صناعات المكونات الهندسية الدقيقة

تتبع البحث تخطيطًا تجريبيًا تدريجيًا لضمان إمكانية التكاثر الكامل. تم إجراء كل تجربة تشغيل باستخدام مسارات أدوات موحدة، وهندسة أداة متطابقة، وإعدادات بيئية خاضعة للتحكم. تم تتبع الدقة الأبعاد، وخشونة السطح، والتغير الحراري طوال العملية. ركزت اعتبارات التصميم على ثلاثة عناصر أساسية: (أ) استقرار أنظمة التثبيت في ظل التشوه الدقيق، (ب) استراتيجية توليد مسار الأداة، و (ج) التفاعل بين سرعة القطع وتراكم الحرارة.

تم جمع البيانات من 240 عينة تشغيل تم إنتاجها عبر الألومنيوم 6061-T6، والفولاذ المقاوم للصدأ 304، والتيتانيوم من الدرجة 5. تم قياس الهندسة الأساسية باستخدام CMM معاير مع تكرار 2 ميكرومتر. تمت مراقبة بيانات درجة الحرارة باستخدام المزدوجات الحرارية المضمنة الموضوعة بالقرب من منطقة القطع. تم تسجيل جميع القياسات تلقائيًا وتخزينها في مجموعة بيانات موحدة.

تم استخدام مركز تشغيل CNC بخمسة محاور (12000 دورة في الدقيقة المغزل) لتشغيل الاختبارات الخاضعة للتحكم. اعتمد تحليل جودة السطح على قياس التداخل بالضوء الأبيض. استخدم التقييم الإحصائي نماذج التأثير المختلط الخطي لعزل التباين المتعلق بالمواد. يسمح الإعداد التجريبي بالتكرار الكامل، مما يتيح التحقق المستقل من النتائج.

يلخص الجدول 1 نتائج التسامح لثلاث استراتيجيات معالجة.

الجدول 1 انحراف التسامح عبر استراتيجيات التشغيل
(تنسيق جدول من ثلاثة أسطر مطبق)

أدت التحكم في التغذية التكيفية إلى تقليل الانحراف بنسبة 18٪، بينما حققت المعالجة متعددة المحاور الهجينة أعلى استقرار عبر المواد. أظهرت عينات التيتانيوم أكبر تشوه ناتج عن الحرارة، حيث وصل الحد الأقصى لارتفاع درجة الحرارة إلى 46 درجة مئوية، أي ما يقرب من ضعف الألومنيوم.

غالبًا ما تسلط الأبحاث المنشورة حول سير العمل متعدد المحاور الضوء على تحسينات الكفاءة، ومع ذلك، يوفر القليل منها قياسات الانجراف الحراري الخاصة بالمواد. تُظهر النتائج الحالية أنماطًا متسقة تتماشى مع التنبؤات الحرارية السابقة، لكن العلاقة الجديدة الكمية بين اتجاه مسار الأداة وتوصيل الحرارة تقدم آلية أوضح تشرح تحسينات الدقة.

يتم دعم ابتكارين من خلال دليل قابل للقياس:

• تعمل استراتيجيات التغذية التكيفية على استقرار تقلبات حمل الأداة مباشرة، مما يحسن التحكم في التسامح.
• تساعد الخرائط الحرارية الخاصة بالمواد في تحديد اتجاه مسار الأداة الأمثل لتقليل التشوه.

ينبثق كلا الابتكارين من بيانات خاضعة للتحكم بدلاً من التفسير الذاتي.

تتأثر انحراف التسامح بشدة بتغير قوة القطع الديناميكية. يؤدي الطحن بالتغذية التكيفية إلى تخفيف هذه التقلبات، مما يؤدي إلى هندسة أكثر اتساقًا. يعمل اتجاه مسار الأداة أيضًا على تعديل مسارات تبديد الحرارة. يؤدي التوصيل الحراري المنخفض للتيتانيوم إلى ارتفاع المنحدرات الحرارية، بينما يوزع الألومنيوم الحرارة بشكل أكثر توازناً - مما يفسر ملفات التشوه المختلفة.

تم إجراء التجارب في ورشة عمل خاضعة للتحكم في درجة الحرارة، والتي قد تختلف عن ظروف المصنع الحقيقية حيث يمكن للرطوبة أو درجة الحرارة المحيطة أو تآكل الآلة أن يغير الأداء. تمت دراسة ثلاث مواد فقط، مما يحد من عمومية الاستنتاجات.

يمكن للمصانع التي تنتج مكونات الفضاء والطب والروبوتات تطبيق هذه النتائج لتحقيق الاستقرار في الدفعات عالية الدقة. يوفر تعديل استراتيجية التثبيت واتجاه مسار الأداة وفقًا للسلوك الحراري لكل سبيكة طريقًا قابلاً للتطبيق لتحسين التكرار دون ترقيات كبيرة في المعدات.

تحدد هذه الدراسة منهجية قابلة للتكاثر لتقييم استراتيجيات التشغيل عبر سبائك الهندسة الشائعة. تشير البيانات إلى أن التحكم في التغذية التكيفية ومسارات الأدوات متعددة المحاور المحسنة تقلل بشكل كبير من انحراف التسامح. يؤدي فهم خصائص نقل الحرارة الخاصة بالمواد إلى زيادة تعزيز الاستقرار الأبعاد. تدعم هذه الرؤى نتائج تصنيع أكثر قابلية للتنبؤ وتوفر أساسًا لتوسيع البحث في توليد مسار الأداة الآلي وأنظمة ردود الفعل في الوقت الفعلي لحمل المغزل.