प्रेसिजन क्यालिब्रेसनको साथ CNC-टर्न गरिएको शाफ्टहरूमा टेपर त्रुटिहरू कसरी हटाउने
लेखक: पीएफटी, शेन्जेन
सारांश: CNC-टर्न गरिएका शाफ्टहरूमा टेपर त्रुटिहरूले आयामी शुद्धता र कम्पोनेन्ट फिटलाई उल्लेखनीय रूपमा सम्झौता गर्दछ, जसले एसेम्बली प्रदर्शन र उत्पादन विश्वसनीयतालाई असर गर्छ। यो अध्ययनले यी त्रुटिहरू हटाउनको लागि व्यवस्थित परिशुद्धता क्यालिब्रेसन प्रोटोकलको प्रभावकारिताको अनुसन्धान गर्दछ। यो पद्धतिले मेसिन उपकरण कार्यस्थानमा उच्च-रिजोल्युसन भोल्युमेट्रिक त्रुटि म्यापिङको लागि लेजर इन्टरफेरोमेट्री प्रयोग गर्दछ, विशेष गरी टेपरमा योगदान पुर्याउने ज्यामितीय विचलनहरूलाई लक्षित गर्दै। त्रुटि नक्साबाट व्युत्पन्न क्षतिपूर्ति भेक्टरहरू, CNC नियन्त्रक भित्र लागू गरिन्छ। २० मिमी र ५० मिमीको नाममात्र व्यास भएका शाफ्टहरूमा प्रयोगात्मक प्रमाणीकरणले १५µm/१०० मिमी भन्दा बढी प्रारम्भिक मानहरूबाट क्यालिब्रेसन पछि २µm/१०० मिमी भन्दा कममा टेपर त्रुटिमा कमी देखाएको छ। परिणामहरूले पुष्टि गर्दछ कि लक्षित ज्यामितीय त्रुटि क्षतिपूर्ति, विशेष गरी रेखीय स्थिति त्रुटिहरू र गाइडवेहरूको कोणीय विचलनहरूलाई सम्बोधन गर्दै, टेपर उन्मूलनको लागि प्राथमिक संयन्त्र हो। प्रोटोकलले सटीक शाफ्ट निर्माणमा माइक्रोन-स्तर शुद्धता प्राप्त गर्न व्यावहारिक, डेटा-संचालित दृष्टिकोण प्रदान गर्दछ, मानक मेट्रोलोजी उपकरण आवश्यक पर्दछ। भविष्यको कामले प्रक्रियामा अनुगमनसँग क्षतिपूर्ति र एकीकरणको दीर्घकालीन स्थिरता अन्वेषण गर्नुपर्छ।
१ परिचय
CNC-टर्न गरिएको बेलनाकार कम्पोनेन्टहरूमा रोटेशनको अक्षमा अनपेक्षित डायमेट्रिक भिन्नताको रूपमा परिभाषित टेपर विचलन, सटीक निर्माणमा निरन्तर चुनौती बनेको छ। यस्ता त्रुटिहरूले बेयरिङ फिट, सिल अखण्डता, र एसेम्बली गतिविज्ञान जस्ता महत्वपूर्ण कार्यात्मक पक्षहरूलाई प्रत्यक्ष रूपमा असर गर्छ, जसले गर्दा सम्भावित रूपमा समयपूर्व विफलता वा कार्यसम्पादन गिरावट निम्त्याउँछ (स्मिथ र जोन्स, २०२३)। उपकरणको पहिरन, थर्मल ड्रिफ्ट, र वर्कपीस डिफ्लेक्शन जस्ता कारकहरूले त्रुटिहरू बनाउन योगदान पुर्याउँछन्, CNC लेथ भित्र नै क्षतिपूर्ति नगरिएको ज्यामितीय अशुद्धताहरू - विशेष गरी रेखीय स्थिति र अक्षहरूको कोणीय पङ्क्तिबद्धतामा विचलनहरू - व्यवस्थित टेपरको लागि प्राथमिक मूल कारणहरूको रूपमा पहिचान गरिन्छ (चेन एट अल।, २०२१; मुलर र ब्राउन, २०२४)। परम्परागत परीक्षण-र-त्रुटि क्षतिपूर्ति विधिहरू प्रायः समय-उपभोग गर्ने हुन्छन् र सम्पूर्ण कार्य भोल्युममा बलियो त्रुटि सुधारको लागि आवश्यक व्यापक डेटाको अभाव हुन्छ। यो अध्ययनले CNC-टर्न गरिएको शाफ्टहरूमा टेपर गठनको लागि प्रत्यक्ष रूपमा जिम्मेवार ज्यामितीय त्रुटिहरूको मात्रा र क्षतिपूर्ति गर्न लेजर इन्टरफेरोमेट्री प्रयोग गर्ने संरचित परिशुद्धता क्यालिब्रेसन विधि प्रस्तुत गर्दछ र प्रमाणित गर्दछ।
२ अनुसन्धान विधिहरू
२.१ क्यालिब्रेसन प्रोटोकल डिजाइन
मुख्य डिजाइनमा क्रमिक, भोल्युमेट्रिक त्रुटि म्यापिङ र क्षतिपूर्ति दृष्टिकोण समावेश छ। प्राथमिक परिकल्पनाले CNC लेथको रेखीय अक्षहरू (X र Z) को सटीक रूपमा मापन गरिएको र क्षतिपूर्ति गरिएको ज्यामितीय त्रुटिहरू उत्पादित शाफ्टहरूमा मापनयोग्य टेपरको उन्मूलनसँग प्रत्यक्ष रूपमा सम्बन्धित हुनेछ भन्ने कुरा मापन गर्दछ।
२.२ डेटा अधिग्रहण र प्रयोगात्मक सेटअप
-
मेसिन उपकरण: ३-अक्ष CNC टर्निङ सेन्टर (बनाउनुहोस्: Okuma GENOS L3000e, नियन्त्रक: OSP-P300) ले परीक्षण प्लेटफर्मको रूपमा काम गर्यो।
-
मापन उपकरण: लेजर इन्टरफेरोमिटर (XD रेखीय अप्टिक्स र RX10 रोटरी अक्ष क्यालिब्रेटर सहितको रेनिशा XL-80 लेजर हेड) ले NIST मापदण्ड अनुसार ट्रेस गर्न सकिने मापन डेटा प्रदान गर्यो। ISO 230-2:2014 प्रक्रियाहरू पालना गर्दै, X र Z दुवै अक्षहरूको लागि रेखीय स्थितिगत शुद्धता, सीधापन (दुई प्लेनमा), पिच, र याव त्रुटिहरू पूर्ण यात्रामा 100mm अन्तरालमा मापन गरियो (X: 300mm, Z: 600mm)।
-
वर्कपीस र मेसिनिङ: परीक्षण शाफ्टहरू (सामग्री: AISI १०४५ स्टील, आयाम: Ø२०x१५० मिमी, Ø५०x३०० मिमी) क्यालिब्रेसन अघि र पछि दुवैमा एकरूप अवस्थामा मेसिनिङ गरिएको थियो (काट्ने गति: २०० मीटर/मिनेट, फिड: ०.१५ मिमी/रेभ, काट्ने गहिराइ: ०.५ मिमी, उपकरण: CVD-लेपित कार्बाइड इन्सर्ट DNMG १५०६०८)। शीतलक लागू गरिएको थियो।
-
टेपर मापन: उच्च-परिशुद्धता निर्देशांक मापन मेसिन (CMM, Zeiss CONTURA G2, अधिकतम अनुमतियोग्य त्रुटि: (1.8 + L/350) µm) प्रयोग गरेर लम्बाइमा १० मिमी अन्तरालमा मेसिनिङ पछिको शाफ्ट व्यास मापन गरिएको थियो। टेपर त्रुटिलाई व्यास बनाम स्थितिको रेखीय प्रतिगमनको ढलानको रूपमा गणना गरिएको थियो।
२.३ त्रुटि क्षतिपूर्ति कार्यान्वयन
लेजर मापनबाट भोल्युमेट्रिक त्रुटि डेटा रेनिशाको COMP सफ्टवेयर प्रयोग गरेर अक्ष-विशिष्ट क्षतिपूर्ति तालिकाहरू उत्पन्न गर्न प्रशोधन गरिएको थियो। रेखीय विस्थापन, कोणीय त्रुटिहरू, र सीधापन विचलनहरूको लागि स्थिति-निर्भर सुधार मानहरू समावेश गर्ने यी तालिकाहरू, CNC नियन्त्रक (OSP-P300) भित्र मेसिन उपकरणको ज्यामितीय त्रुटि क्षतिपूर्ति प्यारामिटरहरूमा सिधै अपलोड गरिएका थिए। चित्र १ ले मापन गरिएका प्राथमिक ज्यामितीय त्रुटि घटकहरूलाई चित्रण गर्दछ।
३ नतिजा र विश्लेषण
३.१ पूर्व-क्यालिब्रेसन त्रुटि म्यापिङ
लेजर मापनले सम्भावित टेपरमा योगदान पुर्याउने महत्त्वपूर्ण ज्यामितीय विचलनहरू प्रकट गर्यो:
-
Z-अक्ष: Z=३००mm मा +२८µm को स्थितिगत त्रुटि, ६००mm यात्रामा -१२ आर्कसेकको पिच त्रुटि संचय।
-
X-अक्ष: ३०० मिमी यात्रा भन्दा बढी +८ आर्कसेकको याव त्रुटि।
यी विचलनहरू तालिका १ मा देखाइएको Ø५०x३०० मिमी शाफ्टमा मापन गरिएको पूर्व-क्यालिब्रेसन टेपर त्रुटिहरूसँग मिल्दोजुल्दो छन्। प्रमुख त्रुटि ढाँचाले टेलस्टक छेउतिर व्यासमा निरन्तर वृद्धि भएको संकेत गर्यो।
तालिका १: टेपर त्रुटि मापन परिणामहरू
| शाफ्ट आयाम | पूर्व-क्यालिब्रेसन टेपर (µm/१००mm) | क्यालिब्रेसन पछिको टेपर (µm/१००mm) | कटौती (%) |
|---|---|---|---|
| Ø२० मिमी x १५० मिमी | +१४.३ | +१.१ | ९२.३% |
| Ø५० मिमी x ३०० मिमी | +१६.८ | +१.७ | ८९.९% |
| नोट: सकारात्मक टेपरले चकबाट टाढा व्यास बढ्दै गएको संकेत गर्दछ। |
३.२ क्यालिब्रेसन पछिको कार्यसम्पादन
व्युत्पन्न क्षतिपूर्ति भेक्टरहरूको कार्यान्वयनले दुवै परीक्षण शाफ्टहरूको लागि मापन गरिएको टेपर त्रुटिमा नाटकीय कमी ल्यायो (तालिका १)। Ø५०x३०० मिमी शाफ्टले +१६.८µm/१०० मिमी बाट +१.७µm/१०० मिमी सम्मको कमी देखाएको छ, जसले ८९.९% सुधारको प्रतिनिधित्व गर्दछ। त्यस्तै गरी, Ø२०x१५० मिमी शाफ्टले +१४.३µm/१०० मिमी बाट +१.१µm/१०० मिमी (९२.३% सुधार) मा कमी देखाएको छ। चित्र २ ले क्यालिब्रेसन अघि र पछि Ø५० मिमी शाफ्टको व्यास प्रोफाइलहरूको ग्राफिक रूपमा तुलना गर्दछ, व्यवस्थित टेपर प्रवृत्तिको उन्मूलन स्पष्ट रूपमा प्रदर्शन गर्दछ। सुधारको यो स्तर म्यानुअल क्षतिपूर्ति विधिहरूको लागि रिपोर्ट गरिएको सामान्य परिणामहरू भन्दा बढी छ (जस्तै, झाङ र वाङ, २०२२ ले ~७०% कमी रिपोर्ट गरेको छ) र व्यापक भोल्युमेट्रिक त्रुटि क्षतिपूर्तिको प्रभावकारितालाई हाइलाइट गर्दछ।
४ छलफल
४.१ नतिजाहरूको व्याख्या
टेपर त्रुटिमा भएको उल्लेखनीय कमीले परिकल्पनालाई प्रत्यक्ष रूपमा मान्य बनाउँछ। प्राथमिक संयन्त्र भनेको Z-अक्ष स्थितिगत त्रुटि र पिच विचलनको सुधार हो, जसले गर्दा उपकरण पथ Z सँग गाडी सर्दा स्पिन्डल अक्षको सापेक्षमा आदर्श समानान्तर प्रक्षेपणबाट विचलित भयो। क्षतिपूर्तिले यो विचलनलाई प्रभावकारी रूपमा रद्द गर्यो। अवशिष्ट त्रुटि (<2µm/100mm) सम्भवतः ज्यामितीय क्षतिपूर्तिको लागि कम सक्षम स्रोतहरूबाट उत्पन्न हुन्छ, जस्तै मेसिनिङको समयमा सानो थर्मल प्रभावहरू, काट्ने बलहरू अन्तर्गत उपकरण विक्षेपण, वा मापन अनिश्चितता।
४.२ सीमाहरू
यो अध्ययनले उत्पादन वार्म-अप चक्रको विशिष्ट नियन्त्रित, नजिक-थर्मल सन्तुलन अवस्थाहरू अन्तर्गत ज्यामितीय त्रुटि क्षतिपूर्तिमा केन्द्रित थियो। यसले विस्तारित उत्पादन रन वा महत्त्वपूर्ण परिवेश तापमान उतार-चढ़ावको समयमा हुने थर्मल रूपमा प्रेरित त्रुटिहरूको लागि स्पष्ट रूपमा मोडेल वा क्षतिपूर्ति गरेन। यसबाहेक, गाइडवे/बलस्क्रूहरूमा गम्भीर हार वा क्षति भएका मेसिनहरूमा प्रोटोकलको प्रभावकारिता मूल्याङ्कन गरिएको थिएन। क्षतिपूर्तिलाई रद्द गर्नेमा धेरै उच्च काट्ने बलहरूको प्रभाव पनि हालको दायराभन्दा बाहिर थियो।
४.३ व्यावहारिक प्रभावहरू
प्रदर्शन गरिएको प्रोटोकलले निर्माताहरूलाई उच्च-परिशुद्धता बेलनाकार घुमाउनको लागि एक बलियो, दोहोर्याउन सकिने विधि प्रदान गर्दछ, जुन एयरोस्पेस, चिकित्सा उपकरणहरू, र उच्च-प्रदर्शन अटोमोटिभ कम्पोनेन्टहरूमा अनुप्रयोगहरूको लागि आवश्यक छ। यसले टेपर गैर-अनुरूपतासँग सम्बन्धित स्क्र्याप दरहरू घटाउँछ र म्यानुअल क्षतिपूर्तिको लागि अपरेटर सीपमा निर्भरतालाई कम गर्छ। लेजर इन्टरफेरोमेट्रीको आवश्यकताले लगानीको प्रतिनिधित्व गर्दछ तर माइक्रोन-स्तर सहनशीलताको माग गर्ने सुविधाहरूको लागि जायज छ।
५ निष्कर्ष
यस अध्ययनले स्थापित गर्दछ कि व्यवस्थित परिशुद्धता क्यालिब्रेसन, भोल्युमेट्रिक ज्यामितीय त्रुटि म्यापिङ र त्यसपछिको CNC नियन्त्रक क्षतिपूर्तिको लागि लेजर इन्टरफेरोमेट्री प्रयोग गर्दै, CNC-टर्न गरिएको शाफ्टहरूमा टेपर त्रुटिहरू हटाउन अत्यधिक प्रभावकारी छ। प्रयोगात्मक परिणामहरूले 89% भन्दा बढी कटौती देखाएको छ, 2µm/100mm भन्दा कम अवशिष्ट टेपर प्राप्त गर्दै। मुख्य संयन्त्र भनेको मेसिन उपकरणको अक्षहरूमा रेखीय स्थिति त्रुटिहरू र कोणीय विचलनहरू (पिच, याव) को सही क्षतिपूर्ति हो। मुख्य निष्कर्षहरू हुन्:
-
टेपर निम्त्याउने विशिष्ट विचलनहरू पहिचान गर्न व्यापक ज्यामितीय त्रुटि नक्साङ्कन महत्त्वपूर्ण छ।
-
CNC नियन्त्रक भित्र यी विचलनहरूको प्रत्यक्ष क्षतिपूर्तिले अत्यधिक प्रभावकारी समाधान प्रदान गर्दछ।
-
प्रोटोकलले मानक मापन उपकरणहरू प्रयोग गरेर आयामी शुद्धतामा उल्लेखनीय सुधारहरू प्रदान गर्दछ।
पोस्ट समय: जुलाई-१९-२०२५
