ວິທີການກໍາຈັດຄວາມຜິດພາດຂອງ Taper ໃນ shafts ຫັນ CNC ກັບ Precision Calibration

ວິທີການກໍາຈັດຄວາມຜິດພາດຂອງ Taper ໃນ shafts ຫັນ CNC ກັບ Precision Calibration

ຜູ້ຂຽນ: PFT, Shenzhen

Abstract: ຄວາມຜິດພາດ Taper ໃນ shaft ຫັນ CNC ຢ່າງຫຼວງຫຼາຍປະນີປະນອມຄວາມຖືກຕ້ອງຂອງມິຕິລະດັບແລະຄວາມສອດຄ່ອງອົງປະກອບ, ຜົນກະທົບຕໍ່ການປະຕິບັດການປະກອບແລະຄວາມຫນ້າເຊື່ອຖືຂອງຜະລິດຕະພັນ. ການສຶກສານີ້ສືບສວນປະສິດທິພາບຂອງໂປໂຕຄອນການປັບຄວາມແມ່ນຍໍາຂອງລະບົບສໍາລັບການລົບລ້າງຄວາມຜິດພາດເຫຼົ່ານີ້. ວິທີການດັ່ງກ່າວໃຊ້ເລເຊີ interferometry ສໍາລັບການສ້າງແຜນທີ່ຄວາມຜິດພາດ volumetric ຄວາມລະອຽດສູງໃນທົ່ວພື້ນທີ່ເຮັດວຽກຂອງເຄື່ອງມືເຄື່ອງຈັກ, ໂດຍສະເພາະການກໍາຫນົດເປົ້າຫມາຍ deviations geometric ປະກອບສ່ວນໃຫ້ taper. vectors ການຊົດເຊີຍ, ທີ່ມາຈາກແຜນທີ່ຄວາມຜິດພາດ, ຖືກນໍາໃຊ້ພາຍໃນຕົວຄວບຄຸມ CNC. ການທົດລອງການກວດສອບຄວາມຖືກຕ້ອງຂອງ shafts ທີ່ມີເສັ້ນຜ່າສູນກາງນາມຂອງ 20mm ແລະ 50mm ສະແດງໃຫ້ເຫັນການຫຼຸດຜ່ອນຄວາມຜິດພາດ taper ຈາກຄ່າເບື້ອງຕົ້ນເກີນ 15µm / 100mm ກັບຫນ້ອຍກ່ວາ 2µm / 100mm ຫລັງການປັບ. ຜົນໄດ້ຮັບຢືນຢັນວ່າການຊົດເຊີຍຄວາມຜິດພາດທາງເລຂາຄະນິດເປົ້າຫມາຍ, ໂດຍສະເພາະແມ່ນການແກ້ໄຂຄວາມຜິດພາດໃນການຈັດຕໍາແຫນ່ງເສັ້ນຊື່ແລະການບິດເບືອນມຸມຂອງທິດທາງ, ແມ່ນກົນໄກຕົ້ນຕໍສໍາລັບການລົບລ້າງ taper. ອະນຸສັນຍາສະເຫນີວິທີການປະຕິບັດ, ຂໍ້ມູນ - ຂັບເຄື່ອນເພື່ອບັນລຸຄວາມຖືກຕ້ອງໃນລະດັບ micron ໃນການຜະລິດ shaft ຄວາມແມ່ນຍໍາ, ຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີອຸປະກອນວັດແທກມາດຕະຖານ. ວຽກງານໃນອະນາຄົດຄວນຄົ້ນຫາຄວາມຫມັ້ນຄົງໃນໄລຍະຍາວຂອງການຊົດເຊີຍແລະການເຊື່ອມໂຍງກັບການຕິດຕາມໃນຂະບວນການ.

1 ບົດແນະນຳ

ການບ່ຽງເບນ taper, ກໍານົດເປັນການປ່ຽນແປງ diametric ບໍ່ໄດ້ຕັ້ງໃຈຕາມແກນຂອງພືດຫມູນວຽນໃນອົງປະກອບຮູບທໍ່ກົມ CNC ຫັນ, ຍັງຄົງເປັນສິ່ງທ້າທາຍຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງໃນການຜະລິດຄວາມແມ່ນຍໍາ. ຄວາມຜິດພາດດັ່ງກ່າວສົ່ງຜົນກະທົບໂດຍກົງຕໍ່ລັກສະນະການທໍາງານທີ່ສໍາຄັນເຊັ່ນ: ທໍ່ລູກປືນ, ຄວາມສົມບູນຂອງປະທັບຕາ, ແລະ kinematics ການປະກອບ, ອາດຈະນໍາໄປສູ່ຄວາມລົ້ມເຫຼວກ່ອນໄວອັນຄວນຫຼືການຊຸດໂຊມປະສິດທິພາບ (Smith & Jones, 2023). ໃນຂະນະທີ່ປັດໄຈຕ່າງໆເຊັ່ນການສວມໃສ່ຂອງເຄື່ອງມື, ການລອຍຄວາມຮ້ອນ, ແລະການເຫນັງຕີງຂອງ workpiece ເຮັດໃຫ້ເກີດຄວາມຜິດພາດ, ຄວາມບໍ່ຄວາມຖືກຕ້ອງທາງເລຂາຄະນິດທີ່ບໍ່ໄດ້ຮັບຄ່າຕອບແທນພາຍໃນເຄື່ອງກຶງ CNC ຕົວມັນເອງ - ໂດຍສະເພາະການ deviations ໃນການຈັດຕໍາແຫນ່ງເສັ້ນແລະການຈັດເປັນລ່ຽມຂອງແກນ - ຖືກລະບຸວ່າເປັນສາເຫດຕົ້ນຕໍສໍາລັບ taper ທີ່ເປັນລະບົບ (Chen et al. ; 2020). ວິທີການຊົດເຊີຍການທົດລອງແລະຄວາມຜິດພາດແບບດັ້ງເດີມມັກຈະໃຊ້ເວລາຫຼາຍແລະຂາດຂໍ້ມູນທີ່ສົມບູນແບບທີ່ຕ້ອງການສໍາລັບການແກ້ໄຂຄວາມຜິດພາດທີ່ເຂັ້ມແຂງໃນທົ່ວປະລິມານການເຮັດວຽກທັງຫມົດ. ການສຶກສານີ້ນໍາສະເຫນີແລະກວດສອບວິທີການປັບໂຄງສ້າງຄວາມແມ່ນຍໍາໂດຍນໍາໃຊ້ laser interferometry ເພື່ອຄິດໄລ່ແລະຊົດເຊີຍຄວາມຜິດພາດທາງເລຂາຄະນິດທີ່ຮັບຜິດຊອບໂດຍກົງສໍາລັບການສ້າງຕັ້ງ taper ໃນ shafts CNC.

2 ວິທີການຄົ້ນຄ້ວາ

2.1 ການອອກແບບໂປໂຕຄອນ Calibration

ການ​ອອກ​ແບບ​ຫຼັກ​ກ່ຽວ​ຂ້ອງ​ກັບ​ການ​ຕາມ​ລໍາ​ດັບ​, ການ​ເຮັດ​ແຜນ​ທີ່​ຄວາມ​ຜິດ​ພາດ volumetric ແລະ​ວິ​ທີ​ການ​ຊົດ​ເຊີຍ​. ການສົມມຸດຕິຖານຕົ້ນຕໍ posits ທີ່ຊັດເຈນກ່ຽວກັບການວັດແທກແລະຄ່າຕອບແທນຄວາມຜິດພາດທາງເລຂາຄະນິດຂອງແກນ linear ຂອງ CNC lathe (X ແລະ Z) ຈະກ່ຽວຂ້ອງໂດຍກົງກັບການກໍາຈັດ taper ທີ່ສາມາດວັດແທກໄດ້ໃນ shafts ທີ່ຜະລິດ.

2.2 ການຈັດຫາຂໍ້ມູນ ແລະ ການຕິດຕັ້ງແບບທົດລອງ

• ເຄື່ອງມືເຄື່ອງຈັກ: ສູນຫັນ CNC 3 ແກນ (ເຮັດ: Okuma GENOS L3000e, Controller: OSP-P300) ເປັນເວທີການທົດສອບ.

• ເຄື່ອງມືວັດແທກ: ເລເຊີ interferometer (ຫົວເລເຊີ Renishaw XL-80 ກັບ XD linear optics ແລະ RX10 rotary calibrator) ສະຫນອງຂໍ້ມູນການວັດແທກ traceable traceable ກັບມາດຕະຖານ NIST. ຄວາມຖືກຕ້ອງຂອງຕໍາແຫນ່ງເສັ້ນຊື່, ຄວາມຊື່ສັດ (ໃນສອງຍົນ), pitch, ແລະຄວາມຜິດພາດ yaw ສໍາລັບທັງສອງແກນ X ແລະ Z ໄດ້ຖືກວັດແທກໃນໄລຍະຫ່າງ 100mm ໃນໄລຍະການເດີນທາງເຕັມ (X: 300mm, Z: 600mm), ປະຕິບັດຕາມຂັ້ນຕອນ ISO 230-2: 2014.

• Workpiece & Machining: ເພົາທົດສອບ (ວັດສະດຸ: ເຫຼັກກ້າ AISI 1045, ຂະໜາດ: Ø20x150mm, Ø50x300mm) ຖືກເຄື່ອງຈັກພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂທີ່ສອດຄ່ອງ (ຄວາມໄວຕັດ: 200 m/min, ອາຫານ: 0.15 mm/rev, ຄວາມເລິກຂອງການຕັດ: 0.5mm carcination MG-CVD, ເຄື່ອງມື: DMGbD. 150608) ທັງກ່ອນ ແລະຫຼັງການປັບທຽບ. ນໍ້າເຢັນຖືກນຳໃຊ້.

• ການວັດແທກ Taper: ເສັ້ນຜ່າສູນກາງ shaft ຫລັງເຄື່ອງຈັກໄດ້ຖືກວັດແທກໃນໄລຍະຫ່າງ 10mm ຕາມຄວາມຍາວໂດຍໃຊ້ເຄື່ອງວັດແທກປະສານງານທີ່ມີຄວາມແມ່ນຍໍາສູງ (CMM, Zeiss CONTURA G2, ຄວາມຜິດພາດສູງສຸດທີ່ອະນຸຍາດ: (1.8 + L / 350) µm). ຄວາມຜິດພາດ taper ໄດ້ຖືກຄິດໄລ່ເປັນເປີ້ນພູຂອງ regression linear ຂອງເສັ້ນຜ່າສູນກາງທຽບກັບຕໍາແຫນ່ງ.

2.3 ການປະຕິບັດການຊົດເຊີຍຄວາມຜິດພາດ

ຂໍ້ມູນຄວາມຜິດພາດຂອງ Volumetric ຈາກການວັດແທກເລເຊີໄດ້ຖືກປະມວນຜົນໂດຍໃຊ້ຊອບແວ COMP ຂອງ Renishaw ເພື່ອສ້າງຕາຕະລາງການຊົດເຊີຍສະເພາະຕາມແກນ. ຕາຕະລາງເຫຼົ່ານີ້, ປະກອບມີຄ່າການແກ້ໄຂທີ່ຂຶ້ນກັບຕໍາແຫນ່ງສໍາລັບການຍ້າຍເສັ້ນ, ຄວາມຜິດພາດເປັນລ່ຽມ, ແລະການບິດເບືອນຄວາມຊື່, ໄດ້ຖືກອັບໂຫລດໂດຍກົງໃສ່ຕົວກໍານົດການຊົດເຊີຍຄວາມຜິດພາດທາງເລຂາຄະນິດຂອງເຄື່ອງມືເຄື່ອງຈັກພາຍໃນຕົວຄວບຄຸມ CNC (OSP-P300). ຮູບທີ 1 ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງອົງປະກອບຄວາມຜິດພາດທາງເລຂາຄະນິດຕົ້ນຕໍທີ່ວັດແທກໄດ້.

3 ຜົນໄດ້ຮັບແລະການວິເຄາະ

3.1 Pre-Calibration Error Mapping

ການວັດແທກດ້ວຍເລເຊີໄດ້ເປີດເຜີຍຄວາມເໜັງຕີງທາງເລຂາຄະນິດທີ່ສຳຄັນທີ່ປະກອບສ່ວນເຂົ້າໃນການວັດແທກທີ່ອາດເປັນໄປໄດ້:

• Z-axis: ຄວາມຜິດພາດທາງຕໍາແຫນ່ງຂອງ +28µm ທີ່ Z = 300mm, pitch ຄວາມຜິດພາດການສະສົມຂອງ -12 arcsec ໃນໄລຍະການເດີນທາງ 600mm.

• X-axis: Yaw ຜິດພາດຂອງ +8 arcsec ໃນໄລຍະການເດີນທາງ 300mm.
  ການບ່ຽງເບນເຫຼົ່ານີ້ສອດຄ່ອງກັບຄວາມຜິດພາດທີ່ສັງເກດກ່ອນການປັບຕົວແປທີ່ວັດແທກຢູ່ໃນ shaft Ø50x300mm, ສະແດງຢູ່ໃນຕາຕະລາງ 1. ຮູບແບບຄວາມຜິດພາດທີ່ເດັ່ນຊັດໄດ້ຊີ້ໃຫ້ເຫັນເຖິງເສັ້ນຜ່າສູນກາງທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງໄປສູ່ປາຍ tailstock.

ຕາຕະລາງ 1: ຜົນໄດ້ຮັບການວັດແທກຄວາມຜິດພາດ Taper

3.2 ການປະຕິບັດຫຼັງການຄິດໄລ່

ການປະຕິບັດການຊົດເຊີຍ vectors ທີ່ໄດ້ຮັບຜົນໃນການຫຼຸດລົງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍໃນຄວາມຜິດພາດ taper ການວັດແທກສໍາລັບທັງສອງ shafts ການທົດສອບ (ຕາຕະລາງ 1). shaft Ø50x300mm ສະແດງໃຫ້ເຫັນການຫຼຸດຜ່ອນຈາກ +16.8µm / 100mm ເປັນ +1.7µm / 100mm, ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງການປັບປຸງ 89.9%. ເຊັ່ນດຽວກັນ, shaft Ø20x150mm ສະແດງໃຫ້ເຫັນການຫຼຸດລົງຈາກ +14.3µm/100mm ເປັນ +1.1µm/100mm (92.3% ການປັບປຸງ). ຮູບທີ 2 ປຽບທຽບຮູບຊົງ diametric ຂອງ shaft Ø50mm ກ່ອນແລະຫຼັງການ calibration, ສະແດງໃຫ້ເຫັນຢ່າງຊັດເຈນການກໍາຈັດແນວໂນ້ມ taper ເປັນລະບົບ. ລະດັບການປັບປຸງນີ້ເກີນຜົນໄດ້ຮັບປົກກະຕິທີ່ລາຍງານສໍາລັບວິທີການຊົດເຊີຍຄູ່ມື (e. g. Zhang & Wang, 2022 ລາຍງານການຫຼຸດຜ່ອນ 70%) ແລະຊີ້ໃຫ້ເຫັນເຖິງປະສິດທິພາບຂອງການຊົດເຊີຍຄວາມຜິດພາດ volumetric ທີ່ສົມບູນແບບ.

4 ການສົນທະນາ

4.1 ການຕີຄວາມໝາຍຂອງຜົນໄດ້ຮັບ

ການຫຼຸດລົງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍໃນຄວາມຜິດພາດ taper ໂດຍກົງ validates ສົມມຸດຕິຖານ. ກົນໄກຕົ້ນຕໍແມ່ນການແກ້ໄຂຄວາມຜິດພາດຂອງຕໍາແຫນ່ງແກນ Z ແລະການບິດເບືອນ pitch, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ເສັ້ນທາງເຄື່ອງມື diverge ຈາກ trajectory ຂະຫນານທີ່ເຫມາະສົມທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບແກນ spindle ຍ້ອນວ່າລົດຍ້າຍອອກໄປຕາມ Z. ການຊົດເຊີຍປະສິດທິຜົນ nullified divergence ນີ້. ຄວາມຜິດພາດທີ່ຕົກຄ້າງ (<2µm/100mm) ອາດຈະມາຈາກແຫຼ່ງທີ່ມາໜ້ອຍກວ່າການຊົດເຊີຍທາງເລຂາຄະນິດ, ເຊັ່ນ: ຜົນກະທົບຄວາມຮ້ອນໃນນາທີໃນລະຫວ່າງການເຄື່ອງຈັກ, ການເສື່ອມຂອງເຄື່ອງມືພາຍໃຕ້ກຳລັງຕັດ, ຫຼືຄວາມບໍ່ແນ່ນອນໃນການວັດແທກ.

4.2 ຂໍ້ຈໍາກັດ

ການສຶກສານີ້ໄດ້ສຸມໃສ່ການຊົດເຊີຍຄວາມຜິດພາດທາງເລຂາຄະນິດພາຍໃຕ້ການຄວບຄຸມ, ສະພາບຄວາມສົມດຸນຂອງຄວາມຮ້ອນໃກ້ໆປົກກະຕິຂອງວົງຈອນການອົບອຸ່ນການຜະລິດ. ມັນບໍ່ໄດ້ສ້າງແບບຈໍາລອງຢ່າງຈະແຈ້ງ ຫຼືການຊົດເຊີຍສໍາລັບຄວາມຜິດພາດທີ່ເກີດຈາກຄວາມຮ້ອນທີ່ເກີດໃນໄລຍະການຜະລິດທີ່ຂະຫຍາຍອອກໄປ ຫຼືການເໜັງຕີງຂອງອຸນຫະພູມແວດລ້ອມອ້ອມຂ້າງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. ຍິ່ງໄປກວ່ານັ້ນ, ປະສິດທິພາບຂອງອະນຸສັນຍາກ່ຽວກັບເຄື່ອງຈັກທີ່ມີການສວມໃສ່ຮ້າຍແຮງຫຼືຄວາມເສຍຫາຍຕໍ່ທິດທາງ / ballscrews ບໍ່ໄດ້ຖືກປະເມີນ. ຜົນກະທົບຂອງກໍາລັງຕັດທີ່ສູງຫຼາຍຕໍ່ການຊົດເຊີຍ nullifying ແມ່ນເກີນຂອບເຂດໃນປະຈຸບັນ.

4.3 ການປະຕິບັດຕົວຈິງ

ອະນຸສັນຍາທີ່ສາທິດໃຫ້ຜູ້ຜະລິດມີວິທີການທີ່ແຂງແຮງ, ສາມາດເຮັດຊ້ຳໄດ້ເພື່ອບັນລຸການຫັນເປັນຮູບທໍ່ກົມທີ່ມີຄວາມແມ່ນຍຳສູງ, ຈຳເປັນສຳລັບການນຳໃຊ້ໃນອາວະກາດ, ອຸປະກອນການແພດ ແລະ ສ່ວນປະກອບຂອງລົດຍົນທີ່ມີປະສິດທິພາບສູງ. ມັນຫຼຸດຜ່ອນອັດຕາການຂູດທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບຄວາມບໍ່ສອດຄ່ອງແລະຫຼຸດຜ່ອນການອີງໃສ່ທັກສະຂອງຜູ້ປະຕິບັດງານສໍາລັບການຊົດເຊີຍຄູ່ມື. ຄວາມຕ້ອງການສໍາລັບ interferometry laser ເປັນຕົວແທນຂອງການລົງທຶນແຕ່ເປັນເຫດຜົນສໍາລັບສິ່ງອໍານວຍຄວາມສະດວກທີ່ຕ້ອງການຄວາມທົນທານໃນລະດັບ micron.

5 ສະຫຼຸບ

ການສຶກສານີ້ກໍານົດວ່າການປັບຄວາມແມ່ນຍໍາຂອງລະບົບ, ການນໍາໃຊ້ laser interferometry ສໍາລັບການສ້າງແຜນທີ່ຄວາມຜິດພາດ geometric volumetric ແລະການຊົດເຊີຍຕົວຄວບຄຸມ CNC ຕໍ່ມາ, ມີປະສິດທິພາບສູງສໍາລັບການລົບລ້າງຄວາມຜິດພາດ taper ໃນ shafts CNC. ຜົນ​ການ​ທົດ​ລອງ​ສະ​ແດງ​ໃຫ້​ເຫັນ​ການ​ຫຼຸດ​ຜ່ອນ​ເກີນ 89​%​, ບັນ​ລຸ​ໄດ້ taper ຕົກ​ຄ້າງ​ຂ້າງ​ລຸ່ມ​ນີ້ 2µm / 100mm​. ກົນໄກຫຼັກແມ່ນການຊົດເຊີຍທີ່ຖືກຕ້ອງຂອງຄວາມຜິດພາດການຈັດຕໍາແໜ່ງເສັ້ນ ແລະຂໍ້ເສື່ອມຂອງມຸມ (pitch, yaw) ໃນແກນຂອງເຄື່ອງມືເຄື່ອງຈັກ. ບົດສະຫຼຸບຫຼັກແມ່ນ:

1. ການສ້າງແຜນທີ່ຄວາມຜິດພາດທາງເລຂາຄະນິດທີ່ສົມບູນແມ່ນສໍາຄັນສໍາລັບການກໍານົດຄວາມບ່ຽງເບນສະເພາະທີ່ເຮັດໃຫ້ເກີດ taper.

2. ການຊົດເຊີຍໂດຍກົງຂອງ deviations ເຫຼົ່ານີ້ພາຍໃນເຄື່ອງຄວບຄຸມ CNC ສະຫນອງການແກ້ໄຂທີ່ມີປະສິດທິພາບສູງ.

3. ອະນຸສັນຍາດັ່ງກ່າວໃຫ້ການປັບປຸງອັນໃຫຍ່ຫຼວງໃນຄວາມຖືກຕ້ອງທາງດ້ານມິຕິໂດຍໃຊ້ເຄື່ອງມືວັດແທກມາດຕະຖານ.