Một phương pháp cải thiện độ chính xác vị trí của các lỗ khoan dựa trên kết quả của Máy đo tọa độ (CMM) được đề xuất và xác nhận. Thông qua phân tích dữ liệu và xác minh thực tế, quy trình khoan trục được tối ưu hóa để nâng cao độ chính xác về vị trí. Bằng cách căn chỉnh hướng của trục trong quá trình kiểm tra CMM với hướng và trình tự được sử dụng trong chương trình khoan của trung tâm gia công, mẫu phân bố của các vị trí lỗ được phân tích thống kê qua nhiều phép đo để tính toán độ lệch tọa độ giữa điểm tâm khoan thực tế và điểm tâm lý thuyết. Xác thực thử nghiệm trên nhiều lô chứng minh rằng phương pháp này có thể giảm tới 31,25% độ lệch vị trí lỗ trung tâm, mang lại giải pháp tiết kiệm chi phí-để cải thiện độ chính xác về vị trí của các trung tâm gia công hiện có mà không cần nâng cấp thiết bị.
Hình ảnh
01
Giới thiệu
Với sự phát triển của ngành công nghiệp trục xe, một số nhà sản xuất đã đặt ra các yêu cầu ngày càng nghiêm ngặt về độ chính xác của vị trí lỗ trục [1]. Trong sản xuất thực tế, sự lão hóa của thiết bị thường gây khó khăn cho việc đảm bảo tất cả các máy công cụ đáp ứng các thông số kỹ thuật về độ chính xác vị trí được xác định trong bản vẽ kỹ thuật. Việc dựa vào các trung tâm gia công có độ chính xác cao- cụ thể để sản xuất có thể làm giảm hiệu quả và tăng chi phí. Ngược lại, mua máy công cụ mới hoặc tân trang lại máy hiện có sẽ làm tăng chi phí; hơn nữa, do hầu hết các sản phẩm khác không yêu cầu độ chính xác về vị trí cao như vậy nên những khoản đầu tư này có thể dẫn đến chi tiêu lãng phí khi sản xuất các dòng sản phẩm khác. Để giải quyết vấn đề này, bài viết này đề xuất và xác nhận phương pháp bồi thường chương trình dựa trên phản hồi đo lường. Bằng cách sử dụng CMM để đo chính xác độ lệch vị trí lỗ có hệ thống-và sau đó tính toán cũng như áp dụng mức bù nghịch đảo trong chương trình của trung tâm gia công-có thể cải thiện đáng kể độ chính xác về vị trí lỗ trung tâm và tăng tỷ lệ sản phẩm, từ đó đáp ứng nhu cầu đa dạng của nhiều khách hàng khác nhau.
Hình ảnh
02
Nghiên cứu trường hợp gia công
Hình 1 minh họa thành phần trung tâm C008 do một công ty nhất định sản xuất, yêu cầu độ chính xác vị trí là 0,20 mm. Mặc dù thiết bị hiện có của công ty có thể liên tục đạt được độ chính xác vị trí dưới 0,20 mm-do đó đáp ứng các yêu cầu đối với sản phẩm cụ thể này-các khách hàng khác yêu cầu độ chính xác vị trí là 0,15 mm đối với các sản phẩm tương tự. Những yêu cầu về độ chính xác cao-như vậy hiện chỉ có thể được đáp ứng bởi một số lượng hạn chế máy công cụ mới mua. Tuy nhiên, năng lực sản xuất của những máy này về cơ bản đã bão hòa nên khó đảm bảo giao hàng kịp thời cho khách hàng, đồng thời chi phí nhân công liên quan đến vận hành cũng cao hơn. Để nâng cao năng lực sản xuất tổng thể và khả năng cạnh tranh sản phẩm của công ty, nhu cầu cấp thiết là khai thác tiềm năng chính xác của thiết bị hiện có thông qua tối ưu hóa quy trình, từ đó đáp ứng các yêu cầu khắt khe hơn của khách hàng đồng thời kiểm soát chi phí gia công.
[Hình ảnh]
Hình 1: Thành phần trục bánh xe C008
Bài báo này trình bày một thử nghiệm quy trình toàn diện nhằm cải thiện độ chính xác vị trí của các lỗ khoan trục bánh xe. Nghiên cứu tuân theo bốn bước chính-gia công, đo lường, chỉnh sửa dữ liệu và xác minh tính hiệu quả-để đạt được mục tiêu đáp ứng nhu cầu của khách hàng đồng thời giảm chi phí gia công.
[Hình ảnh]
03
Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác gia công
Các yếu tố chính ảnh hưởng đến độ chính xác vị trí của trục bánh xe C008 bao gồm dụng cụ, dụng cụ cắt và chính thiết bị gia công.
1) Dụng cụ được sử dụng để căn chỉnh tâm trục bánh xe với điểm gốc phôi của tâm gia công. Thiết lập ban đầu sử dụng một trục gá; tuy nhiên, khe hở tối đa theo lý thuyết giữa trục gá và trục bánh xe là 0,05 mm, điều này ảnh hưởng đáng kể đến độ chính xác của vị trí. Để loại bỏ lỗi định vị này, một mâm cặp khí nén cải tiến đã được thiết kế để thay thế trục gá. Mâm cặp khí nén được chọn có độ chính xác định tâm là 0,001 mm, khiến tác động của nó đến độ chính xác vị trí là không đáng kể.
2) Khi công ty tiêu chuẩn hóa các mẫu và nhãn hiệu dụng cụ cắt được sử dụng trên diện rộng và cho rằng các công cụ cắt-là các thành phần được tiêu chuẩn hóa-góp phần tối thiểu vào độ lệch hệ thống, nhãn hiệu dụng cụ vẫn không thay đổi trong suốt thử nghiệm để đảm bảo tính nhất quán trong các biến thử nghiệm.
3) Các trung tâm gia công khác nhau tùy theo nhãn hiệu và độ tuổi tùy thuộc vào thời điểm chúng được mua. Với dụng cụ cắt và dụng cụ được giữ không đổi, bản thân máy công cụ đại diện cho biến số quan trọng nhất ảnh hưởng đến độ chính xác gia công-một biến số không thể thay đổi trong suốt thời gian sử dụng của máy. Sau khi kiểm soát hoặc loại bỏ các biến liên quan đến dụng cụ và dụng cụ cắt, nghiên cứu tập trung vào việc giải quyết độ lệch định vị hệ thống vốn có của máy công cụ. Việc tiến hành thử nghiệm trong các điều kiện bảo trì tiêu chuẩn cho phép xác nhận hiệu quả hơn tính khả thi của phương pháp được đề xuất.
[Hình ảnh]
04
Phương pháp thí nghiệm
Để đảm bảo tính nhất quán và khả năng so sánh của dữ liệu đo, trục bánh xe C008 được duy trì ở hướng giống hệt nhau và tuân theo cùng một trình tự kiểm tra trong cả quá trình khoan tại trung tâm gia công và trong lần kiểm tra máy đo tọa độ (CMM) tiếp theo. Nhân viên phải tuân thủ nghiêm ngặt các góc định vị, trình tự khoan và lệnh kiểm tra đã chỉ định. Điều này đảm bảo rằng kết quả đo có thể được phân tích chính xác và loại bỏ các lỗi đo do góc định vị không chính xác.
4.1 Phương pháp thử nghiệm
Việc kiểm tra CMM (Máy đo tọa độ) tốn-thời gian; lấy mẫu quá nhiều sẽ tạo ra tắc nghẽn trong dây chuyền kiểm tra, cản trở hiệu quả của việc kiểm tra sản phẩm định kỳ [2], trong khi việc lấy mẫu không đủ sẽ không nắm bắt được sự ổn định và biến động của dữ liệu trong quá trình gia công. Để cân bằng hiệu quả kiểm tra với độ tin cậy của dữ liệu, thử nghiệm đã sử dụng-các đợt xử lý hàng loạt nhỏ, mỗi phần có ba phần. Cách tiếp cận này mang lại dữ liệu mẫu có ý nghĩa thống kê trong khi vẫn quản lý được chu trình kiểm tra, từ đó giảm thiểu tác động lên lịch trình sản xuất tiêu chuẩn.
4.2 Giảm thiểu các biến
Trong suốt quá trình thử nghiệm, dụng cụ và máy công cụ không thay đổi và tuổi thọ lý thuyết của dụng cụ được đặt ở mức 150 bộ phận. Để đảm bảo các điều kiện thử nghiệm nhất quán và khả năng so sánh kết quả, một công cụ mới đã được cài đặt ngay từ đầu và không có điều chỉnh công cụ nào được thực hiện trong hai lần chạy thử nghiệm đầu tiên; điều này đã loại bỏ một cách hiệu quả các biến liên quan đến công cụ-và đảm bảo độ tin cậy của nguồn dữ liệu.
4.3 Yêu cầu kiểm tra
Trục bánh xe C008 là một bộ phận quay. Trong quá trình gia công, hướng của bộ phận phải tuân thủ các thông số kỹ thuật thử nghiệm. Hơn nữa, trình tự khoan và kiểm tra CMM vẫn nhất quán trong suốt quá trình thử nghiệm để đảm bảo độ chính xác của dữ liệu, từ đó cung cấp nền tảng đáng tin cậy cho việc phân tích lỗi tiếp theo và tính toán bù chương trình.
4.4 Kiểm soát quá trình gia công
Để duy trì sự kiểm soát chặt chẽ đối với toàn bộ quá trình thử nghiệm, ban quản lý xưởng đã đào tạo người vận hành máy và người kiểm tra chất lượng theo các quy trình thử nghiệm, đảm bảo hiểu biết đầy đủ về kế hoạch và quy trình thử nghiệm. Sau lần kiểm tra CMM đầu tiên trong ngày, quá trình gia công và kiểm tra được tiến hành theo các yêu cầu đã chỉ định. Nhân viên chuyên trách đã giám sát và xác minh toàn bộ quá trình-từ phần đầu tiên đến phần cuối cùng-để đảm bảo tính xác thực và hợp lệ của dữ liệu. Bộ phận trục bánh xe C008 có tổng cộng 12 lỗ; kết quả kiểm tra dung sai vị trí của CMM (Máy đo tọa độ) [3] cho Lỗ 1 được trình bày trong Bảng 1. Bảng này cho thấy các sai số kích thước liên quan đến vị trí lý thuyết của lỗ thực tế về bán kính cực và góc cực [1]. Dựa trên các giá trị này, chương trình gia công có thể được điều chỉnh ngược lại{12}}cụ thể bằng cách sửa đổi bán kính cực và tọa độ góc cực trong chương trình khoan và thiết lập các giá trị bù của chương trình-để xác minh tính khả thi của việc cải thiện độ chính xác định vị khoan thông qua phương pháp này.
Bảng 1: Kết quả kiểm tra dung sai vị trí CMM cho Lỗ 1
[Hình ảnh]
[Hình ảnh]
05 Thử nghiệm gia công
Vì quá trình kiểm tra CMM tốn-thời gian nên số lượng mẫu quá nhiều sẽ gây tắc nghẽn trên dây chuyền kiểm tra, trong khi quá ít mẫu sẽ không thể xác minh độ ổn định gia công; do đó, thử nghiệm được tiến hành bằng cách sử dụng lô gồm ba phần. Thử nghiệm bao gồm bốn lô, mỗi lô có ba phần, với lô đầu tiên đại diện cho lần chạy gia công ban đầu. Sau khi điều chỉnh chương trình dựa trên kết quả của đợt đầu tiên, đợt thứ hai được kiểm tra. Nếu kết quả kiểm tra của lô thứ hai cho thấy sự cải thiện đáng kể về dung sai vị trí thì lô thứ ba và thứ tư sẽ được xác minh sau khi thay dao (được thực hiện hai ngày một lần) để đánh giá độ ổn định của dung sai vị trí sau khi thay dao.
5.1 Lựa chọn sản phẩm
Sản phẩm C008 đã được chọn và bộ gá dụng cụ được chuyển sang thiết lập mâm cặp khí nén, cải thiện độ chính xác định tâm lên 0,001 mm. Yêu cầu về dung sai vị trí của sản phẩm là 0,20 mm-một tiêu chuẩn có thể đạt được bằng tất cả các máy công cụ của công ty. Trên cơ sở này, tính khả thi của việc ổn định dung sai vị trí xuống dưới 0,15 mm bằng cách sử dụng bù chương trình đã được đánh giá.
5.2 Kiểm tra lô đầu tiên
Sau khi kiểm tra ban đầu thành công, người vận hành được hướng dẫn gia công ba bộ phận theo yêu cầu kiểm tra và gửi chúng đến phòng CMM của Phòng Kiểm tra Chất lượng để kiểm tra. Sau khi hoàn thành việc kiểm tra, nhân viên chất lượng đã chuyển báo cáo cho nhóm kiểm tra. Kết quả kiểm tra dung sai vị trí cho lô đầu tiên gồm ba phần (Nos. 1#–3#) được hiển thị trong Hình 2; dung sai vị trí cho các Lỗ 7, 8 và 12 trên một số bộ phận vượt quá 0,15 mm, với giá trị tối đa là 0,16 mm. Hình 3 minh họa sai lệch dung sai vị trí của các lỗ trong lô đầu tiên; khi xảy ra sai lệch đáng kể, khoảng cách và hướng bù của mỗi lỗ so với vị trí lý thuyết của nó là nhất quán. Nhân vật
Hình 2: Kết quả kiểm tra dung sai vị trí cho lô sản phẩm đầu tiên (Nos. 1#–3#)
Nhân vật
Hình 3: Sơ đồ sai lệch dung sai vị trí lỗ cho lô sản phẩm đầu tiên (Nos. 1#–3#)
5.3 Phân tích kết quả đo dung sai vị trí
Bảng 2 trình bày phân tích thống kê kết quả kiểm tra lỗ 7, so sánh giá trị thực tế và giá trị trung bình thu được qua CMM (Máy đo tọa độ) với giá trị được lập trình từ trung tâm gia công [4].
Bảng 2: Phân tích thống kê kết quả kiểm tra hố 7
Nhân vật
5.4 Điều chỉnh các giá trị được lập trình
Như được hiển thị trong Bảng 2, sai số thực tế trung bình trong bán kính cực của Lỗ 7 là 0,062 mm và sai số ở góc cực là -0,004 độ. Tọa độ chương trình gia công cho Lỗ 7 được điều chỉnh theo bán kính cực là 167,562 mm và góc cực là 215,996 độ. Phương pháp phân tích tương tự được áp dụng cho các lỗ còn lại để xác định kiểu lỗi và tối ưu hóa chương trình gia công thông qua bù [5].
5.5 Kết quả đo dung sai vị trí cho mẻ thứ hai
Sau khi nhân viên thử nghiệm điều chỉnh và đổi tên chương trình tối ưu hóa, nó sẽ được nhập vào hệ thống CNC của trung tâm gia công và chương trình mới được sử dụng để gia công. Để ngăn chặn việc loại bỏ hàng loạt do các sự cố tiềm ẩn của chương trình, chương trình ban đầu đã được hoàn nguyên về sau khi chương trình mới vượt qua đợt kiểm tra ban đầu và hai bộ phận bổ sung đã được gia công.
Hình 4 thể hiện kết quả kiểm tra dung sai vị trí cho lô thứ hai gồm ba sản phẩm (Nos. 4#–6#) và Hình 5 thể hiện sơ đồ sai lệch dung sai vị trí lỗ. Giá trị dung sai vị trí tối đa giảm đáng kể từ 0,16 mm ban đầu xuống 0,11 mm-giảm 31,25%. Hiệu ứng tối ưu hóa rất có ý nghĩa này xác nhận đầy đủ tính hiệu quả của chiến lược đền bù chương trình. Nhân vật
Hình 4: Kết quả kiểm tra dung sai vị trí cho lô sản phẩm thứ hai (Nos. 4#–6#)
Nhân vật
Hình 5: Sơ đồ sai lệch dung sai vị trí lỗ cho lô sản phẩm thứ hai (Nos. 4#–6#)
5.6 Kết quả đo dung sai vị trí cho mẻ thứ ba và thứ tư
Để xác minh một cách có hệ thống tính khả thi và tính ổn định của phương pháp bù dựa trên chương trình-này và để đảm bảo chất lượng gia công, người vận hành được yêu cầu thay đổi công cụ theo quy trình thử nghiệm và tiến hành thử nghiệm gia công cho lô thứ ba và thứ tư (Nos. 7#–12#) theo các khoảng thời gian được chỉ định. Kết quả kiểm tra dung sai vị trí được thể hiện trên Hình 6; dung sai vị trí tối đa vẫn luôn ở mức dưới 0,11 mm. Điều này chứng tỏ rằng phương pháp này duy trì những cải tiến đáng tin cậy về độ chính xác dung sai vị trí ngay cả sau khi thay đổi công cụ, cho thấy độ lặp lại tốt và tính thực tế.
Nhân vật
Hình 6: Kết quả kiểm tra dung sai vị trí cho lô thứ ba và thứ tư (Nos. 7#–12#)
Nhân vật
06
Phần kết luận
Bài viết này trình bày một phương pháp cải thiện độ chính xác về dung sai vị trí khoan của các trung tâm gia công dựa trên việc kiểm tra máy đo tọa độ (CMM) và bù dựa trên chương trình-. Thông qua việc gia công và đo lường một cách có hệ thống dữ liệu tọa độ lỗ thực tế-được xác thực qua nhiều lô thử nghiệm-phương pháp này phân tích các sai lệch hệ thống so với các vị trí lý thuyết và hiệu chỉnh các giá trị tọa độ của các lỗ có liên quan trong chương trình CNC, từ đó thực hiện bù tọa độ ngược. Phương pháp này có thể giảm độ lệch dung sai vị trí tối đa của các lỗ ở trục tới 31,25% với kết quả ổn định và đáng tin cậy. Nó nâng cao đáng kể chất lượng gia công của thiết bị hiện có mà không cần nâng cấp máy công cụ hoặc dụng cụ cắt, từ đó duy trì hiệu quả sản xuất cho các sản phẩm tiêu chuẩn đồng thời tránh được chi phí gia tăng liên quan đến việc mua thiết bị mới. Phương pháp này chủ yếu phù hợp để tối ưu hóa dung sai vị trí của các bộ phận quay, mang lại hiệu quả-chi phí tuyệt vời và dễ thực hiện; tuy nhiên, khả năng ứng dụng của nó đối với các bộ phận không đối xứng hoặc có cấu trúc phức tạp cần được nghiên cứu thêm. Phương pháp này có thể áp dụng cho các sản phẩm, quy trình tương tự, giúp nâng cao khả năng cạnh tranh thị trường cho sản phẩm của doanh nghiệp.
