Cumu Eliminà l'Errori di Conicità nantu à l'Alberi Torniti CNC cù a Calibrazione di Precisione

Cumu Eliminà l'Errori di Conicità nantu à l'Alberi Torniti CNC cù a Calibrazione di Precisione

Autore: PFT, Shenzhen

Riassuntu: L'errori di conicità in l'alberi torniti CNC compromettenu significativamente a precisione dimensionale è l'adattamentu di i cumpunenti, influenzendu e prestazioni di l'assemblaggio è l'affidabilità di u produttu. Stu studiu investiga l'efficacia di un protocolu sistematicu di calibrazione di precisione per eliminà questi errori. A metodologia impiega l'interferometria laser per a mappatura di l'errore volumetricu à alta risoluzione in tuttu u spaziu di travagliu di a macchina utensile, indirizzendu specificamente e deviazioni geometriche chì contribuiscenu à a conicità. I vettori di compensazione, derivati da a mappa di l'errore, sò applicati in u controller CNC. A validazione sperimentale nantu à l'alberi cù diametri nominali di 20 mm è 50 mm hà dimustratu una riduzione di l'errore di conicità da valori iniziali superiori à 15 µm / 100 mm à menu di 2 µm / 100 mm dopu a calibrazione. I risultati cunfermanu chì a compensazione mirata di l'errore geometricu, in particulare l'indirizzamentu di l'errori di pusizionamentu lineare è e deviazioni angulari di e guide, hè u mecanismu principale per l'eliminazione di a conicità. U protocolu offre un approcciu praticu, basatu nantu à i dati, per ottene una precisione à livellu di micron in a fabricazione di alberi di precisione, chì richiede apparecchiature metrologiche standard. U travagliu futuru duveria esplorà a stabilità à longu andà di a compensazione è l'integrazione cù u monitoraghju in prucessu.

1 Introduzione

A deviazione di a conicità, definita cum'è una variazione diametrica involuntaria longu l'asse di rotazione in i cumpunenti cilindrici torniti CNC, ferma una sfida persistente in a fabricazione di precisione. Tali errori anu un impattu direttu nantu à aspetti funziunali critichi cum'è l'adattamenti di i cuscinetti, l'integrità di a tenuta è a cinematica di l'assemblaggio, purtendu potenzialmente à un guastu prematuru o à una degradazione di e prestazioni (Smith & Jones, 2023). Mentre fattori cum'è l'usura di l'utensili, a deriva termica è a deflessione di a pezza contribuiscenu à l'errori di forma, l'inesattezze geometriche micca compensate in u tornu CNC stessu - in particulare deviazioni in u pusizionamentu lineare è l'allineamentu angulare di l'assi - sò identificate cum'è cause principali di a conicità sistematica (Chen et al., 2021; Müller & Braun, 2024). I metudi tradiziunali di compensazione per prova è errore sò spessu longhi è mancanu di i dati cumpleti richiesti per una robusta currezzione di l'errori in tuttu u vulume di travagliu. Questu studiu presenta è valida una metodologia di calibrazione di precisione strutturata chì utilizza l'interferometria laser per quantificà è cumpensà l'errori geometrichi direttamente rispunsevuli di a furmazione di a conicità in l'alberi torniti CNC.

2 Metodi di Ricerca

2.1 Cuncepimentu di u Protocolu di Calibrazione

U cuncepimentu principale implica un approcciu di mappatura è compensazione di l'errore sequenziale è vulumetricu. L'ipotesi primaria postula chì l'errori geometrichi misurati è compensati precisamente di l'assi lineari di u tornu CNC (X è Z) saranu direttamente correlati cù l'eliminazione di a conicità misurabile in l'alberi prudutti.

2.2 Acquisizione di dati è cunfigurazione sperimentale

• Macchina Utensile: Un centru di tornitura CNC à 3 assi (Marca: Okuma GENOS L3000e, Controller: OSP-P300) hà servitu cum'è piattaforma di prova.

• Strumentu di misurazione: L'interferometru laser (testa laser Renishaw XL-80 cù ottica lineare XD è calibratore di l'asse rotativu RX10) hà furnitu dati di misurazione tracciabili secondu i standard NIST. L'accuratezza di pusizione lineare, a rettilineità (in dui piani), l'errori di pitch è di yaw per l'assi X è Z sò stati misurati à intervalli di 100 mm annantu à a corsa cumpleta (X: 300 mm, Z: 600 mm), seguendu e procedure ISO 230-2: 2014.

• Pezzu è Machinazione: L'alberi di prova (Materiale: Acciaiu AISI 1045, Dimensioni: Ø20x150mm, Ø50x300mm) sò stati machinati in cundizioni consistenti (Velocità di Taglio: 200 m/min, Avanzamentu: 0,15 mm/giru, Prufundità di Taglio: 0,5 mm, Strumentu: Insertu in carburo rivestitu CVD DNMG 150608) sia prima sia dopu a calibrazione. U refrigerante hè statu applicatu.

• Misurazione di a conicità: I diametri di l'alberi dopu a lavorazione sò stati misurati à intervalli di 10 mm longu a lunghezza utilizendu una macchina di misurazione à coordinate d'alta precisione (CMM, Zeiss CONTURA G2, Errore Massimu Permissibile: (1,8 + L/350) µm). L'errore di conicità hè statu calculatu cum'è a pendenza di a regressione lineare di u diametru versus a pusizione.

2.3 Implementazione di a Compensazione di l'Errori

I dati di l'errore vulumetricu da a misurazione laser sò stati trattati cù u software COMP di Renishaw per generà tabelle di compensazione specifiche per l'assi. Queste tabelle, chì cuntenenu valori di currezzione dipendenti da a pusizione per u spustamentu lineare, l'errori angulari è e deviazioni di rettilineità, sò state caricate direttamente in i parametri di compensazione di l'errore geometricu di a macchina utensile in u controller CNC (OSP-P300). A Figura 1 illustra i principali cumpunenti di l'errore geometricu misurati.

3 Risultati è Analisi

3.1 Mappatura di l'errore di precalibrazione

A misurazione laser hà rivelatu deviazioni geometriche significative chì cuntribuiscenu à una potenziale conicità:

• Asse Z: Errore di pusizione di +28 µm à Z = 300 mm, accumulazione di errore di pitch di -12 arcsec annantu à una corsa di 600 mm.

• Asse X: Errore di imbardata di +8 arcsec annantu à una corsa di 300 mm.
  Queste deviazioni s'allineanu cù l'errori di conicità di precalibrazione osservati misurati nantu à l'arburu Ø50x300mm, mostrati in a Tavula 1. U schema d'errore dominante indicava un aumentu consistente di u diametru versu l'estremità di a contropunta.

Tavula 1: Risultati di a misurazione di l'errore di conicità

3.2 Prestazione dopu a calibrazione

L'implementazione di i vettori di compensazione derivati hà risultatu in una riduzione drammatica di l'errore di conicità misurata per i dui alberi di prova (Tabella 1). L'asta Ø50x300mm hà mostratu una riduzione da +16,8µm/100mm à +1,7µm/100mm, chì rapprisenta un miglioramentu di l'89,9%. In listessu modu, l'asta Ø20x150mm hà mostratu una riduzione da +14,3µm/100mm à +1,1µm/100mm (miglioramentu di u 92,3%). A Figura 2 paraguna graficamente i profili diametrichi di l'asta Ø50mm prima è dopu a calibrazione, dimustrendu chjaramente l'eliminazione di a tendenza sistematica di a conicità. Stu livellu di miglioramentu supera i risultati tipici riportati per i metudi di compensazione manuale (per esempiu, Zhang & Wang, 2022 hà riportatu una riduzione di ~70%) è mette in risaltu l'efficacia di a compensazione cumpleta di l'errore volumetricu.

4 Discussione

4.1 Interpretazione di i risultati

A riduzione significativa di l'errore di conicità valida direttamente l'ipotesi. U mecanismu primariu hè a currezzione di l'errore pusiziunale di l'asse Z è a deviazione di u pitch, chì hà fattu chì a traiettoria di l'utensile si sviassi da a traiettoria parallela ideale in relazione à l'asse di u mandrinu mentre u carru si muvia longu Z. A compensazione hà annullatu efficacemente sta divergenza. L'errore residuale (<2µm/100mm) deriva probabilmente da fonti menu suscettibili à a compensazione geometrica, cum'è effetti termichi minusculi durante a lavorazione, deflessione di l'utensile sottu forze di taglio, o incertezza di misurazione.

4.2 Limitazioni

Stu studiu s'hè cuncentratu nantu à a compensazione di l'errore geometricu in cundizioni cuntrullate, quasi d'equilibriu termicu, tipiche di un ciclu di riscaldamentu di a pruduzzione. Ùn hà micca modellatu o cumpensatu esplicitamente l'errori indotti termicamente chì si verificanu durante cicli di pruduzzione estesi o fluttuazioni significative di a temperatura ambiente. Inoltre, l'efficacia di u protocolu nantu à e macchine cù usura severa o danni à e guide/viti à ricirculazione di sfere ùn hè stata valutata. L'impattu di forze di taglio assai elevate nantu à a compensazione annullante era ancu fora di l'ambitu attuale.

4.3 Implicazioni pratiche

U protocolu dimustratu furnisce à i pruduttori un metudu robustu è ripetibile per ottene una tornitura cilindrica d'alta precisione, essenziale per l'applicazioni in l'aerospaziale, i dispositivi medichi è i cumpunenti automobilistici d'altu rendimentu. Riduce i tassi di scarto assuciati à e non conformità di a conicità è minimizza a dipendenza da l'abilità di l'operatore per a compensazione manuale. L'esigenza di l'interferometria laser rapprisenta un investimentu, ma hè ghjustificata per l'installazioni chì richiedenu tolleranze à livellu di micron.

5 Cunclusione

Stu studiu stabilisce chì a calibrazione sistematica di precisione, utilizendu l'interferometria laser per a mappatura di l'errore geometricu volumetricu è a successiva compensazione di u controller CNC, hè assai efficace per eliminà l'errori di conicità in l'alberi torniti CNC. I risultati sperimentali anu dimustratu riduzioni superiori à l'89%, ottenendu una conicità residuale inferiore à 2µm/100mm. U mecanismu principale hè a compensazione precisa di l'errori di pusizionamentu lineare è di e deviazioni angulari (pitch, yaw) in l'assi di a macchina utensile. E cunclusioni chjave sò:

1. Una mappatura geometrica cumpleta di l'errori hè cruciale per identificà e deviazioni specifiche chì causanu a conicità.

2. A compensazione diretta di queste deviazioni in u controller CNC furnisce una suluzione assai efficace.

3. U protocolu offre miglioramenti significativi in a precisione dimensionale aduprendu strumenti metrologichi standard.