lavorazione di grandi pezzi, gli errori di lavorazione causati dalla deformazione termica possono talvolta rappresentare il 50% dell’errore totale del pezzo. Le macchine utensili, gli utensili e i pezzi lavorati sono sottoposti a varie fonti di calore, che fanno sì che le loro temperature aumentino gradualmente. Allo stesso tempo, essi disperdono calore verso i materiali circostanti e verso lo spazio attraverso vari metodi di trasferimento del calore.
(viii) Errori di regolazione
In ogni fase della lavorazione meccanica, è necessario eseguire una certa attività di regolazione sul sistema tecnologico. Poiché la regolazione non può essere assolutamente precisa, si verificano errori di regolazione. Nel sistema tecnologico, la precisione reciproca di posizione tra il pezzo e l’utensile sulla macchina utensile viene garantita regolando la macchina utensile, l’utensile, il dispositivo di fissaggio o il pezzo stesso. Quando le precisioni originali della macchina utensile, dell’utensile, del dispositivo di fissaggio e del pezzo grezzo soddisfano tutte i requisiti di processo e non si tengono in considerazione i fattori dinamici, l’influenza degli errori di regolazione gioca un ruolo decisivo sulla precisione della lavorazione.
(ix) Errori di misura
Quando i pezzi vengono misurati durante o dopo la lavorazione, il metodo di misura, la precisione dello strumento di misura, le condizioni del pezzo e i fattori soggettivi e oggettivi influiscono tutti direttamente sulla precisione della misura.
II. Misure per migliorare la precisione della lavorazione meccanica
(i) Riduzione degli errori originali
Ridurre direttamente gli errori originali comprende il miglioramento della precisione geometrica delle macchine utensili utilizzate per la lavorazione dei pezzi, il potenziamento della precisione dei dispositivi di fissaggio, degli strumenti di misura e degli stessi utensili da taglio, nonché il controllo delle deformazioni del sistema tecnologico sotto carico e calore, dell’usura degli utensili, delle deformazioni causate dalle sollecitazioni interne e degli errori di misura. Per migliorare la precisione della lavorazione, è necessario analizzare i vari errori originali che causano gli errori di lavorazione e adottare misure diverse per affrontare i principali errori originali che ne sono la causa, a seconda delle diverse situazioni. Per la lavorazione di pezzi di precisione, occorre migliorare il più possibile la precisione geometrica, la rigidità e il controllo della deformazione termica delle macchine utensili di precisione utilizzate. Per la lavorazione di pezzi con superfici sagomate, l’attenzione principale va posta sulla riduzione dell’errore di forma dell’utensile di formatura e sull’errore di installazione dell’utensile.
(ii) Metodo di compensazione degli errori
Per alcuni errori originali nel sistema tecnologico, è possibile adottare metodi di compensazione degli errori per controllarne l’influenza sugli errori di lavorazione dei pezzi.
a) Metodo di compensazione degli errori: questo metodo crea artificialmente un nuovo errore originale per compensare o annullare gli errori originali intrinseci del sistema tecnologico originario, riducendo così gli errori di lavorazione e migliorando la precisione della lavorazione.
b) Metodo di cancellazione degli errori: questo metodo utilizza un tipo di errore originale per annullare parzialmente o completamente un altro errore originale o un diverso tipo di errore originale.
(iii) Differenziazione o equalizzazione degli errori originali
Per migliorare la precisione di lavorazione di un lotto di pezzi, si possono adottare metodi che differenziano alcuni errori originali. Per le superfici dei pezzi che richiedono elevata precisione di lavorazione, si può inoltre utilizzare il metodo di equalizzazione graduale degli errori originali attraverso successivi cicli di taglio di prova.
a) Metodo di differenziazione (raggruppamento) degli errori originali: In base alla legge della riflessione degli errori, si misurano le dimensioni dei grezzi o dei pezzi lavorati nell’operazione precedente e si suddividono in n gruppi secondo la dimensione, riducendo l’intervallo dimensionale di ciascun gruppo a 1/n rispetto all’originale. Quindi, in base all’intervallo di errore di ciascun gruppo, si regola separatamente la posizione precisa dell’utensile rispetto al pezzo, in modo che il centro dell’intervallo di dispersione dimensionale di ciascun gruppo di pezzi sia sostanzialmente coincidente, riducendo così notevolmente l’intervallo complessivo di dispersione dimensionale dell’intero lotto di pezzi.
b) Metodo di equalizzazione degli errori originali: Questo processo consiste nel ridurre e mediare continuamente gli errori originali sulla superficie lavorata tramite la lavorazione stessa. Il principio dell’equalizzazione è identificare le differenze tra superfici strettamente correlate del pezzo o dell’utensile attraverso il confronto e l’ispezione reciproci, per poi eseguire una lavorazione di correzione reciproca o una lavorazione di riferimento.
(iv) Trasferimento degli errori originali
L’essenza di questo metodo è trasferire gli errori originali dalla direzione sensibile agli errori a quella non sensibile. Il grado in cui i vari errori originali si riflettono sugli errori di lavorazione del pezzo è direttamente correlato al fatto che essi si trovino o meno nella direzione sensibile agli errori. Se durante la lavorazione si adottano misure per trasferirli nella direzione non sensibile agli errori, la precisione di lavorazione può essere notevolmente migliorata. Trasferire gli errori originali verso altri aspetti che non influiscono sulla precisione di lavorazione.
III. Conclusione
Nella lavorazione meccanica, gli errori sono inevitabili. Solo effettuando un’analisi dettagliata delle cause degli errori è possibile adottare misure preventive adeguate per ridurre gli errori di lavorazione e migliorare la precisione della lavorazione meccanica.
