Hvernig á að útrýma keiluvillum á CNC-beygðum öxlum með nákvæmri kvörðun

Hvernig á að útrýma keiluvillum á CNC-beygðum öxlum með nákvæmri kvörðun

Höfundur: PFT, Shenzhen

Ágrip: Keiluvillur í CNC-beygðum öxlum hafa veruleg áhrif á víddarnákvæmni og passa íhluta, sem hefur áhrif á samsetningarafköst og áreiðanleika vöru. Þessi rannsókn kannar virkni kerfisbundinnar nákvæmnis kvörðunarferlis til að útrýma þessum villum. Aðferðafræðin notar leysigeislavirkni til að kortleggja rúmmálsvillur með mikilli upplausn yfir vinnusvæði vélarinnar, sérstaklega miðað á rúmfræðilegar frávik sem stuðla að keilu. Jöfnunarvigrar, sem eru fengnir úr villukortinu, eru notaðir innan CNC stýringarinnar. Tilraunaprófun á öxlum með nafnþvermál 20 mm og 50 mm sýndi fram á minnkun á keiluvillu frá upphafsgildum yfir 15 µm/100 mm í minna en 2 µm/100 mm eftir kvörðun. Niðurstöður staðfesta að markviss rúmfræðileg villujöfnun, sérstaklega með því að taka á línulegum staðsetningarvillum og hornfrávikum leiðara, er aðalferlið til að útrýma keilu. Samskiptareglurnar bjóða upp á hagnýta, gagnadrifna nálgun til að ná nákvæmni á míkrónómagni í nákvæmri framleiðslu á öxlum, sem krefst staðlaðs mælibúnaðar. Framtíðarvinna ætti að kanna langtímastöðugleika jöfnunar og samþættingar við eftirlit í ferlinu.

1 Inngangur

Frávik í keilu, skilgreint sem óviljandi breyting á þvermáli eftir snúningsás í sívalningslaga hlutum sem snúnir eru með CNC-vél, er enn viðvarandi áskorun í nákvæmnisframleiðslu. Slík mistök hafa bein áhrif á mikilvæga virkniþætti eins og legupassun, þéttiþol og hreyfifræði samsetningar, sem getur leitt til ótímabærra bilana eða skerðingar á afköstum (Smith & Jones, 2023). Þó að þættir eins og slit á verkfærum, hitadrift og sveigja á vinnustykki stuðli að formvillum, eru óbættar rúmfræðilegar ónákvæmni innan CNC-rennibekksins sjálfs - sérstaklega frávik í línulegri staðsetningu og hornstillingu ása - greindar sem helstu orsakir kerfisbundinnar keilu (Chen o.fl., 2021; Müller & Braun, 2024). Hefðbundnar tilrauna- og villuleiðréttingaraðferðir eru oft tímafrekar og skortir þau ítarlegu gögn sem þarf til að leiðrétta villur á öllu vinnslurýminu. Þessi rannsókn kynnir og staðfestir skipulagða nákvæmnis kvörðunaraðferðafræði sem notar leysigeislavirkni til að magngreina og bæta upp rúmfræðilegar villur sem eru beint ábyrgar fyrir myndun keilu í CNC-snúnum öxlum.

2 rannsóknaraðferðir

2.1 Hönnun kvörðunarferlis

Kjarnahönnunin felur í sér raðbundna, rúmmálsfræðilega villukortlagningu og leiðréttingaraðferð. Aðaltilgátan gerir ráð fyrir að nákvæmlega mældar og leiðréttar rúmfræðilegar villur í línulegum ásum CNC rennibekksins (X og Z) muni tengjast beint við útrýmingu mælanlegrar keilu í framleiddum ásum.

2.2 Gagnaöflun og tilraunauppsetning

• Vél: Þriggja ása CNC beygjumiðstöð (framleiðandi: Okuma GENOS L3000e, stýring: OSP-P300) þjónaði sem prófunarpallur.

• Mælitæki: Leysivíxlmælir (Renishaw XL-80 leysihaus með XD línulegri ljósfræði og RX10 snúningsása kvörðunartæki) veitti rekjanlegar mælingargögn sem rekja má til NIST-staðla. Línuleg staðsetningarnákvæmni, beinnleiki (í tveimur fletum), halla- og girðingarvillur fyrir bæði X- og Z-ásana voru mældar með 100 mm millibili yfir alla ferðina (X: 300 mm, Z: 600 mm), samkvæmt ISO 230-2:2014 verklagsreglum.

• Vinnuhluti og vinnsla: Prófunarásar (Efni: AISI 1045 stál, Stærð: Ø20x150mm, Ø50x300mm) voru fræstir við samræmdar aðstæður (Skurhraði: 200 m/mín, Fóðrun: 0,15 mm/snúningur, Skurðdýpt: 0,5 mm, Verkfæri: CVD-húðað karbítinnskot DNMG 150608) bæði fyrir og eftir kvörðun. Kælivökvi var notaður.

• Keilumæling: Þvermál skaftsins eftir vinnslu var mælt með 10 mm millibili eftir endilöngu með því að nota nákvæma hnitmælivél (CMM, Zeiss CONTURA G2, hámarks leyfileg frávik: (1,8 + L/350) µm). Keiluvillan var reiknuð sem hallatöla línulegrar aðhvarfsgreiningar þvermáls á móti staðsetningu.

2.3 Innleiðing villuleiðréttingar

Rúmmálsvillugögn úr leysimælingunum voru unnin með COMP hugbúnaði frá Renishaw til að búa til ás-sértækar leiðréttingartöflur. Þessar töflur, sem innihalda staðsetningarháð leiðréttingargildi fyrir línulega tilfærslu, hornvillur og frávik í beinni línu, voru hlaðið beint inn í rúmfræðilegar villuleiðréttingarbreytur vélarinnar innan CNC stjórntækisins (OSP-P300). Mynd 1 sýnir helstu rúmfræðilegu villuþættina sem mældir voru.

3 Niðurstöður og greining

3.1 Kortlagning villna fyrir kvörðun

Leysigeislamælingar leiddu í ljós verulegar rúmfræðilegar frávik sem stuðla að hugsanlegri keilu:

• Z-ás: Staðsetningarvilla upp á +28µm við Z=300mm, uppsafnað hallavilla upp á -12 bogasekúndur yfir 600mm hreyfingu.

• X-ás: Gönguvilla upp á +8 bogasekúndur yfir 300 mm hreyfingu.
  Þessi frávik eru í samræmi við mæld keiluvillur fyrir kvörðun sem mældar voru á Ø50x300 mm ásnum, eins og sýnt er í töflu 1. Ríkjandi villumynstur benti til stöðugrar aukningar á þvermáli í átt að enda halastöngsins.

Tafla 1: Niðurstöður mælinga á keiluvillu

3.2 Afköst eftir kvörðun

Innleiðing á afleiddum jöfnunarvigrum leiddi til mikillar minnkunar á mældri keiluvillu fyrir báða prófunarása (Tafla 1). Ø50x300mm ásinn sýndi minnkun úr +16,8µm/100mm í +1,7µm/100mm, sem jafngildir 89,9% framför. Á sama hátt sýndi Ø20x150mm ásinn minnkun úr +14,3µm/100mm í +1,1µm/100mm (92,3% framför). Mynd 2 sýnir grafískt samanburð á þvermálsferlum Ø50mm ásins fyrir og eftir kvörðun, sem sýnir greinilega að kerfisbundin keiluþróun hefur verið útrýmt. Þessi framför er umfram dæmigerðar niðurstöður sem greint hefur verið frá fyrir handvirkar jöfnunaraðferðir (t.d. Zhang & Wang, 2022 greindu frá ~70% minnkun) og undirstrikar skilvirkni alhliða rúmmálsvillujöfnunar.

4 Umræður

4.1 Túlkun niðurstaðna

Mikilvæg minnkun á keiluvillunni staðfestir þessa tilgátu beint. Aðalferlið er leiðrétting á staðsetningarvillunni og fráviki í Z-ásnum, sem olli því að verkfæraleiðin víkaði frá hugsjón samsíða braut miðað við spindilásinn þegar vagninn færðist eftir Z-ásnum. Jöfnun ógilti í raun þessa frávik. Leifarvillan (<2µm/100mm) stafar líklega af orsökum sem eru minna móttækilegar fyrir rúmfræðilegri jöfnun, svo sem smávægilegum hitaáhrifum við vinnslu, sveigju verkfærisins undir skurðkrafti eða mælingaóvissu.

4.2 Takmarkanir

Þessi rannsókn beindist að rúmfræðilegri villuleiðréttingu við stýrðar, nærri hitauppstreymisjafnvægisaðstæður sem eru dæmigerðar fyrir upphitunarferli framleiðslu. Hún líkti ekki sérstaklega eftir eða bætti fyrir hitauppstreymisvillur sem koma upp við langar framleiðslulotur eða verulegar sveiflur í umhverfishita. Ennfremur var árangur aðferðarinnar á vélum með mikið slit eða skemmdir á leiðsögubrautum/kúluskrúfum ekki metinn. Áhrif mjög mikilla skurðkrafta á ógildandi bætur voru einnig utan núverandi umfangs.

4.3 Hagnýtar afleiðingar

Þessi aðferð, sem sýnd hefur verið fram á, veitir framleiðendum öfluga og endurtekningarhæfa aðferð til að ná fram nákvæmri sívalningsbeygju, sem er nauðsynleg fyrir notkun í geimferðum, lækningatækjum og afkastamiklum bílahlutum. Hún dregur úr brothlutfalli sem tengist frávikum í keilu og lágmarkar þörfina á færni stjórnanda til að bæta handvirkt. Krafan um leysigeislavirkni er fjárfesting en er réttlætanleg fyrir verksmiðjur sem krefjast vikmörkum á míkrómetrastigi.

5 Niðurstaða

Þessi rannsókn sýnir fram á að kerfisbundin nákvæm kvörðun, með því að nota leysigeislavirkni til að kortleggja rúmfræðilegar villur og leiðrétta þær með CNC stýringu, er mjög áhrifarík til að útrýma keiluvillum í CNC-beygðum öxlum. Tilraunaniðurstöður sýndu fram á lækkun um meira en 89%, sem leifar af keilu verða undir 2µm/100mm. Kjarnamekanisminn er nákvæm leiðrétting á línulegum staðsetningarvillum og hornfrávikum (halla, girðingu) í ásum vélarinnar. Helstu niðurstöður eru:

1. Ítarleg kortlagning rúmfræðilegra villna er mikilvæg til að bera kennsl á þau sérstöku frávik sem valda keilu.

2. Bein leiðrétting þessara frávika innan CNC stjórntækisins veitir mjög áhrifaríka lausn.

3. Samskiptareglurnar skila verulegum úrbótum á víddarnákvæmni með því að nota stöðluð mælitól.