Cara Menghapuskan Ralat Tirus pada Aci Diputar CNC dengan Penentukuran Ketepatan

Cara Menghapuskan Ralat Tirus pada Aci Diputar CNC dengan Penentukuran Ketepatan

Pengarang: PFT, Shenzhen

Abstrak: Ralat tirus dalam aci pusing CNC menjejaskan ketepatan dimensi dan kesesuaian komponen dengan ketara, menjejaskan prestasi pemasangan dan kebolehpercayaan produk. Kajian ini menyiasat keberkesanan protokol penentukuran ketepatan sistematik untuk menghapuskan ralat ini. Metodologi ini menggunakan interferometri laser untuk pemetaan ralat volumetrik resolusi tinggi merentas ruang kerja alat mesin, khususnya menyasarkan sisihan geometri yang menyumbang kepada tirus. Vektor pampasan, yang diperoleh daripada peta ralat, digunakan dalam pengawal CNC. Pengesahan eksperimen pada aci dengan diameter nominal 20mm dan 50mm menunjukkan pengurangan ralat tirus daripada nilai awal melebihi 15µm/100mm kepada kurang daripada 2µm/100mm selepas penentukuran. Keputusan mengesahkan bahawa pampasan ralat geometri yang disasarkan, terutamanya menangani ralat kedudukan linear dan sisihan sudut laluan panduan, adalah mekanisme utama untuk penghapusan tirus. Protokol ini menawarkan pendekatan praktikal, dipacu data untuk mencapai ketepatan tahap mikron dalam pembuatan aci ketepatan, yang memerlukan peralatan metrologi standard. Kerja masa depan harus meneroka kestabilan jangka panjang pampasan dan integrasi dengan pemantauan dalam proses.

1 Pengenalan

Sisihan tirus, ditakrifkan sebagai variasi diametrik yang tidak diingini di sepanjang paksi putaran dalam komponen silinder yang diputar CNC, kekal sebagai cabaran berterusan dalam pembuatan ketepatan. Ralat sedemikian secara langsung memberi kesan kepada aspek fungsi kritikal seperti padanan bearing, integriti pengedap dan kinematik pemasangan, yang berpotensi membawa kepada kegagalan pramatang atau kemerosotan prestasi (Smith & Jones, 2023). Walaupun faktor seperti haus alatan, hanyutan terma dan pesongan bahan kerja menyumbang kepada ralat bentuk, ketidaktepatan geometri yang tidak dikompensasikan dalam mesin pelarik CNC itu sendiri—khususnya sisihan dalam kedudukan linear dan penjajaran sudut paksi—dikenal pasti sebagai punca utama untuk tirus sistematik (Chen et al., 2021; Müller & Braun). Kaedah pampasan percubaan-dan-ralat tradisional selalunya memakan masa dan kekurangan data komprehensif yang diperlukan untuk pembetulan ralat yang mantap merentas keseluruhan volum kerja. Kajian ini membentangkan dan mengesahkan metodologi penentukuran ketepatan berstruktur menggunakan interferometri laser untuk mengukur dan mengimbangi ralat geometri yang bertanggungjawab secara langsung untuk pembentukan tirus dalam aci pusing CNC.

2 Kaedah Penyelidikan

2.1 Reka Bentuk Protokol Penentukuran

Reka bentuk teras melibatkan pemetaan ralat volumetrik dan pendekatan pampasan yang berurutan. Hipotesis utama menyatakan bahawa ralat geometri yang diukur dan dikompensasikan dengan tepat pada paksi linear mesin pelarik CNC (X dan Z) akan secara langsung berkait dengan penghapusan tirus yang boleh diukur dalam aci yang dihasilkan.

2.2 Pemerolehan Data & Persediaan Eksperimen

• Alat Mesin: Pusat pusing CNC 3 paksi (Buat: Okuma GENOS L3000e, Pengawal: OSP-P300) berfungsi sebagai platform ujian.

• Instrumen Pengukuran: Pengantara laser (kepala laser Renishaw XL-80 dengan optik linear XD dan penentukur paksi putar RX10) menyediakan data ukuran yang boleh dikesan yang boleh dikesan kepada piawaian NIST. Ketepatan kedudukan linear, kelurusan (dalam dua satah), ralat padang dan yaw untuk kedua-dua paksi X dan Z diukur pada selang 100mm sepanjang perjalanan penuh (X: 300mm, Z: 600mm), mengikut prosedur ISO 230-2:2014.

• Bahan Kerja & Pemesinan: Aci ujian (Bahan: keluli AISI 1045, Dimensi: Ø20x150mm, Ø50x300mm) dimesin dalam keadaan yang konsisten (Kelajuan Pemotongan: 200 m/min, Suapan: 0.15 mm/rev, Kedalaman Potongan: 0.5 mm, Kedua-dua carbide insert10mm, CVD-co) kedua-duanya dan selepas penentukuran. Bahan penyejuk telah digunakan.

• Pengukuran Tirus: Diameter aci selepas pemesinan diukur pada selang 10mm sepanjang panjang menggunakan mesin pengukur koordinat ketepatan tinggi (CMM, Zeiss CONTURA G2, Ralat Maksimum Dibenarkan: (1.8 + L/350) µm). Ralat tirus dikira sebagai cerun regresi linear diameter vs kedudukan.

2.3 Pelaksanaan Pampasan Ralat

Data ralat volumetrik daripada pengukuran laser telah diproses menggunakan perisian COMP Renishaw untuk menjana jadual pampasan khusus paksi. Jadual ini, yang mengandungi nilai pembetulan bergantung kepada kedudukan untuk anjakan linear, ralat sudut dan sisihan kelurusan, telah dimuat naik terus ke dalam parameter pampasan ralat geometri alat mesin dalam pengawal CNC (OSP-P300). Rajah 1 menggambarkan komponen ralat geometri utama yang diukur.

3 Keputusan dan Analisis

3.1 Pemetaan Ralat Pra-Penentukuran

Pengukuran laser mendedahkan sisihan geometri yang ketara yang menyumbang kepada potensi tirus:

• Paksi Z: Ralat kedudukan +28µm pada Z=300mm, pengumpulan ralat pic -12 arcsec sepanjang perjalanan 600mm.

• Paksi X: Ralat Yaw +8 arcsec sepanjang perjalanan 300mm.
  Penyimpangan ini sejajar dengan ralat tirus pra-penentukuran yang diperhatikan yang diukur pada aci Ø50x300mm, ditunjukkan dalam Jadual 1. Corak ralat dominan menunjukkan peningkatan yang konsisten dalam diameter ke arah hujung stok ekor.

Jadual 1: Keputusan Pengukuran Ralat Tirus

3.2 Prestasi Pasca Penentukuran

Pelaksanaan vektor pampasan terbitan menghasilkan pengurangan dramatik dalam ralat tirus terukur untuk kedua-dua aci ujian (Jadual 1). Aci Ø50x300mm mempamerkan pengurangan daripada +16.8µm/100mm kepada +1.7µm/100mm, mewakili peningkatan 89.9%. Begitu juga, aci Ø20x150mm menunjukkan pengurangan daripada +14.3µm/100mm kepada +1.1µm/100mm (92.3% peningkatan). Rajah 2 membandingkan secara grafik profil diametrik aci Ø50mm sebelum dan selepas penentukuran, dengan jelas menunjukkan penyingkiran aliran tirus sistematik. Tahap peningkatan ini melebihi keputusan biasa yang dilaporkan untuk kaedah pampasan manual (cth, Zhang & Wang, 2022 melaporkan ~70% pengurangan) dan menyerlahkan keberkesanan pampasan ralat volumetrik komprehensif.

4 Perbincangan

4.1 Tafsiran Keputusan

Pengurangan ketara dalam ralat tirus secara langsung mengesahkan hipotesis. Mekanisme utama ialah pembetulan ralat kedudukan paksi Z dan sisihan pic, yang menyebabkan laluan alat menyimpang daripada trajektori selari ideal berbanding paksi gelendong apabila gerabak bergerak sepanjang Z. Pampasan secara berkesan membatalkan perbezaan ini. Ralat sisa (<2µm/100mm) berkemungkinan berpunca daripada sumber yang kurang sesuai dengan pampasan geometri, seperti kesan haba minit semasa pemesinan, pesongan alat di bawah daya pemotongan atau ketidakpastian pengukuran.

4.2 Had

Kajian ini memfokuskan pada pampasan ralat geometri di bawah keadaan keseimbangan hampir-terma terkawal yang tipikal bagi kitaran pemanasan pengeluaran. Ia tidak secara eksplisit memodelkan atau mengimbangi ralat akibat haba yang berlaku semasa pengeluaran lanjutan berjalan atau turun naik suhu ambien yang ketara. Tambahan pula, keberkesanan protokol pada mesin dengan kehausan teruk atau kerosakan pada laluan panduan/skru bebola tidak dinilai. Kesan kuasa pemotongan yang sangat tinggi terhadap pampasan yang membatalkan juga adalah di luar skop semasa.

4.3 Implikasi Praktikal

Protokol yang ditunjukkan menyediakan pengeluar kaedah yang teguh dan boleh berulang untuk mencapai pusingan silinder berketepatan tinggi, penting untuk aplikasi dalam aeroangkasa, peranti perubatan dan komponen automotif berprestasi tinggi. Ia mengurangkan kadar sekerap yang dikaitkan dengan ketidakpatuhan tirus dan meminimumkan pergantungan pada kemahiran pengendali untuk pampasan manual. Keperluan untuk interferometri laser mewakili pelaburan tetapi wajar untuk kemudahan yang menuntut toleransi tahap mikron.

5 Kesimpulan

Kajian ini membuktikan bahawa penentukuran ketepatan sistematik, menggunakan interferometri laser untuk pemetaan ralat geometri volumetrik dan pampasan pengawal CNC seterusnya, adalah sangat berkesan untuk menghapuskan ralat tirus dalam aci pusing CNC. Keputusan eksperimen menunjukkan pengurangan melebihi 89%, mencapai sisa tirus di bawah 2µm/100mm. Mekanisme teras ialah pampasan tepat bagi ralat kedudukan linear dan sisihan sudut (pitch, yaw) dalam paksi alat mesin. Kesimpulan utama ialah:

1. Pemetaan ralat geometri yang komprehensif adalah penting untuk mengenal pasti sisihan khusus yang menyebabkan tirus.

2. Pampasan langsung bagi penyimpangan ini dalam pengawal CNC menyediakan penyelesaian yang sangat berkesan.

3. Protokol memberikan peningkatan ketara dalam ketepatan dimensi menggunakan alat metrologi standard.