Dəqiq kalibrləmə ilə CNC-tornalı vallarda konik xətaları necə aradan qaldırmaq olar

Dəqiq kalibrləmə ilə CNC-tornalı vallarda konik xətaları necə aradan qaldırmaq olar

Müəllif: PFT, Shenzhen

Xülasə: CNC ilə çevrilmiş vallarda konik xətalar ölçü dəqiqliyini və komponentlərin uyğunluğunu əhəmiyyətli dərəcədə pozur, montaj performansına və məhsulun etibarlılığına təsir göstərir. Bu iş bu səhvləri aradan qaldırmaq üçün sistematik dəqiqlik kalibrləmə protokolunun effektivliyini araşdırır. Metodologiya, dəzgahın iş sahəsi üzrə yüksək rezolyusiyaya malik həcmli xətaların xəritələşdirilməsi üçün lazer interferometriyasından istifadə edir, xüsusilə daralmaya töhfə verən həndəsi kənarlaşmaları hədəfləyir. Səhv xəritəsindən əldə edilən kompensasiya vektorları CNC nəzarətçisində tətbiq edilir. Nominal diametrləri 20mm və 50mm olan vallarda eksperimental yoxlama, kalibrləmədən sonra 15µm/100mm-dən çox olan ilkin dəyərlərdən 2µm/100mm-dən az olan konik xətaların azaldığını nümayiş etdirdi. Nəticələr təsdiq edir ki, məqsədyönlü həndəsi xətanın kompensasiyası, xüsusən də xətti yerləşdirmə xətalarına və istiqamətləndirici yolların bucaq sapmalarına müraciət edərək, daralmanın aradan qaldırılması üçün əsas mexanizmdir. Protokol standart metrologiya avadanlığı tələb edən dəqiq mil istehsalında mikron səviyyəli dəqiqliyə nail olmaq üçün praktiki, dataya əsaslanan yanaşma təklif edir. Gələcək iş kompensasiyanın uzunmüddətli sabitliyini və prosesdaxili monitorinqlə inteqrasiyanı araşdırmalıdır.

1 Giriş

CNC ilə çevrilmiş silindrik komponentlərdə fırlanma oxu boyunca gözlənilməz diametrli dəyişiklik kimi təyin olunan konik sapma, dəqiq istehsalda davamlı problem olaraq qalır. Bu cür səhvlər rulmanların uyğunluğu, möhürlərin bütövlüyü və montaj kinematikası kimi kritik funksional aspektlərə birbaşa təsir edir və potensial olaraq vaxtından əvvəl uğursuzluğa və ya performansın azalmasına səbəb olur (Smith & Jones, 2023). Alətin aşınması, istilik sürüşməsi və iş parçasının əyilməsi kimi amillər forma səhvlərinə kömək etsə də, CNC torna tezgahının özündə kompensasiya olunmamış həndəsi qeyri-dəqiqliklər, xüsusən də oxların xətti yerləşdirilməsi və bucaq düzülməsindəki sapmalar sistematik daralmanın əsas kök səbəbləri kimi müəyyən edilir (Chen et al., Müllerun 2021). Ənənəvi sınaq və səhv kompensasiya üsulları çox vaxt çox vaxt aparır və bütün iş həcmi boyunca səhvlərin sağlam korreksiyası üçün tələb olunan hərtərəfli məlumatlara malik deyildir. Bu iş, CNC ilə çevrilmiş vallarda konik əmələ gəlməyə birbaşa cavabdeh olan həndəsi xətaların kəmiyyətini müəyyənləşdirmək və kompensasiya etmək üçün lazer interferometriyasından istifadə edən strukturlaşdırılmış dəqiqlik kalibrləmə metodologiyasını təqdim edir və təsdiqləyir.

2 Tədqiqat Metodları

2.1 Kalibrləmə Protokolunun Dizaynı

Əsas dizayn ardıcıl, həcmli səhv xəritələşdirilməsi və kompensasiya yanaşmasını əhatə edir. Əsas fərziyyə, CNC torna dəzgahının xətti oxlarının (X və Z) dəqiq ölçülən və kompensasiya edilmiş həndəsi xətalarının istehsal edilmiş vallarda ölçülə bilən koniksiyanın aradan qaldırılması ilə birbaşa əlaqəli olacağını irəli sürür.

2.2 Məlumatların Alınması və Eksperimental Quraşdırma

• Dəzgah: Test platforması kimi 3 oxlu CNC torna mərkəzi (Marka: Okuma GENOS L3000e, Nəzarətçi: OSP-P300) xidmət etdi.

• Ölçmə Aləti: Lazer interferometri (XD xətti optika və RX10 fırlanan ox kalibratoru ilə Renishaw XL-80 lazer başlığı) NIST standartlarına uyğun olaraq izlənilə bilən ölçmə məlumatlarını təmin etdi. X və Z oxları üçün xətti mövqe dəqiqliyi, düzlük (iki müstəvidə), meydança və əyilmə xətaları ISO 230-2:2014 prosedurlarına uyğun olaraq tam hərəkət zamanı (X: 300mm, Z: 600mm) 100 mm intervalla ölçüldü.

• İş parçası və emal: Sınaq valları (Material: AISI 1045 polad, Ölçülər: Ø20x150mm, Ø50x300mm) ardıcıl şəraitdə işlənmişdir (Kəsmə sürəti: 200 m/dəq, qidalanma: 0.15 mm/dev, kəsmə dərinliyi: 0.5 mm-dəq. DNMG 150608) həm kalibrləmədən əvvəl, həm də sonra. Soyuducu tətbiq olundu.

• Konik Ölçmə: Emaldan sonra mil diametrləri yüksək dəqiqlikli koordinat ölçmə maşını (CMM, Zeiss CONTURA G2, Maksimum icazə verilən xəta: (1,8 + L/350) µm) istifadə edərək uzunluq boyunca 10 mm intervalla ölçüldü. Konik xəta diametrin mövqeyinə qarşı xətti reqressiyanın mailliyi kimi hesablanmışdır.

2.3 Səhv kompensasiyasının həyata keçirilməsi

Lazerin ölçülməsindən əldə edilən həcmli xəta məlumatları Renishaw-un COMP proqram təminatından istifadə edərək oxa xüsusi kompensasiya cədvəlləri yaratmaq üçün işlənmişdir. Xətti yerdəyişmə, bucaq xətaları və düzlük sapmaları üçün mövqedən asılı korreksiya qiymətlərini ehtiva edən bu cədvəllər birbaşa CNC nəzarətçisində (OSP-P300) dəzgahın həndəsi xəta kompensasiyası parametrlərinə yüklənmişdir. Şəkil 1 ölçülən əsas həndəsi xəta komponentlərini göstərir.

3 Nəticələr və Təhlil

3.1 Əvvəlcədən Kalibrləmə Xətası Xəritəçəkmə

Lazer ölçmə potensial daralmaya kömək edən əhəmiyyətli həndəsi sapmaları aşkar etdi:

• Z oxu: Z=300mm-də +28µm mövqe xətası, 600mm hərəkət zamanı -12 qövs saniyəlik addım xətasının yığılması.

• X-oxu: 300 mm-dən çox hərəkət zamanı +8 qövs saniyəlik əyilmə xətası.
  Bu kənarlaşmalar Cədvəl 1-də göstərilən Ø50x300 mm şaftda ölçülən müşahidə edilmiş kalibrləmə öncəsi daralma xətaları ilə üst-üstə düşür. Dominant xəta nümunəsi quyruğun ucuna doğru diametrdə ardıcıl artımı göstərdi.

Cədvəl 1: Konik xətaların ölçülməsi nəticələri

3.2 Kalibrləmədən sonrakı performans

Əldə edilmiş kompensasiya vektorlarının həyata keçirilməsi hər iki sınaq valları üçün ölçülən daralma xətasının kəskin azalması ilə nəticələndi (Cədvəl 1). Ø50x300mm mil +16.8µm/100mm-dən +1.7µm/100mm-ə qədər azalma nümayiş etdirdi ki, bu da 89.9% yaxşılaşma deməkdir. Eynilə, Ø20x150mm mil +14.3µm/100mm-dən +1.1µm/100mm-ə qədər azalma göstərdi (92.3% yaxşılaşma). Şəkil 2-də Ø50mm şaftın kalibrləmədən əvvəl və sonra diametrli profilləri qrafik olaraq müqayisə edilir və sistematik daralma tendensiyasının aradan qaldırılması aydın şəkildə nümayiş etdirilir. Bu təkmilləşdirmə səviyyəsi əl ilə kompensasiya üsulları üçün bildirilən tipik nəticələri üstələyir (məsələn, Zhang & Wang, 2022 ~70% azalma bildirdi) və hərtərəfli həcmli səhv kompensasiyasının effektivliyini vurğulayır.

4 Müzakirə

4.1 Nəticələrin şərhi

Konik xətanın əhəmiyyətli dərəcədə azalması hipotezi birbaşa təsdiqləyir. Əsas mexanizm Z oxunun mövqe xətasının və meydançanın sapmasının korreksiyasıdır ki, bu da vaqon Z boyunca hərəkət edərkən alət yolunun mil oxuna nisbətən ideal paralel trayektoriyadan ayrılmasına səbəb oldu. Kompensasiya bu fərqliliyi effektiv şəkildə ləğv etdi. Qalıq xəta (<2µm/100mm) çox güman ki, emal zamanı kiçik istilik effektləri, kəsici qüvvələr altında alətin əyilməsi və ya ölçmə qeyri-müəyyənliyi kimi həndəsi kompensasiyaya daha az uyğun olan mənbələrdən qaynaqlanır.

4.2 Məhdudiyyətlər

Bu tədqiqat istehsalın istiləşmə dövrünə xas olan nəzarət edilən, yaxın istilik tarazlığı şəraitində həndəsi xətanın kompensasiyasına yönəlmişdir. O, uzadılmış istehsal işləri zamanı və ya ətraf mühitin temperaturunun əhəmiyyətli dəyişmələri zamanı baş verən termal səbəblərdən yaranan səhvləri açıq şəkildə modelləşdirmədi və ya kompensasiya etmədi. Bundan əlavə, protokolun ağır aşınması və ya istiqamətləndirici yolların/burqa vintlərinin zədələnməsi olan maşınlarda effektivliyi qiymətləndirilməmişdir. Çox yüksək kəsici qüvvələrin kompensasiyanın ləğv edilməsinə təsiri də indiki əhatə dairəsindən kənarda idi.

4.3 Praktik təsirlər

Nümayiş olunan protokol istehsalçılara aerokosmik, tibbi cihazlar və yüksək məhsuldar avtomobil komponentlərində tətbiqlər üçün vacib olan yüksək dəqiqlikli silindrik dönmə əldə etmək üçün möhkəm, təkrarlana bilən üsul təqdim edir. Bu, konik uyğunsuzluqlarla bağlı hurda dərəcələrini azaldır və əl ilə kompensasiya üçün operator bacarıqlarına etibarı minimuma endirir. Lazer interferometriyasına olan tələb sərmayəni ifadə edir, lakin mikron səviyyəli dözümlülük tələb edən qurğular üçün əsaslandırılır.

5 Nəticə

Bu tədqiqat müəyyən edir ki, həcmli həndəsi xətaların xəritələşdirilməsi və sonrakı CNC nəzarətçi kompensasiyası üçün lazer interferometriyasından istifadə edərək sistematik dəqiqlik kalibrləmə CNC ilə çevrilmiş vallarda konik xətaları aradan qaldırmaq üçün yüksək effektivdir. Eksperimental nəticələr 2µm/100mm-dən aşağı qalıq daralmaya nail olmaqla 89%-dən çox azalma nümayiş etdirdi. Əsas mexanizm dəzgahın oxlarında xətti yerləşdirmə xətalarının və bucaq sapmalarının (meydança, əyilmə) dəqiq kompensasiyasıdır. Əsas nəticələr bunlardır:

1. Kompleks həndəsi xətanın xəritələşdirilməsi konikliyə səbəb olan xüsusi sapmaları müəyyən etmək üçün vacibdir.

2. CNC nəzarətçi daxilində bu sapmaların birbaşa kompensasiyası yüksək effektiv həlli təmin edir.

3. Protokol standart metrologiya alətlərindən istifadə edərək ölçü dəqiqliyində əhəmiyyətli təkmilləşdirmələr təqdim edir.