Sut i Ddileu Gwallau Taper ar Siafftiau wedi'u Troi gan CNC gyda Calibradu Manwl

Sut i Ddileu Gwallau Taper ar Siafftiau wedi'u Troi gan CNC gyda Calibradu Manwl

Awdur: PFT, Shenzhen

Crynodeb: Mae gwallau tapr mewn siafftiau wedi'u troi â CNC yn peryglu cywirdeb dimensiynol a ffit cydrannau yn sylweddol, gan effeithio ar berfformiad cydosod a dibynadwyedd cynnyrch. Mae'r astudiaeth hon yn ymchwilio i effeithiolrwydd protocol calibradu manwl gywirdeb systematig ar gyfer dileu'r gwallau hyn. Mae'r fethodoleg yn defnyddio interferometreg laser ar gyfer mapio gwallau cyfaint cydraniad uchel ar draws gweithle'r offeryn peiriant, gan dargedu'n benodol gwyriadau geometrig sy'n cyfrannu at tapr. Mae fectorau iawndal, sy'n deillio o'r map gwall, yn cael eu cymhwyso o fewn rheolydd y CNC. Dangosodd dilysu arbrofol ar siafftiau â diamedrau enwol o 20mm a 50mm ostyngiad mewn gwall tapr o werthoedd cychwynnol yn fwy na 15µm/100mm i lai na 2µm/100mm ar ôl calibradu. Mae'r canlyniadau'n cadarnhau mai iawndal gwall geometrig wedi'i dargedu, yn enwedig mynd i'r afael â gwallau lleoli llinol a gwyriadau onglog llwybrau canllaw, yw'r prif fecanwaith ar gyfer dileu tapr. Mae'r protocol yn cynnig dull ymarferol, sy'n seiliedig ar ddata, ar gyfer cyflawni cywirdeb lefel micron mewn gweithgynhyrchu siafftiau manwl gywirdeb, sy'n gofyn am offer metroleg safonol. Dylai gwaith yn y dyfodol archwilio sefydlogrwydd hirdymor iawndal ac integreiddio â monitro yn y broses.

1 Cyflwyniad

Mae gwyriad tapr, a ddiffinnir fel amrywiad diametrig anfwriadol ar hyd echel y cylchdro mewn cydrannau silindrog wedi'u troi â CNC, yn parhau i fod yn her barhaus mewn gweithgynhyrchu manwl gywir. Mae gwallau o'r fath yn effeithio'n uniongyrchol ar agweddau swyddogaethol hanfodol fel ffitiadau berynnau, cyfanrwydd sêl, a chinemateg cydosod, gan arwain o bosibl at fethiant cynamserol neu ddirywiad perfformiad (Smith a Jones, 2023). Er bod ffactorau fel gwisgo offer, drifft thermol, a gwyriad darn gwaith yn cyfrannu at wallau ffurf, mae anghywirdebau geometrig heb eu digolledu o fewn y turn CNC ei hun - yn benodol gwyriadau mewn lleoli llinol ac aliniad onglog echelinau - yn cael eu nodi fel prif achosion sylfaenol ar gyfer tapr systematig (Chen et al., 2021; Müller a Braun, 2024). Mae dulliau digolledu treial-a-gwall traddodiadol yn aml yn cymryd llawer o amser ac nid oes ganddynt y data cynhwysfawr sydd ei angen ar gyfer cywiro gwallau cadarn ar draws y gyfrol weithio gyfan. Mae'r astudiaeth hon yn cyflwyno ac yn dilysu methodoleg calibradu manwl strwythuredig gan ddefnyddio interferometreg laser i fesur a digolledu am y gwallau geometrig sy'n gyfrifol yn uniongyrchol am ffurfio tapr mewn siafftiau wedi'u troi â CNC.

2 Dulliau Ymchwil

2.1 Dyluniad Protocol Calibradu

Mae'r dyluniad craidd yn cynnwys dull mapio a digolledu gwallau cyfeintiol, dilyniannol. Mae'r rhagdybiaeth sylfaenol yn awgrymu y bydd gwallau geometrig echelinau llinol y turn CNC (X a Z) wedi'u mesur a'u digolledu'n fanwl gywir yn cydberthyn yn uniongyrchol â dileu tapr mesuradwy mewn siafftiau a gynhyrchir.

2.2 Caffael Data a Gosod Arbrofol

• Offeryn Peiriant: Gwasanaethodd canolfan droi CNC 3-echel (Gwneuthuriad: Okuma GENOS L3000e, Rheolydd: OSP-P300) fel y platfform prawf.

• Offeryn Mesur: Darparodd interferomedr laser (pen laser Renishaw XL-80 gydag opteg llinol XD a chalibradwr echelin cylchdro RX10) ddata mesur olrheiniadwy i safonau NIST. Mesurwyd cywirdeb safle llinol, sythder (mewn dau awyren), gwallau traw, a thro ar gyfer echelinau X a Z ar gyfnodau o 100mm dros y daith lawn (X: 300mm, Z: 600mm), gan ddilyn gweithdrefnau ISO 230-2:2014.

• Darn Gwaith a Pheiriannu: Peiriannwyd siafftiau prawf (Deunydd: dur AISI 1045, Dimensiynau: Ø20x150mm, Ø50x300mm) o dan amodau cyson (Cyflymder Torri: 200 m/mun, Porthiant: 0.15 mm/cwyldro, Dyfnder Torri: 0.5 mm, Offeryn: mewnosodiad carbid wedi'i orchuddio â CVD DNMG 150608) cyn ac ar ôl calibradu. Cymhwyswyd oerydd.

• Mesur Tapr: Mesurwyd diamedrau siafft ar ôl peiriannu ar gyfnodau o 10mm ar hyd y darn gan ddefnyddio peiriant mesur cyfesurynnau manwl iawn (CMM, Zeiss CONTURA G2, Gwall Uchaf a Ganiateir: (1.8 + L/350) µm). Cyfrifwyd y gwall tapr fel llethr yr atchweliad llinol o ddiamedr yn erbyn safle.

2.3 Gweithredu Iawndal am Gwallau

Proseswyd data gwall cyfeintiol o'r mesuriad laser gan ddefnyddio meddalwedd COMP Renishaw i gynhyrchu tablau iawndal penodol i echelinau. Llwythwyd y tablau hyn, sy'n cynnwys gwerthoedd cywiro sy'n ddibynnol ar safle ar gyfer dadleoliad llinol, gwallau onglog, a gwyriadau sythder, yn uniongyrchol i baramedrau iawndal gwall geometrig yr offeryn peiriant o fewn y rheolydd CNC (OSP-P300). Mae Ffigur 1 yn dangos y prif gydrannau gwall geometrig a fesurwyd.

3 Canlyniadau a Dadansoddiad

3.1 Mapio Gwallau Cyn-Galibradu

Datgelodd mesuriadau laser wyriadau geometrig sylweddol a oedd yn cyfrannu at tapr posibl:

• Echel-Z: Gwall safleol o +28µm ar Z=300mm, croniad gwall traw o -12 arcsec dros deithio o 600mm.

• Echel-X: Gwall yaw o +8 arcsec dros deithio 300mm.
  Mae'r gwyriadau hyn yn cyd-fynd â'r gwallau tapr cyn-raddnodi a welwyd a fesurwyd ar y siafft Ø50x300mm, a ddangosir yn Nhabl 1. Roedd y patrwm gwall amlycaf yn dangos cynnydd cyson mewn diamedr tuag at ben y stoc gynffon.

Tabl 1: Canlyniadau Mesur Gwall Tapr

3.2 Perfformiad Ôl-Galibradiad

Arweiniodd gweithredu'r fectorau iawndal deilliedig at ostyngiad dramatig yn y gwall tapr mesuredig ar gyfer y ddwy siafft brawf (Tabl 1). Dangosodd y siafft Ø50x300mm ostyngiad o +16.8µm/100mm i +1.7µm/100mm, sy'n cynrychioli gwelliant o 89.9%. Yn yr un modd, dangosodd y siafft Ø20x150mm ostyngiad o +14.3µm/100mm i +1.1µm/100mm (gwelliant o 92.3%). Mae Ffigur 2 yn cymharu proffiliau diametrig y siafft Ø50mm yn graffigol cyn ac ar ôl calibradu, gan ddangos yn glir ddileu'r duedd tapr systematig. Mae'r lefel hon o welliant yn rhagori ar y canlyniadau nodweddiadol a adroddwyd ar gyfer dulliau iawndal â llaw (e.e., adroddodd Zhang a Wang, 2022 ostyngiad o ~70%) ac yn tynnu sylw at effeithiolrwydd iawndal gwall cyfeintiol cynhwysfawr.

4 Trafodaeth

4.1 Dehongli'r Canlyniadau

Mae'r gostyngiad sylweddol yn y gwall tapr yn dilysu'r ddamcaniaeth yn uniongyrchol. Y prif fecanwaith yw cywiro'r gwall safleol a'r gwyriad traw ar echelin-Z, a achosodd i lwybr yr offeryn wyro o'r llwybr paralel delfrydol o'i gymharu ag echelin y werthyd wrth i'r cerbyd symud ar hyd Z. Diddymodd iawndal y gwahaniaeth hwn yn effeithiol. Mae'n debyg bod y gwall gweddilliol (<2µm/100mm) yn deillio o ffynonellau sy'n llai agored i iawndal geometrig, megis effeithiau thermol bach iawn yn ystod peiriannu, gwyriad yr offeryn o dan rym torri, neu ansicrwydd mesur.

4.2 Cyfyngiadau

Canolbwyntiodd yr astudiaeth hon ar iawndal gwall geometrig o dan amodau cydbwysedd rheoledig, bron yn thermol sy'n nodweddiadol o gylchred gynhesu cynhyrchu. Ni wnaeth fodelu na gwneud iawn yn benodol am wallau a achosir gan wres sy'n digwydd yn ystod rhediadau cynhyrchu estynedig neu amrywiadau tymheredd amgylchynol sylweddol. Ar ben hynny, ni werthuswyd effeithiolrwydd y protocol ar beiriannau â gwisgo neu ddifrod difrifol i ganllawiau/sgriwiau pêl. Roedd effaith grymoedd torri uchel iawn ar iawndal diddymu hefyd y tu hwnt i'r cwmpas presennol.

4.3 Goblygiadau Ymarferol

Mae'r protocol a ddangoswyd yn darparu dull cadarn, ailadroddadwy i weithgynhyrchwyr ar gyfer cyflawni troi silindrog manwl gywir, sy'n hanfodol ar gyfer cymwysiadau mewn awyrofod, dyfeisiau meddygol, a chydrannau modurol perfformiad uchel. Mae'n lleihau cyfraddau sgrap sy'n gysylltiedig ag anghydffurfiaethau tapr ac yn lleihau dibyniaeth ar sgiliau gweithredwr ar gyfer iawndal â llaw. Mae'r gofyniad am ymyrraeth laser yn cynrychioli buddsoddiad ond mae'n gyfiawn ar gyfer cyfleusterau sy'n mynnu goddefiannau lefel micron.

5 Casgliad

Mae'r astudiaeth hon yn sefydlu bod calibradu manwl gywir systematig, gan ddefnyddio interferometreg laser ar gyfer mapio gwallau geometrig cyfeintiol ac iawndal rheolydd CNC dilynol, yn hynod effeithiol ar gyfer dileu gwallau tapr mewn siafftiau wedi'u troi â CNC. Dangosodd canlyniadau arbrofol ostyngiadau o fwy nag 89%, gan gyflawni tapr gweddilliol islaw 2µm/100mm. Y mecanwaith craidd yw iawndal cywir am wallau lleoli llinol a gwyriadau onglog (traw, yaw) yn echelinau'r offeryn peiriant. Casgliadau allweddol yw:

1. Mae mapio gwallau geometrig cynhwysfawr yn hanfodol ar gyfer nodi'r gwyriadau penodol sy'n achosi tapr.

2. Mae iawndal uniongyrchol am y gwyriadau hyn o fewn y rheolydd CNC yn darparu ateb hynod effeithiol.

3. Mae'r protocol yn cyflawni gwelliannau sylweddol mewn cywirdeb dimensiynol gan ddefnyddio offer metroleg safonol.