Ինչպես վերացնել կոնաձև սխալները CNC-ով մշակված լիսեռների վրա՝ ճշգրիտ տրամաչափման միջոցով

Ինչպես վերացնել կոնաձև սխալները CNC-ով մշակված լիսեռների վրա՝ ճշգրիտ տրամաչափման միջոցով

Հեղինակ՝ PFT, Շենժեն

Աբստրակտ. CNC-ով մշակված լիսեռների կոնաձևության սխալները զգալիորեն խաթարում են չափերի ճշգրտությունը և բաղադրիչների համապատասխանությունը՝ ազդելով հավաքման աշխատանքի և արտադրանքի հուսալիության վրա: Այս ուսումնասիրությունը ուսումնասիրում է համակարգված ճշգրիտ տրամաչափման արձանագրության արդյունավետությունը այս սխալները վերացնելու համար: Մեթոդաբանությունը օգտագործում է լազերային ինտերֆերոմետրիա՝ մեքենայական գործիքների աշխատանքային տարածքում բարձր թույլտվությամբ ծավալային սխալների քարտեզագրման համար, մասնավորապես՝ թիրախավորելով կոնաձևությանը նպաստող երկրաչափական շեղումները: Սխալների քարտեզից ստացված փոխհատուցման վեկտորները կիրառվում են CNC կառավարիչի ներսում: 20 մմ և 50 մմ անվանական տրամագծով լիսեռների վրա փորձարարական վավերացումը ցույց է տվել կոնաձևության սխալի նվազում՝ 15µm/100 մմ-ից գերազանցող սկզբնական արժեքներից մինչև 2µm/100 մմ-ից պակաս՝ տրամաչափումից հետո: Արդյունքները հաստատում են, որ թիրախային երկրաչափական սխալի փոխհատուցումը, մասնավորապես՝ գծային դիրքավորման սխալների և ուղեցույցների անկյունային շեղումների հասցեագրումը, կոնաձևության վերացման հիմնական մեխանիզմն է: Արձանագրությունը առաջարկում է գործնական, տվյալների վրա հիմնված մոտեցում՝ ճշգրիտ լիսեռի արտադրության մեջ միկրոնային մակարդակի ճշգրտության հասնելու համար, որը պահանջում է ստանդարտ չափագիտական սարքավորումներ: Ապագա աշխատանքները պետք է ուսումնասիրեն փոխհատուցման երկարաժամկետ կայունությունը և ինտեգրումը գործընթացի ընթացքում մոնիթորինգի հետ:

1 Ներածություն

Կոնաձև շեղումը, որը սահմանվում է որպես CNC-ով խառատվող գլանաձև բաղադրիչների պտտման առանցքի երկայնքով չնախատեսված տրամագծային փոփոխություն, մնում է ճշգրիտ արտադրության մշտական մարտահրավեր: Նման սխալները անմիջականորեն ազդում են կարևոր ֆունկցիոնալ ասպեկտների վրա, ինչպիսիք են կրողների համապատասխանությունը, կնքման ամբողջականությունը և հավաքման կինեմատիկան, հնարավոր է՝ հանգեցնելով վաղաժամ խափանման կամ աշխատանքի վատթարացման (Smith & Jones, 2023): Մինչդեռ գործիքի մաշվածությունը, ջերմային շեղումը և աշխատանքային մասի շեղումը նպաստում են ձևի սխալներին, CNC խառատահաստոցի ներսում չփոխհատուցված երկրաչափական անճշտությունները, մասնավորապես՝ առանցքների գծային դիրքավորման և անկյունային դասավորվածության շեղումները, նույնացվում են որպես համակարգված կոնաձևացման հիմնական արմատական պատճառներ (Chen et al., 2021; Müller & Braun, 2024): Ավանդական փորձի և սխալի փոխհատուցման մեթոդները հաճախ ժամանակատար են և չունեն ամբողջական տվյալներ, որոնք անհրաժեշտ են ամբողջ աշխատանքային ծավալի վրա սխալների կայուն շտկման համար: Այս ուսումնասիրությունը ներկայացնում և վավերացնում է կառուցվածքային ճշգրիտ տրամաչափման մեթոդաբանություն՝ օգտագործելով լազերային ինտերֆերոմետրիա՝ CNC-ով խառատվող լիսեռներում կոնաձևացման ձևավորման համար անմիջականորեն պատասխանատու երկրաչափական սխալները քանակականացնելու և փոխհատուցելու համար:

2 Հետազոտական մեթոդներ

2.1 Կալիբրացման արձանագրության նախագծում

Միջուկի նախագծումը ներառում է հաջորդական, ծավալային սխալների քարտեզագրման և փոխհատուցման մոտեցում: Հիմնական վարկածը ենթադրում է, որ CNC խառատահաստոցի գծային առանցքների (X և Z) ճշգրիտ չափված և փոխհատուցված երկրաչափական սխալները ուղղակիորեն կկապվեն արտադրված առանցքներում չափելի կոնքի վերացման հետ:

2.2 Տվյալների ձեռքբերում և փորձարարական կարգավորում

• Հաստոցային մեքենա. Որպես փորձարկման հարթակ ծառայել է 3-առանցքանի CNC խառատային կենտրոնը (արտադրող՝ Okuma GENOS L3000e, կառավարիչ՝ OSP-P300):

• Չափման գործիք. Լազերային ինտերֆերոմետրը (Renishaw XL-80 լազերային գլխիկ՝ XD գծային օպտիկայով և RX10 պտտական առանցքի կալիբրատորով) ապահովել է չափման տվյալներ, որոնք համապատասխանում են NIST ստանդարտներին: X և Z առանցքների գծային դիրքային ճշգրտությունը, ուղիղությունը (երկու հարթություններում), թեքության և թեքության սխալները չափվել են 100 մմ ինտերվալներով՝ ամբողջ շարժման ընթացքում (X: 300 մմ, Z: 600 մմ)՝ հետևելով ISO 230-2:2014 ընթացակարգերին:

• Աշխատանքային մաս և մեքենայական մշակում. Փորձարկման լիսեռները (նյութ՝ AISI 1045 պողպատ, չափսեր՝ Ø20x150 մմ, Ø50x300 մմ) մեքենայացվել են կայուն պայմաններում (կտրման արագություն՝ 200 մ/րոպե, սնուցում՝ 0.15 մմ/պտույտ, կտրման խորություն՝ 0.5 մմ, գործիք՝ CVD-պատված կարբիդային ներդիր DNMG 150608)՝ ինչպես տրամաչափումից առաջ, այնպես էլ հետո: Կիրառվել է սառեցնող նյութ:

• Կոնաձևության չափում. Մեքենաշինությունից հետո լիսեռի տրամագծերը չափվել են 10 մմ ինտերվալներով՝ երկայնքով՝ օգտագործելով բարձր ճշգրտությամբ կոորդինատային չափիչ մեքենա (CMM, Zeiss CONTURA G2, առավելագույն թույլատրելի սխալ՝ (1.8 + L/350) մկմ): Կոնաձևության սխալը հաշվարկվել է որպես տրամագծի և դիրքի գծային ռեգրեսիայի թեքություն:

2.3 Սխալների փոխհատուցման ներդրում

Լազերային չափումից ստացված ծավալային սխալի տվյալները մշակվել են Renishaw-ի COMP ծրագրաշարի միջոցով՝ առանցքային փոխհատուցման աղյուսակներ ստեղծելու համար: Այս աղյուսակները, որոնք պարունակում են գծային տեղաշարժի, անկյունային սխալների և ուղիղության շեղումների դիրքից կախված ուղղման արժեքներ, ուղղակիորեն վերբեռնվել են մեքենայական գործիքի երկրաչափական սխալի փոխհատուցման պարամետրերում՝ CNC կարգավորիչի (OSP-P300) մեջ: Նկար 1-ը պատկերում է չափված երկրաչափական սխալի հիմնական բաղադրիչները:

3 Արդյունքներ և վերլուծություն

3.1 Նախնական կարգաբերման սխալների քարտեզագրում

Լազերային չափումը բացահայտեց զգալի երկրաչափական շեղումներ, որոնք նպաստում են հնարավոր կոնաձևացմանը.

• Z-առանցք. +28µm դիրքային սխալ Z=300 մմ-ի դեպքում, -12 աղեղն վայրկյան թեքության սխալի կուտակում 600 մմ շարժման ընթացքում։

• X-առանցք. +8 աղեղն վայրկյանի շեղման սխալ 300 մմ շարժման դեպքում։
  Այս շեղումները համապատասխանում են Ø50x300 մմ լիսեռի վրա չափված նախնական տրամաչափման կոնաձև սխալներին, որոնք ներկայացված են աղյուսակ 1-ում: Գերիշխող սխալի օրինաչափությունը ցույց է տվել տրամագծի հետևողական աճ պոչային ծայրի ուղղությամբ:

Աղյուսակ 1. Կոնաձև սխալի չափման արդյունքներ

3.2 Հետ-ստուգաչափման կատարողականություն

Ստացված փոխհատուցման վեկտորների ներդրումը հանգեցրեց չափված կոնաձևության սխալի կտրուկ նվազմանը երկու փորձարկման լիսեռների համար (աղյուսակ 1): Ø50x300 մմ լիսեռը ցույց տվեց նվազում +16.8µm/100mm-ից մինչև +1.7µm/100mm, ինչը կազմում է 89.9% բարելավում: Նմանապես, Ø20x150 մմ լիսեռը ցույց տվեց նվազում +14.3µm/100mm-ից մինչև +1.1µm/100mm (92.3% բարելավում): Նկար 2-ը գրաֆիկորեն համեմատում է Ø50 մմ լիսեռի տրամագծային պրոֆիլները տրամաչափումից առաջ և հետո, հստակ ցույց տալով համակարգված կոնաձևության միտման վերացումը: Բարելավման այս մակարդակը գերազանցում է ձեռքով փոխհատուցման մեթոդների համար հաղորդված բնորոշ արդյունքները (օրինակ՝ Չժան և Վանգ, 2022 թվականը հաղորդել են ~70% նվազում) և ընդգծում է համապարփակ ծավալային սխալի փոխհատուցման արդյունավետությունը:

4 Քննարկում

4.1 Արդյունքների մեկնաբանություն

Կոնաձև սխալի զգալի նվազումը ուղղակիորեն հաստատում է վարկածը: Հիմնական մեխանիզմը Z-առանցքի դիրքային սխալի և թեքության շեղման ուղղումն է, որը հանգեցրել է գործիքի հետագծի շեղմանը իդեալական զուգահեռ հետագծից՝ իլիկի առանցքի նկատմամբ, երբ սայլակը շարժվում էր Z-ի երկայնքով: Կոմպենսացիան արդյունավետորեն չեզոքացրել է այս շեղումը: Մնացորդային սխալը (<2µm/100mm) հավանաբար բխում է երկրաչափական կոմպենսացիայի համար պակաս ենթակա աղբյուրներից, ինչպիսիք են մեքենայացման ընթացքում աննշան ջերմային ազդեցությունները, կտրող ուժերի ազդեցության տակ գործիքի շեղումը կամ չափման անորոշությունը:

4.2 Սահմանափակումներ

Այս ուսումնասիրությունը կենտրոնացած էր երկրաչափական սխալի փոխհատուցման վրա՝ արտադրության տաքացման ցիկլին բնորոշ վերահսկվող, գրեթե ջերմային հավասարակշռության պայմաններում: Այն հստակորեն չի մոդելավորել կամ փոխհատուցել ջերմային ծագում ունեցող սխալները, որոնք տեղի են ունենում երկարատև արտադրական ցիկլերի կամ շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանի զգալի տատանումների ընթացքում: Ավելին, չի գնահատվել արձանագրության արդյունավետությունը ուղեցույցների/գնդիկավոր պտուտակների խիստ մաշվածություն կամ վնասված մեքենաների վրա: Շատ բարձր կտրող ուժերի ազդեցությունը չեղարկող փոխհատուցման վրա նույնպես գերազանցում էր ներկայիս շրջանակները:

4.3 Գործնական հետևանքներ

Ցուցադրված արձանագրությունը արտադրողներին տրամադրում է բարձր ճշգրտությամբ գլանաձև խառատման հուսալի, կրկնվող մեթոդ, որը կարևոր է ավիատիեզերական, բժշկական սարքավորումների և բարձր արդյունավետությամբ ավտոմոբիլային բաղադրիչների կիրառման համար: Այն նվազեցնում է կոնաձև անհամապատասխանությունների հետ կապված ջարդոնի մակարդակը և նվազագույնի է հասցնում օպերատորի հմտություններից կախվածությունը ձեռքով փոխհատուցման համար: Լազերային ինտերֆերոմետրիայի պահանջը ներկայացնում է ներդրում, բայց արդարացված է միկրոնային մակարդակի հանդուրժողականություններ պահանջող օբյեկտների համար:

5 Եզրակացություն

Այս ուսումնասիրությունը հաստատում է, որ համակարգված ճշգրիտ կալիբրացումը, որն օգտագործում է լազերային ինտերֆերոմետրիա՝ ծավալային երկրաչափական սխալների քարտեզագրման և հետագա CNC կարգավորիչի փոխհատուցման համար, խիստ արդյունավետ է CNC-ով մշակված առանցքներում կոնաձևության սխալները վերացնելու համար: Փորձարարական արդյունքները ցույց են տվել 89%-ից ավելի կրճատումներ՝ հասնելով 2µm/100mm-ից ցածր մնացորդային կոնաձևության: Հիմնական մեխանիզմը մեքենայական գործիքի առանցքների գծային դիրքավորման սխալների և անկյունային շեղումների (թեքում, թեքում) ճշգրիտ փոխհատուցումն է: Հիմնական եզրակացություններն են՝

1. Համապարփակ երկրաչափական սխալների քարտեզագրումը կարևոր է կոնուսավորման պատճառ հանդիսացող կոնկրետ շեղումները բացահայտելու համար։

2. Այս շեղումների ուղղակի փոխհատուցումը CNC կարգավորիչի ներսում ապահովում է բարձր արդյունավետ լուծում:

3. Արձանագրությունը զգալի բարելավումներ է ապահովում չափողական ճշգրտության մեջ՝ օգտագործելով ստանդարտ չափագիտական գործիքներ։