Giunsa Pagwagtang ang Taper Error sa CNC-Turned Shafts nga adunay Precision Calibration

Giunsa Pagwagtang ang Taper Error sa CNC-Turned Shafts nga adunay Precision Calibration

Awtor: PFT, Shenzhen

Abstract: Taper errors sa CNC-turned shafts kamahinungdanon nga makompromiso ang dimensional accuracy ug component fit, makaapekto sa assembly performance ug product reliability. Kini nga pagtuon nag-imbestigar sa kaepektibo sa usa ka sistematikong precision calibration protocol para sa pagwagtang niini nga mga sayop. Ang pamaagi naggamit sa laser interferometry alang sa taas nga resolusyon nga volumetric error mapping sa workspace sa tool sa makina, partikular nga gipunting ang mga geometric deviations nga nakatampo sa taper. Ang mga vector sa kompensasyon, nga nakuha gikan sa mapa sa sayup, gipadapat sa sulod sa CNC controller. Ang eksperimento nga pag-validate sa mga shaft nga adunay nominal nga diametro nga 20mm ug 50mm nagpakita sa pagkunhod sa taper error gikan sa inisyal nga mga bili nga labaw sa 15µm/100mm ngadto sa ubos sa 2µm/100mm post-calibration. Ang mga resulta nagpamatuod nga ang gipuntirya nga geometric error compensation, ilabina ang pagsulbad sa linear positioning errors ug angular deviations sa guideways, mao ang nag-unang mekanismo para sa taper elimination. Ang protocol nagtanyag usa ka praktikal, data-driven nga pamaagi para sa pagkab-ot sa micron-level accuracy sa precision shaft manufacturing, nga nanginahanglan ug standard nga metrology equipment. Ang umaabot nga trabaho kinahanglan nga mag-usisa sa dugay nga kalig-on sa kompensasyon ug paghiusa sa pag-monitor sa proseso.

1 Pasiuna

Ang taper deviation, nga gihubit nga wala tuyoa nga diametric variation sa daplin sa axis sa rotation sa CNC-turned cylindrical nga mga sangkap, nagpabilin nga usa ka padayon nga hagit sa paggama sa katukma. Ang ingon nga mga kasaypanan direkta nga nakaapekto sa mga kritikal nga aspeto sa pag-andar sama sa pagpaangay sa pagdala, integridad sa selyo, ug kinematics sa pag-assemble, nga mahimo’g mosangput sa wala’y panahon nga kapakyasan o pagkadaot sa pasundayag (Smith & Jones, 2023). Samtang ang mga hinungdan sama sa pagsul-ob sa himan, thermal drift, ug paglihis sa workpiece nakatampo sa pagporma sa mga sayup, wala'y bayad nga geometric nga mga dili tukma sulod sa CNC lathe mismo-ilabi na ang mga pagtipas sa linear positioning ug angular alignment sa mga axes-giila nga nag-unang hinungdan sa sistematikong taper (Chen et al., 2021; Müller & Braun). Ang tradisyonal nga pagsulay-ug-sayup nga mga pamaagi sa kompensasyon kanunay nga nag-usik sa oras ug kulang sa komprehensibo nga datos nga gikinahanglan alang sa lig-on nga pagtul-id sa sayup sa tibuuk nga gidaghanon sa pagtrabaho. Kini nga pagtuon nagpresentar ug nagpamatuod sa usa ka structured precision calibration methodology nga naggamit sa laser interferometry aron sa pag-ihap ug pag-compensate sa geometric nga mga sayop nga direktang responsable sa taper formation sa CNC-turned shafts.

2 Mga Pamaagi sa Pagpanukiduki

2.1 Disenyo sa Calibration Protocol

Ang kinauyokan nga disenyo naglakip sa usa ka sequential, volumetric error mapping ug compensation approach. Ang panguna nga hypothesis nagbutang nga tukma nga gisukod ug gibayran ang mga geometric nga sayup sa mga linear axes sa CNC lathe (X ug Z) direkta nga mag-correlate sa pagtangtang sa masukod nga taper sa gihimo nga mga shaft.

2.2 Pagkuha sa Data ug Pag-setup sa Eksperimento

• Machine Tool: Usa ka 3-axis CNC turning center (Himoa: Okuma GENOS L3000e, Controller: OSP-P300) nagsilbing test platform.

• Instrumento sa Pagsukod: Laser interferometer (Renishaw XL-80 laser head nga adunay XD linear optics ug RX10 rotary axis calibrator) naghatag ug traceable measurement data nga masubay sa NIST standards. Linear positional accuracy, straightness (sa duha ka eroplano), pitch, ug yaw errors alang sa X ug Z axes gisukod sa 100mm interval sa tibuok biyahe (X: 300mm, Z: 600mm), subay sa ISO 230-2:2014 procedures.

• Workpiece & Machining: Test shafts (Materyal: AISI 1045 steel, Mga Dimensyon: Ø20x150mm, Ø50x300mm) gi-machine ubos sa makanunayon nga mga kondisyon (Cutting Speed: 200 m/min, Feed: 0.15 mm/rev, Depth of Cut: 0.5 mm, Tool: DN0MG insert sa wala pa ang CVD-co) ug pagkahuman sa pagkakalibrate. Gipadapat ang coolant.

• Pagsukod sa Taper: Ang mga diametro sa post-machining shaft gisukod sa 10mm intervals sa gitas-on gamit ang high-precision coordinate measuring machine (CMM, Zeiss CONTURA G2, Maximum Permissible Error: (1.8 + L/350) µm). Ang taper error gikalkulo isip ang bakilid sa linear regression sa diameter kumpara sa posisyon.

2.3 Kasaypanan Compensation Implementation

Ang datos sa kasaypanan sa volumetric gikan sa pagsukod sa laser giproseso gamit ang COMP software sa Renishaw aron makamugna og mga lamesa sa kompensasyon nga espesipiko sa axis. Kini nga mga lamesa, nga adunay mga kantidad sa pagtul-id nga nagsalig sa posisyon alang sa linear displacement, angular error, ug straightness deviations, direkta nga gi-upload ngadto sa geometric error compensation parameters sa makina sulod sa CNC controller (OSP-P300). Ang Figure 1 naghulagway sa nag-unang geometric nga mga bahin sa sayup nga gisukod.

3 Mga Resulta ug Pagtuki

3.1 Pre-Calibration Error Mapping

Ang pagsukod sa laser nagpadayag sa mahinungdanong geometric deviations nga nakatampo sa potensyal nga taper:

• Z-axis: Positional error sa +28µm sa Z=300mm, pitch error accumulation sa -12 arcsec sa 600mm nga pagbiyahe.

• X-axis: Yaw error sa +8 arcsec sa 300mm nga pagbiyahe.
  Kini nga mga pagtipas nahiuyon sa naobserbahan nga pre-calibration taper errors nga gisukod sa Ø50x300mm shaft, nga gipakita sa Table 1. Ang dominanteng error pattern nagpakita sa makanunayon nga pagtaas sa diametro paingon sa tailstock end.

Talaan 1: Mga Resulta sa Pagsukod sa Taper Error

3.2 Kalihokan Human sa Pag-calibrate

Ang pagpatuman sa nakuha nga mga vectors sa kompensasyon miresulta sa usa ka dramatikong pagkunhod sa gisukod nga taper error alang sa duha ka test shafts (Table 1). Ang Ø50x300mm shaft nagpakita sa usa ka pagkunhod gikan sa + 16.8µm/100mm ngadto sa +1.7µm/100mm, nga nagrepresentar sa usa ka 89.9% kalamboan. Sa susama, ang Ø20x150mm shaft nagpakita sa pagkunhod gikan sa + 14.3µm/100mm ngadto sa +1.1µm/100mm (92.3% improvement). Gikomparar sa Figure 2 ang diametric nga mga profile sa Ø50mm shaft sa wala pa ug pagkahuman sa pagkakalibrate, nga tin-aw nga nagpakita sa pagwagtang sa sistematikong taper trend. Kini nga lebel sa pag-uswag milapas sa kasagaran nga mga resulta nga gitaho alang sa manwal nga mga pamaagi sa kompensasyon (eg, Zhang & Wang, 2022 nga gitaho ~ 70% nga pagkunhod) ug nagpasiugda sa pagka-epektibo sa komprehensibo nga volumetric error compensation.

4 Panaghisgot

4.1 Paghubad sa mga Resulta

Ang mahinungdanon nga pagkunhod sa taper error direkta nga nagpamatuod sa hypothesis. Ang nag-unang mekanismo mao ang pagtul-id sa Z-axis positional error ug pitch deviation, nga maoy hinungdan sa tool path sa paglain gikan sa sulundon nga parallel trajectory kalabot sa spindle axis samtang ang karwahe mibalhin ubay sa Z. Ang kompensasyon epektibo nga nagpawala niini nga divergence. Ang nahabilin nga sayup (<2µm/100mm) lagmit naggikan sa mga gigikanan nga dili kaayo uyon sa geometric nga kompensasyon, sama sa minuto nga mga epekto sa thermal sa panahon sa machining, pagtipas sa himan sa ilawom sa mga pwersa sa pagputol, o kawalay kasiguruhan sa pagsukod.

4.2 Mga Limitasyon

Kini nga pagtuon naka-focus sa geometric error compensation ubos sa kontrolado, duol-thermal equilibrium nga mga kondisyon nga kasagaran sa usa ka produksyon warm-up cycle. Wala kini tin-aw nga nag-modelo o nag-compensate sa mga kasaypanan nga gipahinabo sa thermal nga nahitabo sa panahon sa taas nga pagdagan sa produksiyon o hinungdanon nga pagbag-o sa temperatura sa palibot. Dugang pa, ang pagka-epektibo sa protocol sa mga makina nga adunay grabe nga pagsul-ob o kadaot sa mga agianan sa giya / ballscrew wala gisusi. Ang epekto sa taas kaayo nga mga pwersa sa pagputol sa pagwagtang sa kompensasyon lapas usab sa kasamtangan nga sakup.

4.3 Praktikal nga mga Implikasyon

Ang gipakita nga protocol naghatag sa mga tiggama og usa ka lig-on, balik-balik nga pamaagi alang sa pagkab-ot sa high-precision cylindrical turning, kinahanglanon alang sa mga aplikasyon sa aerospace, medikal nga mga himan, ug high-performance automotive components. Gipamenos niini ang mga scrap rates nga nalangkit sa taper non-conformances ug gipakunhod ang pagsalig sa kahanas sa operator alang sa manwal nga bayad. Ang kinahanglanon alang sa interferometry sa laser nagrepresentar sa usa ka pamuhunan apan gipakamatarung alang sa mga pasilidad nga nangayo mga pagtugot sa lebel sa micron.

5 Konklusyon

Kini nga pagtuon nag-establisar nga ang sistematikong precision calibration, paggamit sa laser interferometry alang sa volumetric geometric error mapping ug sunod nga kompensasyon sa CNC controller, epektibo kaayo sa pagwagtang sa mga taper error sa CNC-turned shafts. Ang mga resulta sa eksperimento nagpakita sa mga pagkunhod nga labaw sa 89%, nga nakab-ot ang nahabilin nga taper ubos sa 2µm/100mm. Ang kinauyokan nga mekanismo mao ang tukma nga bayad sa linear positioning errors ug angular deviations (pitch, yaw) sa mga axes sa makina. Pangunang konklusyon mao ang:

1. Ang komprehensibo nga geometric error mapping hinungdanon alang sa pag-ila sa piho nga mga pagtipas nga hinungdan sa taper.

2. Direkta nga bayad sa kini nga mga pagtipas sa sulod sa CNC controller naghatag usa ka epektibo kaayo nga solusyon.

3. Naghatag ang protocol og hinungdanon nga mga pag-uswag sa katukma sa dimensyon gamit ang standard nga mga himan sa metrology.