تخمين خطاي حجمي در ماشين‌ابزار سه محوره CNC از طريق مدل‌سازي سينماتيكي خطاهاي هندسي

Volumetric Error Estimation in Three-axes CNC Machine Tool, via Kinematics Modeling of Geometric Error

ماشين‌هاي CNC به‌منظور توليد قطعاتي با دقت‌هاي ابعادي و هندسي بالا و توانايي اجراي عمليات ماشين‌كاري گران‌بها و حساس به‌صورت گسترده در صنايع توليدي به‌كار گرفته مي‌شوند. يكي از عمده موانع دست‌يابي به تلورانس‌هاي ابعادي و هندسي در قطعات دقيق، خطاهاي حجمي ناشي از انحراف‌هاي هندسي محورهاي حركتي ماشين‌ابزار مي‌باشد. مدل‌سازي سينماتيكي ساختمان ماشين‌ابزار اين امكان را فراهم مي‌سازد تا بتوان مقادير خطاي برآيند اعمال شونده به‌ قطعه‌كار و ناشي از مولفه‌هاي خطاهاي هندسي ماشين‌ابزار را محاسبه نمود. در مقاله حاضر مدل‌سازي خطاهاي هندسي در ماشين‌ابزار CNC سه ‌محوره بررسي شده است (مدل ارايه شده براي هر نوع تركيب‌بندي سه ‌محوره قابل اعمال مي‌باشد). چنين مدلي مي‌تواند كارآيي مناسبي در روش‌هاي جبران نرم‌افزاري و غير‌همزمان خطا و نيز تخمين شكل واقعي قطعات پس از ماشين‌كاري/ اندازه‌گيري در ماشين‌ حاوي خطاهاي هندسي داشته باشد. نتايج حاصل از ارزيابي مدل خطاي ارايه شده حاكي از موفقيت اين مدل در تخمين مقادير واقعي خطاهاي حجمي اعمال شده توسط ماشين‌ابزار به قطعه‌كار است.

CNC machine tools are widely used to produce precise parts through executing expensive operations. In precision machining, the machine toolʹs geometrical and kinematical errors cause geometrical and dimensional deviations in vital features of machined parts. Kinematic modeling of a machine tool structure can help to predict the real value of the overall tool positioning error. In this paper, modeling of three-axes CNC machine tools has been considered. The developed model can simply be used for all kinds of linear axes configurations, like three-axes CNC machine tools. The model can be useful for a large variety of applications, including software based error compensation systems and prediction of the real shape of parts after being machined or measured by error contained CNC or CMM machines. Experimental tests were conducted to validate the model. Analytical estimations were shown to be in good accordance with experimental tests.