Нарийвчлалтай тохируулгатай CNC эргүүлсэн босоо амны конусны алдааг хэрхэн арилгах вэ

Нарийвчлалтай тохируулгатай CNC эргүүлсэн босоо амны конусны алдааг хэрхэн арилгах вэ

Зохиогч: PFT, Shenzhen

Хураангуй: CNC-ээр эргүүлсэн босоо амны конусын алдаа нь хэмжээсийн нарийвчлал, эд ангиудын тохируулгад ихээхэн хохирол учруулж, угсралтын гүйцэтгэл болон бүтээгдэхүүний найдвартай байдалд нөлөөлдөг. Энэхүү судалгаа нь эдгээр алдааг арилгахын тулд системчилсэн нарийвчлал тохируулгын протоколын үр нөлөөг судалж байна. Энэхүү аргачлал нь машин хэрэгслийн ажлын талбарт өндөр нарийвчлалтай эзэлхүүний алдааны зураглал хийхэд лазер интерферометрийг ашигладаг бөгөөд ялангуяа нарийсч буй геометрийн хазайлтыг чиглүүлдэг. Алдааны зургаас гаргаж авсан нөхөн олговрын векторуудыг CNC хянагч дотор ашигладаг. 20мм ба 50мм-ийн нэрлэсэн голчтой босоо амны туршилтын баталгаажуулалт нь шалгалт тохируулгын дараа конусны алдаа 15мм/100мм-ээс хэтэрсэн анхны утгаас 2мкм/100мм-ээс бага болж буурсан болохыг харуулсан. Үр дүн нь зорилтот геометрийн алдааны нөхөн олговор, ялангуяа шугаман байрлалын алдаа болон чиглүүлэгчийн өнцгийн хазайлтыг арилгах нь конусыг арилгах үндсэн механизм болохыг баталж байна. Протокол нь стандарт хэмжилзүйн тоног төхөөрөмж шаарддаг нарийн босоо амны үйлдвэрлэлд микроны түвшний нарийвчлалд хүрэх практик, өгөгдөлд суурилсан хандлагыг санал болгодог. Цаашдын ажил нь нөхөн олговрын урт хугацааны тогтвортой байдлыг судлах, үйл явцын хяналттай уялдуулах ёстой.

1 Танилцуулга

CNC-ээр эргүүлсэн цилиндр эд ангиудын эргэлтийн тэнхлэгийн дагуу санамсаргүй диаметрийн өөрчлөлт гэж тодорхойлсон конус хазайлт нь нарийн үйлдвэрлэлийн байнгын сорилт хэвээр байна. Ийм алдаа нь холхивчийн бэхэлгээ, лацын бүрэн бүтэн байдал, угсралтын кинематик зэрэг чухал функциональ талуудад шууд нөлөөлж, дутуу эвдрэх эсвэл гүйцэтгэлийн доройтолд хүргэж болзошгүй юм (Смит & Жонс, 2023). Багажны элэгдэл, дулааны шилжилт, ажлын хэсгийн хазайлт зэрэг хүчин зүйлүүд нь хэлбэрийн алдаа гаргахад хувь нэмрээ оруулдаг бол CNC токарь доторх нөхөгдөөгүй геометрийн алдаанууд, ялангуяа шугаман байрлал, тэнхлэгийн өнцгийн тэгшитгэлийн хазайлтууд нь системтэй шовгор болох үндсэн шалтгаан болдог (Chen et al., Müllerun 202; 2014). Туршилт, алдааны нөхөн олговрын уламжлалт аргууд нь ихэвчлэн цаг хугацаа их шаарддаг бөгөөд бүхэл бүтэн ажлын явцад алдаа засахад шаардлагатай дэлгэрэнгүй мэдээлэл байдаггүй. Энэхүү судалгаа нь CNC эргүүлсэн босоо амны конус үүсэхэд шууд нөлөөлсөн геометрийн алдааг тооцоолох, нөхөх зорилгоор лазер интерферометрийг ашиглан бүтэцлэгдсэн нарийн тохируулгын аргачлалыг танилцуулж, баталгаажуулсан болно.

2 Судалгааны арга

2.1 Шалгалт тохируулгын протоколын загвар

Үндсэн загвар нь дараалсан, эзэлхүүнтэй алдааны зураглал, нөхөн олговрын хандлагыг агуулдаг. Анхдагч таамаглал нь CNC токарийн шугаман тэнхлэгүүдийн (X ба Z) нарийн хэмжиж, нөхөгдсөн геометрийн алдаа нь үйлдвэрлэсэн босоо амны хэмжиж болох конусыг арилгахтай шууд хамааралтай болно.

2.2 Өгөгдөл цуглуулах ба туршилтын тохиргоо

• Машины хэрэгсэл: 3 тэнхлэгтэй CNC эргэлтийн төв (Үйлдвэр: Okuma GENOS L3000e, хянагч: OSP-P300) туршилтын платформоор ажилласан.

• Хэмжилтийн хэрэгсэл: Лазер интерферометр (XD шугаман оптик ба RX10 эргэдэг тэнхлэгийн калибратор бүхий Renishaw XL-80 лазер толгой) нь NIST стандартын дагуу хэмжилтийн өгөгдлийг хянах боломжтой. X ба Z тэнхлэгүүдийн шугаман байрлалын нарийвчлал, шулуун байдал (хоёр хавтгайд), налуу, хазайлтын алдааг ISO 230-2:2014 стандартын дагуу бүрэн хөдөлгөөнд (X: 300 мм, Z: 600 мм) 100 мм-ийн зайд хэмжсэн.

• Ажлын хэсэг ба боловсруулалт: Туршилтын босоо амыг (материал: AISI 1045 ган, Хэмжээ: Ø20x150мм, Ø50x300мм) тогтмол нөхцөлд боловсруулсан (Зүсэлтийн хурд: 200 м/мин, тэжээл: 0.15 мм/эргэлт, зүсэлтийн гүн: мм-Д5, машинтай: 0V. DNMG 150608) шалгалт тохируулгын өмнө болон дараа. Хөргөлтийн шингэн түрхсэн.

• Конус хэмжилт: Өндөр нарийвчлалтай координат хэмжих машин (CMM, Zeiss CONTURA G2, хамгийн их зөвшөөрөгдөх алдаа: (1.8 + L/350) мкм) ашиглан боловсруулалтын дараах босоо амны диаметрийг уртын дагуу 10 мм-ийн зайд хэмжсэн. Конусны алдааг диаметр ба байрлалын шугаман регрессийн налуугаар тооцоолсон.

2.3 Алдааны нөхөн төлбөрийн хэрэгжилт

Лазер хэмжилтийн эзэлхүүний алдааны өгөгдлийг Renishaw-ийн COMP программ хангамжийг ашиглан боловсруулж, тэнхлэгт хамаарах нөхөн олговрын хүснэгтүүдийг үүсгэсэн. Шугаман шилжилт, өнцгийн алдаа, шулуун байдлын хазайлтын байрлалаас хамааралтай залруулгын утгыг агуулсан эдгээр хүснэгтийг CNC хянагч (OSP-P300) доторх машины хэрэгслийн геометрийн алдааны нөхөх параметрүүдэд шууд байршуулсан. Зураг 1-д хэмжсэн геометрийн алдааны үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг харуулав.

3 Үр дүн ба дүн шинжилгээ

3.1 Шалгалт тохируулгын өмнөх алдааны зураглал

Лазер хэмжилт нь геометрийн мэдэгдэхүйц хазайлтыг илрүүлсэн бөгөөд энэ нь боломжит нарийсгахад нөлөөлсөн:

• Z тэнхлэг: Z=300мм үед +28µm-ийн байрлалын алдаа, 600мм-ийн зайд -12 нуман секундын хуримтлалын давтамжийн алдаа.

• X тэнхлэг: 300 мм-ийн зайд +8 нуман секундын хазайлтын алдаа.
  Эдгээр хазайлт нь Ø50x300мм босоо амны хэмжсэн шалгалт тохируулгын өмнөх шовгорын алдаатай таарч байгаа бөгөөд үүнийг Хүснэгт 1-д үзүүлэв. Давамгайлсан алдааны загвар нь голчны сүүл рүү чиглэн диаметр тогтмол нэмэгдэж байгааг харуулж байна.

Хүснэгт 1: Конусны алдааны хэмжилтийн үр дүн

3.2 Шалгалт тохируулгын дараах гүйцэтгэл

Гаргасан нөхөн олговорын векторуудыг хэрэгжүүлснээр туршилтын хоёр босоо амны хэмжсэн конусны алдаа эрс багассан (Хүснэгт 1). Ø50x300мм босоо ам нь +16.8µm/100мм-ээс +1.7µm/100мм болж буурсан нь 89.9% сайжирсан байна. Үүний нэгэн адил Ø20x150мм босоо ам нь +14.3µm/100мм-ээс +1.1µm/100мм болж буурсан (92.3% сайжирсан). Зураг 2-т тохируулгын өмнө болон дараа нь Ø50мм босоо амны диаметрийн профайлыг графикаар харьцуулсан нь системчилсэн конусжилтын чиг хандлагыг арилгахыг тодорхой харуулж байна. Энэхүү сайжруулалтын түвшин нь гар аргаар нөхөн олговрын аргын мэдээлсэн ердийн үр дүнгээс давсан (жишээ нь, Жан & Ван, 2022 онд ~70%-иар буурсан гэж мэдээлсэн) бөгөөд алдааг бүрэн хэмжээгээр нөхөх үр нөлөөг онцолж байна.

4 Хэлэлцүүлэг

4.1 Үр дүнгийн тайлбар

Шовгорын алдаа мэдэгдэхүйц буурсан нь таамаглалыг шууд баталж байна. Үндсэн механизм нь Z тэнхлэгийн байрлалын алдаа болон давирхайн хазайлтыг засах явдал бөгөөд тэргэнцрийг Z дагуу хөдөлгөхөд багажны зам нь тэнхлэгийн тэнхлэгтэй харьцуулахад хамгийн тохиромжтой параллель траектороос зөрөхөд хүргэсэн. Нөхөн олговор нь энэ зөрүүг үр дүнтэйгээр хүчингүй болгосон. Үлдэгдэл алдаа (<2µm/100мм) нь боловсруулах явцад бага зэргийн дулааны нөлөөлөл, зүсэх хүчний дор багажны хазайлт, хэмжилтийн тодорхойгүй байдал зэрэг геометрийн нөхөн олговорт хамрагдах боломжгүй эх үүсвэрээс үүдэлтэй байж магадгүй.

4.2 Хязгаарлалтууд

Энэхүү судалгаа нь үйлдвэрлэлийн дулааны мөчлөгийн ердийн дулааны тэнцвэрт байдлын хяналттай нөхцөлд геометрийн алдааг нөхөхөд чиглэв. Энэ нь үйлдвэрлэлийн уртасгасан ажил эсвэл орчны температурын мэдэгдэхүйц хэлбэлзлийн үед гарсан дулааны улмаас үүссэн алдааг тодорхой загварчлаагүй эсвэл нөхөөгүй. Цаашилбал, чиглүүлэгч зам/бөмбөлөгийн эрэг нь маш их элэгдэлд орсон, гэмтсэн машинуудад протоколын үр нөлөөг үнэлээгүй. Нөхөн олговрыг хүчингүй болгоход маш өндөр зүсэх хүчний нөлөөлөл нь одоогийн хамрах хүрээнээс хэтэрсэн.

4.3 Практик үр дагавар

Үзүүлсэн протокол нь сансар огторгуй, эмнэлгийн төхөөрөмж, өндөр хүчин чадалтай автомашины эд ангиудад зайлшгүй шаардлагатай цилиндр хэлбэртэй өндөр нарийвчлалтай эргэлтэнд хүрэх бат бөх, давтагдах аргыг үйлдвэрлэгчдэд олгодог. Энэ нь шовгор зөрчилтэй холбоотой хаягдлын хэмжээг бууруулж, гар аргаар нөхөн олговор олгохдоо операторын ур чадварт найдах явдлыг багасгадаг. Лазер интерферометрийн шаардлага нь хөрөнгө оруулалтыг илэрхийлдэг боловч микроны түвшний хүлцэл шаарддаг байгууламжид үндэслэлтэй юм.

5 Дүгнэлт

Энэхүү судалгаа нь эзэлхүүний геометрийн алдааны зураглал, дараа нь CNC хянагчийн нөхөн олговорт лазер интерферометрийг ашиглан системчилсэн нарийвчлалын тохируулга нь CNC эргүүлсэн босоо амны конусны алдааг арилгахад өндөр үр дүнтэй болохыг тогтоожээ. Туршилтын үр дүнгээс харахад 89%-иас давсан бууралт, 2µm/100мм-ээс бага конусны үлдэгдэлд хүрсэн байна. Үндсэн механизм нь машин хэрэгслийн тэнхлэгт шугаман байрлалын алдаа болон өнцгийн хазайлтыг (давирхай, хазайлт) үнэн зөв нөхөх явдал юм. Гол дүгнэлтүүд нь:

1. Геометрийн алдааны иж бүрэн зураглал нь нарийсч буй тодорхой хазайлтыг тодорхойлоход чухал ач холбогдолтой.

2. CNC хянагч дотор эдгээр хазайлтыг шууд нөхөх нь өндөр үр дүнтэй шийдлийг өгдөг.

3. Протокол нь стандарт хэмжилзүйн хэрэгслийг ашиглан хэмжээсийн нарийвчлалыг мэдэгдэхүйц сайжруулдаг.