Jak automatizovat kontrolu nástrojů na CNC strojích pomocí měření uvnitř stroje

PFT, Shenzhen

Abstraktní

Automatizovaná kontrola nástrojů se stala nezbytnou součástí moderního CNC obrábění, zejména při výrobě vyžadující vysokou přesnost a velké objemy. Účelem této studie bylo posoudit účinnost systémů měření nástrojů přímo ve stroji pro sledování opotřebení nástrojů a dodržení rozměrové přesnosti bez přerušování výrobního cyklu. Metody zahrnovaly integraci dotekové sondy do tříosého svislého obráběcího centra, doplněné o vlastní kontrolní cykly vyvinuté v řídicím softwaru. Data byla shromažďována z opakovaných kontrol nástrojů během 500 obráběcích cyklů, přičemž byly zaznamenávány odchylky v průměru a délce. Výsledky ukázaly, že automatizované měření snížilo čas potřebný pro ruční kontrolu o 65 %, přičemž byla zachována rozměrová přesnost v rozmezí ±2 µm. Porovnávací analýza s offline kontrolou naznačila, že měření přímo ve stroji dosahuje stejné nebo vyšší opakovatelnosti, zejména při detekci postupného opotřebení břitu. Studie dospěla k závěru, že měření nástrojů přímo ve stroji představuje praktické a škálovatelné řešení pro automatizaci kontrol nástrojů v prostředí CNC obrábění, čímž podporuje spolehlivost procesu i snížení nákladů.

1 Úvod

Opotřebení a poškození nástrojů patří mezi nejčastější příčiny odchylky výrobků a prostojů strojů v CNC výrobě. Tradičně se inspekce spoléhala na manuální měření pomocí offline zařízení, jako jsou předvolby nástrojů a mikroskopy. Ačkoli jsou tyto metody přesné, ruší výrobu a zvyšují náklady na práci. Technologie měření uvnitř stroje řeší tyto problémy tím, že umožňuje automatické měření nástrojů přímo během výrobního cyklu. Tato studie zkoumá, jak lze technologii měření uvnitř stroje implementovat za účelem automatizace inspekce nástrojů, s důrazem na návrhovou metodologii, výsledky výkonu a praktické důsledky.

2 Výzkumná metoda

2.1 Návrhový koncept

Inspekční systém byl založen na dotykovém snímači integrovaném do vřetena svislého obráběcího centra. Snímač byl naprogramován tak, aby měřil délku a průměr nástroje před a po každém obráběcím cyklu. Měřicí cykly byly vyvinuty pomocí standardních G-kód makro příkazů, aby byla zajištěna reprodukovatelnost na různých strojích.

2.2 Sběr dat

Data byla shromážděna během 500 obráběcích cyklů součástí z kalené oceli. Odchylky délky a průměru nástrojů byly automaticky zaznamenávány CNC řídicím systémem. Měření mimo stroj pomocí předem nastavovaného nástrojového měřidla sloužila jako kontrolní skupina.

2.3 Zařízení a modely

• Stroj: 3osý VMC, vřeteno 12 000 ot./min

• Dotek Renishaw OMP60 dotekový systém

• Testované nástroje: vrtáky Ø10 mm z tvrdokovu, povlakované TiAlN

• Software: Fanuc 0i-MF řídicí systém s vlastními měřicími cykly

Tato sestava zajišťuje reprodukovatelnost a umožňuje přizpůsobení metodiky i pro jiné konfigurace strojů.

3 Výsledky a analýza

3.1 Měření délky nástroje

Obrázek 1 ukazuje srovnání mezi měřením nástroje v obráběcím stroji a offline nastavením. Výsledky ukázaly maximální odchylku ±2 µm, přičemž nebyl zaznamenán žádný významný rozdíl mezi metodami.

3.2 Měření průměru nástroje

Tabulka 1 uvádí naměřené odchylky průměru nástroje během 500 cyklů. Měřicí sonda ve stroji pravidelně detekovala postupné snížení způsobené opotřebením břitu.

Tabulka 1 Odchylka průměru nástroje během 500 cyklů (µm)

Data potvrzují, že měření přímo ve stroji poskytuje stejnou přesnost a zároveň úsporu času ve srovnání s manuálními metodami.

3.3 Úspora času

Manuální kontrola vyžadovala průměrně 45 sekund na nástroj, zatímco automatické měření snížilo tuto dobu na 15 sekund, čímž bylo dosaženo 65% úspory času.

4 Diskuze

Výsledky naznačují, že měření nástrojů přímo ve stroji může nahradit nebo doplnit offline kontrolu nástrojů v mnoha aplikacích CNC. Jeho účinnost vyplývá z možnosti měřit nástroje přímo v prostředí obrábění, čímž se eliminují chyby nastavení způsobené manipulací s nástroji. Mezi omezení patří požadavky na kalibraci sondy a možné rušení signálu v prostředí s vysokým přívodem chladicí kapaliny. Pro většinu scénářů sériové výroby však výhody převažují nad těmito závadami. Zjištění naznačují, že široké uplatnění měření přímo ve stroji může výrazně snížit prostoj a zlepšit řízení procesu.

5 Závěr

Automatizovaná kontrola nástrojů pomocí měření uvnitř stroje dosahuje srovnatelné přesnosti jako offline metody, přičemž zároveň výrazně ušetří čas. Tato metoda je praktická, opakovatelná a kompatibilní se standardními CNC řídicími systémy. Budoucí výzkum může směřovat k integraci modelů pro predikci opotřebení v reálném čase s daty z měření, čímž se dále vylepší prediktivní údržba v oblasti CNC obrábění.