Технологический процесс обработки был разработан для изоляции влияния формы инструмента и управления движением на изменение размеров. Каждой переменной был присвоен фиксированный диапазон, а обработка образцов следовала идентичной последовательности для обеспечения воспроизводимости. Все режущие инструменты проверялись до и после каждой партии для исключения помех от износа кромок.

Исходные наборы данных были получены в ходе контролируемых испытаний обработки. Показания измерений были получены с использованием откалиброванной координатно-измерительной машины (КИМ), профилометра и высокоскоростных акселерометров, размещенных вблизи суппорта. Ранее опубликованные наборы данных по допускам использовались в качестве сравнительных эталонов для оценки производительности.

• Оборудование для обработки: 5-осевой токарный станок с ЧПУ с моторизованным шпинделем

• Режущие инструменты: Твердосплавные пластины (радиус при вершине 0,4 / 0,8 мм)

• Измерительные приборы: КИМ (±1 мкм), профилометр (Разрешение 0,01 мкм), двухосные датчики вибрации

• Статистические модели: Многомерная регрессия для отклонения допуска; спектральный анализ для паттернов вибрации
  Все параметры, формулы и последовательности были задокументированы для обеспечения полного воспроизведения процедуры.

Измеренные отклонения размеров уменьшились при увеличении радиуса пластины с 0,4 мм до 0,8 мм. Улучшенный радиус уменьшил прогиб инструмента, что привело к снижению среднего отклонения с 12 мкм до 7 мкм. Это согласуется со справочными данными, показывающими аналогичное снижение в сплавах средней прочности.

Таблица 1 суммирует среднее отклонение по материалам.

Шероховатость поверхности Ra улучшилась последовательно, когда скорость шпинделя стабилизировалась в пределах ±15 об/мин. Профилометр зафиксировал улучшение на 27% в образцах из алюминия и на 18% в мягкой стали. Эта картина соответствует пикам спектральной вибрации, которые сместились вниз по мере уменьшения резонанса инструмента и заготовки.

По сравнению с существующими исследованиями, результаты испытаний показывают более узкое распределение погрешностей допуска при компенсации теплового дрейфа каждые 20 минут. Опубликованные работы, как правило, сообщают о большей дисперсии для циклов обработки без компенсации, подчеркивая значимость контроля температуры при мелкосерийной токарной обработке.

Снижение отклонения размеров в первую очередь связано с меньшей боковой вибрацией инструмента. Увеличенный радиус пластины создал более стабильную траекторию контакта, что привело к более плавному потоку стружки и снижению термического напряжения. Постоянная скорость шпинделя дополнительно минимизировала динамические изменения силы резания, поддерживая стабильный уровень шероховатости.

В исследовании рассматривались два материала и один класс твердосплавных пластин. Режущие жидкости, уровни жесткости станка и стратегии гибридного инструмента не оценивались. Эти факторы могут влиять на результаты при различных промышленных условиях.

Воспроизводимый процесс демонстрирует практический путь для заводов, стремящихся повысить точность токарной обработки, особенно при смешанных заказах материалов или работе с высокоточной прототипией. Заводы могут интегрировать мониторинг вибрации и термическую калибровку в существующие рабочие процессы с умеренными затратами.

Испытания обработки показывают, что балансировка геометрии пластины с контролируемой скоростью шпинделя обеспечивает ощутимые улучшения стабильности размеров и качества поверхности. Постоянная термическая компенсация повышает повторяемость допусков при токарной обработке алюминия и мягкой стали. Проверенный рабочий процесс предлагает масштабируемую техническую ссылку для производителей прецизионных изделий и предполагает дальнейшее изучение покрытий инструментов, стратегий охлаждения и оптимизации для нескольких материалов.