Este propusă și validată o metodă pentru îmbunătățirea preciziei de poziție a găurilor forate pe baza rezultatelor mașinii de măsurare a coordonatelor (CMM). Prin analiza datelor și verificarea practică, procesul de forare a butucului este optimizat pentru a îmbunătăți acuratețea poziției. Prin alinierea orientării butucului în timpul inspecției CMM cu orientarea și secvența utilizată în programul de găurire al centrului de prelucrare, modelul de distribuție al pozițiilor găurilor este analizat statistic pe mai multe măsurători pentru a calcula decalajul de coordonate dintre punctul central real forat și punctul central teoretic. Validarea experimentală în mai multe loturi demonstrează că această metodă poate reduce abaterea de poziție a găurii butucului cu până la 31,25%, oferind o soluție-eficientă din punct de vedere al costurilor pentru a îmbunătăți acuratețea pozițională a centrelor de prelucrare existente fără a fi nevoie de upgrade de echipamente.
Imagine
01
Introducere
Odată cu dezvoltarea industriei osiilor, unii producători au impus cerințe din ce în ce mai stricte pentru precizia poziției găurii butucului [1]. În producția efectivă, îmbătrânirea echipamentului face adesea dificilă asigurarea că toate mașinile-unelte îndeplinesc specificațiile de precizie de poziție definite în desenele tehnice. Bazându-vă pe anumite centre de prelucrare de înaltă-precizie pentru producție poate compromite eficiența și crește costurile. În schimb, achiziționarea de noi mașini-unelte sau recondiționarea celor existente ridică costurile; în plus, deoarece majoritatea celorlalte produse nu necesită o precizie de poziție atât de mare, aceste investiții ar putea duce la cheltuieli irosite la fabricarea altor linii de produse. Pentru a rezolva acest lucru, această lucrare propune și validează o metodă de compensare a programului bazată pe feedback-ul de măsurare. Folosind un CMM pentru a măsura cu precizie abaterile sistematice ale poziției găurii-și ulterior calculând și aplicând compensarea inversă în cadrul programului centrului de prelucrare-, este posibil să îmbunătățim semnificativ precizia poziției găurii butucului și să creștem rata de randament al produsului, satisfacând astfel nevoile diverse ale diferiților clienți.
Imagine
02
Studiu de caz de prelucrare
Figura 1 ilustrează componenta butucului C008 produsă de o anumită companie, care necesită o precizie de poziție de 0,20 mm. În timp ce echipamentele existente ale companiei pot atinge în mod constant o precizie de poziție sub 0,20 mm-îndeplinesc astfel cerințele pentru acest produs specific-alți clienți necesită o precizie de poziție de 0,15 mm pentru produse similare. Astfel de cerințe de-precizie ridicată pot fi îndeplinite în prezent doar de un număr limitat de mașini-unelte nou achiziționate. Cu toate acestea, capacitatea de producție a acestor mașini este în esență saturată, ceea ce face dificilă garantarea livrării la timp a comenzilor clienților, în timp ce costurile cu forța de muncă asociate cu funcționarea lor sunt și ele mai mari. Pentru a spori capacitatea generală de producție a companiei și competitivitatea produselor, există o nevoie urgentă de a debloca potențialul de precizie al echipamentelor existente prin optimizarea procesului, îndeplinind astfel cerințele mai stricte ale clienților, controlând în același timp costurile de prelucrare.
[Imagine]
Figura 1: Componenta butucului roții C008
Această lucrare prezintă un experiment cuprinzător al procesului care vizează îmbunătățirea preciziei de poziție a găurilor de forare a butucului roții. Studiul urmează patru pași cheie-prelucrare, măsurare, corectare a datelor și verificare a eficienței-pentru a atinge obiectivul de a satisface nevoile clienților, reducând în același timp costurile de prelucrare.
[Imagine]
03
Identificarea factorilor care afectează precizia prelucrării
Factorii principali care influențează precizia de poziție a butucului roții C008 includ sculele, sculele de tăiere și echipamentul de prelucrare în sine.
1) Sculele sunt folosite pentru a alinia centrul butucului roții cu originea piesei de prelucrat a centrului de prelucrare. Configurația originală folosea un dorn; totuși, spațiul maxim teoretic dintre dorn și butucul roții a fost de 0,05 mm, ceea ce a afectat semnificativ precizia de poziție. Pentru a elimina această eroare de poziționare, a fost proiectat un dispozitiv de fixare pneumatic inovator pentru a înlocui dornul. Mandrina pneumatică selectată oferă o precizie de centrare de 0,001 mm, făcându-i neglijabil impactul asupra preciziei de poziție.
2) Deoarece compania standardizează modelele și mărcile de scule de tăiere utilizate în general și având în vedere că uneltele de tăiere-fiind componente standardizate-contribuie minim la abaterea sistematică, marca uneltelor a rămas neschimbată pe tot parcursul experimentului pentru a asigura coerența variabilelor experimentale.
3) Centrele de prelucrare variază în funcție de marcă și vârstă, în funcție de momentul în care au fost achiziționate. Cu sculele și sculele de tăiere menținute constante, mașina-uneltă în sine reprezintă cea mai semnificativă variabilă care afectează precizia prelucrării-o variabilă care nu poate fi modificată pe durata de viață a mașinii. După ce a controlat sau eliminat variabilele asociate cu sculele și sculele de tăiere, studiul se concentrează pe abordarea abaterii sistematice de poziționare inerente mașinii-unelte. Efectuarea experimentului în condiții standard de întreținere permite o validare mai eficientă a fezabilității metodei propuse.
[Imagine]
04
Metoda experimentală
Pentru a asigura consistența și comparabilitatea datelor de măsurare, butucul roții C008 a fost menținut la o orientare identică și supus aceleiași secvențe de inspecție atât în timpul procesului de găurire la centrul de prelucrare, cât și în timpul inspecției ulterioare a mașinii de măsurare în coordonate (CMM). Personalul trebuie să respecte cu strictețe unghiurile de poziționare specificate, secvențele de găurire și ordinele de inspecție. Acest lucru asigură că rezultatele măsurătorilor pot fi analizate cu acuratețe și elimină erorile de măsurare cauzate de unghiurile de poziționare incorecte.
4.1 Metoda de testare
Inspecția CMM (Coordinate Measuring Machine) necesită timp{0}; eșantionarea excesivă creează blocaje în linia de inspecție, împiedicând eficiența inspecțiilor de rutină a produselor [2], în timp ce eșantionarea insuficientă nu reușește să capteze stabilitatea și fluctuațiile datelor în timpul procesului de prelucrare. Pentru a echilibra eficiența inspecției cu fiabilitatea datelor, testul a folosit procesări mici-loturi de trei părți fiecare. Această abordare a generat date de eșantion semnificative statistic, menținând în același timp ciclul de inspecție gestionabil, minimizând astfel impactul asupra programelor standard de producție.
4.2 Minimizarea variabilelor
Pe tot parcursul testului, sculele și mașina unealtă au rămas neschimbate, iar durata de viață teoretică a sculei a fost stabilită la 150 de părți. Pentru a asigura condiții de testare consecvente și comparabilitatea rezultatelor, o unealtă nouă a fost instalată la început și nu s-au făcut ajustări ale sculei în timpul primelor două teste; aceasta a eliminat în mod eficient variabilele-referente instrumentului și a asigurat fiabilitatea sursei de date.
4.3 Cerințe de inspecție
Butucul roții C008 este o componentă de rotație. În timpul prelucrării, orientarea piesei trebuia să respecte specificațiile de testare. În plus, secvențele de foraj și inspecție CMM au rămas consistente pe tot parcursul testului pentru a asigura acuratețea datelor, oferind astfel o bază de încredere pentru analiza ulterioară a erorilor și calculele de compensare a programului.
4.4 Controlul procesului de prelucrare
Pentru a menține un control strict asupra întregului proces de testare, conducerea atelierului a instruit operatorii de mașini și inspectorii de calitate conform protocoalelor de testare, asigurând o înțelegere completă a planului de testare și a fluxului de lucru. După inspecția inițială CMM a zilei, prelucrarea și inspecția au decurs în conformitate cu cerințele specificate. Personalul dedicat a monitorizat și verificat întregul proces-de la prima până la ultima-pentru a garanta autenticitatea și validitatea datelor. Componenta butucului de roată C008 are un total de 12 găuri; rezultatele inspecției de toleranță de poziție CMM (Coordinate Measuring Machine) [3] pentru gaura 1 sunt prezentate în Tabelul 1. Acest tabel dezvăluie erorile dimensionale privind poziția teoretică a orificiului real în termeni de rază polară și unghi polar [1]. Pe baza acestor valori, programul de prelucrare poate fi ajustat invers-în mod specific prin modificarea razei polare și coordonatele unghiului polar în programul de găurire și setarea valorilor de compensare a programului-pentru a verifica fezabilitatea îmbunătățirii preciziei de poziționare a forajului prin această metodă.
Tabelul 1: Rezultatele inspecției cu toleranță de poziție CMM pentru gaura 1
[Imagine]
[Imagine]
05 Încercări de prelucrare
Deoarece inspecția CMM necesită timp-, un număr excesiv de eșantioane ar cauza blocaje pe linia de inspecție, în timp ce prea puține mostre nu ar putea verifica stabilitatea prelucrarii; prin urmare, testul a fost efectuat folosind loturi de trei părți. Experimentul a cuprins patru loturi a câte trei părți fiecare, primul lot reprezentând ciclul inițial de prelucrare. După ajustarea programului pe baza rezultatelor primului lot, al doilea lot a fost inspectat. Dacă rezultatele inspecției pentru al doilea lot au arătat o îmbunătățire semnificativă a toleranței de poziție, al treilea și al patrulea lot ar fi verificat după o schimbare a sculei (efectuată la fiecare două zile) pentru a evalua stabilitatea toleranței de poziție după schimbarea sculei.
5.1 Selectarea produsului
Produsul C008 a fost selectat, iar dispozitivul de fixare a sculei a fost schimbat la o configurație cu mandrina pneumatică, îmbunătățind precizia de centrare la 0,001 mm. Cerința de toleranță de poziție a produsului este de 0,20 mm-un standard atins de toate mașinile-unelte ale companiei. Pe această bază, a fost evaluată fezabilitatea stabilizării toleranței de poziție la mai puțin de 0,15 mm folosind compensarea programului.
5.2 Inspecția primului lot
În urma inspecției inițiale cu succes, operatorul a fost instruit să prelucreze trei piese conform cerințelor de testare și să le înainteze în camera CMM a Departamentului de inspecție a calității pentru testare. La finalizarea inspecției, personalul de calitate a transmis rapoartele echipei de testare. Rezultatele inspecției de toleranță de poziție pentru primul lot de trei părți (nr.. 1#–3#) sunt prezentate în Figura 2; toleranța de poziție pentru găurile 7, 8 și 12 pe unele piese a depășit 0,15 mm, cu o valoare maximă de 0,16 mm. Figura 3 ilustrează abaterile de toleranță de poziție pentru găurile din primul lot; acolo unde au apărut abateri semnificative, distanța și direcția de compensare a fiecărei găuri în raport cu poziția sa teoretică au fost consecvente. Figura
Figura 2: Rezultatele inspecției cu toleranța de poziție pentru primul lot de produse (nr.. 1#–3#)
Figura
Figura 3: Diagrame de abatere a toleranței poziției găurii pentru primul lot de produse (nr.. 1#–3#)
5.3 Analiza rezultatelor măsurării toleranței de poziție
Tabelul 2 prezintă analiza statistică a rezultatelor inspecției pentru gaura 7, comparând valorile reale și valorile medii obținute prin CMM (Mașină de măsurat coordonate) cu valorile programate de la centrul de prelucrare [4].
Tabelul 2: Analiza statistică a rezultatelor inspecției pentru gaura 7
Figura
5.4 Reglarea valorilor programate
După cum se arată în Tabelul 2, eroarea medie reală a razei polare pentru gaura 7 este de 0,062 mm, iar eroarea în unghiul polar este de -0,004 grade. Coordonatele programului de prelucrare pentru gaura 7 au fost ajustate la o rază polară de 167,562 mm și un unghi polar de 215,996 grade. Aceeași metodă de analiză a fost aplicată și pentru găurile rămase pentru a determina modelele de eroare și a optimiza programul de prelucrare prin compensare [5].
5.5 Rezultatele măsurării toleranței de poziție pentru al doilea lot
După ce programul optimizat a fost ajustat și redenumit de către personalul de testare, acesta a fost importat în sistemul CNC al centrului de prelucrare, iar noul program a fost folosit pentru prelucrare. Pentru a preveni casarea loturilor din cauza potențialelor probleme ale programului, programul original a fost reluat după ce noul program a trecut de inspecția inițială și au fost prelucrate două piese suplimentare.
Figura 4 prezintă rezultatele inspecției de toleranță de poziție pentru al doilea lot de trei produse (Nr.. 4#–6#), iar Figura 5 arată graficele deviației de toleranță a poziției găurii. Valoarea maximă a toleranței de poziție a scăzut semnificativ de la 0,16 mm inițial la 0,11 mm-o reducere de 31,25%. Acest efect de optimizare extrem de semnificativ validează pe deplin eficacitatea strategiei de compensare a programului. Figura
Figura 4: Rezultatele inspecției cu toleranța de poziție pentru al doilea lot de produse (nr.. 4#–6#)
Figura
Figura 5: Diagrame de abatere a toleranței poziției găurii pentru al doilea lot de produse (nr.. 4#–6#)
5.6 Rezultatele măsurării toleranței de poziție pentru al treilea și al patrulea lot
Pentru a verifica în mod sistematic fezabilitatea și stabilitatea acestei metode de compensare bazată pe program{0}}și pentru a asigura calitatea prelucrării, operatorilor li sa cerut să schimbe uneltele conform protocolului de testare și să efectueze teste de prelucrare pentru al treilea și al patrulea lot (nr.. 7#–12#) la intervale specificate. Rezultatele inspecției cu toleranța de poziție sunt prezentate în Figura 6; toleranța maximă de poziție a rămas constant sub 0,11 mm. Acest lucru demonstrează că metoda menține îmbunătățiri fiabile ale preciziei toleranței de poziție chiar și după schimbarea sculei, prezentând o bună repetabilitate și caracter practic.
Figura
Figura 6: Rezultatele inspecției cu toleranța de poziție pentru al treilea și al patrulea lot (nr.. 7#–12#)
Figura
06
Concluzie
Această lucrare prezintă o metodă pentru îmbunătățirea preciziei toleranței poziției de găurire a centrelor de prelucrare bazată pe inspecția mașinii de măsurare în coordonate (CMM) și pe compensarea bazată pe program-. Prin prelucrarea sistematică și măsurarea datelor de coordonate ale găurilor reale-validate în mai multe loturi de testare-, metoda analizează abaterile sistematice de la pozițiile teoretice și corectează valorile coordonatelor găurilor relevante din programul CNC, implementând astfel compensarea coordonatelor inverse. Această metodă poate reduce abaterea maximă a toleranței de poziție a găurilor butucului cu până la 31,25%, cu rezultate stabile și fiabile. Îmbunătățește semnificativ calitatea prelucrării echipamentelor existente fără a necesita upgrade la mașinile-unelte sau la sculele de tăiere, menținând astfel eficiența producției pentru produsele standard, evitând în același timp costurile crescute asociate cu achiziționarea de noi echipamente. Metoda este potrivită în primul rând pentru optimizarea toleranței de poziție a pieselor rotative, oferind o excelentă rentabilitate-și ușurință de implementare; cu toate acestea, aplicabilitatea sa la piese asimetrice sau complexe structural necesită un studiu suplimentar. Această metodă poate fi adoptată pentru produse și procese similare, contribuind la creșterea competitivității pe piață a produselor întreprinderii.
