Nola ezabatu CNC bidez torneatutako ardatzetan konikotasun-erroreak kalibrazio zehatzarekin

Nola ezabatu CNC bidez torneatutako ardatzetan konikotasun-erroreak kalibrazio zehatzarekin

Egilea: PFT, Shenzhen

Laburpena: CNC bidez torneatutako ardatzetan konikotasun-erroreek nabarmen kaltetzen dituzte dimentsio-zehaztasuna eta osagaien doikuntza, muntaketaren errendimenduan eta produktuaren fidagarritasunean eragina izanik. Ikerketa honek errore horiek ezabatzeko zehaztasun-kalibrazio protokolo sistematiko baten eraginkortasuna ikertzen du. Metodologiak laser interferometria erabiltzen du makina-erremintaren lan-eremuan zehar bolumen-erroreen mapaketa egiteko bereizmen handikoa egiteko, zehaztasun-konikotasuna eragiten duten desbideratze geometrikoak zuzenduz. Errore-mapatik eratorritako konpentsazio-bektoreak CNC kontrolatzailean aplikatzen dira. 20 mm eta 50 mm-ko diametro nominalak dituzten ardatzetan egindako balidazio esperimentalak erakutsi zuen konikotasun-errorea 15 µm/100 mm-tik gorako hasierako balioetatik 2 µm/100 mm baino gutxiagora murriztu dela kalibrazioaren ondoren. Emaitzek baieztatzen dute errore geometrikoen konpentsazio zuzendua, batez ere giden kokapen linealaren erroreak eta desbideratze angeluarrak zuzenduz, dela konikotasuna ezabatzeko mekanismo nagusia. Protokoloak ikuspegi praktiko eta datuetan oinarritutakoa eskaintzen du ardatzen fabrikazio zehatzean mikra-mailako zehaztasuna lortzeko, metrologia-ekipo estandarra behar duena. Etorkizuneko lanek konpentsazioaren epe luzerako egonkortasuna eta prozesu barruko monitorizazioarekin integrazioa aztertu beharko lituzkete.

1 Sarrera

CNC bidez torneatutako osagai zilindrikoetan biraketa-ardatzean zehar nahi gabeko diametro-aldaketa gisa definitzen den konikotasunaren desbideratzea erronka iraunkorra da zehaztasun-fabrikazioan. Errore horiek zuzenean eragiten diete alderdi funtzional kritikoei, hala nola errodamenduen doikuntzak, zigiluaren osotasuna eta muntaketa-zinematika, eta baliteke akats goiztiarra edo errendimenduaren degradazioa ekartzea (Smith & Jones, 2023). Tresnen higadura, desbideratze termikoa eta piezaren deformazioa bezalako faktoreek forma-erroreak eragiten dituzten arren, CNC tornuaren barruko zehaztasun geometriko konpentsatu gabekoak —bereziki ardatzen kokapen linealean eta lerrokadura angeluarrean izandako desbideratzeak— konikotasun sistematikoaren arrazoi nagusitzat identifikatzen dira (Chen et al., 2021; Müller & Braun, 2024). Ohiko saiakera-erroreen konpentsazio-metodoak denbora asko eskatzen dute askotan eta ez dute lan-bolumen osoan errore-zuzenketa sendo bat egiteko beharrezko datu osoak. Ikerketa honek zehaztasun-kalibrazio metodologia egituratu bat aurkezten eta balioztatzen du, laser interferometria erabiliz, CNC bidez torneatutako ardatzetan konikotasunaren eraketaren erantzule diren errore geometrikoak kuantifikatzeko eta konpentsatzeko.

2 Ikerketa Metodoak

2.1 Kalibrazio Protokoloaren Diseinua

Diseinu nagusiak errore bolumikoen mapaketa sekuentziala eta konpentsazioa dakar. Hipotesi nagusiak dio CNC tornuaren ardatz linealen (X eta Z) errore geometriko zehatz-mehatz neurtu eta konpentsatuek zuzenean korrelazionatuko dutela ekoitzitako ardatzetan neurgarria den konikotasuna ezabatzearekin.

2.2 Datuen eskurapena eta esperimentuen konfigurazioa

• Makina-erreminta: 3 ardatzeko CNC torneaketa-zentro bat (marka: Okuma GENOS L3000e, kontrolatzailea: OSP-P300) erabili zen proba-plataforma gisa.

• Neurketa-tresna: Laser interferometroak (Renishaw XL-80 laser burua XD optika linealarekin eta RX10 ardatz birakariaren kalibragailuarekin) NIST estandarren arabera jarrai daitezkeen neurketa-datuak eman zituen. X eta Z ardatzen zehaztasun lineala, zuzentasuna (bi planotan), inklinazioa eta okertze-erroreak 100 mm-ko tarteetan neurtu ziren ibilbide osoan zehar (X: 300 mm, Z: 600 mm), ISO 230-2:2014 prozedurak jarraituz.

• Pieza eta mekanizazioa: Proba-ardatzak (materiala: AISI 1045 altzairua, neurriak: Ø20x150mm, Ø50x300mm) baldintza koherenteetan mekanizatu ziren (ebaketa-abiadura: 200 m/min, aitzinamendua: 0,15 mm/bira, ebaketa-sakonera: 0,5 mm, erreminta: CVDz estalitako karburozko txertaketa DNMG 150608) kalibrazioaren aurretik eta ondoren. Hozgarria aplikatu zen.

• Konikotasunaren neurketa: Mekanizazio osteko ardatzaren diametroak 10 mm-ko tarteetan neurtu ziren luzeran zehar, zehaztasun handiko koordenatuen neurketa-makina bat erabiliz (CMM, Zeiss CONTURA G2, Gehienezko errore onargarria: (1,8 + L/350) µm). Konikotasun-errorea diametroaren eta posizioaren arteko erregresio linealaren malda gisa kalkulatu zen.

2.3 Erroreen Konpentsazio Inplementazioa

Laser neurketaren errore bolumikoaren datuak Renishaw-en COMP softwarea erabiliz prozesatu ziren ardatz espezifikoen konpentsazio-taulak sortzeko. Taula hauek, desplazamendu linealaren, errore angeluarren eta zuzentasun-desbiderapenen posizioaren araberako zuzenketa-balioak dituztenak, zuzenean makina-erremintaren errore geometrikoen konpentsazio-parametroetan kargatu ziren CNC kontrolatzailearen barruan (OSP-P300). 1. irudiak neurtutako errore geometrikoen osagai nagusiak erakusten ditu.

3 Emaitzak eta analisia

3.1 Aurre-kalibrazioko erroreen mapaketa

Laser bidezko neurketak desbideratze geometriko esanguratsuak agerian utzi zituen, eta horiek konikotasun potentzialean eragina dute:

• Z ardatza: +28µm-ko posizio-errorea Z=300mm-tan, -12 arku-segundoko pitch-errorearen metaketa 600mm-ko ibilbidean zehar.

• X ardatza: +8 arku-seg-ko biraketa-errorea 300 mm-ko ibilbidean.
  Desbideratze hauek 1. taulan ageri diren Ø50x300 mm-ko ardatzean neurtutako kalibrazio aurreko konikotasun-erroreekin bat datoz. Errore-eredu nagusiak diametroaren handitze koherentea adierazten zuen kontrapuntuaren muturrerantz.

1. taula: Konikotasun errorearen neurketaren emaitzak

3.2 Kalibrazio osteko errendimendua

Konpentsazio-bektore eratorriak ezartzeak bi proba-ardatzetan neurtutako konikotasun-errorea nabarmen murriztu zuen (1. taula). Ø50x300 mm-ko ardatzak +16,8 µm/100 mm-tik +1,7 µm/100 mm-ra murriztu zen, % 89,9ko hobekuntza adieraziz. Era berean, Ø20x150 mm-ko ardatzak +14,3 µm/100 mm-tik +1,1 µm/100 mm-ra murriztu zen (% 92,3ko hobekuntza). 2. irudiak Ø50 mm-ko ardatzaren diametro-profilak alderatzen ditu grafikoki kalibrazioaren aurretik eta ondoren, konikotasun-joera sistematikoaren ezabapena argi erakutsiz. Hobekuntza-maila honek eskuzko konpentsazio-metodoetarako jakinarazitako emaitza tipikoak gainditzen ditu (adibidez, Zhang & Wang-ek, 2022, ~% 70eko murrizketa jakinarazi zuen) eta bolumen-errorearen konpentsazio integralaren eraginkortasuna nabarmentzen du.

4 Eztabaida

4.1 Emaitzen interpretazioa

Konikotasun-errorearen murrizketa nabarmenak hipotesia zuzenean balioztatzen du. Mekanismo nagusia Z ardatzaren posizio-errorearen eta pitch-desbideratzearen zuzenketa da, eta horrek erremintaren bidea ardatzaren ardatzarekiko ibilbide paralelo idealetik aldentzea eragiten zuen gurdia Z norabidean zehar mugitzen zenean. Konpentsazioak dibergentzia hori baliogabetu zuen. Hondar-errorea (<2µm/100mm) ziurrenik konpentsazio geometrikorako gutxiago moldagarriak diren iturrietatik dator, hala nola mekanizazioan zeharreko efektu termiko txikietatik, ebaketa-indarren pean erremintaren deformazioa edo neurketaren ziurgabetasuna.

4.2 Mugak

Ikerketa honek ekoizpen-berotze-ziklo baten ohikoak diren baldintza kontrolatuetan, ia oreka termikoetan, errore geometrikoen konpentsazioan jarri zuen arreta. Ez zituen esplizituki modelatu edo konpentsatu ekoizpen-saio luzeetan edo giro-tenperaturaren gorabehera nabarmenetan gertatzen diren errore termikoak. Gainera, ez zen ebaluatu protokoloaren eraginkortasuna gidarietan/bola-torlojuetan higadura edo kalte larria duten makinetan. Ebaketa-indar oso handiek konpentsazio deuseztatzailean duten eragina ere egungo esparrutik kanpo zegoen.

4.3 Ondorio praktikoak

Protokolo frogatuak fabrikatzaileei metodo sendo eta errepikagarri bat eskaintzen die zehaztasun handiko zilindri-torneaketa lortzeko, ezinbestekoa aeroespazialean, gailu medikoetan eta errendimendu handiko automobilgintzako osagaietan aplikatzeko. Konikotasun-ez-adostasunekin lotutako hondakin-tasak murrizten ditu eta eskuzko konpentsaziorako operadorearen trebetasunaren mendekotasuna gutxitzen du. Laser interferometriaren beharra inbertsio bat da, baina justifikatuta dago mikra-mailako tolerantziak eskatzen dituzten instalazioetarako.

5 Ondorioa

Ikerketa honek ezartzen du zehaztasun-kalibrazio sistematikoa, laser interferometria erabiliz errore geometriko bolumen-mapak egiteko eta ondorengo CNC kontrolagailuaren konpentsaziorako, oso eraginkorra dela CNC torneatutako ardatzetan konikotasun-erroreak ezabatzeko. Esperimentuen emaitzek % 89tik gorako murrizketak erakutsi zituzten, 2 µm/100 mm-tik beherako hondar-konikotasuna lortuz. Mekanismo nagusia makina-erremintaren ardatzetan kokapen linealaren erroreak eta desbideratze angeluarrak (inklinazioa, bihurgunea) zehaztasunez konpentsatzea da. Ondorio nagusiak hauek dira:

1. Konikotasuna eragiten duten desbideratze espezifikoak identifikatzeko, errore geometrikoen mapaketa osoa egitea ezinbestekoa da.

2. Desbideratze horien zuzeneko konpentsazioa CNC kontrolatzailean irtenbide oso eraginkorra da.

3. Protokoloak hobekuntza nabarmenak eskaintzen ditu dimentsio-zehaztasunean metrologia-tresna estandarrak erabiliz.