নির্ভুল ক্যালিব্রেশনের মাধ্যমে সিএনসি-টার্নড শ্যাফ্টে টেপার ত্রুটিগুলি কীভাবে দূর করবেন

নির্ভুল ক্যালিব্রেশনের মাধ্যমে সিএনসি-টার্নড শ্যাফ্টে টেপার ত্রুটিগুলি কীভাবে দূর করবেন

লেখক: পিএফটি, শেনজেন

সারাংশ: সিএনসি-টার্নড শ্যাফ্টগুলিতে টেপার ত্রুটিগুলি মাত্রিক নির্ভুলতা এবং উপাদান ফিটকে উল্লেখযোগ্যভাবে ক্ষতিগ্রস্ত করে, যা অ্যাসেম্বলি কর্মক্ষমতা এবং পণ্যের নির্ভরযোগ্যতাকে প্রভাবিত করে। এই গবেষণাটি এই ত্রুটিগুলি দূর করার জন্য একটি পদ্ধতিগত নির্ভুলতা ক্যালিব্রেশন প্রোটোকলের কার্যকারিতা তদন্ত করে। পদ্ধতিটি মেশিন টুল ওয়ার্কস্পেস জুড়ে উচ্চ-রেজোলিউশন ভলিউমেট্রিক ত্রুটি ম্যাপিংয়ের জন্য লেজার ইন্টারফেরোমেট্রি ব্যবহার করে, বিশেষ করে টেপারে অবদানকারী জ্যামিতিক বিচ্যুতিগুলিকে লক্ষ্য করে। ত্রুটি মানচিত্র থেকে প্রাপ্ত ক্ষতিপূরণ ভেক্টরগুলি সিএনসি কন্ট্রোলারের মধ্যে প্রয়োগ করা হয়। 20 মিমি এবং 50 মিমি নামমাত্র ব্যাসের শ্যাফ্টগুলিতে পরীক্ষামূলক বৈধতা 15µm/100mm এর বেশি প্রাথমিক মান থেকে 2µm/100mm এর কম ক্যালিব্রেশন-পরবর্তী টেপার ত্রুটি হ্রাস দেখিয়েছে। ফলাফলগুলি নিশ্চিত করে যে লক্ষ্যযুক্ত জ্যামিতিক ত্রুটি ক্ষতিপূরণ, বিশেষ করে রৈখিক অবস্থান ত্রুটি এবং গাইডওয়েগুলির কৌণিক বিচ্যুতিগুলিকে সম্বোধন করা, টেপার নির্মূলের প্রাথমিক প্রক্রিয়া। প্রোটোকলটি নির্ভুলতা শ্যাফ্ট উত্পাদনে মাইক্রোন-স্তরের নির্ভুলতা অর্জনের জন্য একটি ব্যবহারিক, ডেটা-চালিত পদ্ধতি প্রদান করে, যার জন্য স্ট্যান্ডার্ড মেট্রোলজি সরঞ্জাম প্রয়োজন। ভবিষ্যতের কাজের জন্য ক্ষতিপূরণের দীর্ঘমেয়াদী স্থিতিশীলতা এবং প্রক্রিয়া-অন্তর্নিহিত পর্যবেক্ষণের সাথে একীকরণ অন্বেষণ করা উচিত।

১ ভূমিকা

সিএনসি-তে পরিণত নলাকার উপাদানগুলিতে ঘূর্ণনের অক্ষ বরাবর অনিচ্ছাকৃত ব্যাসার্ধের পরিবর্তন হিসাবে সংজ্ঞায়িত টেপার বিচ্যুতি, নির্ভুলতা উৎপাদনে একটি অবিরাম চ্যালেঞ্জ হিসাবে রয়ে গেছে। এই ধরনের ত্রুটিগুলি সরাসরি বিয়ারিং ফিট, সিল অখণ্ডতা এবং অ্যাসেম্বলি গতিবিদ্যার মতো গুরুত্বপূর্ণ কার্যকরী দিকগুলিকে প্রভাবিত করে, যা সম্ভাব্যভাবে অকাল ব্যর্থতা বা কর্মক্ষমতা অবনতির দিকে পরিচালিত করে (স্মিথ এবং জোন্স, 2023)। যদিও টুল ওয়্যার, থার্মাল ড্রিফ্ট এবং ওয়ার্কপিস ডিফ্লেকশনের মতো কারণগুলি ফর্ম ত্রুটিতে অবদান রাখে, সিএনসি লেথের মধ্যেই অপূরণীয় জ্যামিতিক ভুল - বিশেষ করে রৈখিক অবস্থান এবং অক্ষের কৌণিক সারিবদ্ধকরণে বিচ্যুতি - পদ্ধতিগত টেপারের প্রাথমিক মূল কারণ হিসাবে চিহ্নিত করা হয় (চেন এট আল।, 2021; মুলার এবং ব্রাউন, 2024)। ঐতিহ্যবাহী ট্রায়াল-এন্ড-এরর ক্ষতিপূরণ পদ্ধতিগুলি প্রায়শই সময়সাপেক্ষ এবং সমগ্র কার্যক্ষম ভলিউম জুড়ে শক্তিশালী ত্রুটি সংশোধনের জন্য প্রয়োজনীয় ব্যাপক ডেটার অভাব রয়েছে। এই গবেষণাটি সিএনসি-তে পরিণত শ্যাফ্টগুলিতে টেপার গঠনের জন্য সরাসরি দায়ী জ্যামিতিক ত্রুটিগুলির পরিমাণ এবং ক্ষতিপূরণ দেওয়ার জন্য লেজার ইন্টারফেরোমেট্রি ব্যবহার করে একটি কাঠামোগত নির্ভুলতা ক্রমাঙ্কন পদ্ধতি উপস্থাপন করে এবং যাচাই করে।

২ গবেষণা পদ্ধতি

২.১ ক্যালিব্রেশন প্রোটোকল ডিজাইন

মূল নকশায় একটি ক্রমিক, আয়তনগত ত্রুটি ম্যাপিং এবং ক্ষতিপূরণ পদ্ধতি অন্তর্ভুক্ত। প্রাথমিক অনুমানটি অনুযায়ী, সিএনসি লেদ-এর রৈখিক অক্ষের (X এবং Z) সুনির্দিষ্টভাবে পরিমাপিত এবং ক্ষতিপূরণপ্রাপ্ত জ্যামিতিক ত্রুটিগুলি উৎপাদিত শ্যাফ্টগুলিতে পরিমাপযোগ্য টেপার নির্মূলের সাথে সরাসরি সম্পর্কযুক্ত হবে।

২.২ তথ্য সংগ্রহ এবং পরীক্ষামূলক সেটআপ

• মেশিন টুল: একটি ৩-অক্ষের CNC টার্নিং সেন্টার (তৈরি: Okuma GENOS L3000e, কন্ট্রোলার: OSP-P300) পরীক্ষার প্ল্যাটফর্ম হিসেবে কাজ করেছিল।

• পরিমাপ যন্ত্র: লেজার ইন্টারফেরোমিটার (XD লিনিয়ার অপটিক্স এবং RX10 রোটারি অক্ষ ক্যালিব্রেটর সহ রেনিশা XL-80 লেজার হেড) NIST মান অনুসারে ট্রেসযোগ্য পরিমাপের ডেটা সরবরাহ করেছে। ISO 230-2:2014 পদ্ধতি অনুসরণ করে X এবং Z উভয় অক্ষের জন্য রৈখিক অবস্থানগত নির্ভুলতা, সরলতা (দুটি সমতলে), পিচ এবং ইয়াও ত্রুটিগুলি সম্পূর্ণ ভ্রমণের (X: 300mm, Z: 600mm) 100mm ব্যবধানে পরিমাপ করা হয়েছিল।

• ওয়ার্কপিস এবং মেশিনিং: টেস্ট শ্যাফ্টগুলি (উপাদান: AISI 1045 ইস্পাত, মাত্রা: Ø20x150 মিমি, Ø50x300 মিমি) ধারাবাহিক অবস্থার অধীনে মেশিন করা হয়েছিল (কাটিং গতি: 200 মি/মিনিট, ফিড: 0.15 মিমি/রেভ, কাটার গভীরতা: 0.5 মিমি, টুল: CVD-কোটেড কার্বাইড ইনসার্ট DNMG 150608) ক্যালিব্রেশনের আগে এবং পরে উভয় ক্ষেত্রেই। কুল্যান্ট প্রয়োগ করা হয়েছিল।

• টেপার পরিমাপ: উচ্চ-নির্ভুল স্থানাঙ্ক পরিমাপ যন্ত্র (CMM, Zeiss CONTURA G2, সর্বোচ্চ অনুমোদিত ত্রুটি: (1.8 + L/350) µm) ব্যবহার করে দৈর্ঘ্য বরাবর 10 মিমি ব্যবধানে মেশিনিং-পরবর্তী শ্যাফ্ট ব্যাস পরিমাপ করা হয়েছিল। টেপার ত্রুটি ব্যাস বনাম অবস্থানের রৈখিক রিগ্রেশনের ঢাল হিসাবে গণনা করা হয়েছিল।

২.৩ ত্রুটি ক্ষতিপূরণ বাস্তবায়ন

লেজার পরিমাপ থেকে প্রাপ্ত ভলিউমেট্রিক ত্রুটির তথ্য রেনিশের COMP সফ্টওয়্যার ব্যবহার করে প্রক্রিয়াজাত করা হয়েছিল অক্ষ-নির্দিষ্ট ক্ষতিপূরণ টেবিল তৈরি করতে। রৈখিক স্থানচ্যুতি, কৌণিক ত্রুটি এবং সরলতা বিচ্যুতির জন্য অবস্থান-নির্ভর সংশোধন মান ধারণকারী এই টেবিলগুলি সরাসরি CNC কন্ট্রোলারের (OSP-P300) মধ্যে মেশিন টুলের জ্যামিতিক ত্রুটি ক্ষতিপূরণ প্যারামিটারে আপলোড করা হয়েছিল। চিত্র 1 পরিমাপ করা প্রাথমিক জ্যামিতিক ত্রুটি উপাদানগুলিকে চিত্রিত করে।

৩ ফলাফল এবং বিশ্লেষণ

৩.১ প্রাক-ক্যালিব্রেশন ত্রুটি ম্যাপিং

লেজার পরিমাপের মাধ্যমে সম্ভাব্য টেপারে অবদান রাখার জন্য উল্লেখযোগ্য জ্যামিতিক বিচ্যুতি প্রকাশ পেয়েছে:

• Z-অক্ষ: Z=300mm এ +28µm অবস্থানগত ত্রুটি, 600mm ভ্রমণে -12 arcsec এর পিচ ত্রুটি জমা।

• X-অক্ষ: 300 মিমি ভ্রমণের উপর +8 আর্কসেক এর ইয়াও ত্রুটি।
  এই বিচ্যুতিগুলি Ø50x300mm শ্যাফ্টে পরিমাপ করা পূর্ব-ক্যালিব্রেশন টেপার ত্রুটিগুলির সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ, যা সারণি 1-এ দেখানো হয়েছে। প্রভাবশালী ত্রুটির ধরণটি টেলস্টকের প্রান্তের দিকে ব্যাসের ধারাবাহিক বৃদ্ধি নির্দেশ করে।

সারণী ১: টেপার ত্রুটি পরিমাপের ফলাফল

৩.২ ক্রমাঙ্কন-পরবর্তী কর্মক্ষমতা

প্রাপ্ত ক্ষতিপূরণ ভেক্টর বাস্তবায়নের ফলে উভয় পরীক্ষামূলক শ্যাফটের জন্য পরিমাপিত টেপার ত্রুটি নাটকীয়ভাবে হ্রাস পেয়েছে (সারণী 1)। Ø50x300mm শ্যাফট +16.8µm/100mm থেকে +1.7µm/100mm হ্রাস দেখিয়েছে, যা 89.9% উন্নতির প্রতিনিধিত্ব করে। একইভাবে, Ø20x150mm শ্যাফট +14.3µm/100mm থেকে +1.1µm/100mm (92.3% উন্নতি) হ্রাস দেখিয়েছে। চিত্র 2 গ্রাফিক্যালি Ø50mm শ্যাফটের ব্যাসরেখা প্রোফাইলগুলিকে ক্রমাঙ্কনের আগে এবং পরে তুলনা করে, যা স্পষ্টভাবে পদ্ধতিগত টেপার প্রবণতার নির্মূল প্রদর্শন করে। উন্নতির এই স্তরটি ম্যানুয়াল ক্ষতিপূরণ পদ্ধতির জন্য রিপোর্ট করা সাধারণ ফলাফলকে ছাড়িয়ে গেছে (যেমন, ঝাং এবং ওয়াং, 2022 ~70% হ্রাস রিপোর্ট করেছে) এবং ব্যাপক ভলিউমেট্রিক ত্রুটি ক্ষতিপূরণের কার্যকারিতা তুলে ধরে।

৪ আলোচনা

৪.১ ফলাফলের ব্যাখ্যা

টেপার ত্রুটির উল্লেখযোগ্য হ্রাস সরাসরি অনুমানটিকে বৈধতা দেয়। প্রাথমিক প্রক্রিয়া হল Z-অক্ষের অবস্থানগত ত্রুটি এবং পিচ বিচ্যুতির সংশোধন, যার ফলে টুল পাথটি Z বরাবর গাড়ি চলাচলের সময় স্পিন্ডল অক্ষের সাপেক্ষে আদর্শ সমান্তরাল ট্র্যাজেক্টোরি থেকে বিচ্যুত হয়েছিল। ক্ষতিপূরণ কার্যকরভাবে এই বিচ্যুতিকে বাতিল করে দিয়েছে। অবশিষ্ট ত্রুটি (<2µm/100mm) সম্ভবত জ্যামিতিক ক্ষতিপূরণের জন্য কম উপযুক্ত উৎস থেকে উদ্ভূত, যেমন মেশিনিংয়ের সময় ক্ষুদ্র তাপীয় প্রভাব, কাটিয়া বলের অধীনে টুলের বিচ্যুতি, বা পরিমাপ অনিশ্চয়তা।

৪.২ সীমাবদ্ধতা

এই গবেষণাটি নিয়ন্ত্রিত, প্রায়-তাপীয় ভারসাম্যের অধীনে জ্যামিতিক ত্রুটি ক্ষতিপূরণের উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে যা একটি উৎপাদন উষ্ণায়ন চক্রের সাধারণ বৈশিষ্ট্য। এটি বর্ধিত উৎপাদন রান বা উল্লেখযোগ্য পরিবেষ্টিত তাপমাত্রার ওঠানামার সময় ঘটে যাওয়া তাপীয়ভাবে সৃষ্ট ত্রুটিগুলির জন্য স্পষ্টভাবে মডেল বা ক্ষতিপূরণ দেয়নি। তদুপরি, গাইডওয়ে/বলস্ক্রুতে গুরুতর ক্ষয় বা ক্ষতিগ্রস্থ মেশিনগুলির উপর প্রোটোকলের কার্যকারিতা মূল্যায়ন করা হয়নি। ক্ষতিপূরণ বাতিল করার উপর খুব উচ্চ কাটিয়া বাহিনীর প্রভাবও বর্তমান সুযোগের বাইরে ছিল।

৪.৩ ব্যবহারিক প্রভাব

প্রদর্শিত প্রোটোকলটি নির্মাতাদের উচ্চ-নির্ভুলতা নলাকার বাঁক অর্জনের জন্য একটি শক্তিশালী, পুনরাবৃত্তিযোগ্য পদ্ধতি প্রদান করে, যা মহাকাশ, চিকিৎসা ডিভাইস এবং উচ্চ-কার্যক্ষমতা সম্পন্ন স্বয়ংচালিত উপাদানগুলিতে প্রয়োগের জন্য অপরিহার্য। এটি টেপার অ-সঙ্গতির সাথে সম্পর্কিত স্ক্র্যাপের হার হ্রাস করে এবং ম্যানুয়াল ক্ষতিপূরণের জন্য অপারেটর দক্ষতার উপর নির্ভরতা হ্রাস করে। লেজার ইন্টারফেরোমেট্রির প্রয়োজনীয়তা একটি বিনিয়োগের প্রতিনিধিত্ব করে তবে মাইক্রোন-স্তরের সহনশীলতার দাবিদার সুবিধাগুলির জন্য এটি ন্যায্য।

৫ উপসংহার

এই গবেষণায় প্রমাণিত হয়েছে যে, ভলিউমেট্রিক জ্যামিতিক ত্রুটি ম্যাপিং এবং পরবর্তী CNC কন্ট্রোলার ক্ষতিপূরণের জন্য লেজার ইন্টারফেরোমেট্রি ব্যবহার করে পদ্ধতিগত নির্ভুলতা ক্রমাঙ্কন, CNC-টার্নড শ্যাফ্টগুলিতে টেপার ত্রুটি দূর করার জন্য অত্যন্ত কার্যকর। পরীক্ষামূলক ফলাফলে 89% এর বেশি হ্রাস দেখানো হয়েছে, 2µm/100mm এর নিচে অবশিষ্ট টেপার অর্জন করা হয়েছে। মূল প্রক্রিয়া হল মেশিন টুলের অক্ষগুলিতে রৈখিক অবস্থানগত ত্রুটি এবং কৌণিক বিচ্যুতির (পিচ, ইয়াও) সঠিক ক্ষতিপূরণ। মূল সিদ্ধান্তগুলি হল:

1. টেপার সৃষ্টিকারী নির্দিষ্ট বিচ্যুতি সনাক্ত করার জন্য ব্যাপক জ্যামিতিক ত্রুটি ম্যাপিং অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।

2. সিএনসি কন্ট্রোলারের মধ্যে এই বিচ্যুতিগুলির সরাসরি ক্ষতিপূরণ একটি অত্যন্ত কার্যকর সমাধান প্রদান করে।

3. এই প্রোটোকল স্ট্যান্ডার্ড মেট্রোলজি টুল ব্যবহার করে মাত্রিক নির্ভুলতার ক্ষেত্রে উল্লেখযোগ্য উন্নতি সাধন করে।