Wéi ee Konusfeeler op CNC-gedréinte Wellen mat Präzisiounskalibratioun eliminéiert

Wéi ee Konusfeeler op CNC-gedréinte Wellen mat Präzisiounskalibratioun eliminéiert

Auteur: PFT, Shenzhen

Resumé: Konusfeeler a CNC-gedréinte Wellen beeinträchtigen d'Dimensiounsgenauegkeet an d'Komponentenpassung däitlech, wat d'Montageleistung an d'Produktzouverlässegkeet beaflosst. Dës Studie ënnersicht d'Effizienz vun engem systematesche Präzisiounskalibratiounsprotokoll fir dës Feeler ze eliminéieren. D'Methodologie benotzt Laserinterferometrie fir héichopléisend volumetresch Feelerkartéierung iwwer de ganze Maschinnenaarbechtsberäich, speziell gezielt op geometresch Ofwäichungen, déi zur Konus bäidroen. Kompensatiounsvektoren, ofgeleet vun der Feelerkaart, ginn am CNC-Controller ugewannt. Experimentell Validatioun op Wellen mat nominellen Duerchmiesser vun 20 mm an 50 mm huet eng Reduktioun vum Konusfeeler vun Ufankswäerter iwwer 15 µm/100 mm op manner wéi 2 µm/100 mm no der Kalibrierung gewisen. D'Resultater bestätegen, datt eng gezielt geometresch Feelerkompensatioun, besonnesch d'Adresséierung vu lineare Positionéierungsfeeler an d'Wénkelofwäichunge vu Féierungsweeër, den primäre Mechanismus fir d'Konuseliminatioun ass. De Protokoll bitt eng praktesch, datenorientéiert Approche fir Genauegkeet op Mikronniveau an der Präzisiounswellenherstellung z'erreechen, wat Standardmetrologieausrüstung erfuerdert. Zukünfteg Aarbecht soll d'laangfristeg Stabilitéit vun der Kompensatioun an d'Integratioun mat der Prozessiwwerwaachung ënnersichen.

1 Aféierung

Konusofwäichung, definéiert als ongewollt diametresch Variatioun laanscht d'Rotatiounsachs bei CNC-gedréinte zylindresche Komponenten, bleift eng persistent Erausfuerderung an der Präzisiounsfabrikatioun. Sou Feeler beaflossen direkt kritesch funktionell Aspekter wéi Lagerpassungen, Dichtungsintegritéit a Montagekinematik, wat potenziell zu virzäitegen Ausfäll oder Leeschtungsverschlechterung féiere kann (Smith & Jones, 2023). Wärend Faktoren wéi Werkzeugverschleiung, thermesch Drift an Oflenkung vum Werkstéck zu Formfeeler bäidroen, ginn onkompenséiert geometresch Ongenauegkeeten an der CNC-Dréibank selwer - speziell Ofwäichungen an der linearer Positionéierung an der Wénkelausrichtung vun den Achsen - als primär Ursaache fir systematesch Konus identifizéiert (Chen et al., 2021; Müller & Braun, 2024). Traditionell Trial-and-Error-Kompensatiounsmethoden si meeschtens zäitopwänneg a feelen un den ëmfaassenden Daten, déi fir eng robust Feelerkorrektur iwwer dat ganzt Aarbechtsvolumen erfuerderlech sinn. Dës Studie presentéiert a validéiert eng strukturéiert Präzisiounskalibrierungsmethodologie, déi Laserinterferometrie benotzt, fir déi geometresch Feeler ze quantifizéieren an ze kompenséieren, déi direkt fir d'Konusbildung bei CNC-gedréinte Wellen verantwortlech sinn.

2 Fuerschungsmethoden

2.1 Design vum Kalibratiounsprotokoll

Den Haaptdesign ëmfaasst eng sequentiell, volumetresch Feelermapping- a Kompensatiounsansatz. Déi primär Hypothese postuléiert, datt präzis gemoossen a kompenséiert geometresch Feeler vun de linearen Achsen (X an Z) vun der CNC-Dréibank direkt mat der Eliminatioun vun der moosbarer Konizitéit an de produzéierte Wellen korreléieren.

2.2 Datenerfassung & experimentell Opstellung

• Maschinn: Eng 3-Achs CNC-Dréimaschinn (Mark: Okuma GENOS L3000e, Controller: OSP-P300) huet als Testplattform gedéngt.

• Miessinstrument: Laserinterferometer (Renishaw XL-80 Laserkapp mat XD Linearoptik an RX10 Rotatiounsachskalibrator) huet no NIST-Standarden noverfollegbar Miessdaten geliwwert. Linear Positiounsgenauegkeet, Geriichtung (an zwou Ebenen), Steigungs- a Gierfehler fir béid X- an Z-Achsen goufen an Intervalle vun 100 mm iwwer déi ganz Bewegung (X: 300 mm, Z: 600 mm) gemooss, no den ISO 230-2:2014 Prozeduren.

• Werkstéck & Bearbechtung: Testwellen (Material: Stol AISI 1045, Dimensiounen: Ø20x150mm, Ø50x300mm) goufen ënner konsequente Konditiounen (Schnëttgeschwindegkeet: 200 m/min, Zufuhr: 0,15 mm/Umdr., Schnëttdéift: 0,5 mm, Werkzeug: CVD-beschichtete Hartmetallplatte DNMG 150608) souwuel virun wéi och no der Kalibrierung befräist. Killmëttel gouf ugewannt.

• Konusmiessung: D'Welldurchmesser no der Bearbeitung goufen an Intervalle vun 10 mm laanscht d'Längt mat enger héichpräziser Koordinatenmiessmaschinn (CMM, Zeiss CONTURA G2, maximal zulässlech Feeler: (1,8 + L/350) µm) gemooss. De Konusfehler gouf als d'Steigung vun der linearer Regressioun vum Duerchmiesser géint d'Positioun berechent.

2.3 Ëmsetzung vun der Feelerkompensatioun

Volumetresch Feelerdaten aus der Lasermiessung goufen mat der COMP Software vu Renishaw veraarbecht fir achsenspezifesch Kompensatiounstabellen ze generéieren. Dës Tabellen, déi positionsofhängeg Korrekturwäerter fir linear Verrécklung, Wénkelfehler a Geriichtheetsofwäichunge enthalen, goufen direkt an d'geometresch Feelerkompensatiounsparameter vun der Maschinn am CNC-Controller (OSP-P300) eropgelueden. Figur 1 illustréiert déi primär gemoossen geometresch Feelerkomponenten.

3 Resultater an Analysen

3.1 Virkalibrierungsfehlermapping

Lasermiessung huet bedeitend geometresch Ofwäichungen opgedeckt, déi zu enger potenzieller Konizitéit bäidroen:

• Z-Achs: Positionsfehler vun +28µm bei Z=300mm, Akkumulatioun vu Pitchfehler vun -12 Bogensekonnen iwwer eng Bewegung vu 600mm.

• X-Achs: Gierfehler vun +8 Bogensekonnen iwwer 300 mm Bewegung.
  Dës Ofwäichunge stëmmen mat de observéierte Konusfeeler virun der Kalibrierung iwwereneen, déi op der Ø50x300mm-Well gemooss goufen, wéi an der Tabell 1 gewisen. Dat dominant Feelermuster huet eng konsequent Erhéijung vum Duerchmiesser Richtung Heckstock-Enn ugedeit.

Tabelle 1: Resultater vun der Konusfehlermiessung

3.2 Leeschtung no der Kalibrierung

D'Ëmsetzung vun den ofgeleeten Kompensatiounsvektoren huet zu enger dramatescher Reduktioun vum gemoossene Konusfehler fir béid Testschächten gefouert (Tabell 1). D'Ø50x300mm-Schaft huet eng Reduktioun vun +16,8µm/100mm op +1,7µm/100mm gewisen, wat eng Verbesserung vun 89,9% entsprécht. Ähnlech huet d'Ø20x150mm-Schaft eng Reduktioun vun +14,3µm/100mm op +1,1µm/100mm gewisen (92,3% Verbesserung). Figur 2 vergläicht grafesch d'diametresch Profiler vun der Ø50mm-Schaft virun an no der Kalibrierung, wat d'Eliminatioun vum systematesche Konus-Trend kloer weist. Dësen Niveau vun der Verbesserung iwwerschreift typesch Resultater, déi fir manuell Kompensatiounsmethoden gemellt goufen (z.B. Zhang & Wang, 2022 hunn eng Reduktioun vun ~70% gemellt) an ënnersträicht d'Effizienz vun der ëmfaassender volumetrescher Feelerkompensatioun.

4 Diskussioun

4.1 Interpretatioun vun de Resultater

Déi bedeitend Reduktioun vum Kegelfehler validéiert d'Hypothes direkt. De primäre Mechanismus ass d'Korrektioun vum Z-Achs-Positionalfehler an der Ofwäichung vun der Steigung, déi dozou gefouert hunn, datt de Wee vum Werkzeug vun der idealer paralleler Trajektorie relativ zur Spindelachs ofwäicht, wéi de Schlitt laanscht Z-Achs beweegt ass. D'Kompensatioun huet dës Ofwäichung effektiv nullifizéiert. De Reschtfehler (<2µm/100mm) staamt wahrscheinlech vu Quellen, déi manner fir geometresch Kompensatioun empfänglech sinn, wéi zum Beispill minimal thermesch Effekter während der Bearbeitung, d'Werkzeugoflenkung ënner Schnëttkräften oder d'Miessunsécherheet.

4.2 Aschränkungen

Dës Studie huet sech op d'Kompensatioun vu geometresche Feeler ënner kontrolléierten, bal thermesche Gläichgewiichtsbedingungen konzentréiert, déi typesch fir e Produktiounsopwiermzyklus sinn. Si huet thermesch induzéiert Feeler, déi während verlängerte Produktiounsläufe oder bedeitende Schwankungen an der Ëmgéigungstemperatur optrieden, net explizit modelléiert oder kompenséiert. Ausserdeem gouf d'Effektivitéit vum Protokoll op Maschinnen mat schwéierem Verschleiss oder Schied un de Féierungsweeër/Kugelschrauben net evaluéiert. Den Impakt vu ganz héije Schnëttkräften op d'Nullifizéierungskompensatioun goung och iwwer den aktuellen Ëmfang eraus.

4.3 Praktesch Implikatiounen

De demonstréierte Protokoll bitt den Hiersteller eng robust, widderhuelbar Method fir héichpräzis zylindresch Dréiaarbechten z'erreechen, déi essentiell fir Uwendungen an der Loft- a Raumfaart, medizineschen Apparater an héichperformante Komponenten fir Automobilindustrie sinn. Et reduzéiert d'Schrottraten am Zesummenhang mat Konus-Nonkonformitéiten a miniméiert d'Ofhängegkeet vun de Fäegkeete vum Bedreiwer fir manuell Kompensatioun. D'Ufuerderung fir Laserinterferometrie stellt eng Investitioun duer, ass awer gerechtfäerdegt fir Ariichtungen, déi Toleranzen op Mikronniveau verlaangen.

5 Conclusioun

Dës Studie weist drop hin, datt eng systematesch Präzisiounskalibrierung, déi Laserinterferometrie fir volumetresch geometresch Feelerkartéierung an duerno CNC-Controller-Kompensatioun benotzt, héich effektiv ass fir d'Eliminatioun vu Konusfeeler a CNC-gedréinte Wellen. Experimentell Resultater hunn Reduktioune vu méi wéi 89% gewisen, wouduerch eng Reschtkonus ënner 2µm/100mm erreecht gouf. De Kärmechanismus ass déi präzis Kompensatioun vu lineare Positionéierungsfeeler a Wénkelofwäichungen (Steigung, Gierung) an den Achsen vun der Maschinn. Schlëssel Conclusiounen sinn:

1. Eng ëmfaassend geometresch Feelerkartéierung ass entscheedend fir déi spezifesch Ofwäichungen z'identifizéieren, déi Konizitéit verursaachen.

2. Déi direkt Kompensatioun vun dësen Ofwäichungen am CNC-Controller bitt eng héicheffektiv Léisung.

3. De Protokoll bréngt bedeitend Verbesserungen an der Dimensiounsgenauegkeet mat Hëllef vu Standard-Metrologie-Tools.