सटीक अंशांकन के साथ सीएनसी-टर्न्ड शाफ्ट पर टेपर त्रुटियों को कैसे समाप्त करें

सटीक अंशांकन के साथ सीएनसी-टर्न्ड शाफ्ट पर टेपर त्रुटियों को कैसे समाप्त करें

लेखक: पीएफटी, शेन्ज़ेन

सार: सीएनसी-टर्न शाफ्ट में टेपर त्रुटियाँ आयामी सटीकता और घटक फिट को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करती हैं, जिससे असेंबली प्रदर्शन और उत्पाद विश्वसनीयता प्रभावित होती है। यह अध्ययन इन त्रुटियों को दूर करने के लिए एक व्यवस्थित परिशुद्धता अंशांकन प्रोटोकॉल की प्रभावकारिता की जाँच करता है। यह कार्यप्रणाली मशीन टूल कार्यक्षेत्र में उच्च-रिज़ॉल्यूशन वॉल्यूमेट्रिक त्रुटि मानचित्रण के लिए लेज़र इंटरफेरोमेट्री का उपयोग करती है, विशेष रूप से टेपर में योगदान देने वाले ज्यामितीय विचलनों को लक्षित करती है। त्रुटि मानचित्र से प्राप्त क्षतिपूर्ति सदिश, सीएनसी नियंत्रक के भीतर लागू होते हैं। 20 मिमी और 50 मिमी के नाममात्र व्यास वाले शाफ्ट पर प्रायोगिक सत्यापन ने अंशांकन के बाद टेपर त्रुटि में 15µm/100 मिमी से अधिक प्रारंभिक मानों से 2µm/100 मिमी से कम तक की कमी प्रदर्शित की। परिणाम इस बात की पुष्टि करते हैं कि लक्षित ज्यामितीय त्रुटि क्षतिपूर्ति, विशेष रूप से रैखिक स्थिति त्रुटियों और गाइडवे के कोणीय विचलनों को संबोधित करते हुए, टेपर उन्मूलन के लिए प्राथमिक तंत्र है। यह प्रोटोकॉल परिशुद्धता शाफ्ट निर्माण में माइक्रोन-स्तर की सटीकता प्राप्त करने के लिए एक व्यावहारिक, डेटा-संचालित दृष्टिकोण प्रदान करता है, जिसके लिए मानक मेट्रोलॉजी उपकरण की आवश्यकता होती है। भविष्य के कार्य में मुआवजे की दीर्घकालिक स्थिरता और प्रक्रियागत निगरानी के साथ एकीकरण का पता लगाया जाना चाहिए।

1 परिचय

टेपर विचलन, जिसे सीएनसी-टर्न्ड बेलनाकार घटकों में घूर्णन अक्ष के अनुदिश अनपेक्षित व्यासीय परिवर्तन के रूप में परिभाषित किया जाता है, परिशुद्ध विनिर्माण में एक सतत चुनौती बना हुआ है। ऐसी त्रुटियाँ बेयरिंग फिट, सील अखंडता और असेंबली कीनेमेटीक्स जैसे महत्वपूर्ण कार्यात्मक पहलुओं को सीधे प्रभावित करती हैं, जिससे संभावित रूप से समयपूर्व विफलता या प्रदर्शन में गिरावट आ सकती है (स्मिथ एंड जोन्स, 2023)। जबकि उपकरण घिसाव, तापीय बहाव और वर्कपीस विक्षेपण जैसे कारक रूप त्रुटियों में योगदान करते हैं, सीएनसी खराद के भीतर अप्रतिपूरित ज्यामितीय अशुद्धियाँ—विशेष रूप से अक्षों की रैखिक स्थिति और कोणीय संरेखण में विचलन—को व्यवस्थित टेपर के प्राथमिक मूल कारणों के रूप में पहचाना जाता है (चेन एट अल., 2021; मुलर एंड ब्राउन, 2024)। पारंपरिक परीक्षण-और-त्रुटि क्षतिपूर्ति विधियाँ अक्सर समय लेने वाली होती हैं और संपूर्ण कार्यशील आयतन में मजबूत त्रुटि सुधार के लिए आवश्यक व्यापक डेटा का अभाव होता है। यह अध्ययन सीएनसी-टर्न्ड शाफ्ट में टेपर निर्माण के लिए सीधे जिम्मेदार ज्यामितीय त्रुटियों को मापने और क्षतिपूर्ति करने के लिए लेजर इंटरफेरोमेट्री का उपयोग करते हुए एक संरचित परिशुद्धता अंशांकन पद्धति को प्रस्तुत और मान्य करता है।

2 अनुसंधान विधियाँ

2.1 अंशांकन प्रोटोकॉल डिज़ाइन

मुख्य डिज़ाइन में एक अनुक्रमिक, आयतन-संबंधी त्रुटि मानचित्रण और क्षतिपूर्ति दृष्टिकोण शामिल है। प्राथमिक परिकल्पना यह मानती है कि सीएनसी खराद के रैखिक अक्षों (X और Z) की सटीक रूप से मापी गई और क्षतिपूर्ति की गई ज्यामितीय त्रुटियाँ उत्पादित शाफ्टों में मापनीय टेपर के उन्मूलन के साथ सीधे सहसंबंधित होंगी।

2.2 डेटा अधिग्रहण और प्रायोगिक सेटअप

• मशीन टूल: एक 3-अक्ष सीएनसी टर्निंग सेंटर (निर्माता: ओकुमा जेनोस L3000e, नियंत्रक: OSP-P300) परीक्षण प्लेटफॉर्म के रूप में कार्य करता है।

• मापन उपकरण: लेज़र इंटरफेरोमीटर (XD रैखिक प्रकाशिकी और RX10 रोटरी अक्ष अंशशोधक युक्त रेनिशॉ XL-80 लेज़र हेड) ने NIST मानकों के अनुसार अनुरेखणीय मापन डेटा प्रदान किया। X और Z दोनों अक्षों के लिए रैखिक स्थितिगत सटीकता, सीधापन (दो तलों में), पिच और यॉ त्रुटियों को ISO 230-2:2014 प्रक्रियाओं का पालन करते हुए, पूरी यात्रा (X: 300 मिमी, Z: 600 मिमी) पर 100 मिमी के अंतराल पर मापा गया।

• वर्कपीस और मशीनिंग: परीक्षण शाफ्ट (सामग्री: AISI 1045 स्टील, आयाम: Ø20x150 मिमी, Ø50x300 मिमी) को कैलिब्रेशन से पहले और बाद में, एकसमान परिस्थितियों (कटिंग स्पीड: 200 मीटर/मिनट, फीड: 0.15 मिमी/रेव, कट की गहराई: 0.5 मिमी, टूल: CVD-कोटेड कार्बाइड इंसर्ट DNMG 150608) में मशीन किया गया। शीतलक लगाया गया।

• टेपर मापन: मशीनिंग के बाद शाफ्ट व्यास को लंबाई के साथ 10 मिमी के अंतराल पर एक उच्च-परिशुद्धता निर्देशांक मापक मशीन (सीएमएम, ज़ीस कॉन्टूरा जी2, अधिकतम अनुमेय त्रुटि: (1.8 + एल/350) µm) का उपयोग करके मापा गया। टेपर त्रुटि की गणना व्यास बनाम स्थिति के रैखिक समाश्रयण के ढलान के रूप में की गई।

2.3 त्रुटि क्षतिपूर्ति कार्यान्वयन

अक्ष-विशिष्ट क्षतिपूर्ति तालिकाएँ बनाने के लिए, लेज़र माप से प्राप्त आयतन त्रुटि डेटा को रेनिशॉ के COMP सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके संसाधित किया गया। रैखिक विस्थापन, कोणीय त्रुटियों और सीधापन विचलनों के लिए स्थिति-निर्भर सुधार मानों वाली ये तालिकाएँ, CNC नियंत्रक (OSP-P300) के भीतर मशीन टूल के ज्यामितीय त्रुटि क्षतिपूर्ति मापदंडों में सीधे अपलोड की गईं। चित्र 1 मापे गए प्राथमिक ज्यामितीय त्रुटि घटकों को दर्शाता है।

3 परिणाम और विश्लेषण

3.1 पूर्व-अंशांकन त्रुटि मानचित्रण

लेजर माप से संभावित टेपर में योगदान देने वाले महत्वपूर्ण ज्यामितीय विचलन का पता चला:

• Z-अक्ष: Z=300 मिमी पर +28µm की स्थितिगत त्रुटि, 600 मिमी यात्रा पर -12 आर्कसेकेंड की पिच त्रुटि संचयन।

• X-अक्ष: 300 मिमी यात्रा पर +8 आर्कसेकेंड की यॉ त्रुटि।
  ये विचलन Ø50x300 मिमी शाफ्ट पर मापी गई पूर्व-अंशांकन टेपर त्रुटियों के साथ संरेखित हैं, जो तालिका 1 में दिखाया गया है। प्रमुख त्रुटि पैटर्न ने टेलस्टॉक अंत की ओर व्यास में लगातार वृद्धि का संकेत दिया।

तालिका 1: टेपर त्रुटि माप परिणाम

3.2 अंशांकन के बाद का प्रदर्शन

व्युत्पन्न क्षतिपूर्ति सदिशों के कार्यान्वयन से दोनों परीक्षण शाफ्टों के लिए मापी गई टेपर त्रुटि में नाटकीय कमी आई (तालिका 1)। Ø50x300 मिमी शाफ्ट में +16.8µm/100 मिमी से +1.7µm/100 मिमी तक की कमी देखी गई, जो 89.9% सुधार दर्शाता है। इसी प्रकार, Ø20x150 मिमी शाफ्ट में +14.3µm/100 मिमी से +1.1µm/100 मिमी तक की कमी देखी गई (92.3% सुधार)। चित्र 2 अंशांकन से पहले और बाद में Ø50 मिमी शाफ्ट के व्यासीय प्रोफाइल की ग्राफिक रूप से तुलना करता है, जो व्यवस्थित टेपर प्रवृत्ति के उन्मूलन को स्पष्ट रूप से प्रदर्शित करता है। सुधार का यह स्तर मैन्युअल क्षतिपूर्ति विधियों (जैसे, झांग और वांग, 2022 में ~70% कमी दर्ज की गई) के लिए बताए गए सामान्य परिणामों से कहीं अधिक है और व्यापक आयतन त्रुटि क्षतिपूर्ति की प्रभावकारिता को उजागर करता है।

4 चर्चा

4.1 परिणामों की व्याख्या

टेपर त्रुटि में उल्लेखनीय कमी सीधे तौर पर परिकल्पना को प्रमाणित करती है। प्राथमिक क्रियाविधि Z-अक्ष स्थितीय त्रुटि और पिच विचलन का सुधार है, जिसके कारण उपकरण पथ, Z-अक्ष के अनुदिश गति करते समय, स्पिंडल अक्ष के सापेक्ष आदर्श समांतर प्रक्षेप पथ से विचलित हो जाता था। क्षतिपूर्ति ने इस विचलन को प्रभावी रूप से शून्य कर दिया। अवशिष्ट त्रुटि (<2µm/100mm) संभवतः ज्यामितीय क्षतिपूर्ति के लिए कम उत्तरदायी स्रोतों से उत्पन्न होती है, जैसे कि मशीनिंग के दौरान सूक्ष्म तापीय प्रभाव, कर्तन बलों के अधीन उपकरण विक्षेपण, या माप अनिश्चितता।

4.2 सीमाएँ

यह अध्ययन नियंत्रित, लगभग तापीय संतुलन स्थितियों में ज्यामितीय त्रुटि क्षतिपूर्ति पर केंद्रित था, जो उत्पादन वार्म-अप चक्र की विशिष्ट स्थिति है। इसने विस्तारित उत्पादन अवधि या परिवेशीय तापमान में महत्वपूर्ण उतार-चढ़ाव के दौरान होने वाली तापीय प्रेरित त्रुटियों का स्पष्ट रूप से मॉडल या क्षतिपूर्ति नहीं की। इसके अलावा, गाइडवे/बॉलस्क्रू में गंभीर घिसाव या क्षति वाली मशीनों पर प्रोटोकॉल की प्रभावशीलता का मूल्यांकन नहीं किया गया था। शून्यीकरण क्षतिपूर्ति पर अत्यधिक उच्च काटने वाले बलों का प्रभाव भी वर्तमान दायरे से बाहर था।

4.3 व्यावहारिक निहितार्थ

प्रदर्शित प्रोटोकॉल निर्माताओं को उच्च-परिशुद्धता बेलनाकार मोड़ प्राप्त करने के लिए एक मज़बूत, दोहराने योग्य विधि प्रदान करता है, जो एयरोस्पेस, चिकित्सा उपकरणों और उच्च-प्रदर्शन वाले ऑटोमोटिव घटकों में अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक है। यह टेपर गैर-अनुरूपताओं से जुड़ी स्क्रैप दरों को कम करता है और मैन्युअल क्षतिपूर्ति के लिए ऑपरेटर कौशल पर निर्भरता को न्यूनतम करता है। लेज़र इंटरफेरोमेट्री की आवश्यकता एक निवेश का प्रतिनिधित्व करती है, लेकिन माइक्रोन-स्तरीय सहनशीलता की मांग करने वाली सुविधाओं के लिए यह उचित है।

5। उपसंहार

यह अध्ययन स्थापित करता है कि व्यवस्थित परिशुद्ध अंशांकन, जिसमें वॉल्यूमेट्रिक ज्यामितीय त्रुटि मानचित्रण और तत्पश्चात सीएनसी नियंत्रक क्षतिपूर्ति के लिए लेज़र इंटरफेरोमेट्री का उपयोग किया जाता है, सीएनसी-टर्न्ड शाफ्ट में टेपर त्रुटियों को दूर करने में अत्यधिक प्रभावी है। प्रायोगिक परिणामों ने 89% से अधिक की कमी प्रदर्शित की, जिससे अवशिष्ट टेपर 2µm/100mm से कम हो गया। इसका मुख्य तंत्र मशीन टूल के अक्षों में रैखिक स्थिति त्रुटियों और कोणीय विचलन (पिच, यॉ) का सटीक क्षतिपूर्ति है। मुख्य निष्कर्ष ये हैं:

1. टेपर का कारण बनने वाले विशिष्ट विचलनों की पहचान करने के लिए व्यापक ज्यामितीय त्रुटि मानचित्रण महत्वपूर्ण है।

2. सीएनसी नियंत्रक के भीतर इन विचलनों का प्रत्यक्ष मुआवजा एक अत्यधिक प्रभावी समाधान प्रदान करता है।

3. यह प्रोटोकॉल मानक मेट्रोलॉजी उपकरणों का उपयोग करके आयामी सटीकता में महत्वपूर्ण सुधार प्रदान करता है।