როგორ აღმოვფხვრათ კონუსისებრი შეცდომები CNC-ით დატრიალებულ ლილვებზე ზუსტი კალიბრაციის გამოყენებით
ავტორი: PFT, შენჟენი
რეზიუმე: CNC-ით დატრიალებული ლილვების კონუსისებრი შეცდომები მნიშვნელოვნად ამცირებს განზომილებიან სიზუსტეს და კომპონენტების შესაბამისობას, რაც გავლენას ახდენს აწყობის მუშაობასა და პროდუქტის საიმედოობაზე. ეს კვლევა იკვლევს სისტემატური ზუსტი კალიბრაციის პროტოკოლის ეფექტურობას ამ შეცდომების აღმოსაფხვრელად. მეთოდოლოგია იყენებს ლაზერულ ინტერფერომეტრიას მაღალი გარჩევადობის მოცულობითი შეცდომების რუკის შესაქმნელად დაზგის სამუშაო სივრცეში, კონკრეტულად კი მიზნად ისახავს კონუსისებრიობის ხელშემწყობი გეომეტრიული გადახრების ფოკუსირებას. შეცდომების რუკიდან მიღებული კომპენსაციის ვექტორები გამოიყენება CNC კონტროლერში. 20 მმ და 50 მმ ნომინალური დიამეტრის ლილვებზე ექსპერიმენტულმა ვალიდაციამ აჩვენა კონუსისებრიობის შეცდომის შემცირება 15µm/100 მმ-ზე მეტი საწყისი მნიშვნელობებიდან 2µm/100 მმ-ზე ნაკლებამდე კალიბრაციის შემდეგ. შედეგები ადასტურებს, რომ მიზნობრივი გეომეტრიული შეცდომის კომპენსაცია, განსაკუთრებით ხაზოვანი პოზიციონირების შეცდომების და სახელმძღვანელო გზების კუთხური გადახრების მოგვარება, კონუსისებრიობის აღმოფხვრის ძირითადი მექანიზმია. პროტოკოლი გვთავაზობს პრაქტიკულ, მონაცემებზე დაფუძნებულ მიდგომას ზუსტი ლილვების წარმოებაში მიკრონის დონის სიზუსტის მისაღწევად, რაც მოითხოვს სტანდარტულ მეტროლოგიურ აღჭურვილობას. სამომავლო სამუშაოებმა უნდა შეისწავლოს კომპენსაციის გრძელვადიანი სტაბილურობა და ინტეგრაცია პროცესის მონიტორინგთან.
1 შესავალი
კონუსის გადახრა, რომელიც განისაზღვრება, როგორც CNC-ით დამუშავებული ცილინდრული კომპონენტების ბრუნვის ღერძის გასწვრივ გაუთვალისწინებელი დიამეტრული ვარიაცია, კვლავ მუდმივ გამოწვევად რჩება ზუსტი წარმოების სფეროში. ასეთი შეცდომები პირდაპირ გავლენას ახდენს კრიტიკულ ფუნქციურ ასპექტებზე, როგორიცაა საკისრების მორგება, დალუქვის მთლიანობა და აწყობის კინემატიკა, რამაც პოტენციურად შეიძლება გამოიწვიოს ნაადრევი უკმარისობა ან მუშაობის გაუარესება (Smith & Jones, 2023). მიუხედავად იმისა, რომ ისეთი ფაქტორები, როგორიცაა ხელსაწყოს ცვეთა, თერმული დრიფტი და სამუშაო ნაწილის გადახრა, ხელს უწყობს ფორმის შეცდომებს, თავად CNC დაზგაში არსებული არაკომპენსირებული გეომეტრიული უზუსტობები - კერძოდ, ღერძების ხაზოვანი პოზიციონირებისა და კუთხური გასწორების გადახრები - განისაზღვრება, როგორც სისტემატური კონუსის წარმოქმნის ძირითადი მიზეზები (Chen et al., 2021; Müller & Braun, 2024). ტრადიციული „ცდისა და შეცდომის“ კომპენსაციის მეთოდები ხშირად დიდ დროს მოითხოვს და არ გააჩნიათ ყოვლისმომცველი მონაცემები, რომლებიც საჭიროა მთელი სამუშაო მოცულობის განმავლობაში შეცდომების საიმედო კორექტირებისთვის. ეს კვლევა წარმოადგენს და ადასტურებს სტრუქტურირებულ ზუსტი კალიბრაციის მეთოდოლოგიას, რომელიც იყენებს ლაზერულ ინტერფერომეტრიას, რათა განსაზღვროს და კომპენსირება გაუკეთოს გეომეტრიულ შეცდომებს, რომლებიც პირდაპირ პასუხისმგებელნი არიან CNC-ით დამუშავებულ ლილვებში კონუსის ფორმირებაზე.
2 კვლევის მეთოდი
2.1 კალიბრაციის პროტოკოლის დიზაინი
ბირთვის დიზაინი მოიცავს თანმიმდევრულ, მოცულობითი შეცდომების რუკების შედგენისა და კომპენსაციის მიდგომას. ძირითადი ჰიპოთეზა ემყარება იმას, რომ CNC დაზგის ხაზოვანი ღერძების (X და Z) ზუსტად გაზომილი და კომპენსირებული გეომეტრიული შეცდომები პირდაპირ კორელაციაში იქნება წარმოებულ ლილვებში გაზომვადი კონუსის აღმოფხვრასთან.
2.2 მონაცემთა შეგროვება და ექსპერიმენტული დაყენება
-
დაზგა: სატესტო პლატფორმის როლს ასრულებდა 3-ღერძიანი CNC სატრიალებელი ცენტრი (მწარმოებელი: Okuma GENOS L3000e, კონტროლერი: OSP-P300).
-
გაზომვის ინსტრუმენტი: ლაზერული ინტერფერომეტრი (Renishaw XL-80 ლაზერული თავი XD ხაზოვანი ოპტიკით და RX10 მბრუნავი ღერძის კალიბრატორით) უზრუნველყოფდა NIST სტანდარტების შესაბამისი გაზომვის მონაცემების კვალიფიკაციას. X და Z ღერძების ხაზოვანი პოზიციონირების სიზუსტე, სისწორე (ორ სიბრტყეში), დახრილობისა და გადახრის შეცდომები გაიზომა 100 მმ ინტერვალებით სრული მოძრაობის განმავლობაში (X: 300 მმ, Z: 600 მმ), ISO 230-2:2014 პროცედურების შესაბამისად.
-
სამუშაო ნაწილი და დამუშავება: სატესტო ლილვები (მასალა: AISI 1045 ფოლადი, ზომები: Ø20x150 მმ, Ø50x300 მმ) დამუშავდა მუდმივი პირობების (ჭრის სიჩქარე: 200 მ/წთ, მიწოდება: 0.15 მმ/ბრუნვა, ჭრის სიღრმე: 0.5 მმ, ინსტრუმენტი: CVD-ით დაფარული კარბიდის ჩანართი DNMG 150608) დაკალიბრებამდე და დამუშავების შემდეგ. დაემატა გამაგრილებლის სითხე.
-
კონუსის გაზომვა: დამუშავების შემდგომი ლილვის დიამეტრები გაიზომა 10 მმ ინტერვალებით სიგრძის გასწვრივ მაღალი სიზუსტის კოორდინატების საზომი მანქანის გამოყენებით (CMM, Zeiss CONTURA G2, მაქსიმალური დასაშვები შეცდომა: (1.8 + L/350) µm). კონუსის შეცდომა გამოითვალა, როგორც დიამეტრის პოზიციის მიმართ წრფივი რეგრესიის დახრილობა.
2.3 შეცდომის კომპენსაციის იმპლემენტაცია
ლაზერული გაზომვის შედეგად მიღებული მოცულობითი შეცდომის მონაცემები დამუშავდა Renishaw-ს COMP პროგრამული უზრუნველყოფის გამოყენებით ღერძისთვის სპეციფიკური კომპენსაციის ცხრილების გენერირებისთვის. ეს ცხრილები, რომლებიც შეიცავს წრფივი გადაადგილების, კუთხური შეცდომების და სისწორის გადახრების პოზიციაზე დამოკიდებულ კორექციის მნიშვნელობებს, პირდაპირ აიტვირთა CNC კონტროლერის (OSP-P300) ფარგლებში დაზგის გეომეტრიული შეცდომის კომპენსაციის პარამეტრებში. სურათი 1 ასახავს გაზომილი გეომეტრიული შეცდომის ძირითად კომპონენტებს.
3 შედეგები და ანალიზი
3.1 წინასწარი კალიბრაციის შეცდომების შედარება
ლაზერულმა გაზომვამ გამოავლინა მნიშვნელოვანი გეომეტრიული გადახრები, რომლებიც ხელს უწყობდა პოტენციურ კონუსურობას:
-
Z-ღერძი: პოზიციური შეცდომა +28µm Z=300 მმ-ზე, დახრილობის შეცდომის დაგროვება -12 რკალწამი 600 მმ მოძრაობაზე.
-
X ღერძი: გადახრის შეცდომა +8 რკალწამი 300 მმ მოძრაობაზე.
ეს გადახრები ემთხვევა Ø50x300 მმ ლილვზე გაზომილ წინასწარი კალიბრაციის კონუსისებური შეცდომებს, რომლებიც ნაჩვენებია ცხრილში 1. დომინანტური შეცდომის ნიმუში მიუთითებს დიამეტრის თანმიმდევრულ ზრდაზე კუდის ბოლოსკენ.
ცხრილი 1: კონუსის შეცდომის გაზომვის შედეგები
| ლილვის ზომა | წინასწარი კალიბრაციის კონუსურობა (µm/100 მმ) | კალიბრაციის შემდგომი კონუსურობა (µm/100 მმ) | შემცირება (%) |
|---|---|---|---|
| Ø20 მმ x 150 მმ | +14.3 | +1.1 | 92.3% |
| Ø50 მმ x 300 მმ | +16.8 | +1.7 | 89.9% |
| შენიშვნა: დადებითი კონუსურობა მიუთითებს დიამეტრის ზრდაზე ჩამკეტიდან მოშორებით. |
3.2 კალიბრაციის შემდგომი შესრულება
მიღებული კომპენსაციის ვექტორების დანერგვამ ორივე სატესტო ლილვისთვის გაზომილი კონუსურობის შეცდომის მკვეთრი შემცირება გამოიწვია (ცხრილი 1). Ø50x300 მმ ლილვმა აჩვენა შემცირება +16.8µm/100 მმ-დან +1.7µm/100 მმ-მდე, რაც 89.9%-იან გაუმჯობესებას წარმოადგენს. ანალოგიურად, Ø20x150 მმ ლილვმა აჩვენა შემცირება +14.3µm/100 მმ-დან +1.1µm/100 მმ-მდე (92.3%-იანი გაუმჯობესება). სურათი 2 გრაფიკულად ადარებს Ø50 მმ ლილვის დიამეტრულ პროფილებს კალიბრაციამდე და მის შემდეგ, რაც ნათლად აჩვენებს სისტემატური კონუსურობის ტენდენციის აღმოფხვრას. გაუმჯობესების ეს დონე აღემატება ხელით კომპენსაციის მეთოდებისთვის დაფიქსირებულ ტიპურ შედეგებს (მაგ., Zhang & Wang, 2022, ~70%-იანი შემცირება) და ხაზს უსვამს ყოვლისმომცველი მოცულობითი შეცდომის კომპენსაციის ეფექტურობას.
4 დისკუსია
4.1 შედეგების ინტერპრეტაცია
კონუსისებური შეცდომის მნიშვნელოვანი შემცირება პირდაპირ ადასტურებს ჰიპოთეზას. ძირითადი მექანიზმია Z ღერძის პოზიციური შეცდომისა და დახრილობის გადახრის კორექცია, რამაც გამოიწვია ხელსაწყოს ტრაექტორიის გადახრა იდეალური პარალელური ტრაექტორიიდან ღერძის ღერძთან მიმართებაში, როდესაც ეტლი მოძრაობდა Z ხაზის გასწვრივ. კომპენსაციამ ეფექტურად გაანეიტრალა ეს გადახრა. ნარჩენი შეცდომა (<2µm/100 მმ) სავარაუდოდ გამომდინარეობს გეომეტრიული კომპენსაციისთვის ნაკლებად მგრძნობიარე წყაროებიდან, როგორიცაა დამუშავების დროს უმნიშვნელო თერმული ეფექტები, ჭრის ძალების ზემოქმედების ქვეშ ხელსაწყოს გადახრა ან გაზომვის გაურკვევლობა.
4.2 შეზღუდვები
ეს კვლევა ფოკუსირებული იყო გეომეტრიული შეცდომების კომპენსაციაზე კონტროლირებად, თითქმის თერმულ წონასწორობის პირობებში, რაც დამახასიათებელია წარმოების დათბობის ციკლისთვის. მასში არ იყო აშკარად მოდელირებული ან კომპენსირებული თერმულად გამოწვეული შეცდომები, რომლებიც წარმოიქმნება ხანგრძლივი წარმოების ციკლის ან გარემოს ტემპერატურის მნიშვნელოვანი რყევების დროს. გარდა ამისა, არ იყო შეფასებული პროტოკოლის ეფექტურობა იმ მანქანებზე, რომლებსაც ჰქონდათ სახელმძღვანელო არხების/სფერული ხრახნების ძლიერი ცვეთა ან დაზიანება. ძალიან მაღალი ჭრის ძალების გავლენა კომპენსაციის განეიტრალებაზე ასევე სცილდებოდა ამჟამინდელ მასშტაბებს.
4.3 პრაქტიკული შედეგები
დემონსტრირებული პროტოკოლი მწარმოებლებს მაღალი სიზუსტის ცილინდრული დატრიალების მისაღწევად საიმედო, განმეორებად მეთოდს სთავაზობს, რაც აუცილებელია აერონავტიკაში, სამედიცინო მოწყობილობებსა და მაღალი ხარისხის საავტომობილო კომპონენტებში გამოყენებისთვის. ის ამცირებს ჯართის მაჩვენებლებს, რომლებიც დაკავშირებულია კონუსისებრი შეუსაბამობებთან და მინიმუმამდე ამცირებს ოპერატორის უნარებზე დამოკიდებულებას ხელით კომპენსაციისთვის. ლაზერული ინტერფერომეტრიის მოთხოვნა წარმოადგენს ინვესტიციას, მაგრამ გამართლებულია იმ ობიექტებისთვის, რომლებიც მიკრონის დონის ტოლერანტობას მოითხოვენ.
5 დასკვნა
ეს კვლევა ადასტურებს, რომ სისტემატური ზუსტი კალიბრაცია, რომელიც იყენებს ლაზერულ ინტერფერომეტრიას მოცულობითი გეომეტრიული შეცდომების რუკებისა და შემდგომი CNC კონტროლერის კომპენსაციისთვის, ძალიან ეფექტურია CNC-ით დამუშავებულ ლილვებში კონუსისებრიობის შეცდომების აღმოსაფხვრელად. ექსპერიმენტულმა შედეგებმა აჩვენა 89%-ზე მეტი შემცირება, რაც 2µm/100 მმ-ზე ნაკლები ნარჩენი კონუსის მიღწევას უზრუნველყოფს. ძირითადი მექანიზმი წარმოადგენს დაზგის ღერძებში წრფივი პოზიციონირების შეცდომებისა და კუთხური გადახრების (დახრილობა, ხრახნი) ზუსტ კომპენსაციას. ძირითადი დასკვნებია:
-
ყოვლისმომცველი გეომეტრიული შეცდომების რუკა კრიტიკულად მნიშვნელოვანია კონუსურობის გამომწვევი კონკრეტული გადახრების იდენტიფიცირებისთვის.
-
ამ გადახრების პირდაპირი კომპენსაცია CNC კონტროლერში უზრუნველყოფს უაღრესად ეფექტურ გადაწყვეტას.
-
პროტოკოლი სტანდარტული მეტროლოგიური ინსტრუმენტების გამოყენებით განზომილებიანი სიზუსტის მნიშვნელოვან გაუმჯობესებას უზრუნველყოფს.
გამოქვეყნების დრო: 2025 წლის 19 ივლისი
