Com Automatitzar la Inspecció d'Eines CNC amb Sondatge dins de la Màquina

PFT, Shenzhen

Abstracte

La inspecció automàtica d'eines s'ha convertit en un pas essencial en la mecanització CNC moderna, especialment en produccions d'alta precisió i gran volum. L'objectiu d'aquest estudi va ser avaluar l'efectivitat dels sistemes de palpació integrats a la màquina per a la supervisió del desgast de les eines i la precisió dimensional sense interrompre el temps de cicle. Els mètodes van incloure la integració d'un palpador de contacte en un centre d mecanitzat vertical de tres eixos, combinat amb cicles d'inspecció personalitzats desenvolupats al software de control. Les dades es van recollir a partir d'inspeccions repetides d'eines al llarg de 500 cicles de mecanitzat, registrant les desviacions en diàmetre i longitud. Els resultats van mostrar que la palpació automàtica va reduir un 65% el temps d'inspecció manual mantenint la precisió dimensional dins de ±2 µm. L'anàlisi comparatiu amb la inspecció fora de màquina va indicar que la palpació integrada va aconseguir una repetibilitat igual o superior, especialment en la detecció del desgast gradual del flanc. L'estudi conclou que la palpació integrada a la màquina proporciona una solució pràctica i escalable per automatitzar la inspecció d'eines en entorns CNC, contribuint tant a la fiabilitat del procés com a la reducció de costos.

1 Introducció

El desgast i la rotura d'eines són causes molt habituals de desviacions en les peces i de temps d'inactivitat de les màquines en la producció CNC. Tradicionalment, el control ha confiat en mesures manuals mitjançant equips offline com els preconfiguradors d'eines i microscopis. Tot i que aquests mètodes són precisos, interrompen la producció i augmenten els costos laborals. La tecnologia de detecció dins de la màquina aborda aquests problemes permetent la mesura automàtica de les eines directament dins del cicle de mecanitzat. Aquest estudi analitza com es pot implementar la detecció dins de la màquina per automatitzar el control d'eines, centrant-se en la metodologia de disseny, els resultats de rendiment i les implicacions pràctiques.

2 Metodologia de recerca

2.1 Concepte de disseny

El sistema de control es va basar en una sonda de contacte integrada en el capçal d'un centre d'usinatge vertical. Es va programar la sonda per mesurar la longitud i el diàmetre de l'eina abans i després de cada cicle de mecanitzat. Les rutines de detecció es van desenvolupar utilitzant macros de codi G estàndard per garantir la reproductibilitat en diferents màquines.

2.2 Recopilació de dades

Les dades es van recollir de 500 cicles d'usinatge de components d'acer endurit. Les desviacions de longitud i diàmetre de les eines es van registrar automàticament pel controlador CNC. Les mesures fora de línia mitjançant un preestablidor d'eines van servir com a grup de control.

2.3 Equipament i Models

• Màquina: vMC de 3 eixos, 12.000 rpm de fus

• Sonda: Sonda Renishaw OMP60 de contacte

• Eines provades: fresadores de carbure de 10 mm de diàmetre, recobertes amb TiAlN

• PROGRAMARI: Controlador Fanuc 0i-MF amb cicles de sondatge personalitzats

Aquest muntatge garanteix la reproductibilitat i permet adaptar la metodologia a altres configuracions de màquines.

3 Resultats i Anàlisi

3.1 Mesura de la longitud de l'eina

La figura 1 mostra la comparació entre la detecció dins de la màquina i la preconfiguració fora de línia. Els resultats van indicar una desviació màxima de ±2 µm, sense diferències significatives entre els mètodes.

3.2 Mesura del Diàmetre de l'Eina

La taula 1 presenta les desviacions del diàmetre de l'eina mesurades al llarg de 500 cicles. La sonda dins de la màquina va detectar de forma consistent les reduccions progressives causades per l'ús.

Taula 1 Desviació del Diàmetre de l'Eina Al llarg de 500 Cicles (µm)

Les dades confirmen que la mesura mitjançant palpador a la màquina proporciona una precisió igual mentre es redueix el temps en comparació amb els mètodes manuals.

3.3 Eficiència de temps

La inspecció manual requería una mitjana de 45 segons per eina, mentre que la mesura automàtica mitjançant palpador la va reduir a 15 segons, assolint una reducció del temps del 65%.

4 Discussió

Els resultats suggereixen que la mesura mitjançant palpador a la màquina pot reemplaçar o complementar la inspecció d'eines fora de línia en moltes aplicacions CNC. La seva eficàcia prové de la capacitat de mesurar directament les eines en l'entorn de mecanitzat, eliminant així errors de configuració causats per la manipulació de les eines. Les limitacions inclouen els requisits de calibració del palpador i possibles interferències del senyal en ambients amb alt nivell de refrigerant. Tanmateix, en la majoria d'escenaris de producció en gran volum, els beneficis superen aquestes limitacions. Els resultats indiquen que l'adopció generalitzada de la mesura mitjançant palpador a la màquina podria reduir significativament el temps d'inactivitat i millorar el control del procés.

5 Conclusió

L'inspecció automàtica d'eines mitjançant la detecció dins la màquina aconsegueix una precisió comparable a la dels mètodes fora de línia, oferint alhora estalvis de temps substancials. El mètode és pràctic, repetible i compatible amb controls CNC estàndard. La recerca futura pot centrar-se en la integració de models de predicció en temps real del desgast amb les dades de detecció, millorant encara més el manteniment predictiu en el mecanitzat CNC.