Πώς να Αυτοματοποιήσετε την Επιθεώρηση Εργαλείων CNC με Προγραμματισμό Μέτρησης Εντός Μηχανής

PFT, Shenzhen

Περίληψη

Η αυτοματοποιημένη επιθεώρηση εργαλείων έχει γίνει απαραίτητο βήμα στη σύγχρονη κατεργασία CNC, ιδιαίτερα για υψηλής ακρίβειας και μεγάλης παραγωγικής διαδικασίας. Σκοπός της μελέτης ήταν να αξιολογηθεί η αποτελεσματικότητα των συστημάτων επαφής εντός της μηχανής για την παρακολούθηση της φθοράς των εργαλείων και της διαστασιακής ακρίβειας, χωρίς διακοπή του χρόνου κύκλου. Οι μέθοδοι περιελάμβαναν την ενσωμάτωση ενός αισθητήρα επαφής σε ένα τριαξονικό κατακόρυφο κέντρο κατεργασιών, σε συνδυασμό με προσαρμοσμένους κύκλους επιθεώρησης που αναπτύχθηκαν στο λογισμικό ελέγχου. Τα δεδομένα συλλέχθηκαν από επαναλαμβανόμενες επιθεωρήσεις εργαλείων κατά τους 500 κύκλους κατεργασίας, καταγράφοντας αποκλίσεις στη διάμετρο και το μήκος. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η αυτοματοποιημένη επαφή μείωσε τον χρόνο της χειροκίνητης επιθεώρησης κατά 65%, διατηρώντας παράλληλα τη διαστασιακή ακρίβεια εντός ±2 µm. Η συγκριτική ανάλυση με την επιθεώρηση εκτός μηχανής έδειξε ότι η επαφή εντός της μηχανής επιτυγχάνει ίση ή μεγαλύτερη επαναληψιμότητα, ιδιαίτερα στην ανίχνευση σταδιακής φθοράς της πλευράς. Η μελέτη καταλήγει στο συμπέρασμα ότι η επαφή εντός της μηχανής παρέχει πρακτική και κλιμακώσιμη λύση για την αυτοματοποίηση της επιθεώρησης εργαλείων στις εγκαταστάσεις CNC, υποστηρίζοντας τόσο την αξιοπιστία της διαδικασίας όσο και τη μείωση του κόστους.

1 εισαγωγή

Η φθορά και η θράση των εργαλείων είναι από τις πιο συχνές αιτίες απόκλισης των εξαρτημάτων και διακοπής της παραγωγής στην κατεργασία CNC. Παραδοσιακά, ο έλεγχος έχει βασιστεί σε χειροκίνητες μετρήσεις με τη χρήση εξοπλισμού εκτός σύνδεσης, όπως προκαθοριστές εργαλείων και μικροσκόπια. Αν και ακριβείς, αυτές οι μέθοδοι διακόπτουν την παραγωγή και αυξάνουν το κόστος εργασίας. Η τεχνολογία μέτρησης εντός της μηχανής αντιμετωπίζει αυτές τις προκλήσεις, επιτρέποντας την αυτοματοποίηση της μέτρησης των εργαλείων απευθείας μέσα στον κύκλο κατεργασίας. Αυτή η μελέτη εξετάζει τον τρόπο με τον οποίο η μέτρηση εντός της μηχανής μπορεί να εφαρμοστεί για την αυτοματοποίηση του ελέγχου των εργαλείων, επικεντρώνοντας στη μεθοδολογία σχεδίασης, τα αποτελέσματα απόδοσης και τις πρακτικές επιπτώσεις.

2 Μέθοδος Έρευνας

2.1 Συνθετική Ιδέα

Το σύστημα ελέγχου κατασκευάστηκε γύρω από έναν αισθητήρα επαφής, ο οποίος ενσωματώθηκε στον άξονα μιας κατακόρυφης κεντρικής μηχανής. Ο αισθητήρας προγραμματίστηκε να μετρά το μήκος και τη διάμετρο των εργαλείων πριν και μετά από κάθε κύκλο κατεργασίας. Τα προγράμματα μέτρησης αναπτύχθηκαν χρησιμοποιώντας τυποποιημένες μακροεντολές G-code για να εξασφαλιστεί η αναπαραγωγιμότητα σε διαφορετικές μηχανές.

2.2 Συλλογή Δεδομένων

Τα δεδομένα συλλέχθηκαν από 500 κύκλους κατεργασίας εξαρτημάτων από σκληρυμένο χάλυβα. Οι αποκλίσεις μήκους και διαμέτρου των εργαλείων καταγράφηκαν αυτόματα από τον ελεγκτή CNC. Οι μετρήσεις εκτός σύνδεσης με τη χρήση προκαθοριστή εργαλείων χρησιμοποιήθηκαν ως ομάδα ελέγχου.

2.3 Εξοπλισμός και Μοντέλα

• Μηχανή: κοντόρμα 3 αξόνων, άξονας 12.000 στροφών

• Αισθητήρας: Αισθητήρας αφής Renishaw OMP60

• Εργαλεία που δοκιμάστηκαν: κοπτικά εργαλεία σφαιρικής κοπής καρβιδίου Ø10 mm, επικαλυμμένα με TiAlN

• Λογισμικό: Ελεγκτής Fanuc 0i-MF με προσαρμοσμένους κύκλους αισθητήρα

Η διάταξη αυτή εξασφαλίζει αναπαραγωγιμότητα και επιτρέπει η μεθοδολογία να προσαρμόζεται σε άλλες διαμορφώσεις μηχανών.

3 Αποτελέσματα και Ανάλυση

3.1 Μέτρηση Μήκους Εργαλείου

Στο Σχήμα 1 φαίνεται η σύγκριση μεταξύ της μέτρησης εντός της μηχανής και της εκτός σύνδεσης προεπιλογής. Τα αποτελέσματα έδειξαν μέγιστη απόκλιση ±2 μm, χωρίς σημαντική διαφορά μεταξύ των μεθόδων.

3.2 Μέτρηση Διαμέτρου Εργαλείου

Ο Πίνακας 1 παρουσιάζει τις μετρημένες αποκλίσεις διαμέτρου των εργαλείων κατά τη διάρκεια 500 κύκλων. Το εντός της μηχανής μέτρο ανίχνευσε συνεχώς σταδιακές μειώσεις που προκαλούνται από τη φθορά των πλευρών.

Πίνακας 1 Απόκλιση Διαμέτρου Εργαλείου Κατά Τη Διάρκεια 500 Κύκλων (μm)

Τα δεδομένα επιβεβαιώνουν ότι η δοκιμή εντός της μηχανής παρέχει ίση ακρίβεια και εξοικονομεί χρόνο σε σχέση με τις χειροκίνητες μεθόδους.

3.3 Αποδοτικότητα Χρόνου

Η χειροκίνητη επιθεώρηση απαιτούσε κατά μέσο όρο 45 δευτερόλεπτα ανά εργαλείο, ενώ η αυτοματοποιημένη δοκιμή μείωσε αυτόν τον χρόνο σε 15 δευτερόλεπτα, επιτυγχάνοντας μείωση χρόνου 65%.

4 Συζήτηση

Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι η δοκιμή εντός της μηχανής μπορεί να αντικαταστήσει ή να συμπληρώσει την εξωτερική επιθεώρηση εργαλείων σε πολλές εφαρμογές CNC. Η αποτελεσματικότητά της προέρχεται από τη δυνατότητα μέτρησης των εργαλείων απευθείας στο περιβάλλον κοπής, εξαλείφοντας τα σφάλματα ρύθμισης που προκαλούνται από τη χειριστική των εργαλείων. Περιορισμοί περιλαμβάνουν τις απαιτήσεις βαθμονόμησης του αισθητηρίου και την πιθανή παρεμβολή σήματος σε περιβάλλοντα με υψηλή ψύξη. Ωστόσο, για τις περισσότερες περιπτώσεις παραγωγής μεγάλης ποσότητας, τα πλεονεκτήματα υπερτερούν αυτών των περιορισμών. Τα ευρήματα υποδηλώνουν ότι η ευρεία εφαρμογή της δοκιμής εντός της μηχανής θα μπορούσε να μειώσει σημαντικά τους χρόνους διακοπής και να βελτιώσει τον έλεγχο της διαδικασίας.

5 Συμπεράσματα

Η αυτοματοποιημένη επιθεώρηση εργαλείων με χρήση αισθητήρα εντός της μηχανής επιτυγχάνει συγκρίσιμη ακρίβεια με τις εξωτερικές μεθόδους, παρέχοντας σημαντική εξοικονόμηση χρόνου. Η μέθοδος είναι πρακτική, επαναλήψιμη και συμβατή με τους τυπικούς ελεγκτές CNC. Μελλοντικές έρευνες μπορεί να επικεντρωθούν στην ολοκλήρωση προγνωστικών μοντέλων φθοράς σε πραγματικό χρόνο μαζί με δεδομένα από την επιθεώρηση, ενισχύοντας περαιτέρω την προγνωστική συντήρηση στην κατεργασία CNC.