Sådan automatiseres CNC-værktøjsinspektion med indbygget måling

PFT, Shenzhen

Abstrakt

Automatisk værktøjsinspektion er blevet et afgørende trin i moderne CNC-maskinering, især inden for højpræcisions- og højvolumeproduktion. Formålet med denne undersøgelse var at evaluere effektiviteten af indbyggede målesystemer til overvågning af værktøjs slid og dimensionel nøjagtighed uden at afbryde cyklustiden. Metoderne omfattede integration af en kontaktaktiveret måletast i et trelags vertikalt bearbejdningssystem, kombineret med tilpassede inspektionscyklusser udviklet i styresoftwaret. Data blev indsamlet fra gentagne værktøjsinspektioner over 500 maskincyklusser og registrerede afvigelser i diameter og længde. Resultaterne viste, at automatisk måling reducerede den manuelle inspektionstid med 65 %, samtidig med at den dimensionelle nøjagtighed blev fastholdt inden for ±2 µm. Sammenlignende analyse med offline-inspektion indikerede, at indbygget måling opnåede lige så god eller bedre reproducerbarhed, især ved registrering af gradvist flankeslid. Undersøgelsen konkluderer, at indbyggede målesystemer giver en praktisk og skalerbar løsning til automatisering af værktøjsinspektion i CNC-miljøer og understøtter både procespålidelighed og omkostningsreduktion.

1 indledning

Værktøjslitage og brud er blandt de mest almindelige årsager til delafvigelser og nedetid for maskiner i CNC-produktion. Traditionelt har inspektion været baseret på manuelle målinger med offline-udstyr såsom værktøjspresættere og mikroskoper. Selvom disse metoder er præcise, afbryder de produktionen og øger arbejdskraftomkostningerne. In-maske-måleteknologi løser disse udfordringer ved at muliggøre automatiserede værktøjsmålinger direkte inden for bearbejdningcyklussen. Denne undersøgelse undersøger, hvordan in-maske-måling kan implementeres for at automatisere værktøjsinspektion, med fokus på designmetodologi, præstationsresultater og praktiske implikationer.

2 Forskningsmetode

2.1 Designkoncept

Inspektionssystemet var bygget omkring en kontakt-tændingsprobe, der var integreret i spindlen på et vertikalt bearbejdningsskcenter. Proben var programmeret til at måle værktøjslængde og diameter før og efter hver bearbejdningcyklus. Målerutinerne blev udviklet ved hjælp af standard G-code-makroer for at sikre reproducerbarhed på tværs af forskellige maskiner.

2.2 Dataindsamling

Data blev indsamlet fra 500 maskinbearbejdningcyklusser af hærdede ståldelene. Værktøjslængde- og diameternøjagtigheder blev logget automatisk af CNC-styreenheden. Offline-målinger ved brug af et værktøjspresætter fungerede som kontrolgruppe.

2.3 Udstyr og Modeller

• Maskine: 3-akset VMC, 12.000 omdr. spindel

• Måleføler: Renishaw OMP60 kontaktstift

• Testede Værktøjer: ø10 mm carbide endemillere, TiAlN-belagte

• Software: Fanuc 0i-MF styreenhed med tilpassede målecyklusser

Denne opsætning sikrer reproducerbarhed og muliggør tilpasning af metoden til andre maskinkonfigurationer.

3 Resultater og Analyse

3.1 Måling af Værktøjslængde

Figur 1 viser sammenligningen mellem indværktøjsmåling og offline forindstilling. Resultaterne viste en maksimal afvigelse på ±2 µm, uden signifikant forskel mellem metoderne.

3.2 Værktøjsdiametermåling

Tabel 1 viser de målte værktøjsdiameterafvigelser over 500 cyklusser. Indværktøjsmåleren registrerede konsekvent gradvise reduktioner forårsaget af flanke-slitage.

Tabel 1 Værktøjsdiameterafvigelse over 500 cyklusser (µm)

Dataene bekræfter, at inddatamåling giver samme nøjagtighed og samtidig sparer tid sammenlignet med manuelle metoder.

3.3 Tidsbesparelse

Manuel inspektion krævede i gennemsnit 45 sekunder per værktøj, mens automatiseret måling reducerede dette til 15 sekunder, hvilket resulterede i en tidsbesparelse på 65%.

4 Diskussion

Resultaterne tyder på, at inddatamåling kan erstatte eller supplere offline værktøjsinspektion i mange CNC-applikationer. Dens effektivitet skyldes evnen til at måle værktøjer direkte i bearbejdelsesmiljøet, hvilket eliminerer opsætningsfejl forårsaget af håndtering af værktøjer. Begrænsninger inkluderer behovet for kalibrering af måleudstyr og potentiel signalforstyrrelse i miljøer med høj kølevæskemængde. I de fleste højvolumeproduktionsscenarier er fordelene dog større end disse begrænsninger. Fundene tyder på, at en bred implementering af inddatamåling kunne reducere driftsstop signifikant og forbedre proceskontrol.

5 Konklusion

Automatisk værktøjsinspektion ved anvendelse af indmaskinmåling opnår sammenlignelig nøjagtighed med offline metoder, samtidig med at det giver betydelige tidsbesparelser. Metoden er praktisk, kan gentages og er kompatibel med standard CNC-styringer. Fremtidig forskning kan fokusere på at integrere realtids-sliddesprediktionsmodeller med måledata, hvilket yderligere forbedrer prediktiv vedligeholdelse i CNC-maskinering.