كيفية أتمتة فحص أدوات CNC باستخدام القياس داخل الآلة

PFT، شنتشن

مجرد

أصبح الفحص الآلي للأدوات خطوة أساسية في التشغيل الحديث باستخدام ماكينات CNC، خاصة في الإنتاج عالي الدقة والكميات الكبيرة. كان هدف هذه الدراسة هو تقييم فعالية أنظمة القياس داخل الماكينة لمراقبة اهتراء الأدوات والدقة الأبعادية دون تعطيل زمن الدورة. تضمنت الطرق دمج probing touch-trigger داخل مركز تشغيل عمودي ثلاثي المحاور، بالاشتراك مع دورات فحص مخصصة تم تطويرها في برنامج التحكم. تم جمع البيانات من فحوصات متكررة للأدوات عبر 500 دورة تشغيل، وتسجيل الانحرافات في القطر والطول. أظهرت النتائج أن القياس الآلي قلل من وقت الفحص اليدوي بنسبة 65% مع الحفاظ على الدقة الأبعادية ضمن ±2 ميكرومتر. أشار التحليل المقارن مع الفحص الخارجي إلى أن القياس داخل الماكينة حقق تكراراً مماثلاً أو أعلى، خاصة في كشف الاهتراء التدريجي على السطح الجانبي. توصلت الدراسة إلى أن القياس داخل الماكينة يوفر حلاً عملياً قابلاً للتوسيع لفحص الأدوات آلياً في بيئات CNC، مما يدعم موثوقية العملية وخفض التكاليف.

1 مقدمة

تُعدّ تآكل الأدوات وانكسارها من الأسباب الشائعة لانحراف القطع وتعطّل الماكينات في الإنتاج باستخدام ماكينات CNC. عادةً ما اعتمد الفحص على قياسات يدوية تُجرى بواسطة معدات خارجية مثل أجهزة إعداد الأدوات مسبقًا والمجاهر. وعلى الرغم من دقة هذه الطرق، إلا أنها تؤدي إلى تعطيل الإنتاج وزيادة تكاليف العمالة. تُعالج تقنية القياس باستخدام مجسات داخل الماكينة هذه التحديات من خلال تمكين قياس الأدوات تلقائيًا مباشرةً ضمن دورة التشغيل. تتحرى هذه الدراسة كيفية تنفيذ القياس داخل الماكينة لفحص الأدوات تلقائيًا، مع التركيز على منهجية التصميم ونتائج الأداء والآثار العملية.

طريقة البحث

2.1 مفهوم التصميم

تم بناء نظام الفحص حول مجس كهربائي مدمج في المغزل (Spindle) لمركز تشغيل عمودي. تم برمجة المجس لقياس طول وقطر الأداة قبل وبعد كل دورة تشغيل. تم تطوير برامج القياس باستخدام ماكروهات G-code القياسية لضمان إمكانية إعادة تنفيذها على ماكينات مختلفة.

2.2 جمع البيانات

تم جمع البيانات من 500 دورة تشغيل لقطع من الفولاذ المعالج حرارياً. تم تسجيل انحرافات طول وقطر الأداة تلقائياً بواسطة وحدة التحكم CNC. كما تم استخدام القياسات الخارجية باستخدام جهاز مسبق القياس الأداتي كمجموعة تحكم.

2.3 المعدات والنماذج

• الآلة: vMC ثلاثي المحاور، سبيندل بسرعة 12,000 دورة في الدقيقة

• مستشعر (Probe): مستشعر Renishaw OMP60 ذو اللمس التنشيطي

• الأدوات التي تم اختبارها: مطاحن نهاية كربيد بقطر 10 مم، ومغطاة بطبقة TiAlN

• البرمجيات: وحدة تحكم Fanuc 0i-MF مع دورات قياس مخصصة

هذا الإعداد يضمن قابلية التكرار، ويوفر إمكانية تكييف المنهجية مع إعدادات ماكينات أخرى.

3 النتائج والتحليل

3.1 قياس طول الأداة

يُظهر الشكل 1 المقارنة بين الكشف داخل الآلة والضبط المسبق خارجيًا. أشارت النتائج إلى أقصى انحراف مقداره ±2 ميكرومتر، دون وجود فرق كبير بين الطريقتين.

3.2 قياس قطر الأداة

تعرض الجدول 1 انحرافات قطر الأداة المُقاسة عبر 500 دورة. وقد كشف جهاز الكشف داخل الآلة باستمرار عن تقليل تدريجي ناتج عن البلى الجانبي.

الجدول 1 انحراف قطر الأداة عبر 500 دورة (ميكرومتر)

تؤكد البيانات أن القياس داخل الآلة يوفر دقة مماثلة مع توفير الوقت مقارنةً بالطرق اليدوية.

٣.٣ كفاءة الوقت

استغرقت الفحوصات اليدوية ما معدله ٤٥ ثانية لكل أداة، بينما خفضت القياسات الآلية هذه المدة إلى ١٥ ثانية، مما حقق اختصارًا في الوقت بنسبة ٦٥٪.

4 المناقشة

تشير النتائج إلى أن القياس داخل الآلة يمكنه أن يحل محل الفحص التقليدي للآلات أو يكمله في العديد من تطبيقات CNC. يعود أثره الفعّال إلى القدرة على قياس الأدوات مباشرةً في بيئة التشغيل، مما يلغي أخطاء الإعداد الناتجة عن التعامل اليدوي مع الأدوات. من بين القيود المطلوبة لاستخدامه الحاجة إلى معايرة المجسات والتشويش المحتمل في البيئات ذات التبريد العالي. ومع ذلك، فإن الفوائد تفوق هذه القيود في معظم سيناريوهات الإنتاج ذات الحجم الكبير. وتشير النتائج إلى أن الاعتماد الواسع على القياس داخل الآلة قد يؤدي إلى تقليل كبير في وقت التوقف وتحسين التحكم في العمليات.

5 الاستنتاج

تتحقق دقة الفحص باستخدام القياس داخل الآلة بدقة تشبه الطرق الخارجية مع توفير وقت كبير. هذه الطريقة عملية وقابلة للتكرار ومتوافقة مع أنظمة التحكم القياسية في ماكينات CNC. يمكن أن تركز الأبحاث المستقبلية على دمج نماذج التنبؤ بارتداء الأدوات في الوقت الفعلي مع بيانات القياس، مما يعزز من الصيانة التنبؤية في تشغيل ماكينات CNC.