CNC-työkalujen automaattinen tarkistus koneen sisäisellä tunnustuksella

PFT, Shenzhen

Abstrakti

Automatisoidusta työkalun tarkastuksesta on tullut olennainen vaihe nykyaikaisessa CNC-koneistuksessa, erityisesti tarkkaan ja suurivolyymiseen tuotannossa. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli arvioida koneen sisäisten mittausjärjestelmien tehokkuutta työkalun kulumisen ja mittatarkkuuden valvonnassa keskeyttämättä sykliaikaa. Menetelmiin kuului kosketusanturin integrointi kolmiakseliseen pystysuoraan työstökeskukseen yhdistettynä ohjausohjelmistossa kehitettyihin räätälöityihin tarkastussykleihin. Tietoja kerättiin toistuvista työkalun tarkastuksista 500 työstösyklin ajalta, jolloin tallennettiin halkaisijan ja pituuden poikkeamat. Tulokset osoittivat, että automatisoitu mittaus lyhensi manuaalisen tarkastuksen aikaa 65 % ja samalla mittatarkkuus pysyi ±2 µm:n sisällä. Vertaileva analyysi offline-tarkastukseen osoitti, että koneen sisäinen mittaus saavutti saman tai paremman toistettavuuden, erityisesti asteittaisen reunan kulumisen havaitsemisessa. Tutkimuksen päätelmänä on, että koneen sisäinen mittaus tarjoaa käytännöllisen ja skaalautuvan ratkaisun työkalun tarkastuksen automatisointiin CNC-ympäristöissä, tukien sekä prosessin luotettavuutta että kustannussäästöjä.

1 johdanto

Työkalujen kulumisesta ja murtumisesta on tullut yksi CNC-tuotannon osavirheiden ja koneen seisokkien yleisimmistä syistä. Perinteisesti tarkastukseen on luotu manuaalisia mittauksia offline-laitteilla, kuten työkalun asetuslaitteilla ja mikroskooppeilla. Vaikka nämä menetelmät ovat tarkkoja, ne keskeyttävät tuotannon ja lisäävät työvoimakustannuksia. Koneessa tapahtuva tarkastusmenetelmä ratkaisee nämä haasteet mahdollistaen automoidun työkalujen mittauksen suoraan työstökierroksen aikana. Tämä tutkimus selvittää, kuinka koneessa tapahtuvaa tarkastusta voidaan käyttää työkalujen tarkastuksen automatisoimiseen, keskittyen suunnittelumenetelmään, suorituskykyyn ja käytännön vaikutuksiin.

2 Tutkimusmenetelmä

2.1 Suunnittelukäsite

Tarkastusjärjestelmä perustui kosketusanturilla varustettuun poranterän, joka oli integroitu pystykaraisen työstökoneen karaan. Anturiin ohjelmoitiin työkalun pituuden ja halkaisijan mittaaminen ennen ja jälkeen jokaisen työstökierroksen. Tarkastusrutiinit kehitettiin käyttäen standardoituja G-koodimakroja varmistaakseen toistettavuuden eri koneilla.

2.2 Tietojen keruu

Tiedot kerättiin 500:n kovametalliosien koneistuskierron ajalta. Työkalun pituus- ja halkaisijapoikkeamat kirjattiin automaattisesti CNC-ohjaimen toimesta. Offline-mittaukset, joissa käytettiin työkalun esimittausta, toimivat kontrolliryhmänä.

2.3 Koneistus ja mallit

• Kone: 3-akselinen VMC, 12 000 rpm:n kara

• Tuntosauva: Renishaw OMP60 kosketuslähtöinen tuntosauva

• Testatut työkalut: ø10 mm kovametallipäät, TiAlN-pinnoitteella

• Ohjelmisto: Fanuc 0i-MF ohjain mukautetuilla tuntosykleillä

Tämä asetelma takaa toistettavuuden ja mahdollistaa metodin soveltamisen muihin koneistoihin.

3 Tulokset ja analyysi

3.1 Työkalun pituuden mittaus

Kuva 1 näyttää vertailun koneessa tapahtuvan mittauksen ja offline-ennakkoasetuksen välillä. Tulokset osoittivat maksimipoikkeaman ±2 µm, ilman merkittävää eroa menetelmien välillä.

3.2 Työkalun halkaisijan mittaus

Taulukko 1 esittää mitattuja työkalun halkaisijan poikkeamia 500 syklissä. Koneessa tapahtuva mittaus havaitti jatkuvasti vähenevät halkaisijat leikkausreunan kulumisen vuoksi.

Taulukko 1 Työkalun halkaisijan poikkeama 500 syklissä (µm)

Tiedot vahvistavat, että koneessa suoritettu tarkastus tarjoaa yhtä hyvän tarkkuuden kuin manuaaliset menetelmät säästäen samalla aikaa.

3.3 Ajan käytön tehokkuus

Manuaalinen tarkastus vaati työkalua kohti keskimäärin 45 sekuntia, kun taas automatisoitu mittaus vähensi aikaa 15 sekuntiin, jolloin aika säästyi 65 %.

4 Keskustelu

Tulokset viittaavat siihen, että koneessa suoritettua mittausta voidaan käyttää offline-työkalujen tarkastuksen korvikkeena tai lisäyksenä monissa CNC-sovelluksissa. Sen tehokkuus johtuu mahdollisuudesta mitata työkaluja suoraan työstöympäristössä, mikä poistaa työkalujen käsittelyyn liittyvät virheet. Rajoituksina ovat tuntimittarin kalibrointivaatimukset ja mahdollinen signaalihäiriö runsaan jäähdytysnesteen aiheuttamassa ympäristössä. Kuitenkin suurimmassa osassa suurten sarjojen tuotantotilanteita hyödyt ylittävät nämä rajoitukset. Tutkimustulokset viittaavat siihen, että koneessa suoritetun mittauksen laaja hyväksyntä voisi merkittävästi vähentää tuotantokatkoja ja parantaa prosessien hallintaa.

5 Johtopäätös

Automaattinen työkalutarkistus koneen sisäisellä tunnustuksella saavuttaa vertailukelpoisen tarkkuuden offline-menetelmiin nähden ja tarjoaa samalla merkittäviä aikasäästöjä. Menetelmä on käytännöllinen, toistettavissa oleva ja yhteensopiva standardien CNC-ohjaimien kanssa. Tuleva tutkimus voi keskittyä reaaliaikaisen kulumisen ennustemallien integrointiin tunnustusdataan, mikä edistää ennakoivaa huoltotoimintaa CNC-työstössä.