Viene proposto e convalidato un metodo per migliorare la precisione di posizionamento dei fori praticati sulla base dei risultati della macchina di misura a coordinate (CMM). Attraverso l'analisi dei dati e la verifica pratica, il processo di foratura del mozzo è ottimizzato per migliorare la precisione del posizionamento. Allineando l'orientamento del mozzo durante l'ispezione della CMM con l'orientamento e la sequenza utilizzati nel programma di foratura del centro di lavoro, il modello di distribuzione delle posizioni dei fori viene analizzato statisticamente su misurazioni multiple per calcolare l'offset delle coordinate tra il punto centrale forato effettivo e il punto centrale teorico. La convalida sperimentale su più lotti dimostra che questo metodo può ridurre la deviazione di posizione del foro del mozzo fino al 31,25%, offrendo una soluzione-efficace in termini di costi per migliorare la precisione di posizionamento dei centri di lavoro esistenti senza la necessità di aggiornamenti delle attrezzature.
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Introduzione
Con lo sviluppo del settore degli assali, alcuni produttori hanno imposto requisiti sempre più severi per la precisione di posizionamento del foro del mozzo [1]. Nella produzione vera e propria, l'invecchiamento delle apparecchiature spesso rende difficile garantire che tutte le macchine utensili soddisfino le specifiche di precisione di posizionamento definite nei disegni tecnici. Affidarsi a centri di lavoro specifici ad alta{3}}precisione per la produzione può compromettere l'efficienza e aumentare i costi. Al contrario, l’acquisto di nuove macchine utensili o la ristrutturazione di quelle esistenti aumenta i costi; inoltre, poiché la maggior parte degli altri prodotti non richiedono una precisione di posizionamento così elevata, questi investimenti potrebbero comportare spese inutili nella produzione di altre linee di prodotti. Per risolvere questo problema, questo documento propone e convalida un metodo di compensazione del programma basato sul feedback delle misurazioni. Utilizzando una CMM per misurare con precisione le deviazioni sistematiche della posizione del foro-e successivamente calcolando e applicando la compensazione inversa all'interno del programma del centro di lavoro-è possibile migliorare significativamente la precisione della posizione del foro del mozzo e aumentare il tasso di resa del prodotto, soddisfacendo così le diverse esigenze dei vari clienti.
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Caso di studio sulla lavorazione
La Figura 1 illustra il componente del mozzo C008 prodotto da una determinata azienda, che richiede una precisione di posizionamento di 0,20 mm. Mentre le apparecchiature esistenti dell'azienda possono raggiungere costantemente una precisione di posizionamento inferiore a 0,20 mm-soddisfacendo così i requisiti per questo prodotto specifico-altri clienti richiedono una precisione di posizionamento di 0,15 mm per prodotti simili. Requisiti di precisione così elevati-al momento possono essere soddisfatti solo da un numero limitato di macchine utensili appena acquistate. Tuttavia, la capacità produttiva di queste macchine è sostanzialmente satura, rendendo difficile garantire la consegna puntuale degli ordini dei clienti, mentre anche i costi di manodopera associati al loro funzionamento sono più elevati. Per migliorare la capacità produttiva complessiva dell'azienda e la competitività del prodotto, è urgente sfruttare il potenziale di precisione delle attrezzature esistenti attraverso l'ottimizzazione dei processi, soddisfacendo così i requisiti più severi dei clienti e controllando i costi di lavorazione.
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Figura 1: componente del mozzo della ruota C008
Questo documento presenta un esperimento di processo completo volto a migliorare la precisione di posizionamento dei fori di perforazione del mozzo della ruota. Lo studio segue quattro passaggi chiave-lavorazione, misurazione, correzione dei dati e verifica dell'efficacia-per raggiungere l'obiettivo di soddisfare le esigenze dei clienti riducendo al tempo stesso i costi di lavorazione.
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Identificazione dei fattori che influenzano la precisione della lavorazione
I fattori principali che influenzano la precisione di posizionamento del mozzo della ruota C008 includono utensili, utensili da taglio e l'attrezzatura di lavorazione stessa.
1) L'attrezzatura viene utilizzata per allineare il centro del mozzo della ruota con l'origine del pezzo del centro di lavorazione. La configurazione originale utilizzava un mandrino; tuttavia, il gioco massimo teorico tra il mandrino e il mozzo della ruota era di 0,05 mm, il che ha influito in modo significativo sulla precisione di posizionamento. Per eliminare questo errore di posizionamento è stato progettato un innovativo dispositivo di mandrino pneumatico in sostituzione del mandrino. Il mandrino pneumatico selezionato offre una precisione di centraggio di 0,001 mm, rendendo trascurabile il suo impatto sulla precisione di posizionamento.
2) Poiché l'azienda standardizza i modelli e i marchi degli utensili da taglio utilizzati a tutti i livelli e dato che gli utensili da taglio-essendo componenti standardizzati-contribuiscono in misura minima alla deviazione sistematica, il marchio dell'utensile è rimasto invariato durante l'esperimento per garantire coerenza nelle variabili sperimentali.
3) I centri di lavoro variano per marca ed età a seconda di quando sono stati acquistati. Con utensili e utensili da taglio mantenuti costanti, la macchina utensile stessa rappresenta la variabile più significativa che influisce sulla precisione della lavorazione-una variabile che non può essere modificata durante la vita utile della macchina. Dopo aver controllato o eliminato le variabili associate agli utensili e agli utensili da taglio, lo studio si concentra sull'affrontare la deviazione sistematica di posizionamento inerente alla macchina utensile. Condurre l'esperimento in condizioni di manutenzione standard consente una convalida più efficace della fattibilità del metodo proposto.
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Metodo sperimentale
Per garantire la coerenza e la comparabilità dei dati di misurazione, il mozzo della ruota C008 è stato mantenuto con un orientamento identico e sottoposto alla stessa sequenza di ispezione sia durante il processo di foratura presso il centro di lavoro che durante la successiva ispezione della macchina di misura a coordinate (CMM). Il personale è tenuto a rispettare rigorosamente gli angoli di posizionamento, le sequenze di foratura e gli ordini di ispezione specificati. Ciò garantisce che i risultati della misurazione possano essere analizzati accuratamente ed elimina gli errori di misurazione causati da angoli di posizionamento errati.
4.1 Metodo di prova
L'ispezione CMM (macchina di misura a coordinate) richiede tempo-; un campionamento eccessivo crea colli di bottiglia nella linea di ispezione, ostacolando l'efficienza delle ispezioni di routine del prodotto [2], mentre un campionamento insufficiente non riesce a catturare la stabilità e le fluttuazioni dei dati durante il processo di lavorazione. Per bilanciare l'efficienza dell'ispezione con l'affidabilità dei dati, il test ha utilizzato piccole- esecuzioni di elaborazione batch di tre parti ciascuna. Questo approccio ha prodotto dati campione statisticamente significativi mantenendo gestibile il ciclo di ispezione, riducendo così al minimo l’impatto sui programmi di produzione standard.
4.2 Minimizzare le variabili
Durante il test, gli utensili e la macchina utensile sono rimasti invariati e la durata teorica dell'utensile è stata fissata a 150 pezzi. Per garantire condizioni di test coerenti e comparabilità dei risultati, all'inizio è stato installato un nuovo strumento e non sono state apportate modifiche allo strumento durante le prime due esecuzioni di test; questo ha effettivamente eliminato le variabili relative allo strumento-e ha garantito l'affidabilità dell'origine dati.
4.3 Requisiti di ispezione
Il mozzo della ruota C008 è un componente di rotazione. Durante la lavorazione, l'orientamento del pezzo doveva essere conforme alle specifiche del test. Inoltre, le sequenze di perforazione e ispezione della CMM sono rimaste coerenti durante tutto il test per garantire l'accuratezza dei dati, fornendo così una base affidabile per la successiva analisi degli errori e i calcoli di compensazione del programma.
4.4 Controllo del processo di lavorazione
Per mantenere uno stretto controllo sull'intero processo di test, la direzione dell'officina ha formato gli operatori delle macchine e gli ispettori della qualità secondo i protocolli di test, garantendo una comprensione completa del piano di test e del flusso di lavoro. Dopo l'ispezione CMM iniziale della giornata, la lavorazione e l'ispezione sono proseguite secondo i requisiti specificati. Personale dedicato ha monitorato e verificato l'intero processo-dalla prima parte all'ultima-per garantire l'autenticità e la validità dei dati. Il componente del mozzo ruota C008 presenta un totale di 12 fori; i risultati dell'ispezione della tolleranza di posizione della CMM (macchina di misura a coordinate) [3] per il foro 1 sono presentati nella Tabella 1. Questa tabella rivela gli errori dimensionali riguardanti la posizione teorica effettiva del foro in termini di raggio polare e angolo polare [1]. Sulla base di questi valori, il programma di lavorazione può essere regolato al contrario-nello specifico modificando le coordinate del raggio polare e dell'angolo polare nel programma di foratura e impostando i valori di compensazione del programma-per verificare la fattibilità di migliorare la precisione del posizionamento della foratura attraverso questo metodo.
Tabella 1: Risultati dell'ispezione della tolleranza di posizione della CMM per il foro 1
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05 Prove di lavorazione
Poiché l'ispezione CMM richiede tempo-, un numero eccessivo di campioni causerebbe colli di bottiglia sulla linea di ispezione, mentre un numero troppo basso di campioni non riuscirebbe a verificare la stabilità della lavorazione; pertanto, il test è stato condotto utilizzando lotti di tre parti. L'esperimento comprendeva quattro lotti di tre parti ciascuno, di cui il primo lotto rappresentava la lavorazione iniziale. Dopo aver adattato il programma in base ai risultati del primo lotto, è stato ispezionato il secondo lotto. Se i risultati dell'ispezione per il secondo lotto mostrassero un miglioramento significativo nella tolleranza di posizione, il terzo e il quarto lotto verrebbero verificati dopo un cambio utensile (eseguito ogni due giorni) per valutare la stabilità della tolleranza di posizione dopo il cambio utensile.
5.1 Selezione del prodotto
È stato selezionato il prodotto C008 e il dispositivo di utensileria è stato convertito in una configurazione con mandrino pneumatico, migliorando la precisione di centraggio a 0,001 mm. Il requisito di tolleranza di posizione del prodotto è di 0,20 mm-uno standard raggiungibile da tutte le macchine utensili dell'azienda. Su questa base è stata valutata la fattibilità di stabilizzare la tolleranza di posizione a meno di 0,15 mm utilizzando la compensazione del programma.
5.2 Ispezione del primo lotto
Dopo l'esito positivo dell'ispezione iniziale, l'operatore è stato incaricato di lavorare tre pezzi in base ai requisiti del test e di sottoporli alla sala CMM del dipartimento di controllo qualità per i test. Al termine dell'ispezione, il personale addetto alla qualità ha inoltrato i rapporti al team di test. I risultati dell'ispezione della tolleranza di posizione per il primo lotto di tre parti (N.. 1#–3#) sono mostrati nella Figura 2; la tolleranza di posizione per i fori 7, 8 e 12 su alcune parti superava 0,15 mm, con un valore massimo di 0,16 mm. La Figura 3 illustra le deviazioni della tolleranza di posizione per i fori nel primo lotto; dove si sono verificate deviazioni significative, la distanza di offset e la direzione di ciascun foro rispetto alla sua posizione teorica erano coerenti. Figura
Figura 2: Risultati dell'ispezione della tolleranza di posizione per il primo lotto di prodotti (N.. 1#–3#)
Figura
Figura 3: grafici della deviazione della tolleranza della posizione dei fori per il primo lotto di prodotti (numeri. 1#–3#)
5.3 Analisi dei risultati della misurazione della tolleranza di posizione
La tabella 2 presenta l'analisi statistica dei risultati dell'ispezione per il foro 7, confrontando i valori effettivi e i valori medi ottenuti tramite CMM (macchina di misura a coordinate) con i valori programmati dal centro di lavoro [4].
Tabella 2: Analisi statistica dei risultati dell'ispezione per il Foro 7
Figura
5.4 Regolazione dei valori programmati
Come mostrato nella Tabella 2, l'errore medio effettivo nel raggio polare per il Foro 7 è 0,062 mm e l'errore nell'angolo polare è -0,004 gradi. Le coordinate del programma di lavorazione per il foro 7 sono state regolate su un raggio polare di 167,562 mm e un angolo polare di 215,996 gradi. Lo stesso metodo di analisi è stato applicato ai fori rimanenti per determinare i modelli di errore e ottimizzare il programma di lavorazione attraverso la compensazione [5].
5.5 Risultati della misurazione della tolleranza di posizione per il secondo lotto
Dopo che il personale addetto ai test ha modificato e rinominato il programma ottimizzato, è stato importato nel sistema CNC del centro di lavoro e il nuovo programma è stato utilizzato per la lavorazione. Per evitare la rottamazione dei lotti a causa di potenziali problemi del programma, il programma originale è stato ripristinato dopo che il nuovo programma ha superato l'ispezione iniziale e sono state lavorate due parti aggiuntive.
La Figura 4 mostra i risultati dell'ispezione della tolleranza di posizione per il secondo lotto di tre prodotti (N.. 4#–6#), mentre la Figura 5 mostra i grafici della deviazione della tolleranza di posizione del foro. Il valore massimo della tolleranza di posizione è sceso in modo significativo dagli originali 0,16 mm a 0,11 mm-una riduzione del 31,25%. Questo effetto di ottimizzazione altamente significativo convalida pienamente l’efficacia della strategia di compensazione del programma. Figura
Figura 4: Risultati dell'ispezione della tolleranza di posizione per il secondo lotto di prodotti (nn.. 4#–6#)
Figura
Figura 5: grafici della deviazione della tolleranza della posizione del foro per il secondo lotto di prodotti (numeri. 4#–6#)
5.6 Risultati della misurazione della tolleranza di posizione per il terzo e il quarto lotto
Per verificare sistematicamente la fattibilità e la stabilità di questo metodo di compensazione basato sul programma- e per garantire la qualità della lavorazione, agli operatori è stato richiesto di cambiare gli utensili in base al protocollo di test e di condurre prove di lavorazione per il terzo e il quarto lotto (nn.. 7#–12#) a intervalli specificati. I risultati dell'ispezione della tolleranza di posizione sono mostrati nella Figura 6; la tolleranza massima di posizione è rimasta costantemente al di sotto di 0,11 mm. Ciò dimostra che il metodo mantiene miglioramenti affidabili nella precisione della tolleranza di posizione anche dopo la sostituzione dell'utensile, esibendo buona ripetibilità e praticità.
Figura
Figura 6: Risultati dell'ispezione della tolleranza di posizione per il terzo e il quarto lotto (n.. 7#–12#)
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Conclusione
Questo documento presenta un metodo per migliorare la precisione della tolleranza della posizione di foratura dei centri di lavoro basato sull'ispezione della macchina di misura a coordinate (CMM) e sulla compensazione basata su programma-. Attraverso la lavorazione sistematica e la misurazione dei dati effettivi delle coordinate del foro-convalidati su più lotti di prova-il metodo analizza le deviazioni sistematiche dalle posizioni teoriche e corregge i valori delle coordinate dei fori rilevanti nel programma CNC, implementando così la compensazione delle coordinate inverse. Questo metodo può ridurre la deviazione massima della tolleranza di posizione dei fori del mozzo fino al 31,25% con risultati stabili e affidabili. Migliora significativamente la qualità della lavorazione delle attrezzature esistenti senza richiedere aggiornamenti alle macchine utensili o agli utensili da taglio, mantenendo così l'efficienza produttiva per i prodotti standard ed evitando l'aumento dei costi associati all'acquisizione di nuove attrezzature. Il metodo è adatto principalmente per ottimizzare la tolleranza di posizione delle parti rotanti, offrendo un eccellente rapporto costo-efficacia e facilità di implementazione; tuttavia, la sua applicabilità a parti asimmetriche o strutturalmente complesse richiede ulteriori studi. Questo metodo può essere adottato per prodotti e processi simili, contribuendo a rafforzare la competitività sul mercato dei prodotti dell'impresa.
