Comment automatiser l'inspection des outils CNC à l'aide de palpage en machine

PFT, Shenzhen

Abstrait

L'inspection automatisée des outils est devenue une étape essentielle dans l'usinage CNC moderne, en particulier pour la production exigeant une haute précision et un grand volume. L'objectif de cette étude était d'évaluer l'efficacité des systèmes de palpage intégrés pour surveiller l'usure des outils et la précision dimensionnelle, sans interrompre le temps de cycle. Les méthodes ont inclus l'intégration d'un palpeur à déclenchement par contact au sein d'un centre d'usinage vertical à trois axes, combiné à des cycles d'inspection personnalisés développés dans le logiciel de commande. Des données ont été recueillies à partir d'inspections répétées de l'outil sur 500 cycles d'usinage, enregistrant les écarts de diamètre et de longueur. Les résultats ont montré que le palpage automatisé réduisait le temps d'inspection manuelle de 65 % tout en maintenant une précision dimensionnelle de ±2 µm. Une analyse comparative avec l'inspection hors machine a indiqué que le palpage en machine atteignait une répétabilité égale ou supérieure, en particulier pour la détection de l'usure progressive du flanc. Cette étude conclut que le palpage en machine offre une solution pratique et évolutive pour automatiser l'inspection des outils dans les environnements CNC, contribuant à la fois à la fiabilité du processus et à la réduction des coûts.

1 Introduction

L'usure et la rupture des outils comptent parmi les causes les plus fréquentes d'écart des pièces et d'arrêts de machine en production CNC. Traditionnellement, le contrôle s'appuyait sur des mesures manuelles effectuées à l'aide d'équipements hors ligne tels que les préréglages d'outils et les microscopes. Bien que précises, ces méthodes interrompent la production et augmentent les coûts de main-d'œuvre. La technologie de mesure par palpation en machine permet de résoudre ces problèmes en automatisant la mesure des outils directement dans le cycle d'usinage. Cette étude examine comment la palpation en machine peut être mise en œuvre pour automatiser l'inspection des outils, en se concentrant sur la méthodologie de conception, les résultats de performance et les implications pratiques.

2 Méthode de recherche

2.1 Concept de conception

Le système d'inspection a été conçu autour d'un palpeur à contact intégré dans la broche d'un centre d'usinage vertical. Le palpeur était programmé pour mesurer la longueur et le diamètre des outils avant et après chaque cycle d'usinage. Les routines de palpation ont été développées à l'aide de macros G-code standard pour garantir leur reproductibilité sur différentes machines.

2.2 Collecte des données

Les données ont été recueillies à partir de 500 cycles d'usinage de composants en acier durci. Les écarts de longueur et de diamètre des outils ont été enregistrés automatiquement par le contrôleur CNC. Des mesures hors ligne à l'aide d'un préréglage d'outil ont servi de groupe témoin.

2.3 Équipement et Modèles

• Pendulaire: fraiseuse 3 axes, broche à 12 000 tr/min

• Palpeur : Palpeur Renishaw OMP60 à contact

• Outils testés : fraises carbure de 10 mm de diamètre, revêtement TiAlN

• Logiciel : Contrôleur Fanuc 0i-MF avec cycles de palpage personnalisés

Ce dispositif garantit la reproductibilité et permet d'adapter la méthodologie à d'autres configurations de machines.

3 Résultats et Analyse

3.1 Mesure de la longueur des outils

La figure 1 montre la comparaison entre le palpage en-machine et le préréglage hors-ligne. Les résultats ont indiqué un écart maximal de ±2 µm, sans différence significative entre les deux méthodes.

3.2 Mesure du diamètre d'outil

Le tableau 1 présente les écarts mesurés du diamètre d'outil sur 500 cycles. La sonde en-machine a systématiquement détecté des réductions progressives causées par l'usure du flanc.

Tableau 1 Écart de diamètre d'outil sur 500 cycles (µm)

Les données confirment que le palpage en machine offre une précision équivalente tout en faisant gagner du temps par rapport aux méthodes manuelles.

3.3 Efficacité temporelle

L'inspection manuelle nécessitait en moyenne 45 secondes par outil, tandis que le palpage automatisé a réduit ce temps à 15 secondes, réalisant ainsi une réduction de 65 % du temps.

4 Discussion

Les résultats suggèrent que le palpage en machine peut remplacer ou compléter l'inspection hors ligne des outils dans de nombreuses applications CNC. Son efficacité provient de la capacité à mesurer directement les outils dans l'environnement d'usinage, éliminant ainsi les erreurs de réglage causées par la manipulation des outils. Les limites incluent les besoins en étalonnage de la sonde et les interférences potentielles du signal dans les environnements à fort débit de liquide de refroidissement. Cependant, dans la plupart des situations de production à haut volume, les avantages surpassent ces contraintes. Ces résultats indiquent que l'adoption généralisée du palpage en machine pourrait réduire considérablement les temps d'arrêt et améliorer le contrôle du processus.

5 Conclusion

L'inspection automatisée des outils à l'aide de la mesure en-machine permet d'atteindre une précision comparable à celle des méthodes hors ligne, tout en offrant des économies de temps importantes. Cette méthode est pratique, répétable et compatible avec les commandes CNC standard. Les recherches futures pourraient se concentrer sur l'intégration de modèles de prédiction en temps réel de l'usure des outils avec les données de mesure, améliorant davantage la maintenance prédictive dans l'usinage CNC.