ווי אזוי צו עלימינירן טייפּער ערראָרס אויף CNC-געדרײט שאַפֿטן מיט פּרעציזיע קאַליבראַציע

ווי אזוי צו עלימינירן טייפּער ערראָרס אויף CNC-געדרײט שאַפֿטן מיט פּרעציזיע קאַליבראַציע

מחבר: PFT, שענזשען

קורץ-אויסצוג: קאנישע ערראָרס אין CNC-געדרייטע שאַפטן קאָמפּראָמיטירן באַדייטנד דימענסיאָנעלע אַקיעראַסי און קאָמפּאָנענט פּאַסיק, וואָס האָט אַן השפּעה אויף אַסעמבלי פאָרשטעלונג און פּראָדוקט רילייאַבילאַטי. די שטודיע אויספאָרשט די עפעקטיווקייט פון אַ סיסטעמאַטישן פּרעציזיע קאַליבראַציע פּראָטאָקאָל פֿאַר עלימינירן די ערראָרס. די מעטאָדאָלאָגיע ניצט לאַזער ינטערפעראָמעטרי פֿאַר הויך-רעזאָלוציע וואָלומעטריק ערראָר מאַפּינג אַריבער די מאַשין געצייַג וואָרקספּייס, ספּעציפֿיש טאַרגעטינג דזשיאַמעטריק דיווייישאַנז וואָס ביישטייערן צו קאָנישע. קאָמפּענסאַציע וועקטאָרן, דערייווד פון די ערראָר מאַפּע, זענען געווענדט אין די CNC קאָנטראָללער. עקספּערימענטאַל וואַלידאַציע אויף שאַפטן מיט נאָמינאַל דיאַמעטערס פון 20 מם און 50 מם האט דעמאַנסטרירט אַ רעדוקציע אין קאָנישע ערראָר פון ערשט ווערטן יקסידינג 15µm/100mm צו ווייניקער ווי 2µm/100mm נאָך קאַליבראַציע. רעזולטאַטן באַשטעטיקן אַז טאַרגעטעד דזשיאַמעטריק ערראָר קאָמפּענסאַציע, ספּעציעל אַדרעסינג לינעאַר פּאַזישאַנינג ערראָרס און ווינקל דיווייישאַנז פון גיידווייז, איז דער ערשטיק מעקאַניזאַם פֿאַר קאָנישע עלימינאַציע. דער פּראָטאָקאָל אָפפערס אַ פּראַקטיש, דאַטן-געטריבן צוגאַנג פֿאַר דערגרייכן מיקראָן-לעוועל אַקיעראַסי אין פּרעציזיע שאַפט מאַנופאַקטורינג, ריקוויירינג נאָרמאַל מעטראָלאָגי ויסריכט. צוקונפֿט אַרבעט זאָל ויספאָרשן די לאַנג-טערמין פעסטקייַט פון קאָמפּענסאַציע און ינטאַגריישאַן מיט אין-פּראָצעס מאָניטאָרינג.

1 הקדמה

טעפּער דעוויאַציע, דעפינירט ווי אַנינטענדעד דיאַמעטרישע וועריאַציע צוזאמען די אַקס פון ראָטאַציע אין CNC-געדרייטע צילינדרישע קאָמפּאָנענטן, בלייבט אַ שטענדיגע אַרויסרופן אין פּרעציזיע מאַנופאַקטורינג. אַזעלכע ערראָרס האָבן אַ דירעקטן השפּעה אויף קריטישע פאַנגקשאַנאַל אַספּעקטן ווי לאַגער פּאַסיק, סילינג אָרנטלעכקייט, און אַסעמבלי קינעמאַטיקס, פּאָטענציעל לידינג צו פרי דורכפאַל אָדער פאָרשטעלונג דעגראַדאַציע (Smith & Jones, 2023). כאָטש סיבות אַזאַ ווי געצייַג טראָגן, טערמאַל דריפט, און ווערקפּיעסע דעפלעקשאַן ביישטייערן צו פאָרעם ערראָרס, אַנקאָמפּענסייטאַד דזשיאַמעטריק ינאַקיעראַסיז אין די CNC דרייבאַנק זיך - ספּאַסיפיקלי דעווייישאַנז אין לינעאַר פּאַזישאַנינג און ווינקל אַליינמאַנט פון אַקסעס - זענען ידענטיפיצירט ווי ערשטיק וואָרצל סיבות פֿאַר סיסטעמאַטיש טעפּער (Chen et al., 2021; Müller & Braun, 2024). טראַדיציאָנעלע פּראָצעס-און-ערראָר קאָמפּענסאַציע מעטהאָדס זענען אָפט צייט-קאַנסומינג און פעלן די קאָמפּרעהענסיוו דאַטן פארלאנגט פֿאַר ראָובאַסט ערראָר קערעקשאַן אַריבער די גאנצע אַרבעט באַנד. די לערנען פּרעזענטירט און וואַלאַדייץ אַ סטרוקטורעד פּרעציזיע קאַליבראַציע מעטאַדאַלאַדזשי ניצן לאַזער ינטערפעראָמעטרי צו קוואַנטיפיצירן און קאָמפּענסירן פֿאַר די דזשיאַמעטריק ערראָרס גלייַך פאַראַנטוואָרטלעך פֿאַר טעפּער פאָרמירונג אין CNC-געדרייטע שאַפץ.

2 פאָרשונג מעטאָדן

2.1 קאַליבראַציע פּראָטאָקאָל פּלאַן

דער קערן פּלאַן נעמט אַרײַן אַ סיקווענטשאַלן, וואָלומעטרישן טעות מאַפּינג און קאָמפּענסאַציע צוגאַנג. די הויפּט היפּאָטעזע שטעלט אַרויס אַז פּינקטלעך געמאָסטענע און קאָמפּענסירטע געאָמעטרישע טעותן פון די CNC דרעיבבאַנק'ס לינעאַרע אַקסעס (X און Z) וועלן גלייך קאָרעלירן מיט דער עלימינאַציע פון מעסטבאַרער קאָנוס אין פּראָדוצירטע שאַפֿטן.

2.2 דאַטן אַקוויזיציע און עקספּערימענטאַלע סעטאַפּ

• מאַשין געצייַג: א 3-אַקס CNC דריי־צענטער (מאַקע: Okuma GENOS L3000e, קאָנטראָללער: OSP-P300) האָט געדינט ווי די טעסט־פּלאַטפאָרמע.

• מעסטונג אינסטרומענט: לאַזער אינטערפֿעראָמעטער (רענישאָ XL-80 לאַזער קאָפּ מיט XD לינעאַר אָפּטיק און RX10 ראָטאַרי אַקס קאַליבראַטאָר) האָט צוגעשטעלט שפּורבאַרע מעסטונג דאַטן שפּורבאַר צו NIST סטאַנדאַרדן. לינעאַרע פּאָזיציאָנעלע אַקיעראַסי, גלייכקייט (אין צוויי פּלענער), פּיטש, און יאָו ערראָרס פֿאַר ביידע X און Z אַקסעס זענען געמאסטן ביי 100 מם אינטערוואַלן איבער די פולע רייזע (X: 300 מם, Z: 600 מם), נאכפאלגנדיג ISO 230-2:2014 פּראָצעדורן.

• ארבעטסשטיק און מאשינירן: טעסט שאפטן (מאטעריאל: AISI 1045 שטאל, דימענסיעס: Ø20x150 מ"מ, Ø50x300 מ"מ) זענען מאשינירט געווארן אונטער קאנסיסטענטע באדינגונגען (שנייד גיכקייט: 200 מ/מינוט, צופיר: 0.15 מ"מ/אומדריי, טיפקייט פון שניט: 0.5 מ"מ, געצייג: CVD-באדעקטע קארבייד אריינשטעל DNMG 150608) ביידע פאר און נאך קאליבראציע. קילמאטעריאל איז געווען אנגעווענדעט.

• קאָניס מעסטונג: נאָך-מאַשינינג שאַפט דיאַמעטערס זענען געמאָסטן אין 10 מם אינטערוואַלן צוזאמען די לענג מיט אַ הויך-פּינקטלעכקייט קאָאָרדינאַט מעסטונג מאַשין (CMM, Zeiss CONTURA G2, מאַקסימום ערלויבט טעות: (1.8 + L/350) µm). קאָניס טעות איז קאַלקיאַלייטיד ווי די שיפּוע פון ​​די לינעאַר רעגרעסיע פון ​​דיאַמעטער קעגן פּאָזיציע.

2.3 טעות קאָמפּענסאַציע ימפּלעמענטאַציע

וואָלומעטרישע טעות דאַטן פֿון דער לאַזער מעסטונג זענען פּראַסעסט געוואָרן מיט רענישאָ'ס COMP ווייכווארג צו שאַפֿן אַקס-ספּעציפֿישע קאָמפּענסאַציע טאַבעלעס. די טאַבעלעס, וואָס אַנטהאַלטן פּאָזיציע-אָפּהענגיקע קערעקשאַן ווערטן פֿאַר לינעאַרע פֿאַרשייבונג, ווינקלדיקע טעותים, און גלייכקייט אָפּנייגונגען, זענען אַרויפֿגעלאָדן געוואָרן גלייך אין די מאַשין געצייַג'ס געאָמעטרישע טעות קאָמפּענסאַציע פּאַראַמעטערס אין די CNC קאָנטראָללער (OSP-P300). פֿיגור 1 אילוסטרירט די הויפּט געאָמעטרישע טעות קאָמפּאָנענטן געמאָסטן.

3 רעזולטאַטן און אַנאַליז

3.1 פאַר-קאַליבראַציע טעות מאַפּינג

לאַזער מעסטונג האט אַנטפּלעקט באַדייטנדיקע געאָמעטרישע אָפּנייכונגען וואָס ביישטייערן צו פּאָטענציעלער קאָניס:

• ז-אַקס: פּאָזיציאָנעלער טעות פון +28µm ביי ז=300 מ״מ, פּיטש טעות אַקיומיאַליישאַן פון -12 אַרקסעקונדעס איבער 600 מ״מ טראַוועל.

• X-אַקס: יאָו טעות פון +8 אַרקסעקונדעס איבער 300 מם טראַוועל.
  די אָפּנייגונגען שטימען איבער מיט די באַאָבאַכטע פאַר-קאַליבראַציע קאָניס ערראָרס געמאָסטן אויף די Ø50x300 מם שאַפט, געוויזן אין טאַבעלע 1. די דאָמינאַנטע ערראָר מוסטער האָט אָנגעוויזן אַ קאָנסיסטענטע פאַרגרעסערונג אין דיאַמעטער צו די טיילסטאָק עק.

טאַבעלע 1: רעזולטאַטן פון מעסטונג פון טעפּער טעות

3.2 נאָך-קאַליבראַציע פאָרשטעלונג

די אימפלעמענטאציע פון די דעריווירטע קאמפענסאציע וועקטארן האט רעזולטירט אין א דראמאטישער רעדוקציע אין געמאסטענע טעיפער טעות פאר ביידע טעסט שאפטן (טאבעלע 1). דער Ø50x300 מ"מ שאפט האט אויסגעוויזן א רעדוקציע פון +16.8µm/100 מ"מ צו +1.7µm/100 מ"מ, וואס רעפרעזענטירט א 89.9% פארבעסערונג. ענליך, דער Ø20x150 מ"מ שאפט האט געוויזן א רעדוקציע פון +14.3µm/100 מ"מ צו +1.1µm/100 מ"מ (92.3% פארבעסערונג). פיגור 2 פארגלייכט גראפיש די דיאמעטרישע פראפיילן פון דעם Ø50 מ"מ שאפט פאר און נאך קאליבראציע, קלאר דעמאנסטראווירנדיג די עלימינאציע פון די סיסטעמאטישע טעיפער טענדענץ. די מדרגה פון פארבעסערונג איז העכער ווי טיפישע רעזולטאטן געמאלדן פאר מאנועלע קאמפענסאציע מעטאדן (למשל, זשאנג און וואנג, 2022 האבן געמאלדן ~70% רעדוקציע) און אונטערשטרייכט די עפעקטיווקייט פון קאמפרעהענסיוו וואלומעטרישע טעות קאמפענסאציע.

4 דיסקוסיע

4.1 אויסטײַטשונג פון רעזולטאַטן

די באַדייטנדיקע רעדוקציע אין טעפּער טעות באַשטעטיקט גלייך די היפּאָטעזע. דער הויפּט מעханіזם איז די קאָרעקציע פון די Z-אַקס פּאָזיציאָנעלע טעות און פּיטש דיווייישאַן, וואָס האָט געפֿירט צו דעם געצייַג וועג צו דיווערדזשען פון די ידעאַל פּאַראַלעל טראַיעקטאָריע אין באַצוג צו די שפּינדל אַקס ווען די וואָגן האָט זיך באַוועגט צוזאמען Z. קאָמפּענסאַציע האָט עפֿעקטיוו בטל געמאַכט דעם דיווערדזשאַנס. דער רעזידועל טעות (<2µm/100mm) שטאַמט מסתּמא פֿון קוועלער וואָס זענען ווייניקער צוגעפּאַסט צו געאָמעטרישער קאָמפּענסאַציע, אַזאַ ווי קליינע טערמישע עפֿעקטן בעת מאַשינינג, געצייַג דיפלעקשאַן אונטער שנייד כוחות, אָדער מעסטונג אַנסערטאַנטי.

4.2 לימיטאַציעס

די שטודיע האט זיך קאנצענטרירט אויף געאמעטרישע טעות קאמפענסאציע אונטער קאנטראלירטע, כמעט-טערמישע גלייכגעוויכט באדינגונגען וואס זענען טיפיש פאר א פראדוקציע אויפווארימונג ציקל. עס האט נישט אויסדריקליך מאדעלירט אדער קאמפענסירט פאר טערמיש אינדוצירטע טעותים וואס פאסירן בעת פארלענגערטע פראדוקציע לויפן אדער באדייטנדע אמביענט טעמפעראטור וואקלענישן. דערצו, די עפעקטיווקייט פון דעם פראטאקאל אויף מאשינען מיט שווערע אבנוץ אדער שאדן צו גיידייס/באל-סקרוז איז נישט געווארן עוואלוירט. דער אימפאקט פון זייער הויכע שנייד-קראפטן אויף פארלירן קאמפענסאציע איז אויך געווען ווייטער פון די יעצטיגע פארנעם.

4.3 פּראַקטישע אימפּליקאַציעס

דער דעמאנסטרירטער פּראָטאָקאָל גיט פאַבריקאַנטן אַ ראָבוסטן, איבערחזרנדיקן מעטאָד פֿאַר דערגרייכן הויך-פּרעציציע צילינדרישע דריי-אַרבעט, וואָס איז וויכטיק פֿאַר אַפּליקאַציעס אין אַעראָספּייס, מעדיצינישע דעוויסעס און הויך-פאָרשטעלונג אויטאָמאָטיוו קאָמפּאָנענטן. עס ראַדוסירט אָפּפאַל ראַטעס פֿאַרבונדן מיט טייפּער ניט-קאָנפאָרמאַנסעס און מינאַמייזיז די אָפּהענגיקייט אויף אָפּעראַטאָר סקילז פֿאַר מאַנועלע קאָמפּענסאַציע. די פאָדערונג פֿאַר לאַזער ינטערפעראָמעטרי רעפּרעזענטירט אַן ינוועסטירונג אָבער איז גערעכטפארטיקט פֿאַר פאַסילאַטיז וואָס פאָדערן מיקראָן-לעוועל טאָלעראַנסעס.

5 מסקנא

די שטודיע באַשטעטיקט אַז סיסטעמאַטישע פּרעציזיע קאַליבראַציע, ניצנדיק לאַזער ינטערפעראָמעטריע פֿאַר וואָלומעטרישע געאָמעטרישע טעות מאַפּינג און דערנאָך CNC קאָנטראָללער קאָמפּענסאַציע, איז העכסט עפעקטיוו פֿאַר עלימינירן טייפּער טעותים אין CNC-געדרייטע שאַפֿטן. עקספּערימענטאַלע רעזולטאַטן האָבן דעמאָנסטרירט רעדוקציעס וואָס זענען גרעסער ווי 89%, דערגרייכנדיק רעזידועל טייפּער אונטער 2µm/100mm. דער קערן מעקאַניזם איז די פּינקטלעכע קאָמפּענסאַציע פון לינעאַרע פּאָזיציאָנירונג טעותים און ווינקלדיקע דעוויאַציעס (פּיטש, יאָ) אין די מאַשין געצייַג'ס אַקסעס. שליסל מסקנות זענען:

1. קאָמפּרעהענסיוו געאמעטרישע טעות מאַפּינג איז קריטיש צו ידענטיפיצירן די ספּעציפֿישע דעוויאַציעס וואָס פאַראורזאַכן קאָנוס.

2. דירעקטע קאָמפּענסאַציע פון די אָפּנייגונגען אינעם CNC קאָנטראָללער גיט אַ העכסט עפעקטיווע לייזונג.

3. דער פּראָטאָקאָל ברענגט באַדייטנדיקע פֿאַרבעסערונגען אין דימענסיאָנעלער אַקיעראַסי מיט הילף פֿון נאָרמאַלע מעטראָלאָגיע מכשירים.