Predlagana in potrjena je metoda za izboljšanje položajne natančnosti izvrtanih izvrtin na podlagi rezultatov koordinatnega merilnega stroja (CMM). Z analizo podatkov in praktičnim preverjanjem je postopek vrtanja pesta optimiziran za večjo natančnost položaja. Z usklajevanjem orientacije pesta med pregledovanjem CMM z orientacijo in zaporedjem, uporabljenim v programu vrtanja obdelovalnega centra, se vzorec porazdelitve položajev lukenj statistično analizira v več meritvah, da se izračuna koordinatni odmik med dejansko središčno točko izvrtanja in teoretično središčno točko. Eksperimentalna validacija v več serijah dokazuje, da lahko ta metoda zmanjša položajno odstopanje lukenj v pestu za do 31,25 %, kar ponuja stroškovno-učinkovito rešitev za izboljšanje položajne natančnosti obstoječih obdelovalnih centrov brez potrebe po nadgradnjah opreme.
Slika
01
Uvod
Z razvojem industrije osi so nekateri proizvajalci uvedli vse strožje zahteve glede natančnosti položaja lukenj v pestu [1]. V dejanski proizvodnji je zaradi staranja opreme pogosto težko zagotoviti, da vsa strojna orodja izpolnjujejo specifikacije pozicijske natančnosti, opredeljene v inženirskih risbah. Zanašanje na posebne visoko{3}}natančne obdelovalne centre za proizvodnjo lahko ogrozi učinkovitost in poveča stroške. Nasprotno pa nakup novih obdelovalnih strojev ali obnova obstoječih poveča stroške; poleg tega, ker večina drugih izdelkov ne zahteva tako visoke položajne natančnosti, bi te naložbe lahko povzročile nepotrebne izdatke pri izdelavi drugih linij izdelkov. Da bi to rešili, ta članek predlaga in potrjuje metodo programske kompenzacije, ki temelji na povratnih informacijah meritev. Z uporabo CMM za natančno merjenje sistematičnih odstopanj položaja luknje-in kasnejšim izračunom in uporabo inverzne kompenzacije v programu obdelovalnega centra-je mogoče znatno izboljšati natančnost položaja luknje v pestu in povečati stopnjo izkoristka izdelka, s čimer se zadovoljijo različne potrebe različnih strank.
Slika
02
Študija primera obdelave
Slika 1 prikazuje komponento pesta C008, ki jo proizvaja določeno podjetje, ki zahteva položajno natančnost 0,20 mm. Medtem ko lahko obstoječa oprema podjetja dosledno dosega položajno natančnost pod 0,20 mm-s čimer izpolnjuje zahteve za ta določen izdelek-druge stranke zahtevajo položajno natančnost 0,15 mm za podobne izdelke. Tako visoko{9}}natančne zahteve lahko trenutno izpolni le omejeno število na novo kupljenih obdelovalnih strojev. Vendar so proizvodne zmogljivosti teh strojev v bistvu zasičene, kar otežuje zagotavljanje pravočasne dostave naročil strank, višji pa so tudi stroški dela, povezani z njihovim delovanjem. Da bi povečali celotno proizvodno zmogljivost podjetja in konkurenčnost izdelkov, je nujno treba sprostiti potencial natančnosti obstoječe opreme z optimizacijo procesov, s čimer bi izpolnili strožje zahteve strank in hkrati nadzorovali stroške obdelave.
[Slika]
Slika 1: Komponenta pesta kolesa C008
Ta članek predstavlja obsežen procesni poskus, katerega namen je izboljšati položajno natančnost vrtalnih lukenj v pestu kolesa. Študija sledi štirim ključnim korakom-obdelavi, meritvam, popravljanju podatkov in preverjanju učinkovitosti-za dosego cilja izpolnjevanja potreb strank ob hkratnem znižanju stroškov obdelave.
[Slika]
03
Identifikacija dejavnikov, ki vplivajo na natančnost obdelave
Primarni dejavniki, ki vplivajo na položajno natančnost pesta kolesa C008, vključujejo orodje, rezalna orodja in samo strojno opremo.
1) Orodja se uporabljajo za poravnavo središča pesta kolesa z izvorom obdelovanca obdelovalnega centra. Prvotna nastavitev je uporabljala trn; vendar je bila teoretična največja razdalja med trnom in pestom kolesa 0,05 mm, kar je pomembno vplivalo na položajno natančnost. Za odpravo te napake pri pozicioniranju je bila zasnovana inovativna pnevmatska vpenjalna glava, ki je zamenjala trn. Izbrana pnevmatska vpenjalna glava ponuja natančnost centriranja 0,001 mm, zaradi česar je njen vpliv na natančnost položaja zanemarljiv.
2) Ker podjetje standardizira modele in blagovne znamke rezalnih orodij, ki se uporabljajo na vseh področjih, in glede na to, da rezalna orodja-so standardizirane komponente-minimalno prispevajo k sistematičnemu odstopanju, je blagovna znamka orodja ostala nespremenjena skozi ves poskus, da se zagotovi doslednost eksperimentalnih spremenljivk.
3) Obdelovalni centri se razlikujejo glede na znamko in starost glede na čas nakupa. Z nespremenjenimi orodji in rezalnimi orodji samo strojno orodje predstavlja najpomembnejšo spremenljivko, ki vpliva na natančnost obdelave-spremenljivko, ki je ni mogoče spremeniti med življenjsko dobo stroja. Po nadzoru ali odpravi spremenljivk, povezanih z orodji in rezalnimi orodji, se študija osredotoča na obravnavanje sistematičnega odstopanja pri pozicioniranju, ki je lastno obdelovalnemu stroju. Izvajanje poskusa v standardnih vzdrževalnih pogojih omogoča učinkovitejšo validacijo izvedljivosti predlagane metode.
[Slika]
04
Eksperimentalna metoda
Da bi zagotovili doslednost in primerljivost merilnih podatkov, je bilo pesto kolesa C008 ohranjeno v enaki orientaciji in podvrženo istemu zaporedju pregledov med postopkom vrtanja v obdelovalnem centru in kasnejšim pregledom s koordinatnim merilnim strojem (CMM). Osebje se mora strogo držati določenih pozicionirnih kotov, zaporedij vrtanja in inšpekcijskih nalogov. To zagotavlja, da je mogoče rezultate meritev natančno analizirati, in odpravlja napake pri meritvah, ki jih povzročajo nepravilni koti pozicioniranja.
4.1 Preskusna metoda
Pregled CMM (koordinatnega merilnega stroja) je zamuden-; pretirano vzorčenje ustvarja ozka grla v inšpekcijski liniji, kar ovira učinkovitost rutinskih pregledov izdelkov [2], medtem ko nezadostno vzorčenje ne zajame stabilnosti in nihanj podatkov med procesom obdelave. Za uravnoteženje učinkovitosti inšpekcijskih pregledov z zanesljivostjo podatkov je preizkus uporabil majhne{3}}serije obdelave po treh delih. Ta pristop je prinesel statistično pomembne podatke o vzorcu, hkrati pa je ohranil obvladljiv cikel inšpekcijskih pregledov, s čimer je zmanjšal vpliv na standardne proizvodne načrte.
4.2 Minimiziranje spremenljivk
Med celotnim preskusom sta orodje in obdelovalni stroj ostala nespremenjena, teoretična življenjska doba orodja pa je bila nastavljena na 150 delov. Da bi zagotovili dosledne preskusne pogoje in primerljivost rezultatov, je bilo na začetku nameščeno novo orodje in med prvima dvema preskusnima vožnjama ni bilo nobenih prilagoditev orodja; to je učinkovito odpravilo spremenljivke,-povezane z orodjem, in zagotovilo zanesljivost vira podatkov.
4.3 Zahteve za pregled
Pesto kolesa C008 je rotacijska komponenta. Med strojno obdelavo je morala biti usmerjenost dela v skladu s preskusnimi specifikacijami. Poleg tega so zaporedja vrtanja in inšpekcijskih pregledov CMM ostala dosledna skozi celoten test, da se zagotovi točnost podatkov, s čimer se zagotovi zanesljiva podlaga za poznejšo analizo napak in izračune kompenzacije programa.
4.4 Krmiljenje obdelovalnega procesa
Za ohranitev strogega nadzora nad celotnim postopkom testiranja je vodstvo delavnice usposobilo operaterje strojev in inšpektorje kakovosti v skladu s protokoli testiranja, kar zagotavlja popolno razumevanje načrta testiranja in poteka dela. Po začetnem dnevnem pregledu CMM sta se strojna obdelava in pregled nadaljevala v skladu z določenimi zahtevami. Predano osebje je spremljalo in preverjalo celoten postopek-od prvega do zadnjega dela-, da bi zagotovili pristnost in veljavnost podatkov. Komponenta pesta kolesa C008 ima skupno 12 lukenj; rezultati pregleda položajne tolerance CMM (Coordinate Measuring Machine) [3] za luknjo 1 so predstavljeni v tabeli 1. Ta tabela razkriva dimenzijske napake glede dejanske teoretične lege luknje v smislu polarnega radija in polarnega kota [1]. Na podlagi teh vrednosti je mogoče obdelovalni program prilagoditi obratno-natančneje s spreminjanjem polarnega polmera in koordinat polarnega kota v programu vrtanja ter nastavitvijo programskih kompenzacijskih vrednosti-za preverjanje izvedljivosti izboljšanja natančnosti pozicioniranja vrtanja s to metodo.
Tabela 1: Rezultati pregleda tolerance položaja CMM za luknjo 1
[Slika]
[Slika]
05 Poskusi obdelave
Ker je inšpekcija CMM zamudna,-bi preveliko število vzorcev povzročilo ozka grla na inšpekcijski liniji, premalo vzorcev pa ne bi uspelo preveriti stabilnosti strojne obdelave; zato je bil preskus izveden s serijami treh delov. Poskus je obsegal štiri serije po tri dele, pri čemer je prva serija predstavljala začetno obdelavo. Po prilagoditvi programa na podlagi rezultatov prve serije je bila izvedena kontrola druge serije. Če bi rezultati inšpekcijskega pregleda za drugo serijo pokazali znatno izboljšanje pozicijske tolerance, bi tretjo in četrto serijo preverili po menjavi orodja (opravljeni vsaka dva dni), da bi ocenili stabilnost pozicijske tolerance po zamenjavi orodja.
5.1 Izbira izdelka
Izbran je bil izdelek C008, vpenjanje orodja pa je bilo preklopljeno na pnevmatsko vpenjalno glavo, kar je izboljšalo natančnost centriranja na 0,001 mm. Zahtevana toleranca položaja izdelka je 0,20 mm-, kar je standard, ki ga dosegajo vsa strojna orodja podjetja. Na tej podlagi je bila ocenjena izvedljivost stabilizacije položajne tolerance na manj kot 0,15 mm z uporabo programske kompenzacije.
5.2 Prvi pregled serije
Po uspešnem začetnem inšpekcijskem pregledu je bilo operaterju naročeno, da obdela tri dele v skladu s preskusnimi zahtevami in jih odda v prostor CMM oddelka za inšpekcijo kakovosti na testiranje. Po končanem pregledu je osebje za kakovost posredovalo poročila skupini za testiranje. Rezultati pregleda tolerance položaja za prvo serijo treh delov (št. 1#–3#) so prikazani na sliki 2; položajna toleranca za luknje 7, 8 in 12 je na nekaterih delih presegla 0,15 mm, z največjo vrednostjo 0,16 mm. Slika 3 prikazuje tolerančna odstopanja položaja za luknje v prvi seriji; kjer je prišlo do znatnih odstopanj, sta bili odmik in smer vsake luknje glede na njen teoretični položaj skladni. Slika
Slika 2: Rezultati pregleda tolerance položaja za prvo serijo izdelkov (št. 1#–3#)
Slika
Slika 3: Grafi odstopanja tolerance položaja luknje za prvo serijo izdelkov (št. 1#–3#)
5.3 Analiza rezultatov meritev tolerance položaja
Tabela 2 predstavlja statistično analizo rezultatov inšpekcijskega pregleda za izvrtino 7, ki primerja dejanske vrednosti in povprečne vrednosti, pridobljene s CMM (koordinatnim merilnim strojem) s programiranimi vrednostmi iz obdelovalnega centra [4].
Tabela 2: Statistična analiza rezultatov inšpekcijskih pregledov za vrtino 7
Slika
5.4 Prilagoditev programiranih vrednosti
Kot je prikazano v tabeli 2, je povprečna dejanska napaka polarnega radija za luknjo 7 0,062 mm, napaka polarnega kota pa -0,004 stopinje. Koordinate obdelovalnega programa za luknjo 7 so bile nastavljene na polarni polmer 167,562 mm in polarni kot 215,996 stopinj. Ista metoda analize je bila uporabljena za preostale luknje za določitev vzorcev napak in optimizacijo obdelovalnega programa s kompenzacijo [5].
5.5 Rezultati meritev tolerance položaja za drugo serijo
Potem ko je bil optimiziran program prilagojen in preimenovan s strani preizkuševalca, je bil uvožen v CNC sistem obdelovalnega centra in nov program je bil uporabljen za obdelavo. Da bi preprečili razrez serije zaradi morebitnih težav s programom, je bil prvotni program povrnjen, potem ko je novi program prestal začetni pregled in sta bila strojno obdelana dva dodatna dela.
Slika 4 prikazuje rezultate pregleda tolerance položaja za drugo serijo treh izdelkov (št. 4#–6#), slika 5 pa prikazuje grafike odstopanja tolerance položaja luknje. Največja vrednost tolerance položaja se je občutno znižala s prvotnih 0,16 mm na 0,11 mm-kar pomeni zmanjšanje za 31,25 %. Ta zelo pomemben učinek optimizacije v celoti potrjuje učinkovitost strategije kompenzacije programa. Slika
Slika 4: Rezultati pregleda tolerance položaja za drugo serijo izdelkov (št. 4#–6#)
Slika
Slika 5: Grafi odstopanja tolerance položaja luknje za drugo serijo izdelkov (št. 4#–6#)
5.6 Rezultati meritev tolerance položaja za tretjo in četrto serijo
Za sistematično preverjanje izvedljivosti in stabilnosti te kompenzacijske metode, ki temelji-na programu, in za zagotovitev kakovosti strojne obdelave so morali operaterji zamenjati orodja v skladu s testnim protokolom in izvajati poskuse strojne obdelave za tretjo in četrto serijo (št. . 7#–12#) v določenih intervalih. Rezultati pregleda tolerance položaja so prikazani na sliki 6; največja toleranca položaja je ostala dosledno pod 0,11 mm. To dokazuje, da metoda ohranja zanesljive izboljšave v tolerančni toleranci položaja tudi po menjavi orodja, kar kaže dobro ponovljivost in praktičnost.
Slika
Slika 6: Rezultati pregleda tolerance položaja za tretjo in četrto serijo (št.. 7#–12#)
Slika
06
Zaključek
Ta članek predstavlja metodo za izboljšanje tolerance tolerance položaja vrtanja obdelovalnih centrov na podlagi nadzora s koordinatnim merilnim strojem (CMM) in program-osnovane kompenzacije. S sistematično obdelavo in merjenjem podatkov o dejanskih koordinatah lukenj-potrjenih v več preskusnih serijah-metoda analizira sistematična odstopanja od teoretičnih položajev in popravlja koordinatne vrednosti ustreznih izvrtin v programu CNC, s čimer izvaja kompenzacijo obratnih koordinat. Ta metoda lahko zmanjša največje tolerančno odstopanje položaja lukenj v pestu za do 31,25 % s stabilnimi in zanesljivimi rezultati. Bistveno izboljša kakovost obdelave obstoječe opreme brez potrebe po nadgradnjah obdelovalnih strojev ali rezalnih orodij, s čimer ohranja proizvodno učinkovitost standardnih izdelkov, hkrati pa se izogne povečanim stroškom, povezanim z nakupom nove opreme. Metoda je primerna predvsem za optimizacijo tolerance položaja rotacijskih delov, saj ponuja odlično stroškovno-učinkovitost in enostavno implementacijo; vendar pa njegova uporabnost za asimetrične ali strukturno zapletene dele zahteva nadaljnje študije. To metodo je mogoče uporabiti za podobne izdelke in postopke, kar pomaga povečati tržno konkurenčnost izdelkov podjetja.
