שיטה לשיפור דיוק המיקום של חורים שנקדחו על בסיס תוצאות מכונת מדידת קואורדינטות (CMM) מוצעת ומאומתת. באמצעות ניתוח נתונים ואימות מעשי, תהליך קידוח הרכז מותאם לשיפור דיוק המיקום. על ידי יישור כיוון הרכזת במהלך בדיקת CMM עם הכיוון והרצף המשמשים בתוכנית הקידוח של מרכז העיבוד, דפוס החלוקה של מיקומי החורים מנותח סטטיסטית על פני מדידות מרובות כדי לחשב את היסט הקואורדינטות בין נקודת המרכז הקודחת בפועל לנקודת המרכז התיאורטית. אימות ניסוי על פני מספר אצוות מוכיח ששיטה זו יכולה להפחית את סטיית המיקום של חור הרכזת בעד 31.25%, ומציעה פתרון חסכוני-לשיפור הדיוק המיקום של מרכזי עיבוד שבבי קיימים ללא צורך בשדרוגי ציוד.
תְמוּנָה
01
מָבוֹא
עם התפתחות תעשיית הסרנים, חלק מהיצרנים הטילו דרישות מחמירות יותר ויותר לדיוק מיקום חור הרכזת [1]. בייצור בפועל, הזדקנות הציוד מקשה לעתים קרובות להבטיח שכל כלי המכונות עומדים במפרטי דיוק המיקום המוגדרים בשרטוטים ההנדסיים. הסתמכות על מרכזי עיבוד ספציפיים-בדיוק גבוה לייצור עלולה לפגוע ביעילות ולהגדיל עלויות. לעומת זאת, רכישת כלי מכונות חדשים או שיפוץ מכונות קיימות מעלה עלויות; יתרה מכך, מכיוון שרוב המוצרים האחרים אינם דורשים דיוק מיקום כה גבוה, השקעות אלו עלולות להוביל להוצאות בזבזניות בעת ייצור קווי מוצרים אחרים. כדי להתמודד עם זה, מאמר זה מציע ומאמת שיטת פיצוי תוכנית המבוססת על משוב מדידה. על ידי שימוש ב-CMM למדידת סטיות שיטתיות של מיקום חורים-ולאחר מכן חישוב והחלת פיצוי הפוך בתוך התוכנית של מרכז העיבוד-ניתן לשפר משמעותית את דיוק המיקום של חור הרכזת ולהגדיל את קצב תפוקת המוצר, ובכך לענות על הצרכים המגוונים של לקוחות שונים.
תְמוּנָה
02
תיאור מקרה של עיבוד שבבי
איור 1 ממחיש את רכיב הרכזת C008 המיוצר על ידי חברה מסוימת, הדורש דיוק מיקום של 0.20 מ"מ. בעוד שהציוד הקיים של החברה יכול להשיג באופן עקבי דיוק מיקום מתחת ל-0.20 מ"מ-ובכך לעמוד בדרישות עבור מוצר ספציפי זה-לקוחות אחרים דורשים דיוק מיקום של 0.15 מ"מ עבור מוצרים דומים. כרגע ניתן לעמוד בדרישות דיוק- גבוהות שכאלה רק על ידי מספר מוגבל של כלי מכונות שנרכשו לאחרונה. עם זאת, כושר הייצור של מכונות אלה רווי בעיקרו, מה שמקשה להבטיח אספקה בזמן של הזמנות לקוחות, בעוד שעלויות העבודה הקשורות להפעלתן גבוהות יותר. כדי לשפר את כושר הייצור הכולל של החברה ותחרותיות המוצר, קיים צורך דחוף לנצל את פוטנציאל הדיוק של הציוד הקיים באמצעות אופטימיזציה של תהליך, ובכך לעמוד בדרישות הלקוח המחמירות תוך שליטה בעלויות העיבוד.
[תְמוּנָה]
איור 1: רכיב רכזת גלגל C008
מאמר זה מציג ניסוי תהליך מקיף שמטרתו לשפר את דיוק המיקום של קידוח חורים של רכזת גלגלים. המחקר עוקב אחר ארבעה שלבים מרכזיים-עיבוד שבבי, מדידה, תיקון נתונים ואימות יעילות-כדי להשיג את המטרה של מתן מענה לצרכי הלקוח תוך הפחתת עלויות העיבוד.
[תְמוּנָה]
03
זיהוי גורמים המשפיעים על דיוק העיבוד
הגורמים העיקריים המשפיעים על דיוק המיקום של רכזת הגלגל C008 כוללים כלי עבודה, כלי חיתוך וציוד העיבוד עצמו.
1) כלי עבודה משמש ליישור מרכז רכזת הגלגל עם מוצא חלק העבודה של מרכז העיבוד. ההתקנה המקורית השתמשה במדרל; עם זאת, המרווח המקסימלי התיאורטי בין הציר לרכזת הגלגל היה 0.05 מ"מ, מה שהשפיע באופן משמעותי על דיוק המיקום. כדי לבטל את שגיאת המיקום הזו, תוכנן מתקן צ'אק פנאומטי חדשני שיחליף את הציר. הצ'אק הפנאומטי הנבחר מציע דיוק מרכוז של 0.001 מ"מ, מה שהופך את השפעתו על דיוק המיקום לזניחה.
2) ככל שהחברה מייצרת סטנדרטיזציה של המודלים והמותגים של כלי חיתוך המשמשים על פני השטח, ובהתחשב בכך שכלי חיתוך-שהם רכיבים מתוקננים-תורמים מינימלית לסטייה שיטתית, מותג הכלי נשאר ללא שינוי לאורך כל הניסוי כדי להבטיח עקביות במשתני ניסוי.
3) מרכזי העיבוד משתנים לפי מותג וגיל בהתאם למועד רכישתם. עם כלי עבודה וחיתוך קבועים, כלי המכונה עצמו מייצג את המשתנה המשמעותי ביותר המשפיע על דיוק העיבוד-משתנה שלא ניתן לשנות במהלך חיי השירות של המכונה. לאחר שליטת או ביטול המשתנים הקשורים בכלי כלי עבודה וחיתוך, המחקר מתמקד בטיפול בסטיית המיקום השיטתית הטבועה בכלי המכונה. ביצוע הניסוי בתנאי תחזוקה סטנדרטיים מאפשר אימות יעיל יותר של היתכנות השיטה המוצעת.
[תְמוּנָה]
04
שיטה נסיונית
כדי להבטיח את העקביות וההשוואה של נתוני המדידה, רכזת הגלגל C008 נשמרה בכיוון זהה והייתה נתונה לאותו רצף בדיקה הן במהלך תהליך הקידוח במרכז העיבוד והן בבדיקת מכונת מדידת הקואורדינטות (CMM) שלאחר מכן. הצוות נדרש להקפיד על זוויות המיקום, רצפי הקידוח וצווי הבדיקה שצוינו. זה מבטיח שניתן לנתח במדויק את תוצאות המדידה ומבטל שגיאות מדידה הנגרמות בגלל זוויות מיקום שגויות.
4.1 שיטת בדיקה
בדיקת CMM (מכונת מדידת קואורדינטות) גוזלת זמן-; דגימה מוגזמת יוצרת צווארי בקבוק בקו הבדיקה, ומפריעה ליעילות של בדיקות מוצר שגרתיות [2], בעוד שדגימה לא מספקת לא מצליחה ללכוד את היציבות והתנודות של הנתונים במהלך תהליך העיבוד. כדי לאזן בין יעילות הבדיקה לבין מהימנות הנתונים, הבדיקה השתמשה בריצות עיבוד קטנות-של שלושה חלקים כל אחת. גישה זו הניבה נתוני מדגם מובהקים סטטיסטית תוך שמירה על מחזור הבדיקה ניתן לניהול, ובכך מזער את ההשפעה על לוחות זמנים של ייצור סטנדרטיים.
4.2 מזעור משתנים
לאורך כל הבדיקה, כלי העבודה והמכונה נותרו ללא שינוי, ואורך חיי הכלי התיאורטי נקבע על 150 חלקים. כדי להבטיח תנאי בדיקה עקביים והשוואה של תוצאות, הותקן כלי חדש בתחילת הדרך, ולא בוצעו התאמות של כלים במהלך שתי ריצות הבדיקה הראשונות; זה ביטל למעשה את המשתנים הקשורים לכלי- והבטיח את המהימנות של מקור הנתונים.
4.3 דרישות בדיקה
רכזת הגלגל C008 היא רכיב סיבובי. במהלך העיבוד, כיוון החלק היה צריך לעמוד במפרטי הבדיקה. יתר על כן, רצפי הקידוח ובדיקת ה-CMM נשארו עקביים לאורך הבדיקה כדי להבטיח דיוק נתונים, ובכך לספק בסיס אמין לניתוח שגיאות עוקבות ולחישובי פיצוי תוכנית.
4.4 בקרת תהליך עיבוד שבבי
כדי לשמור על בקרה קפדנית על כל תהליך הבדיקה, הנהלת הסדנה הכשירה את מפעילי המכונות ומפקחי האיכות על פי פרוטוקולי הבדיקה, מה שמבטיח הבנה מלאה של תוכנית הבדיקה וזרימת העבודה. לאחר בדיקת ה-CMM הראשונית של היום, התנהלו העיבוד והבדיקה לפי הדרישות שצוינו. צוות ייעודי פיקח ואימת את כל התהליך-מהחלק הראשון ועד האחרון-כדי להבטיח את האותנטיות והתקפות של הנתונים. רכיב רכזת הגלגל C008 כולל סך של 12 חורים; התוצאות של בדיקת סובלנות המיקום של CMM (מכונת מדידת קואורדינטות) [3] עבור חור 1 מוצגות בטבלה 1. טבלה זו חושפת את השגיאות הממדיות לגבי המיקום התיאורטי של החור בפועל במונחים של רדיוס קוטבי וזווית קוטבית [1]. בהתבסס על ערכים אלה, ניתן להתאים את תוכנית העיבוד לאחור-במיוחד על ידי שינוי הרדיוס הקוטבי והקואורדינטות של הזווית הקוטבית בתוכנית הקידוח והגדרת ערכי פיצוי תוכנית-כדי לאמת את היתכנות של שיפור דיוק מיקום הקידוח באמצעות שיטה זו.
טבלה 1: תוצאות בדיקת סובלנות מיקום CMM עבור חור 1
[תְמוּנָה]
[תְמוּנָה]
05 ניסויי עיבוד שבבי
מכיוון שבדיקת CMM גוזלת זמן-, מספר מוגזם של דגימות יגרום לצווארי בקבוק בקו הבדיקה, בעוד שמעט מדי דגימות לא יצליחו לאמת את יציבות העיבוד; לכן, הבדיקה נערכה באמצעות קבוצות של שלושה חלקים. הניסוי כלל ארבע קבוצות של שלושה חלקים כל אחת, כאשר האצווה הראשונה מייצגת את ריצת העיבוד הראשונית. לאחר התאמת התוכנית על סמך תוצאות המנה הראשונה, נבדקה המנה השנייה. אם תוצאות הבדיקה של האצווה השנייה הראו שיפור משמעותי בסובלנות המיקום, האצווה השלישית והרביעית יאומתו לאחר החלפת כלי (שבוצע כל יומיים) כדי להעריך את יציבות הסיבולת המיקוםית לאחר החלפת הכלי.
5.1 בחירת מוצר
המוצר C008 נבחר, ומתקן הכלים הועבר למערך צ'אק פנאומטי, ושיפור דיוק הריכוז ל-0.001 מ"מ. דרישת הסובלנות המיקוםית של המוצר היא 0.20 מ"מ- תקן שניתן להשיג על ידי כל המכונות של החברה. על בסיס זה, הוערכה ההיתכנות של ייצוב סבילות המיקום לפחות מ-0.15 מ"מ באמצעות פיצוי תוכנית.
5.2 בדיקת אצווה ראשונה
לאחר הבדיקה הראשונית המוצלחת, הונחה המפעיל לבצע עיבוד של שלושה חלקים בהתאם לדרישות הבדיקה ולהגישם לחדר CMM של מחלקת ביקורת האיכות לבדיקה. עם סיום הבדיקה, אנשי איכות העבירו את הדוחות לצוות הבדיקה. תוצאות בדיקת סבילות המיקום עבור האצווה הראשונה של שלושה חלקים (מס'. 1#-3#) מוצגות באיור 2; סובלנות המיקום של חורים 7, 8 ו-12 בחלקים מסוימים עלתה על 0.15 מ"מ, עם ערך מרבי של 0.16 מ"מ. איור 3 ממחיש את סטיות הסובלנות המיקום עבור החורים באצווה הראשונה; כאשר התרחשו סטיות משמעותיות, המרחק והכיוון של כל חור ביחס למיקום התיאורטי שלו היו עקביים. דְמוּת
איור 2: תוצאות בדיקת סובלנות מיקום עבור אצווה המוצרים הראשונה (מס'. 1#-3#)
דְמוּת
איור 3: עלילות סטיית סובלנות מיקום חורים עבור אצווה ראשונה של מוצרים (מס'. 1#-3#)
5.3 ניתוח תוצאות מדידת סובלנות מיקום
טבלה 2 מציגה את הניתוח הסטטיסטי של תוצאות הבדיקה עבור חור 7, תוך השוואת הערכים האמיתיים והערכים הממוצעים שהושגו באמצעות CMM (מכונת מדידת קואורדינטות) מול הערכים המתוכנתים ממרכז העיבוד [4].
טבלה 2: ניתוח סטטיסטי של תוצאות הבדיקה עבור חור 7
דְמוּת
5.4 התאמה של ערכים מתוכנתים
כפי שמוצג בטבלה 2, השגיאה בפועל הממוצעת ברדיוס הקוטבי עבור חור 7 היא 0.062 מ"מ, והשגיאה בזווית הקוטבית היא -0.004 מעלות. קואורדינטות תוכנית העיבוד עבור חור 7 הותאמו לרדיוס קוטבי של 167.562 מ"מ וזווית קוטבית של 215.996 מעלות. אותה שיטת ניתוח יושמה על החורים הנותרים כדי לקבוע דפוסי שגיאה ולייעל את תוכנית העיבוד באמצעות פיצוי [5].
5.5 תוצאות מדידת סובלנות מיקום עבור המנה השנייה
לאחר התאמת התוכנית המאופטימלית ושונה על ידי אנשי הבדיקה, היא יובאה למערכת ה-CNC של מרכז העיבוד, והתוכנית החדשה שימשה לעיבוד שבבי. כדי למנוע גריטת אצווה עקב בעיות פוטנציאליות בתוכנית, התוכנית המקורית הוחזרה לאחר שהתוכנית החדשה עברה את הבדיקה הראשונית ושני חלקים נוספים עברו עיבוד.
איור 4 מציג את תוצאות בדיקת סובלנות המיקום עבור האצווה השנייה של שלושה מוצרים (מס'. 4#–6#), ואיור 5 מציג את מסלולי סטיית סובלנות מיקום החורים. ערך סובלנות המיקום המקסימלית ירד משמעותית מ-0.16 מ"מ המקורי ל-0.11 מ"מ-הפחתה של 31.25%. אפקט אופטימיזציה משמעותי מאוד זה מאמת באופן מלא את האפקטיביות של אסטרטגיית התגמול של התוכנית. דְמוּת
איור 4: תוצאות בדיקת סובלנות מיקום עבור אצווה שניה של מוצרים (מס'. 4#–6#)
דְמוּת
איור 5: עלילות סטיית סובלנות מיקום חורים עבור אצווה שנייה של מוצרים (מס'. 4#–6#)
5.6 תוצאות מדידת סובלנות מיקום עבור המנות השלישית והרביעית
כדי לאמת באופן שיטתי את היתכנות ויציבות של שיטת התגמול המבוססת על תוכנית- ולהבטיח את איכות העיבוד, המפעילים נדרשו לשנות כלים בהתאם לפרוטוקול הבדיקה ולערוך ניסויי עיבוד עבור האצווה השלישית והרביעית (מס'. 7#-12#) במרווחי זמן מוגדרים. תוצאות בדיקת סובלנות המיקום מוצגות באיור 6; סובלנות המיקום המקסימלית נשארה בעקביות מתחת ל-0.11 מ"מ. זה מוכיח שהשיטה שומרת על שיפורים אמינים בדיוק בסובלנות המיקום גם לאחר החלפת כלי, ומציגה יכולת חזרה ומעשיות טובה.
דְמוּת
איור 6: תוצאות בדיקת סובלנות מיקום עבור האצווה השלישית והרביעית (מס'. 7#–12#)
דְמוּת
06
מַסְקָנָה
מאמר זה מציג שיטה לשיפור דיוק סובלנות עמדות הקידוח של מרכזי עיבוד שבבי בהתבסס על בדיקת מכונת מדידת קואורדינטות (CMM) ופיצוי מבוסס תוכנית-. באמצעות עיבוד שיטתי ומדידה של נתוני קואורדינטות חורים בפועל-אומתו על פני קבוצות בדיקה מרובות-השיטה מנתחת סטיות שיטתיות ממיקומים תיאורטיים ומתקנת את ערכי הקואורדינטות של חורים רלוונטיים בתוכנית CNC, ובכך מיישמת פיצוי קואורדינטות הפוכה. שיטה זו יכולה להפחית את סטיית סובלנות המיקום המקסימלית של חורי רכזת בעד 31.25% עם תוצאות יציבות ואמינות. זה משפר באופן משמעותי את איכות העיבוד של הציוד הקיים מבלי לדרוש שדרוגים לכלי מכונות או כלי חיתוך, ובכך שומר על יעילות הייצור של מוצרים סטנדרטיים תוך הימנעות מהעלויות המוגדלות הכרוכות ברכישת ציוד חדש. השיטה מתאימה בעיקר לאופטימיזציה של סבילות המיקום של חלקים סיבוביים, ומציעה עלות-יעילות מעולה וקלות יישום; עם זאת, ישימותו על חלקים א-סימטריים או מורכבים מבחינה מבנית דורשת מחקר נוסף. ניתן לאמץ שיטה זו עבור מוצרים ותהליכים דומים, המסייעת להגביר את התחרותיות בשוק של מוצרי הארגון.
