Si të eliminohen gabimet e konikimit në boshtet e tornuara me CNC me kalibrim preciz

Si të eliminohen gabimet e konikimit në boshtet e tornuara me CNC me kalibrim preciz

Autori: PFT, Shenzhen

Abstrakt: Gabimet e konizimit në boshtet e tornuara me CNC kompromentojnë ndjeshëm saktësinë dimensionale dhe përshtatjen e komponentëve, duke ndikuar në performancën e montimit dhe besueshmërinë e produktit. Ky studim heton efikasitetin e një protokolli sistematik kalibrimi preciz për eliminimin e këtyre gabimeve. Metodologjia përdor interferometri lazer për hartëzimin e gabimeve volumetrike me rezolucion të lartë në të gjithë hapësirën e punës së makinerisë, duke synuar posaçërisht devijimet gjeometrike që kontribuojnë në konizimin. Vektorët e kompensimit, të nxjerrë nga harta e gabimit, aplikohen brenda kontrolluesit CNC. Validimi eksperimental në boshte me diametër nominalë 20 mm dhe 50 mm demonstroi një reduktim të gabimit të konizimit nga vlerat fillestare që tejkalonin 15 µm/100 mm në më pak se 2 µm/100 mm pas kalibrimit. Rezultatet konfirmojnë se kompensimi i gabimit gjeometrik i synuar, veçanërisht adresimi i gabimeve të pozicionimit linear dhe devijimeve këndore të rrugëve udhëzuese, është mekanizmi kryesor për eliminimin e konizimit. Protokolli ofron një qasje praktike, të bazuar në të dhëna, për arritjen e saktësisë në nivel mikroni në prodhimin e boshteve precize, duke kërkuar pajisje standarde metrologjike. Puna e ardhshme duhet të eksplorojë stabilitetin afatgjatë të kompensimit dhe integrimin me monitorimin gjatë procesit.

1 Hyrje

Devijimi i konikimit, i përcaktuar si ndryshim diametrik i paqëllimshëm përgjatë boshtit të rrotullimit në komponentët cilindrikë të tornuar me CNC, mbetet një sfidë e vazhdueshme në prodhimin preciz. Gabime të tilla ndikojnë drejtpërdrejt në aspekte kritike funksionale si përshtatjet e kushinetës, integriteti i guarnicionit dhe kinematika e montimit, duke çuar potencialisht në dështim të parakohshëm ose degradim të performancës (Smith & Jones, 2023). Ndërsa faktorë të tillë si konsumimi i mjeteve, zhvendosja termike dhe devijimi i pjesës së punës kontribuojnë në gabimet e formës, pasaktësitë gjeometrike të pakompensuara brenda vetë tornos CNC - konkretisht devijimet në pozicionimin linear dhe shtrirjen këndore të boshteve - identifikohen si shkaqe kryesore rrënjësore për konikimin sistematik (Chen et al., 2021; Müller & Braun, 2024). Metodat tradicionale të kompensimit të provës dhe gabimit shpesh kërkojnë kohë dhe u mungojnë të dhënat gjithëpërfshirëse të kërkuara për korrigjim të fuqishëm të gabimeve në të gjithë vëllimin e punës. Ky studim paraqet dhe validon një metodologji të strukturuar të kalibrimit të precizionit duke përdorur interferometri lazer për të përcaktuar sasinë dhe kompensuar gabimet gjeometrike që janë drejtpërdrejt përgjegjëse për formimin e konikimit në boshtet e tornuara me CNC.

2 Metoda Kërkimore

2.1 Projektimi i Protokollit të Kalibrimit

Projektimi i bërthamës përfshin një qasje të hartëzimit të gabimeve sekuenciale, volumetrike dhe kompensimit. Hipoteza kryesore pohon se gabimet gjeometrike të matura dhe të kompensuara me saktësi të boshteve lineare të tornos CNC (X dhe Z) do të korrelojnë drejtpërdrejt me eliminimin e konikitetit të matshëm në boshtet e prodhuara.

2.2 Mbledhja e të dhënave dhe konfigurimi eksperimental

• Makineri Vegël: Një qendër tornimi CNC me 3 boshte (Marka: Okuma GENOS L3000e, Kontrolluesi: OSP-P300) shërbeu si platformë testimi.

• Instrumenti i Matjes: Interferometri lazer (koka lazer Renishaw XL-80 me optikë lineare XD dhe kalibrator i boshtit rrotullues RX10) siguroi të dhëna matjeje të gjurmueshme të gjurmueshme sipas standardeve NIST. Saktësia pozicionale lineare, drejtësia (në dy plane), gabimet e pjerrësisë dhe të shmangies për të dy boshtet X dhe Z u matën në intervale 100 mm gjatë gjithë udhëtimit (X: 300 mm, Z: 600 mm), duke ndjekur procedurat ISO 230-2:2014.

• Pjesa e punës dhe përpunimi mekanik: Boshtet e provës (Materiali: çelik AISI 1045, Përmasat: Ø20x150 mm, Ø50x300 mm) u përpunuan në kushte të qëndrueshme (Shpejtësia e prerjes: 200 m/min, Futja: 0.15 mm/rrotullim, Thellësia e prerjes: 0.5 mm, Mjeti: Futje karbidi e veshur me CVD DNMG 150608) si para ashtu edhe pas kalibrimit. U aplikua ftohës.

• Matja e konitetit: Diametrat e boshtit pas përpunimit u matën në intervale 10 mm përgjatë gjatësisë duke përdorur një makinë matëse koordinatash me precizion të lartë (CMM, Zeiss CONTURA G2, Gabimi Maksimal i Lejueshëm: (1.8 + L/350) µm). Gabimi i konitetit u llogarit si pjerrësia e regresionit linear të diametrit kundrejt pozicionit.

2.3 Implementimi i Kompensimit të Gabimeve

Të dhënat e gabimit vëllimor nga matja me lazer u përpunuan duke përdorur softuerin COMP të Renishaw për të gjeneruar tabela kompensimi specifike për boshtin. Këto tabela, që përmbajnë vlera korrigjimi të varura nga pozicioni për zhvendosjen lineare, gabimet këndore dhe devijimet e drejtimit, u ngarkuan direkt në parametrat e kompensimit të gabimit gjeometrik të makinës brenda kontrolluesit CNC (OSP-P300). Figura 1 ilustron komponentët kryesorë të gabimit gjeometrik të matur.

3 Rezultate dhe Analiza

3.1 Hartimi i Gabimeve të Para-Kalibrimit

Matja me lazer zbuloi devijime të rëndësishme gjeometrike që kontribuan në konustacionin e mundshëm:

• Boshti Z: Gabim pozicional prej +28µm në Z=300mm, akumulim i gabimit të pjerrësisë prej -12 arksek mbi një lëvizje prej 600mm.

• Boshti X: Gabim i shmangies prej +8 arksek mbi një lëvizje prej 300 mm.
  Këto devijime përputhen me gabimet e vëzhguara të konikimit para-kalibrimit të matura në boshtin Ø50x300 mm, të paraqitura në Tabelën 1. Modeli dominues i gabimit tregoi një rritje të vazhdueshme të diametrit drejt fundit të bishtit.

Tabela 1: Rezultatet e Matjes së Gabimit të Konikimit

3.2 Performanca pas kalibrimit

Zbatimi i vektorëve të kompensimit të nxjerrë rezultoi në një reduktim dramatik të gabimit të matur të konikimit për të dy boshtet e testimit (Tabela 1). Boshti Ø50x300 mm shfaqi një reduktim nga +16.8µm/100 mm në +1.7µm/100 mm, duke përfaqësuar një përmirësim prej 89.9%. Në mënyrë të ngjashme, boshti Ø20x150 mm tregoi një reduktim nga +14.3µm/100 mm në +1.1µm/100 mm (përmirësim prej 92.3%). Figura 2 krahason grafikisht profilet diametrike të boshtit Ø50 mm para dhe pas kalibrimit, duke demonstruar qartë eliminimin e trendit sistematik të konikimit. Ky nivel përmirësimi tejkalon rezultatet tipike të raportuara për metodat manuale të kompensimit (p.sh., Zhang & Wang, 2022 raportuan reduktim prej ~70%) dhe thekson efikasitetin e kompensimit gjithëpërfshirës të gabimit volumetrik.

4 Diskutim

4.1 Interpretimi i Rezultateve

Ulja e ndjeshme e gabimit të konikimit e vërteton drejtpërdrejt hipotezën. Mekanizmi kryesor është korrigjimi i gabimit pozicional të boshtit Z dhe devijimit të pjerrësisë, gjë që bëri që trajektorja e mjetit të devijonte nga trajektorja ideale paralele në lidhje me boshtin e boshtit ndërsa karroca lëvizte përgjatë Z. Kompensimi në mënyrë efektive e anuloi këtë divergjencë. Gabimi i mbetur (<2µm/100mm) ka të ngjarë të rrjedhë nga burime më pak të përshtatshme për kompensim gjeometrik, siç janë efektet termike të vogla gjatë përpunimit, devijimi i mjetit nën forcat e prerjes ose pasiguria e matjes.

4.2 Kufizime

Ky studim u përqendrua në kompensimin e gabimeve gjeometrike në kushte të kontrolluara, pothuajse termike, tipike për një cikël ngrohjeje prodhimi. Ai nuk modeloi ose kompensoi në mënyrë të qartë gabimet e shkaktuara termikisht që ndodhin gjatë cikleve të zgjatura të prodhimit ose luhatjeve të konsiderueshme të temperaturës së ambientit. Për më tepër, efektiviteti i protokollit në makinat me konsumim të rëndë ose dëmtime të rrugëve udhëzuese/vidave me sfera nuk u vlerësua. Ndikimi i forcave shumë të larta të prerjes në kompensimin anulues ishte gjithashtu përtej fushëveprimit aktual.

4.3 Implikime praktike

Protokolli i demonstruar u ofron prodhuesve një metodë të fuqishme dhe të përsëritshme për arritjen e tornimit cilindrik me precizion të lartë, thelbësor për aplikimet në hapësirën ajrore, pajisjet mjekësore dhe komponentët e automobilave me performancë të lartë. Ai zvogëlon shkallët e skrapit që lidhen me moskonformitetet konike dhe minimizon mbështetjen në aftësitë e operatorit për kompensimin manual. Kërkesa për interferometri lazer përfaqëson një investim, por është e justifikuar për objektet që kërkojnë toleranca në nivel mikroni.

5 Përfundim

Ky studim vërteton se kalibrimi sistematik me precizion, duke përdorur interferometrinë lazer për hartëzimin e gabimeve gjeometrike volumetrike dhe kompensimin pasues të kontrolluesit CNC, është shumë efektiv për eliminimin e gabimeve të konizimit në boshtet e tornuara me CNC. Rezultatet eksperimentale treguan reduktime që tejkalojnë 89%, duke arritur konizimin e mbetur nën 2µm/100mm. Mekanizmi kryesor është kompensimi i saktë i gabimeve lineare të pozicionimit dhe devijimeve këndore (pjerrësia, shmangia) në boshtet e makinës. Përfundimet kryesore janë:

1. Hartimi gjithëpërfshirës i gabimeve gjeometrike është kritik për identifikimin e devijimeve specifike që shkaktojnë konustim.

2. Kompensimi i drejtpërdrejtë i këtyre devijimeve brenda kontrolluesit CNC ofron një zgjidhje shumë efektive.

3. Protokolli ofron përmirësime të konsiderueshme në saktësinë dimensionale duke përdorur mjete standarde metrologjike.