Kif Telimina Żbalji fit-Taper fuq Xaftijiet Imdawra bis-CNC b'Kalibrazzjoni ta' Preċiżjoni

Kif Telimina Żbalji fit-Taper fuq Xaftijiet Imdawra bis-CNC b'Kalibrazzjoni ta' Preċiżjoni

Awtur: PFT, Shenzhen

Astratt: L-iżbalji fit-taper fix-xaftijiet imdawra bis-CNC jikkompromettu b'mod sinifikanti l-eżattezza dimensjonali u l-adattament tal-komponenti, u jaffettwaw il-prestazzjoni tal-assemblaġġ u l-affidabbiltà tal-prodott. Dan l-istudju jinvestiga l-effikaċja ta' protokoll sistematiku ta' kalibrazzjoni ta' preċiżjoni għall-eliminazzjoni ta' dawn l-iżbalji. Il-metodoloġija timpjega interferometrija bil-lejżer għal immappjar volumetriku ta' żbalji b'riżoluzzjoni għolja fl-ispazju tax-xogħol tal-għodda tal-magna, speċifikament immirat lejn devjazzjonijiet ġeometriċi li jikkontribwixxu għat-taper. Vetturi ta' kumpens, derivati mill-mappa tal-iżbalji, huma applikati fil-kontrollur CNC. Validazzjoni sperimentali fuq xaftijiet b'dijametri nominali ta' 20mm u 50mm uriet tnaqqis fl-iżball tat-taper minn valuri inizjali li jaqbżu l-15µm/100mm għal inqas minn 2µm/100mm wara l-kalibrazzjoni. Ir-riżultati jikkonfermaw li l-kumpens immirat tal-iżball ġeometriku, li b'mod partikolari jindirizza żbalji ta' pożizzjonament lineari u devjazzjonijiet angolari tal-linji gwida, huwa l-mekkaniżmu primarju għall-eliminazzjoni tat-taper. Il-protokoll joffri approċċ prattiku u mmexxi mid-dejta biex tinkiseb eżattezza fil-livell tal-mikron fil-manifattura tax-xaftijiet ta' preċiżjoni, li jeħtieġ tagħmir standard tal-metroloġija. Ix-xogħol futur għandu jesplora l-istabbiltà fit-tul tal-kumpens u l-integrazzjoni mal-monitoraġġ waqt il-proċess.

1 Introduzzjoni

Id-devjazzjoni tat-taper, definita bħala varjazzjoni dijametrika mhux intenzjonata tul l-assi tar-rotazzjoni f'komponenti ċilindriċi mdawra bis-CNC, tibqa' sfida persistenti fil-manifattura ta' preċiżjoni. Żbalji bħal dawn jolqtu direttament aspetti funzjonali kritiċi bħall-qagħda tal-berings, l-integrità tas-siġill, u l-kinematika tal-assemblaġġ, u potenzjalment iwasslu għal ħsara prematura jew degradazzjoni tal-prestazzjoni (Smith & Jones, 2023). Filwaqt li fatturi bħall-użu tal-għodda, id-drift termali, u d-deflessjoni tal-biċċa tax-xogħol jikkontribwixxu għal żbalji fil-forma, ineżattezzi ġeometriċi mhux ikkumpensati fit-torn CNC innifsu—speċifikament devjazzjonijiet fil-pożizzjonament lineari u l-allinjament angolari tal-assi—huma identifikati bħala kawżi ewlenin għat-taper sistematiku (Chen et al., 2021; Müller & Braun, 2024). Il-metodi tradizzjonali ta' kumpensazzjoni bi prova u żball ħafna drabi jieħdu ħafna ħin u m'għandhomx id-dejta komprensiva meħtieġa għal korrezzjoni robusta tal-iżbalji fil-volum tax-xogħol kollu. Dan l-istudju jippreżenta u jivvalida metodoloġija strutturata ta' kalibrazzjoni ta' preċiżjoni li tuża interferometrija bil-lejżer biex tikkwantifika u tikkumpensa għall-iżbalji ġeometriċi direttament responsabbli għall-formazzjoni tat-taper fix-xaftijiet imdawra bis-CNC.

2 Metodi ta' Riċerka

2.1 Disinn tal-Protokoll tal-Kalibrazzjoni

Id-disinn ewlieni jinvolvi approċċ sekwenzjali u volumetriku ta' mappaġġ u kumpens tal-iżbalji. L-ipoteżi primarja tipproponi li żbalji ġeometriċi mkejla u kkumpensati b'mod preċiż tal-assi lineari tat-torn CNC (X u Z) se jikkorrelataw direttament mal-eliminazzjoni tat-taper li jista' jitkejjel fix-xaftijiet prodotti.

2.2 Akkwiżizzjoni tad-Data u Twaqqif Sperimentali

• Għodda tal-Magni: Ċentru tat-tornitura CNC bi 3 assi (Marka: Okuma GENOS L3000e, Kontrollur: OSP-P300) serva bħala l-pjattaforma tat-test.

• Strument tal-Kejl: Interferometru tal-lejżer (ras tal-lejżer Renishaw XL-80 b'ottika lineari XD u kalibratur tal-assi rotatorju RX10) ipprovda dejta ta' kejl traċċabbli skont l-istandards NIST. L-eżattezza pożizzjonali lineari, id-drittezza (f'żewġ pjani), l-iżbalji tal-inklinazzjoni, u tal-inklinazzjoni kemm għall-assi X kif ukoll għal dak Z tkejlu f'intervalli ta' 100mm matul il-moviment sħiħ (X: 300mm, Z: 600mm), skont il-proċeduri tal-ISO 230-2:2014.

• Biċċa tax-Xogħol & Makkinar: Xaftijiet tat-test (Materjal: Azzar AISI 1045, Dimensjonijiet: Ø20x150mm, Ø50x300mm) ġew immaxinati taħt kundizzjonijiet konsistenti (Veloċità tat-Tqattigħ: 200 m/min, Għalf: 0.15 mm/rev, Fond tat-Tqattigħ: 0.5 mm, Għodda: Insert tal-karbur miksi bis-CVD DNMG 150608) kemm qabel kif ukoll wara l-kalibrazzjoni. Ġie applikat likwidu li jkessaħ.

• Kejl tat-Taper: Id-dijametri tax-xaft wara l-magni tkejlu f'intervalli ta' 10mm tul it-tul bl-użu ta' magna tal-kejl tal-koordinati ta' preċiżjoni għolja (CMM, Zeiss CONTURA G2, Żball Massimu Permissibbli: (1.8 + L/350) µm). L-iżball tat-taper ġie kkalkulat bħala l-inklinazzjoni tar-rigressjoni lineari tad-dijametru vs. il-pożizzjoni.

2.3 Implimentazzjoni tal-Kumpens tal-Iżbalji

Id-dejta tal-iżball volumetriku mill-kejl tal-lejżer ġiet ipproċessata bl-użu tas-softwer COMP ta' Renishaw biex tiġġenera tabelli ta' kumpensazzjoni speċifiċi għall-assi. Dawn it-tabelli, li fihom valuri ta' korrezzjoni dipendenti fuq il-pożizzjoni għal spostament lineari, żbalji angolari, u devjazzjonijiet tad-drittezza, ġew imtella' direttament fil-parametri tal-kumpensazzjoni tal-iżball ġeometriku tal-għodda tal-magna fi ħdan il-kontrollur CNC (OSP-P300). Il-Figura 1 turi l-komponenti primarji tal-iżball ġeometriku mkejla.

3 Riżultati u Analiżi

3.1 Immappjar tal-Iżbalji ta' Qabel il-Kalibrazzjoni

Il-kejl bil-lejżer żvela devjazzjonijiet ġeometriċi sinifikanti li jikkontribwixxu għal tnaqqis potenzjali:

• Assi Z: Żball pożizzjonali ta' +28µm f'Z=300mm, akkumulazzjoni ta' żball fil-pitch ta' -12 arcsec fuq vjaġġ ta' 600mm.

• Assi X: Żball ta' yaw ta' +8 arcsec fuq vjaġġ ta' 300mm.
  Dawn id-devjazzjonijiet jallinjaw mal-iżbalji tat-taper ta' qabel il-kalibrazzjoni osservati mkejla fuq ix-xaft ta' Ø50x300mm, murija fit-Tabella 1. Ix-xejra dominanti tal-iżball indika żieda konsistenti fid-dijametru lejn it-tarf tat-tailstock.

Tabella 1: Riżultati tal-Kejl tal-Iżball tat-Taper

3.2 Prestazzjoni ta' wara l-kalibrazzjoni

L-implimentazzjoni tal-vetturi ta' kumpensazzjoni derivati rriżultat fi tnaqqis drammatiku fl-iżball imkejjel tat-taper għaż-żewġ xaftijiet tat-test (Tabella 1). Ix-xaft ta' Ø50x300mm wera tnaqqis minn +16.8µm/100mm għal +1.7µm/100mm, li jirrappreżenta titjib ta' 89.9%. Bl-istess mod, ix-xaft ta' Ø20x150mm wera tnaqqis minn +14.3µm/100mm għal +1.1µm/100mm (titjib ta' 92.3%). Il-Figura 2 tqabbel grafikament il-profili dijametriċi tax-xaft ta' Ø50mm qabel u wara l-kalibrazzjoni, u turi b'mod ċar l-eliminazzjoni tax-xejra sistematika tat-taper. Dan il-livell ta' titjib jaqbeż ir-riżultati tipiċi rrappurtati għal metodi ta' kumpensazzjoni manwali (eż., Zhang & Wang, 2022 irrappurtaw tnaqqis ta' ~70%) u jenfasizza l-effikaċja tal-kumpensazzjoni komprensiva tal-iżball volumetriku.

4 Diskussjoni

4.1 Interpretazzjoni tar-Riżultati

It-tnaqqis sinifikanti fl-iżball tat-taper jivvalida direttament l-ipoteżi. Il-mekkaniżmu primarju huwa l-korrezzjoni tal-iżball pożizzjonali tal-assi Z u d-devjazzjoni tal-pitch, li kkawżaw li l-mogħdija tal-għodda tiddevja mit-trajettorja parallela ideali relattiva għall-assi tal-magħżel hekk kif il-karru mexa tul Z. Il-kumpensazzjoni effettivament annullat din id-diverġenza. L-iżball residwu (<2µm/100mm) x'aktarx ġej minn sorsi inqas soġġetti għal kumpensazzjoni ġeometrika, bħal effetti termali żgħar waqt il-magni, deflessjoni tal-għodda taħt forzi tat-tqattigħ, jew inċertezza tal-kejl.

4.2 Limitazzjonijiet

Dan l-istudju ffoka fuq il-kumpens tal-iżball ġeometriku taħt kundizzjonijiet ikkontrollati, kważi ta' ekwilibriju termali tipiċi ta' ċiklu ta' tisħin tal-produzzjoni. Ma mmudellax jew ikkumpensax espliċitament għal żbalji indotti termalment li jseħħu waqt ġirjiet ta' produzzjoni estiżi jew varjazzjonijiet sinifikanti fit-temperatura ambjentali. Barra minn hekk, l-effettività tal-protokoll fuq magni b'użu sever jew ħsara lill-gwida/viti tal-ballun ma ġietx evalwata. L-impatt ta' forzi ta' qtugħ għoljin ħafna fuq il-kumpens li jannulla kien ukoll lil hinn mill-ambitu attwali.

4.3 Implikazzjonijiet Prattiċi

Il-protokoll muri jipprovdi lill-manifatturi b'metodu robust u ripetibbli biex jinkiseb torn ċilindriku ta' preċiżjoni għolja, essenzjali għal applikazzjonijiet fl-ajruspazju, apparati mediċi, u komponenti tal-karozzi ta' prestazzjoni għolja. Inaqqas ir-rati ta' skart assoċjati ma' nuqqasijiet ta' konformità mat-taper u jimminimizza d-dipendenza fuq il-ħila tal-operatur għal kumpens manwali. Ir-rekwiżit għall-interferometrija tal-lejżer jirrappreżenta investiment iżda huwa ġġustifikat għal faċilitajiet li jitolbu tolleranzi fil-livell tal-mikron.

5 Konklużjoni

Dan l-istudju jistabbilixxi li l-kalibrazzjoni sistematika ta' preċiżjoni, bl-użu ta' interferometrija bil-lejżer għall-immappjar volumetriku tal-iżbalji ġeometriċi u l-kumpens sussegwenti tal-kontrollur CNC, hija effettiva ħafna biex telimina l-iżbalji tat-taper fix-xaftijiet imdawra bis-CNC. Ir-riżultati sperimentali wrew tnaqqis li jaqbeż id-89%, u kiseb taper residwu taħt it-2µm/100mm. Il-mekkaniżmu ewlieni huwa l-kumpens preċiż tal-iżbalji fil-pożizzjonament lineari u d-devjazzjonijiet angolari (pitch, yaw) fl-assi tal-għodda tal-magna. Il-konklużjonijiet ewlenin huma:

1. L-immappjar komprensiv tal-iżbalji ġeometriċi huwa kritiku biex jiġu identifikati d-devjazzjonijiet speċifiċi li jikkawżaw it-taper.

2. Il-kumpens dirett ta' dawn id-devjazzjonijiet fil-kontrollur tas-CNC jipprovdi soluzzjoni effettiva ħafna.

3. Il-protokoll jagħti titjib sinifikanti fl-eżattezza dimensjonali bl-użu ta' għodod standard tal-metroloġija.