Предложен и обоснован метод повышения точности позиционирования просверленных отверстий по результатам работы координатно-измерительной машины (КИМ). Благодаря анализу данных и практической проверке процесс сверления ступицы оптимизируется для повышения точности позиционирования. Путем согласования ориентации ступицы во время проверки КИМ с ориентацией и последовательностью, используемыми в программе сверления обрабатывающего центра, картина распределения положений отверстий статистически анализируется по нескольким измерениям для расчета смещения координат между фактической просверленной центральной точкой и теоретической центральной точкой. Экспериментальная проверка на нескольких партиях показывает, что этот метод может уменьшить отклонение положения отверстия ступицы до 31,25 %, предлагая экономичное-эффективное решение для повышения точности позиционирования существующих обрабатывающих центров без необходимости модернизации оборудования.
Изображение
01
Введение
С развитием индустрии мостов некоторые производители предъявляют все более строгие требования к точности позиционирования отверстий ступиц [1]. В реальном производстве старение оборудования часто затрудняет обеспечение соответствия всех станков требованиям точности позиционирования, указанным в технических чертежах. Использование в производстве конкретных высокоточных-обрабатывающих центров может снизить эффективность и увеличить затраты. И наоборот, покупка новых станков или ремонт существующих увеличивает затраты; более того, поскольку большинство других продуктов не требуют такой высокой точности позиционирования, эти инвестиции могут привести к расточительным затратам при производстве других линеек продуктов. Для решения этой проблемы в данной статье предлагается и подтверждается метод программной компенсации, основанный на обратной связи измерений. Используя КИМ для точного измерения систематических отклонений положения отверстий-и последующего расчета и применения обратной компенсации в программе обрабатывающего центра-, можно значительно повысить точность позиционирования отверстия ступицы и увеличить производительность продукта, тем самым удовлетворяя разнообразные потребности различных клиентов.
Изображение
02
Практический пример обработки
На рисунке 1 показан компонент ступицы C008, производимый определенной компанией, для которого требуется точность позиционирования 0,20 мм. Хотя существующее оборудование компании может стабильно обеспечивать точность позиционирования менее 0,20 мм-тем самым удовлетворяя требованиям, предъявляемым к этому конкретному продукту-другим клиентам требуется точность позиционирования 0,15 мм для аналогичных продуктов. Таким высоким-требованиям точности в настоящее время может соответствовать лишь ограниченное количество недавно приобретенных станков. Однако производственные мощности этих машин существенно насыщены, что затрудняет обеспечение своевременной доставки заказов клиентов, а трудозатраты, связанные с их эксплуатацией, также выше. Чтобы повысить общую производственную мощность компании и конкурентоспособность продукции, необходимо срочно раскрыть потенциал точности существующего оборудования за счет оптимизации процессов, тем самым удовлетворяя более строгие требования клиентов и одновременно контролируя затраты на обработку.
[Изображение]
Рисунок 1. Компонент ступицы колеса C008.
В данной статье представлен комплексный технологический эксперимент, направленный на повышение точности позиционирования отверстий для сверления ступиц колес. В исследовании рассматриваются четыре ключевых этапа: -обработка, измерение, коррекция данных и проверка эффективности-, направленные на достижение цели удовлетворения потребностей клиентов при одновременном снижении затрат на обработку.
[Изображение]
03
Идентификация факторов, влияющих на точность обработки
Основными факторами, влияющими на точность позиционирования ступицы колеса C008, являются оснастка, режущие инструменты и само обрабатывающее оборудование.
1) Инструмент используется для выравнивания центра ступицы колеса с началом координат заготовки обрабатывающего центра. В исходной установке использовалась оправка; однако теоретический максимальный зазор между оправкой и ступицей колеса составлял 0,05 мм, что существенно влияло на точность позиционирования. Чтобы устранить эту ошибку позиционирования, был разработан инновационный пневматический патрон для замены оправки. Выбранный пневматический патрон обеспечивает точность центрирования 0,001 мм, что делает его влияние на точность позиционирования незначительным.
2) Поскольку компания стандартизирует модели и марки режущих инструментов, используемых повсеместно, и учитывая, что режущие инструменты -являясь стандартизированными компонентами-, вносят минимальный вклад в систематическое отклонение, марка инструмента оставалась неизменной на протяжении всего эксперимента, чтобы обеспечить согласованность экспериментальных переменных.
3) Обрабатывающие центры различаются в зависимости от марки и возраста в зависимости от того, когда они были приобретены. При неизменности оснастки и режущих инструментов станок сам по себе представляет собой наиболее важную переменную, влияющую на точность обработки-, переменную, которую нельзя изменить в течение срока службы станка. Контролируя или устраняя переменные, связанные с оснасткой и режущими инструментами, исследование фокусируется на устранении систематических отклонений позиционирования, присущих станку. Проведение эксперимента в стандартных условиях эксплуатации позволяет более эффективно проверить осуществимость предлагаемого метода.
[Изображение]
04
Экспериментальный метод
Чтобы обеспечить согласованность и сопоставимость данных измерений, ступицу колеса C008 поддерживали в идентичной ориентации и подвергали одной и той же последовательности проверок как во время процесса сверления в обрабатывающем центре, так и в ходе последующей проверки координатно-измерительной машиной (КИМ). Персонал обязан строго соблюдать указанные углы позиционирования, последовательность сверления и порядок проверки. Это гарантирует точный анализ результатов измерений и исключает ошибки измерений, вызванные неправильными углами позиционирования.
4.1 Метод испытания
Проверка КИМ (координатно-измерительной машины) занимает-много времени; Чрезмерный отбор проб создает узкие места на линии контроля, снижая эффективность регулярных проверок продукции [2], в то время как недостаточный отбор проб не позволяет уловить стабильность и колебания данных в процессе обработки. Чтобы сбалансировать эффективность проверки и надежность данных, в тесте использовались небольшие-пакетные обработки по три части каждая. Этот подход позволил получить статистически значимые данные выборки, сохраняя при этом управляемый цикл проверки, тем самым сводя к минимуму влияние на стандартные производственные графики.
4.2 Минимизация переменных
На протяжении всего испытания оснастка и станок оставались неизменными, а теоретическая стойкость инструмента была установлена на уровне 150 деталей. Чтобы обеспечить единообразие условий испытаний и сопоставимость результатов, в начале был установлен новый инструмент, и во время первых двух испытаний никаких регулировок инструмента не производилось; это эффективно исключило переменные,-связанные с инструментом, и обеспечило надежность источника данных.
4.3 Требования к проверке
Ступица колеса C008 представляет собой вращающийся компонент. Во время обработки ориентация детали должна была соответствовать спецификациям испытаний. Кроме того, последовательность бурения и проверки КИМ оставалась неизменной на протяжении всего испытания, чтобы обеспечить точность данных, обеспечивая тем самым надежную основу для последующего анализа ошибок и расчетов программной компенсации.
4.4 Управление процессом обработки
Для обеспечения строгого контроля над всем процессом испытаний руководство цеха обучало операторов станков и инспекторов по качеству согласно протоколам испытаний, обеспечивая полное понимание плана испытаний и рабочего процесса. После первоначальной проверки КИМ, механическая обработка и проверка проводились в соответствии с установленными требованиями. Специально выделенный персонал контролировал и проверял весь процесс,-от первой части до последней,-чтобы гарантировать подлинность и достоверность данных. Компонент ступицы колеса C008 имеет в общей сложности 12 отверстий; Результаты контроля позиционных допусков КИМ (координатно-измерительной машины) [3] для отверстия 1 представлены в таблице 1. Эта таблица показывает погрешности размеров относительно фактического теоретического положения отверстия с точки зрения полярного радиуса и полярного угла [1]. На основе этих значений программу обработки можно отрегулировать в обратном порядке-, в частности, изменив координаты полярного радиуса и полярного угла в программе сверления и установив значения компенсации программы-, чтобы проверить возможность повышения точности позиционирования сверления с помощью этого метода.
Таблица 1. Результаты контроля позиционных допусков КИМ для отверстия 1
[Изображение]
[Изображение]
05 Пробная обработка
Поскольку проверка КИМ требует-затрат времени, чрезмерное количество образцов приведет к возникновению узких мест на линии контроля, а слишком малое количество образцов не позволит проверить стабильность обработки; поэтому испытание проводилось с использованием партий из трех частей. Эксперимент включал четыре партии по три детали в каждой, причем первая партия представляла собой начальный цикл обработки. После корректировки программы по результатам первой партии была проверена вторая партия. Если результаты проверки второй партии покажут значительное улучшение позиционного допуска, третья и четвертая партии будут проверены после смены инструмента (выполняемой каждые два дня) для оценки стабильности позиционного допуска после смены инструмента.
5.1 Выбор продукта
Был выбран продукт C008, а оснастка была переведена на пневматический патрон, что повысило точность центрирования до 0,001 мм. Требование к позиционному допуску продукта составляет 0,20 мм-стандарт, достижимый для всех станков компании. На этом основании была оценена возможность стабилизации позиционного допуска менее 0,15 мм с помощью программной компенсации.
5.2 Проверка первой партии
После успешной первоначальной проверки оператору было поручено обработать три детали в соответствии с требованиями испытаний и отправить их в помещение КИМ отдела контроля качества для испытаний. По завершении проверки специалисты по качеству направили отчеты группе тестирования. Результаты контроля позиционных допусков для первой партии из трех деталей (№. 1#–3#) показаны на рисунке 2; позиционный допуск для отверстий 7, 8 и 12 на некоторых деталях превышал 0,15 мм при максимальном значении 0,16 мм. На рис. 3 показаны позиционные допуски отклонений для отверстий первой партии; там, где имели место значительные отклонения, расстояние смещения и направление каждого отверстия относительно его теоретического положения были постоянными. Фигура
Рисунок 2. Результаты проверки допусков по положению для первой партии продукции (№. 1#–3#)
Фигура
Рисунок 3. Графики отклонения допусков положения отверстий для первой партии изделий (№. 1#–3#)
5.3 Анализ результатов измерения допусков по положению
В таблице 2 представлен статистический анализ результатов контроля отверстия 7, сравнивающий фактические значения и средние значения, полученные с помощью КИМ (координатно-измерительной машины), с запрограммированными значениями от обрабатывающего центра [4].
Таблица 2: Статистический анализ результатов контроля скважины 7
Фигура
5.4 Настройка запрограммированных значений
Как показано в Таблице 2, средняя фактическая ошибка полярного радиуса для отверстия 7 составляет 0,062 мм, а ошибка полярного угла составляет -0,004 градуса. Координаты программы обработки для отверстия 7 были настроены на полярный радиус 167,562 мм и полярный угол 215,996 градусов. Тот же метод анализа был применен к остальным отверстиям для определения характера ошибок и оптимизации программы обработки посредством компенсации [5].
5.5 Результаты измерения допусков позиции для второй партии
После того, как оптимизированная программа была скорректирована и переименована персоналом, проводящим испытания, она была импортирована в систему ЧПУ обрабатывающего центра, и новая программа использовалась для обработки. Чтобы предотвратить списание партии из-за потенциальных проблем в программе, исходная программа была возвращена после того, как новая программа прошла первоначальную проверку и были обработаны две дополнительные детали.
На рисунке 4 показаны результаты контроля допуска положения для второй партии из трех изделий (№. 4#–6#), а на рисунке 5 показаны графики отклонения допуска положения отверстия. Максимальное значение допуска положения значительно снизилось с исходных 0,16 мм до 0,11 мм-, то есть на 31,25 %. Этот весьма значительный эффект оптимизации полностью подтверждает эффективность стратегии программного вознаграждения. Фигура
Рисунок 4. Результаты проверки допусков по положению для второй партии продукции (№. 4#–6#).
Фигура
Рисунок 5. Графики отклонения допусков положения отверстий для второй партии изделий (№. 4#–6#).
5.6 Результаты измерения допусков по положению для третьей и четвертой партий
Чтобы систематически проверять осуществимость и стабильность этого программного-метода компенсации и гарантировать качество обработки, операторам необходимо было менять инструменты в соответствии с протоколом испытаний и проводить испытания обработки для третьей и четвертой партий (№. 7#–12#) через определенные промежутки времени. Результаты контроля допуска положения показаны на рисунке 6; максимальный допуск положения оставался неизменно ниже 0,11 мм. Это демонстрирует, что метод обеспечивает надежное улучшение точности допуска даже после смены инструмента, демонстрируя хорошую повторяемость и практичность.
Фигура
Рисунок 6. Результаты контроля допуска положения для третьей и четвертой партий (№. 7#–12#).
Фигура
06
Заключение
В этой статье представлен метод повышения точности допуска позиции сверления обрабатывающих центров на основе контроля координатно-измерительной машины (КИМ) и программной-компенсации. Посредством систематической обработки и измерения фактических данных о координатах отверстий, -проверенных на нескольких тестовых партиях-метод анализирует систематические отклонения от теоретических положений и корректирует значения координат соответствующих отверстий в программе ЧПУ, тем самым реализуя обратную компенсацию координат. Этот метод позволяет уменьшить максимальное отклонение положения отверстий ступицы до 31,25%, обеспечивая стабильные и надежные результаты. Это значительно повышает качество обработки существующего оборудования, не требуя модернизации станков или режущего инструмента, тем самым сохраняя эффективность производства стандартной продукции и избегая при этом увеличения затрат, связанных с приобретением нового оборудования. Этот метод в первую очередь подходит для оптимизации допусков положения вращающихся частей, предлагая превосходную экономическую-эффективность и простоту реализации; однако его применимость к асимметричным или структурно сложным деталям требует дальнейшего изучения. Этот метод может быть адаптирован для аналогичных продуктов и процессов, что позволит повысить рыночную конкурентоспособность продукции предприятия.
