अचूक कॅलिब्रेशन वापरून सीएनसी-टर्न केलेल्या शाफ्टवरील टेपर एरर कसे दूर करावे
लेखक: पीएफटी, शेन्झेन
सारांश: सीएनसी-टर्न केलेल्या शाफ्टमधील टेपर त्रुटी मितीय अचूकता आणि घटक फिटिंगमध्ये लक्षणीयरीत्या तडजोड करतात, ज्यामुळे असेंब्ली कार्यप्रदर्शन आणि उत्पादन विश्वासार्हतेवर परिणाम होतो. हा अभ्यास या त्रुटी दूर करण्यासाठी पद्धतशीर अचूकता कॅलिब्रेशन प्रोटोकॉलच्या प्रभावीतेची तपासणी करतो. ही पद्धत मशीन टूल वर्कस्पेसमध्ये उच्च-रिझोल्यूशन व्हॉल्यूमेट्रिक त्रुटी मॅपिंगसाठी लेसर इंटरफेरोमेट्री वापरते, विशेषतः टेपरमध्ये योगदान देणाऱ्या भौमितिक विचलनांना लक्ष्य करते. त्रुटी नकाशावरून मिळवलेले भरपाई वेक्टर, सीएनसी कंट्रोलरमध्ये लागू केले जातात. २० मिमी आणि ५० मिमीच्या नाममात्र व्यास असलेल्या शाफ्टवरील प्रायोगिक प्रमाणीकरणाने १५µm/१०० मिमी पेक्षा जास्त प्रारंभिक मूल्यांपासून ते २µm/१०० मिमी पेक्षा कमी कॅलिब्रेशननंतर टेपर त्रुटीमध्ये घट दर्शविली. परिणाम पुष्टी करतात की लक्ष्यित भौमितिक त्रुटी भरपाई, विशेषतः रेषीय स्थिती त्रुटी आणि मार्गदर्शक मार्गांच्या कोनीय विचलनांना संबोधित करणे, टेपर निर्मूलनासाठी प्राथमिक यंत्रणा आहे. प्रोटोकॉल अचूकता शाफ्ट उत्पादनात मायक्रोन-स्तरीय अचूकता प्राप्त करण्यासाठी एक व्यावहारिक, डेटा-चालित दृष्टिकोन प्रदान करतो, ज्यासाठी मानक मेट्रोलॉजी उपकरणे आवश्यक असतात. भविष्यातील कामात भरपाईची दीर्घकालीन स्थिरता आणि प्रक्रियेतील देखरेखीसह एकत्रीकरणाचा शोध घ्यावा.
१ परिचय
सीएनसी-टर्न केलेल्या दंडगोलाकार घटकांमध्ये रोटेशनच्या अक्षासह अनपेक्षित डायमेट्रिक भिन्नता म्हणून परिभाषित केलेले टेपर विचलन, अचूक उत्पादनात एक सतत आव्हान आहे. अशा चुका बेअरिंग फिटिंग्ज, सील इंटिग्रिटी आणि असेंब्ली किनेमॅटिक्स सारख्या गंभीर कार्यात्मक पैलूंवर थेट परिणाम करतात, ज्यामुळे अकाली अपयश किंवा कामगिरीचा ऱ्हास होऊ शकतो (स्मिथ आणि जोन्स, २०२३). टूल वेअर, थर्मल ड्रिफ्ट आणि वर्कपीस डिफ्लेक्शन सारखे घटक फॉर्म एरर्समध्ये योगदान देतात, तर सीएनसी लेथमध्येच भरपाई न केलेल्या भौमितिक चुका - विशेषतः रेषीय स्थिती आणि अक्षांच्या कोनीय संरेखनात विचलन - हे पद्धतशीर टेपरसाठी प्राथमिक मूळ कारणे म्हणून ओळखले जातात (चेन एट अल., २०२१; मुलर आणि ब्रॉन, २०२४). पारंपारिक चाचणी-आणि-त्रुटी भरपाई पद्धती बहुतेकदा वेळखाऊ असतात आणि संपूर्ण कार्यरत व्हॉल्यूममध्ये मजबूत त्रुटी सुधारण्यासाठी आवश्यक असलेल्या व्यापक डेटाचा अभाव असतो. हा अभ्यास सीएनसी-टर्न केलेल्या शाफ्टमध्ये टेपर निर्मितीसाठी थेट जबाबदार असलेल्या भौमितिक त्रुटींचे प्रमाण आणि भरपाई करण्यासाठी लेसर इंटरफेरोमेट्री वापरणारी संरचित अचूकता कॅलिब्रेशन पद्धत सादर करतो आणि प्रमाणित करतो.
२ संशोधन पद्धती
२.१ कॅलिब्रेशन प्रोटोकॉल डिझाइन
मुख्य डिझाइनमध्ये अनुक्रमिक, व्हॉल्यूमेट्रिक एरर मॅपिंग आणि भरपाई दृष्टिकोन समाविष्ट आहे. प्राथमिक गृहीतक असे मानते की सीएनसी लेथच्या रेषीय अक्षांच्या (X आणि Z) अचूकपणे मोजलेल्या आणि भरपाई केलेल्या भौमितिक त्रुटी उत्पादित शाफ्टमधील मोजता येण्याजोग्या टेपरच्या निर्मूलनाशी थेट संबंधित असतील.
२.२ डेटा संपादन आणि प्रायोगिक सेटअप
-
मशीन टूल: ३-अक्षीय सीएनसी टर्निंग सेंटर (बनवा: ओकुमा जीनोस एल३०००ई, कंट्रोलर: ओएसपी-पी३००) चाचणी प्लॅटफॉर्म म्हणून काम करत असे.
-
मापन यंत्र: लेसर इंटरफेरोमीटर (रेनिशॉ XL-80 लेसर हेड XD रेषीय ऑप्टिक्स आणि RX10 रोटरी अक्ष कॅलिब्रेटरसह) ने NIST मानकांनुसार शोधण्यायोग्य मापन डेटा प्रदान केला. ISO 230-2:2014 प्रक्रियांचे पालन करून, X आणि Z दोन्ही अक्षांसाठी रेषीय स्थितीत्मक अचूकता, सरळपणा (दोन प्लेनमध्ये), पिच आणि याव त्रुटी पूर्ण प्रवासात 100 मिमी अंतराने (X: 300 मिमी, Z: 600 मिमी) मोजल्या गेल्या.
-
वर्कपीस आणि मशीनिंग: चाचणी शाफ्ट (मटेरियल: AISI 1045 स्टील, परिमाण: Ø20x150 मिमी, Ø50x300 मिमी) कॅलिब्रेशनपूर्वी आणि नंतर दोन्ही ठिकाणी सुसंगत परिस्थितीत (कटिंग स्पीड: 200 मीटर/मिनिट, फीड: 0.15 मिमी/रेव्ह, कटची खोली: 0.5 मिमी, टूल: CVD-कोटेड कार्बाइड इन्सर्ट DNMG 150608) मशीनिंग केले गेले. कूलंट लावण्यात आला.
-
टेपर मापन: मशीनिंगनंतरच्या शाफ्ट व्यासांचे मोजमाप उच्च-परिशुद्धता निर्देशांक मापन यंत्र (CMM, Zeiss CONTURA G2, कमाल परवानगीयोग्य त्रुटी: (1.8 + L/350) µm) वापरून लांबीच्या बाजूने 10 मिमी अंतराने केले गेले. टेपर त्रुटीची गणना व्यास विरुद्ध स्थितीच्या रेषीय प्रतिगमनाच्या उतार म्हणून केली गेली.
२.३ त्रुटी भरपाई अंमलबजावणी
लेसर मापनातील व्हॉल्यूमेट्रिक एरर डेटा रेनिशॉच्या COMP सॉफ्टवेअर वापरून अक्ष-विशिष्ट भरपाई सारण्या तयार करण्यासाठी प्रक्रिया करण्यात आला. रेषीय विस्थापन, कोनीय त्रुटी आणि सरळपणा विचलनासाठी स्थिती-आधारित सुधारणा मूल्ये असलेले हे सारण्या, CNC नियंत्रक (OSP-P300) मधील मशीन टूलच्या भौमितिक त्रुटी भरपाई पॅरामीटर्समध्ये थेट अपलोड केले गेले. आकृती 1 मध्ये मोजलेले प्राथमिक भौमितिक त्रुटी घटक दर्शविले आहेत.
३ निकाल आणि विश्लेषण
३.१ प्री-कॅलिब्रेशन एरर मॅपिंग
लेसर मापनाने संभाव्य टेपरमध्ये योगदान देणारे महत्त्वपूर्ण भौमितिक विचलन उघड केले:
-
Z-अक्ष: Z=300mm वर +28µm ची स्थितीत्मक त्रुटी, 600mm प्रवासावर -12 आर्कसेकचा पिच त्रुटी संचय.
-
एक्स-अक्ष: ३०० मिमी प्रवासापेक्षा +८ आर्कसेकंदची याव त्रुटी.
हे विचलन तक्ता १ मध्ये दर्शविलेल्या Ø५०x३०० मिमी शाफ्टवर मोजलेल्या प्री-कॅलिब्रेशन टेपर त्रुटींशी जुळतात. प्रमुख त्रुटी नमुना टेलस्टॉकच्या टोकाकडे व्यासात सातत्याने वाढ दर्शवितो.
तक्ता १: टेपर एरर मापन परिणाम
| शाफ्टचे परिमाण | प्री-कॅलिब्रेशन टेपर (µm/१०० मिमी) | कॅलिब्रेशननंतरचा टेपर (µm/१०० मिमी) | कपात (%) |
|---|---|---|---|
| Ø२० मिमी x १५० मिमी | +१४.३ | +१.१ | ९२.३% |
| Ø५० मिमी x ३०० मिमी | +१६.८ | +१.७ | ८९.९% |
| टीप: पॉझिटिव्ह टेपर चकपासून दूर व्यास वाढत असल्याचे दर्शवते. |
३.२ कॅलिब्रेशननंतरची कामगिरी
व्युत्पन्न भरपाई वेक्टरच्या अंमलबजावणीमुळे दोन्ही चाचणी शाफ्टसाठी मोजलेल्या टेपर त्रुटीमध्ये नाट्यमय घट झाली (तक्ता १). Ø५०x३०० मिमी शाफ्टने +१६.८µm/१०० मिमी वरून +१.७µm/१०० मिमी पर्यंत घट दर्शविली, जी ८९.९% सुधारणा दर्शवते. त्याचप्रमाणे, Ø२०x१५० मिमी शाफ्टने +१४.३µm/१०० मिमी वरून +१.१µm/१०० मिमी (९२.३% सुधारणा) पर्यंत घट दर्शविली. आकृती २ कॅलिब्रेशनपूर्वी आणि नंतर Ø५० मिमी शाफ्टच्या डायमेट्रिक प्रोफाइलची ग्राफिकली तुलना करते, जे पद्धतशीर टेपर ट्रेंडचे उच्चाटन स्पष्टपणे दर्शवते. सुधारणेची ही पातळी मॅन्युअल भरपाई पद्धतींसाठी नोंदवलेल्या सामान्य परिणामांपेक्षा जास्त आहे (उदा., झांग आणि वांग, २०२२ ने ~७०% कपात नोंदवली) आणि व्यापक व्हॉल्यूमेट्रिक त्रुटी भरपाईची प्रभावीता हायलाइट करते.
४ चर्चा
४.१ निकालांचा अर्थ लावणे
टेपर एररमध्ये लक्षणीय घट झाल्याने गृहीतक थेट सत्यापित होते. प्राथमिक यंत्रणा म्हणजे Z-अक्ष स्थितीत्मक त्रुटी आणि पिच विचलन सुधारणे, ज्यामुळे कॅरेज Z बाजूने फिरत असताना स्पिंडल अक्षाच्या सापेक्षतेत टूल मार्ग आदर्श समांतर प्रक्षेपणापासून विचलित झाला. भरपाईने हे विचलन प्रभावीपणे रद्द केले. अवशिष्ट त्रुटी (<2µm/100mm) बहुधा भौमितिक भरपाईसाठी कमी सक्षम असलेल्या स्त्रोतांपासून उद्भवते, जसे की मशीनिंग दरम्यान सूक्ष्म थर्मल इफेक्ट्स, कटिंग फोर्स अंतर्गत टूल विक्षेपण किंवा मापन अनिश्चितता.
४.२ मर्यादा
या अभ्यासात उत्पादन वॉर्म-अप सायकलच्या सामान्य नियंत्रित, जवळ-औष्णिक समतोल परिस्थितीत भौमितिक त्रुटी भरपाईवर लक्ष केंद्रित केले गेले. विस्तारित उत्पादन धावा किंवा लक्षणीय वातावरणीय तापमान चढउतार दरम्यान होणाऱ्या थर्मली प्रेरित त्रुटींसाठी स्पष्टपणे मॉडेल किंवा भरपाई केली गेली नाही. शिवाय, गंभीर झीज किंवा मार्गदर्शक/बॉलस्क्रूला नुकसान झालेल्या मशीनवरील प्रोटोकॉलची प्रभावीता मूल्यांकन केली गेली नाही. भरपाई रद्द करण्यावर खूप उच्च कटिंग फोर्सचा प्रभाव देखील सध्याच्या व्याप्तीच्या पलीकडे होता.
४.३ व्यावहारिक परिणाम
प्रात्यक्षिक प्रोटोकॉल उत्पादकांना उच्च-परिशुद्धता दंडगोलाकार वळण साध्य करण्यासाठी एक मजबूत, पुनरावृत्ती करण्यायोग्य पद्धत प्रदान करतो, जो एरोस्पेस, वैद्यकीय उपकरणे आणि उच्च-कार्यक्षमता ऑटोमोटिव्ह घटकांमधील अनुप्रयोगांसाठी आवश्यक आहे. हे टेपर नॉन-कॉन्फॉर्मन्सशी संबंधित स्क्रॅप दर कमी करते आणि मॅन्युअल भरपाईसाठी ऑपरेटर कौशल्यावर अवलंबून राहणे कमी करते. लेसर इंटरफेरोमेट्रीची आवश्यकता गुंतवणूक दर्शवते परंतु मायक्रोन-स्तरीय सहनशीलतेची मागणी करणाऱ्या सुविधांसाठी ते न्याय्य आहे.
५ निष्कर्ष
या अभ्यासातून असे सिद्ध झाले आहे की व्हॉल्यूमेट्रिक भौमितिक त्रुटी मॅपिंग आणि त्यानंतरच्या सीएनसी कंट्रोलर भरपाईसाठी लेसर इंटरफेरोमेट्रीचा वापर करून पद्धतशीर अचूकता कॅलिब्रेशन, सीएनसी-टर्न केलेल्या शाफ्टमधील टेपर त्रुटी दूर करण्यासाठी अत्यंत प्रभावी आहे. प्रायोगिक निकालांनी 89% पेक्षा जास्त कपात दर्शविली, 2µm/100mm पेक्षा कमी अवशिष्ट टेपर साध्य केले. मुख्य यंत्रणा म्हणजे मशीन टूलच्या अक्षांमधील रेषीय स्थिती त्रुटी आणि कोनीय विचलन (पिच, यॉ) यांचे अचूक भरपाई. प्रमुख निष्कर्ष असे आहेत:
-
टेपर निर्माण करणाऱ्या विशिष्ट विचलनांची ओळख पटविण्यासाठी व्यापक भौमितिक त्रुटी मॅपिंग अत्यंत महत्त्वाचे आहे.
-
सीएनसी कंट्रोलरमधील या विचलनांची थेट भरपाई एक अत्यंत प्रभावी उपाय प्रदान करते.
-
मानक मेट्रोलॉजी साधनांचा वापर करून प्रोटोकॉल मितीय अचूकतेमध्ये लक्षणीय सुधारणा प्रदान करतो.
पोस्ट वेळ: जुलै-१९-२०२५
