Как да автоматизираме инспекцията на CNC инструменти чрез измерване в машината

PFT, Шенджън

Абстрактно

Автоматичната проверка на инструментите е станала задължителна стъпка в съвременната CNC обработка, особено при високоточни и серийни производства. Целта на това проучване беше да оцени ефективността на системи за измерване в самия станок за наблюдение на износването на инструментите и размерната точност, без прекъсване на цикъла. Методите включваха интегрирането на щуп с тригерен допир в триосен вертикален обработващ център, комбиниран с разработени в софтуера на станка цикли за проверка. Данни са събрани от повторени проверки на инструментите през 500 обработки, като са записани отклонения в диаметъра и дължината. Резултатите показаха, че автоматичното измерване намали времето за ръчна проверка с 65%, като при това размерната точност остана в рамките на ±2 µm. Сравнителен анализ с измервания извън станка показа, че измерванията в самия станок постигнаха равна или по-добра повторяемост, особено при идентифицирането на постепенно странично износване. Проучването заключва, че измерванията в самия станок осигуряват практично и мащабируемо решение за автоматизация на проверката на инструментите в CNC среди, подпомагайки надеждността на процеса и намаляването на разходите.

1 Въведение

Износването и счупването на инструментите са сред най-често срещаните причини за отклонения в детайлите и простоите на машините в CNC производството. Традиционно проверката се е извършвала чрез ръчни измервания с използване на извънлайн оборудване като инструментални предварителни настройчици и микроскопи. Въпреки че тези методи са точни, те прекъсват производството и увеличават разходите за труд. Технологията за измерване чрез проби в машината решава тези предизвикателства, като позволява автоматично измерване на инструментите директно в цикъла на обработка. В това проучване се изследва как измерването чрез проби в машината може да бъде приложено за автоматизиране на инспекцията на инструментите, като се фокусира върху методологията на проектиране, резултатите от представянето и практическите приложения.

2 Изследователски метод

2.1 Дизайн концепция

Системата за инспекция е изградена около щифтов пробен сензор, монтиран в шпиндела на вертикално обработващ център. Програмира се сензора да измерва дължината и диаметъра на инструмента преди и след всеки обработващ цикъл. Програмите за измерване са разработени с помощта на стандартни G-code макроси, за да се осигури възпроизводимост на различни машини.

2.2 Събиране на данни

Данни са събрани от 500 цикъла на обработка на компоненти от закалена стомана. Отклоненията в дължината и диаметъра на инструментите се записват автоматично от CNC контролера. Измервания извън линия с помощта на предварителен настройчик на инструменти са използвани като контролна група.

2.3 Оборудване и модели

• Машина: 3-осен VMC, 12 000 оборота/мин на шпиндела

• Пулт за измерване (Probe): Renishaw OMP60 щифтов пулт за измерване

• Тествани инструменти: карбидни фрези с диаметър 10 мм, покрити с TiAlN

• СОФТУЕР: Fanuc 0i-MF контролер с индивидуални цикли за измерване

Тази конфигурация осигурява възпроизводимост и позволява методологията да се адаптира към други машинни конфигурации.

3 Резултати и анализ

3.1 Измерване на дължината на инструмента

Фигура 1 показва сравнението между измерването в машината и извънлайнното предварително задаване. Резултатите показаха максимално отклонение от ±2 µm, без съществена разлика между методите.

3.2 Измерване на диаметъра на инструмента

Таблица 1 представя измерените отклонения в диаметъра на инструмента през 500 цикъла. Вграденият сензор в машината постоянно отчиташе постепенното намаляване, причинено от износване по фланеца.

Таблица 1 Отклонение на диаметъра на инструмента през 500 цикъла (µm)

Данните потвърждават, че измерването в машината осигурява еднаква точност и икономия на време в сравнение с ръчни методи.

3.3 Икономия на време

Ръчната проверка изискваше в средно 45 секунди на инструмент, докато автоматичното измерване намали това време до 15 секунди, постигайки икономия на време от 65%.

4 Дискусия

Резултатите показват, че измерването в машината може да замени или допълни извънлайната проверка на инструменти в много приложения с CNC. Ефективността му произтича от способността да измерва инструментите директно в обработващата среда, като се елиминират грешки при настройката, причинени от работа с инструментите. Ограничения включват необходимостта от калибрация на сондата и потенциални смущения в сигнала в среди с високо охлаждане. Въпреки това, за повечето сценарии с висок обем производство, предимствата надвишават тези ограничения. Намирането подразбира, че широко разпространеното използване на измерване в машината може значително да намали времето за простои и да подобри контрола на процеса.

5 Заключение

Автоматизираната проверка на инструментите чрез измерване в машината постига съпоставима точност с оффлайн методите, като осигурява значителна икономия на време. Методът е практичен, може да се повтаря и е съвместим със стандартни CNC контроли. Бъдещите изследвания могат да се насочат към интегриране на модели за прогнозиране на износване в реално време с данни от измерванията, което ще подобри допълнително предиктивното поддръжане при CNC обработка.