Дәл калибрлеу арқылы CNC бұралған біліктерде конустық қателерді қалай жоюға болады

Дәл калибрлеу арқылы CNC бұралған біліктерде конустық қателерді қалай жоюға болады

Авторы: PFT, Shenzhen

Аннотация: CNC бұралған біліктердегі конустық қателер өлшемдік дәлдік пен құрамдас бөліктердің сәйкестігін айтарлықтай бұзады, жинақ өнімділігі мен өнімнің сенімділігіне әсер етеді. Бұл зерттеу осы қателерді жою үшін жүйелі дәлдік калибрлеу протоколының тиімділігін зерттейді. Әдістеме станоктың жұмыс кеңістігінде жоғары ажыратымдылықтағы көлемді қателерді салыстыру үшін лазерлік интерферометрияны қолданады, әсіресе конустыққа ықпал ететін геометриялық ауытқуларға бағытталған. Қателік картадан алынған өтемақы векторлары CNC контроллері ішінде қолданылады. Номиналды диаметрлері 20 мм және 50 мм біліктерде эксперименттік валидация калибрлеуден кейін конустық қатенің 15 мкм/100 мм-ден асатын бастапқы мәндерден 2 мкм/100 мм-ге дейін төмендеуін көрсетті. Нәтижелер мақсатты геометриялық қателерді өтеу, әсіресе сызықтық орналасу қателерін және бағыттаушы жолдардың бұрыштық ауытқуларын шешу конусты жоюдың негізгі механизмі екенін растайды. Хаттама стандартты метрологиялық жабдықты қажет ететін дәлдік біліктерін өндіруде микрон деңгейіндегі дәлдікке қол жеткізу үшін практикалық, деректерге негізделген тәсілді ұсынады. Болашақ жұмыс өтемақының ұзақ мерзімді тұрақтылығын және процесс ішіндегі мониторингпен интеграцияны зерттеуі керек.

1 Кіріспе

CNC бұралған цилиндрлік құрамдас бөліктердің айналу осі бойынша күтпеген диаметрлік ауытқу ретінде анықталған конустық ауытқу дәлдікпен өндірісте тұрақты қиындық болып қала береді. Мұндай қателер мойынтіректерді бекіту, тығыздағыштың тұтастығы және құрастыру кинематикасы сияқты маңызды функционалды аспектілерге тікелей әсер етеді, бұл мерзімінен бұрын істен шығуға немесе өнімділіктің төмендеуіне әкелуі мүмкін (Смит және Джонс, 2023). Құралдың тозуы, термиялық ауытқу және дайындаманың ауытқуы сияқты факторлар пішін қателеріне ықпал еткенімен, CNC токарлық станоктың өзінде өтелмеген геометриялық дәлсіздіктер, атап айтқанда, сызықтық орналасудағы және осьтердің бұрыштық туралануындағы ауытқулар жүйелі конустың негізгі себептері ретінде анықталады (Чен және т.б., Müllerun & 202; 2014). Сынақ пен қатені өтеудің дәстүрлі әдістері көп уақытты қажет етеді және бүкіл жұмыс көлемі бойынша қателерді сенімді түзету үшін қажетті толық деректер жоқ. Бұл зерттеу CNC бұралған біліктердегі конустық түзуге тікелей жауапты геометриялық қателерді сандық анықтау және өтеу үшін лазерлік интерферометрияны қолданатын құрылымдық дәлдік калибрлеу әдістемесін ұсынады және растайды.

2 Зерттеу әдістері

2.1 Калибрлеу протоколының дизайны

Негізгі дизайн дәйекті, көлемді қателерді салыстыруды және өтемақы әдісін қамтиды. Бастапқы гипотеза CNC токарлық станоктың сызықтық осьтерінің (X және Z) дәл өлшенген және өтелген геометриялық қателіктері өндірілген біліктердегі өлшенетін конустықты жоюмен тікелей байланысты болады деп болжайды.

2.2 Деректерді жинау және эксперименттік орнату

• Станок: Сынақ платформасы ретінде 3 осьті CNC жону орталығы (Жасауы: Okuma GENOS L3000e, контроллер: OSP-P300) қызмет етті.

• Өлшеу құралы: Лазерлік интерферометр (XD сызықтық оптикасы және RX10 айналмалы ось калибраторы бар Renishaw XL-80 лазерлік басы) NIST стандарттарына сәйкес бақылауға болатын өлшеу деректерін қамтамасыз етті. X және Z осьтері үшін сызықтық позициялық дәлдік, түзулік (екі жазықтықта), қадам және иілу қателері ISO 230-2:2014 процедураларына сәйкес толық жүріс кезінде (X: 300 мм, Z: 600 мм) 100 мм аралықта өлшенді.

• Дайындама және өңдеу: Сынақ біліктері (материал: AISI 1045 болат, Өлшемдері: Ø20x150мм, Ø50x300мм) біркелкі шарттарда өңделген (кесу жылдамдығы: 200 м/мин, беріліс: 0,15 мм/айн, кесу тереңдігі: 0,5 мм-д. DNMG 150608) калибрлеуге дейін де, кейін де. Салқындату сұйықтығы қолданылды.

• Конустық өлшем: Өңдеуден кейінгі біліктің диаметрлері ұзындық бойымен 10 мм аралықпен жоғары дәлдіктегі координаттарды өлшеуіш машина (CMM, Zeiss CONTURA G2, рұқсат етілген ең үлкен қате: (1,8 + L/350) мкм) арқылы өлшенді. Конустық қате диаметрдің және позицияның сызықтық регрессиясының еңісі ретінде есептелді.

2.3 Қателердің орнын толтыруды жүзеге асыру

Лазерлік өлшеуден алынған көлемдік қате деректері оське қатысты өтемақы кестелерін жасау үшін Renishaw компаниясының COMP бағдарламалық құралын пайдаланып өңделді. Сызықтық орын ауыстыру, бұрыштық қателер және түзулік ауытқулары үшін позицияға тәуелді түзету мәндерін қамтитын бұл кестелер CNC контроллері (OSP-P300) ішіндегі станоктың геометриялық қателерді өтеу параметрлеріне тікелей жүктелді. 1-суретте өлшенген бастапқы геометриялық қате құрамдастары көрсетілген.

3 Нәтижелер және талдау

3.1 Алдын ала калибрлеу қателерін салыстыру

Лазерлік өлшеу әлеуетті конустыққа ықпал ететін елеулі геометриялық ауытқуларды анықтады:

• Z осі: Z=300мм кезінде +28 мкм позициялық қателік, 600 мм жүріс үстінде -12 доға секундтық қадам қатесінің жинақталуы.

• X осі: 300 мм жүріс кезінде +8 доға секундтық бұрылу қатесі.
  Бұл ауытқулар 1-кестеде көрсетілген Ø50x300мм білігінде өлшенген, бақыланатын алдын ала калибрлеу конусының қателеріне сәйкес келеді. Қатенің басым үлгісі диаметрдің құйма ұшына қарай тұрақты ұлғаюын көрсетті.

1-кесте: конустық қатені өлшеу нәтижелері

3.2 Калибрлеуден кейінгі өнімділік

Алынған компенсация векторларын іске асыру екі сынақ біліктері үшін де өлшенген конустық қателіктің күрт төмендеуіне әкелді (1-кесте). Ø50x300мм білік +16,8мкм/100мм-ден +1,7мкм/100мм-ге дейін қысқарды, бұл 89,9% жақсартуды білдіреді. Сол сияқты, Ø20x150мм білік +14,3мкм/100мм-ден +1,1мкм/100мм-ге дейін төмендегенін көрсетті (92,3% жақсарту). 2-суретте калибрлеуге дейін және одан кейінгі Ø50мм біліктің диаметрлік профильдері графикалық түрде салыстырылады, бұл жүйелі конустық тенденцияның жойылуын анық көрсетеді. Бұл жақсарту деңгейі қолмен өтеу әдістеріне арналған әдеттегі нәтижелерден асып түседі (мысалы, Zhang & Wang, 2022 ~70% қысқарғанын хабарлады) және көлемді қателерді толық өтеудің тиімділігін көрсетеді.

4 Талқылау

4.1 Нәтижелерді интерпретациялау

Конус қатесінің айтарлықтай төмендеуі гипотезаны тікелей растайды. Бастапқы механизм Z осінің позициялық қателігін және қадамның ауытқуын түзету болып табылады, ол арба Z бойымен қозғалған кезде құрал жолының шпиндель осіне қатысты идеалды параллель траекториядан ауытқуын тудырды. Өтемақы бұл алшақтықты тиімді түрде жоққа шығарды. Қалдық қате (<2мкм/100мм) өңдеу кезіндегі минуттық жылу әсерлері, кесу күштерінің әсерінен құралдың ауытқуы немесе өлшеу белгісіздігі сияқты геометриялық өтемақыға азырақ қолайсыз көздерден туындауы мүмкін.

4.2 Шектеулер

Бұл зерттеу өндірісті қыздыру цикліне тән бақыланатын, жақын термиялық тепе-теңдік жағдайында геометриялық қателерді өтеуге бағытталған. Ол ұзартылған өндірістер немесе қоршаған орта температурасының елеулі ауытқулары кезінде орын алатын термиялық индукциялық қателерді нақты модельдемеген немесе өтемеген. Бұдан басқа, хаттаманың қатты тозуы немесе бағыттаушы жолдардың/шар бұрандаларының зақымдалуы бар машиналардағы тиімділігі бағаланбаған. Өте жоғары кесу күштерінің өтемақыны жоққа шығаруға әсері де қазіргі қолданыстан тыс болды.

4.3 Практикалық әсерлер

Көрсетілген хаттама өндірушілерге аэроғарыштағы, медициналық құрылғылардағы және жоғары өнімді автомобиль құрамдас бөліктеріндегі қолданбалар үшін маңызды жоғары дәлдіктегі цилиндрлік айналдыруға қол жеткізудің сенімді, қайталанатын әдісін ұсынады. Ол конустық сәйкессіздіктерге байланысты сынықтарды азайтады және қолмен өтемақы үшін оператордың шеберлігіне тәуелділікті азайтады. Лазерлік интерферометрияға қойылатын талап инвестицияны білдіреді, бірақ микрон деңгейіндегі төзімділікті талап ететін қондырғылар үшін негізделген.

5 Қорытынды

Бұл зерттеу көлемді геометриялық қателерді салыстыру үшін лазерлік интерферометрияны және кейіннен CNC контроллерінің орнын толтыруды қолданатын жүйелі дәлдікті калибрлеу CNC бұралған біліктерде конустық қателерді жою үшін жоғары тиімді екенін анықтайды. Эксперимент нәтижелері 89%-дан асатын қысқартуларды көрсетті, қалдық конустыққа 2 мкм/100 мм-ден төмен қол жеткізді. Негізгі механизм – станоктың осьтеріндегі сызықтық орналасу қателерін және бұрыштық ауытқуларды (қадам, иілу) дәл өтеу. Негізгі қорытындылар:

1. Кешенді геометриялық қателерді салыстыру конусты тудыратын нақты ауытқуларды анықтау үшін өте маңызды.

2. CNC контроллері ішіндегі осы ауытқуларды тікелей өтеу жоғары тиімді шешімді қамтамасыз етеді.

3. Хаттама стандартты метрология құралдарын пайдаланып өлшемдік дәлдікте айтарлықтай жақсартуларды қамтамасыз етеді.