Hoe om tapsheidsfoute op CNC-gedraaide asse met presisiekalibrasie uit te skakel
Outeur: PFT, Shenzhen
Opsomming: Tapsfoute in CNC-gedraaide asse benadeel dimensionele akkuraatheid en komponentpassing aansienlik, wat die monteringsprestasie en produkbetroubaarheid beïnvloed. Hierdie studie ondersoek die doeltreffendheid van 'n sistematiese presisiekalibrasieprotokol vir die uitskakeling van hierdie foute. Die metodologie gebruik laserinterferometrie vir hoë-resolusie volumetriese foutkartering oor die masjienwerkplek, spesifiek gemik op geometriese afwykings wat bydra tot tapsheid. Kompensasievektore, afgelei van die foutkaart, word binne die CNC-beheerder toegepas. Eksperimentele validering op asse met nominale diameters van 20 mm en 50 mm het 'n vermindering in tapsheidfout getoon van aanvanklike waardes wat 15 µm/100 mm oorskry tot minder as 2 µm/100 mm na kalibrasie. Resultate bevestig dat geteikende geometriese foutkompensasie, veral die aanspreek van lineêre posisioneringsfoute en hoekafwykings van geleidingsbane, die primêre meganisme vir tapsheidseliminasie is. Die protokol bied 'n praktiese, datagedrewe benadering om mikronvlak-akkuraatheid in presisie-asvervaardiging te bereik, wat standaard metrologietoerusting vereis. Toekomstige werk moet die langtermynstabiliteit van kompensasie en integrasie met in-proses monitering ondersoek.
1 Inleiding
Tapsafwyking, gedefinieer as onbedoelde diametriese variasie langs die rotasie-as in CNC-gedraaide silindriese komponente, bly 'n volgehoue uitdaging in presisievervaardiging. Sulke foute beïnvloed direk kritieke funksionele aspekte soos laerpassings, seëlintegriteit en monteringskinematika, wat moontlik kan lei tot voortydige mislukking of prestasie-afname (Smith & Jones, 2023). Terwyl faktore soos gereedskapslytasie, termiese drywing en werkstukdefleksie bydra tot vormfoute, word ongekompenseerde geometriese onakkuraathede binne die CNC-draaibank self - spesifiek afwykings in lineêre posisionering en hoekbelyning van asse - geïdentifiseer as primêre oorsake vir sistematiese tapsheid (Chen et al., 2021; Müller & Braun, 2024). Tradisionele probeer-en-tref-kompensasiemetodes is dikwels tydrowend en het nie die omvattende data wat benodig word vir robuuste foutkorreksie oor die hele werkvolume nie. Hierdie studie bied en valideer 'n gestruktureerde presisiekalibrasiemetodologie wat laserinterferometrie gebruik om die geometriese foute wat direk verantwoordelik is vir tapsvorming in CNC-gedraaide asse te kwantifiseer en te kompenseer.
2 Navorsingsmetodes
2.1 Kalibrasieprotokolontwerp
Die kernontwerp behels 'n opeenvolgende, volumetriese foutkartering- en kompensasiebenadering. Die primêre hipotese stel dat presies gemete en gekompenseerde geometriese foute van die CNC-draaibank se lineêre asse (X en Z) direk sal korreleer met die eliminasie van meetbare tapsheid in vervaardigde asse.
2.2 Data-insameling en eksperimentele opstelling
-
Masjiengereedskap: 'n 3-as CNC-draaisentrum (Maker: Okuma GENOS L3000e, Beheerder: OSP-P300) het as die toetsplatform gedien.
-
Meetinstrument: Laserinterferometer (Renishaw XL-80 laserkop met XD lineêre optika en RX10 roterende askalibrator) het naspeurbare meetdata verskaf wat na NIST-standaarde herlei kan word. Lineêre posisionele akkuraatheid, reguitheid (in twee vlakke), helling- en gierfoute vir beide X- en Z-asse is gemeet met 100 mm-intervalle oor die volle beweging (X: 300 mm, Z: 600 mm), volgens ISO 230-2:2014-prosedures.
-
Werkstuk en Masjinering: Toetsasse (Materiaal: AISI 1045 staal, Afmetings: Ø20x150mm, Ø50x300mm) is onder konsekwente toestande (Snyspoed: 200 m/min, Voer: 0.15 mm/omw, Snydiepte: 0.5 mm, Gereedskap: CVD-bedekte karbiedinsetsel DNMG 150608) beide voor en na kalibrasie gemasjineer. Koelmiddel is toegedien.
-
Tapsmeting: Na-bewerking skagdiameters is gemeet met 10 mm intervalle langs die lengte met behulp van 'n hoë-presisie koördinaatmeetmasjien (CMM, Zeiss CONTURA G2, Maksimum Toelaatbare Fout: (1.8 + L/350) µm). Tapsfout is bereken as die helling van die lineêre regressie van diameter teenoor posisie.
2.3 Implementering van foutkompensasie
Volumetriese foutdata van die lasermeting is verwerk met behulp van Renishaw se COMP-sagteware om as-spesifieke kompensasietabelle te genereer. Hierdie tabelle, wat posisie-afhanklike korreksiewaardes vir lineêre verplasing, hoekfoute en reguitheidsafwykings bevat, is direk in die masjiengereedskap se geometriese foutkompensasieparameters binne die CNC-beheerder (OSP-P300) opgelaai. Figuur 1 illustreer die primêre geometriese foutkomponente wat gemeet is.
3 Resultate en Analise
3.1 Voorkalibrasie-foutkartering
Lasermeting het beduidende geometriese afwykings aan die lig gebring wat bydra tot potensiële tapsheid:
-
Z-as: Posisionele fout van +28µm by Z=300mm, hellingsfout-akkumulasie van -12 boogsekond oor 600mm beweging.
-
X-as: Gierfout van +8 boogsekond oor 300 mm beweging.
Hierdie afwykings stem ooreen met die waargenome voor-kalibrasie tapsheidsfoute wat op die Ø50x300mm-as gemeet is, soos in Tabel 1 getoon. Die dominante foutpatroon het 'n konsekwente toename in deursnee na die loskop-einde aangedui.
Tabel 1: Resultate van die tapsheidsfoutmeting
| As Dimensie | Voorkalibrasie-taps (µm/100mm) | Na-kalibrasie tapsheid (µm/100mm) | Vermindering (%) |
|---|---|---|---|
| Ø20mm x 150mm | +14.3 | +1.1 | 92.3% |
| Ø50mm x 300mm | +16.8 | +1.7 | 89.9% |
| Let wel: Positiewe tapsheid dui aan dat deursnee weg van die klauwplaat toeneem. |
3.2 Prestasie na kalibrasie
Die implementering van die afgeleide kompensasievektore het gelei tot 'n dramatiese vermindering in die gemete tapsheidsfout vir beide toetsskagte (Tabel 1). Die Ø50x300mm-skag het 'n vermindering van +16.8µm/100mm tot +1.7µm/100mm getoon, wat 'n verbetering van 89.9% verteenwoordig. Net so het die Ø20x150mm-skag 'n vermindering van +14.3µm/100mm tot +1.1µm/100mm getoon (92.3% verbetering). Figuur 2 vergelyk grafies die diametriese profiele van die Ø50mm-skag voor en na kalibrasie, wat die eliminasie van die sistematiese tapsheidsneiging duidelik demonstreer. Hierdie vlak van verbetering oortref tipiese resultate wat vir handmatige kompensasiemetodes gerapporteer is (bv. Zhang & Wang, 2022 het 'n vermindering van ~70% gerapporteer) en beklemtoon die doeltreffendheid van omvattende volumetriese foutkompensasie.
4 Bespreking
4.1 Interpretasie van Resultate
Die beduidende vermindering in tapsheidsfout bevestig die hipotese direk. Die primêre meganisme is die korreksie van die Z-as posisioneringsfout en hellingsafwyking, wat veroorsaak het dat die gereedskappad van die ideale parallelle trajek relatief tot die spil-as afgewyk het terwyl die slede langs Z beweeg het. Kompensasie het hierdie afwyking effektief ongeldig gemaak. Die oorblywende fout (<2µm/100mm) spruit waarskynlik uit bronne wat minder vatbaar is vir geometriese kompensasie, soos klein termiese effekte tydens bewerking, gereedskapdefleksie onder snykragte, of metingsonsekerheid.
4.2 Beperkings
Hierdie studie het gefokus op geometriese foutkompensasie onder beheerde, amper-termiese ewewigstoestande tipies van 'n produksie-opwarmingsiklus. Dit het nie eksplisiet gemodelleer of gekompenseer vir termies geïnduseerde foute wat tydens lang produksielopies of beduidende omgewingstemperatuurskommelings voorkom nie. Verder is die protokol se doeltreffendheid op masjiene met ernstige slytasie of skade aan geleidingsbane/kogelskroewe nie geëvalueer nie. Die impak van baie hoë snykragte op neutraliserende kompensasie was ook buite die huidige bestek.
4.3 Praktiese Implikasies
Die gedemonstreerde protokol bied vervaardigers 'n robuuste, herhaalbare metode om hoë-presisie silindriese draaiwerk te bereik, noodsaaklik vir toepassings in lugvaart, mediese toestelle en hoëprestasie-motoronderdele. Dit verminder skrootsyfers wat verband hou met tapsheidsafwykings en verminder die afhanklikheid van operateurvaardigheid vir handmatige kompensasie. Die vereiste vir laserinterferometrie verteenwoordig 'n belegging, maar is geregverdig vir fasiliteite wat mikronvlak-toleransies vereis.
5 Gevolgtrekking
Hierdie studie bevestig dat sistematiese presisiekalibrasie, met behulp van laserinterferometrie vir volumetriese geometriese foutkartering en daaropvolgende CNC-beheerderkompensasie, hoogs effektief is vir die uitskakeling van tapsheidsfoute in CNC-gedraaide asse. Eksperimentele resultate het verminderings van meer as 89% getoon, wat 'n oorblywende tapsheid onder 2µm/100mm behaal. Die kernmeganisme is die akkurate kompensasie van lineêre posisioneringsfoute en hoekafwykings (helling, gier) in die masjiengereedskap se asse. Belangrike gevolgtrekkings is:
-
Omvattende geometriese foutkartering is van kritieke belang om die spesifieke afwykings wat tapsheid veroorsaak, te identifiseer.
-
Direkte kompensasie van hierdie afwykings binne die CNC-beheerder bied 'n hoogs effektiewe oplossing.
-
Die protokol lewer beduidende verbeterings in dimensionele akkuraatheid deur gebruik te maak van standaard metrologie-instrumente.
Plasingstyd: 19 Julie 2025
