Como Automatizar a Inspección de Ferramentas CNC con Sondaxe Dentro da Máquina

PFT, Shenzhen

Resumo

A inspección automática das ferramentas converteuse nun paso esencial na moderna mecanización CNC, especialmente para a produción de alta precisión e alto volume. O propósito deste estudo foi avaliar a eficacia dos sistemas de medición por contacto para o seguimento do desgaste das ferramentas e a súa precisión dimensional sen interromper o tempo de ciclo. Os métodos incluíron a integración dunha punta de contacto nun centro de mecanizado vertical de tres eixos, combinado con ciclos de inspección personalizados desenvolvidos no software de control. Recolléronse datos a partir de inspeccións repetidas das ferramentas ao longo de 500 ciclos de mecanizado, rexistrando as desviacións en diámetro e lonxitude. Os resultados mostraron que a medición automática reduciu o tempo de inspección manual en un 65% mentres mantén a precisión dimensional dentro de ±2 µm. A análise comparativa coa inspección offline indicou que a medición dentro da máquina acadou unha repetibilidade igual ou maior, especialmente na detección do desgaste progresivo do flanco. O estudo conclúe que a medición integrada na máquina proporciona unha solución práctica e escalable para automatizar a inspección das ferramentas en entornos CNC, apoiando a fiabilidade do proceso e a redución de custos.

1 Introdución

O desgaste e rotura das ferramentas son dúas das causas máis comúns de desviacións nas pezas e de inactividade da máquina na produción CNC. Tradicionalmente, a inspección dependeu de medicións manuais con equipos offline, como os predefinidores de ferramentas e microscopios. Aínda que precisas, estes técnicas interrompen a produción e incrementan os custos laborais. A tecnoloxía de medición por contacto dentro da máquina aborda estes desafíos ao permitir a medición automática das ferramentas directamente dentro do ciclo de mecanizado. Este estudo investiga como se pode implementar a medición por contacto dentro da máquina para automatizar a inspección das ferramentas, centrándose na metodoloxía de deseño, nos resultados de desempeño e nas implicacións prácticas.

2 Método de Investigación

2.1 Concepto de deseño

O sistema de inspección construíuse arredor dunha punta de contacto integrada no fuso dun centro de mecanizado vertical. Programouse a punta para medir a lonxitude e o diámetro das ferramentas antes e despois de cada ciclo de mecanizado. Desenvolveronse rutinas de medición mediante macros de código G estándar para garantir a reproducibilidade entre diferentes máquinas.

2.2 Recollida de datos

Recolléronse datos de 500 ciclos de mecanizado de compoñentes de aceiro endurecido. As desviacións de lonxitude e diámetro da ferramenta rexistráronse automaticamente polo controlador CNC. As medicións offline utilizando un preseteador de ferramentas serviron como grupo de control.

2.3 Equipamento e Modelos

• Máquina: vMC de 3 eixos, 12.000 rpm no fuso

• Sonda: Sonda Renishaw OMP60 de contacto

• Ferramentas probadas: fresas de carburo de 10 mm de diámetro, recubertas con TiAlN

• Software: Controlador Fanuc 0i-MF con ciclos de sonda personalizados

Esta configuración garante a reproducibilidade e permite adaptar a metodoloxía a outras configuracións de máquina.

3 Resultados e Análise

3.1 Medición da Lonxitude da Ferramenta

A Figura 1 mostra a comparación entre a medición dentro da máquina e o axuste previo fóra da máquina. Os resultados indicaron unha desviación máxima de ±2 µm, sen diferenzas significativas entre os métodos.

3.2 Medición do Diámetro da Ferramenta

A Táboa 1 presenta as desviacións do diámetro das ferramentas medidas ao longo de 500 ciclos. O sensor dentro da máquina detectou consistentemente as reducións graduais causadas polo desgaste lateral.

Táboa 1 Desviación do Diámetro da Ferramenta ao Longo de 500 Ciclos (µm)

Os datos confirman que a medición dentro da máquina proporciona unha precisión igual ou maior ahorcando tempo en comparación cos métodos manuais.

3.3 Eficacia no tempo

A inspección manual requireu un promedio de 45 segundos por ferramenta, mentres que a medición automatizada reduciu este tempo a 15 segundos, logrando unha redución do 65% no tempo empregado.

4 Discusión

Os resultados suxiren que a medición dentro da máquina pode substituír ou complementar a inspección de ferramentas fóra da máquina en moitas aplicacións CNC. A súa efectividade provén da capacidade de medir directamente as ferramentas no entorno de mecanizado, eliminando os erros de configuración causados polo manexo das ferramentas. As limitacións inclúen os requirimentos de calibración do palpador e posibles interferencias de sinal en ambientes con alta utilización de refrigerante. Non obstante, para a maioría dos casos de produción en grandes volumes, os beneficios superan estas limitacións. As conclusións indican que a adopción xeneralizada da medición dentro da máquina podería reducir significativamente o tempo de inactividade e mellorar o control do proceso.

5 Conclusión

A inspección automática das ferramentas mediante o uso de palpadores na máquina logra unha precisión comparable ás métodos offline mentres ofrece unhas economías de tempo substanciais. O método é práctico, repetible e compatible cos controles estándar de CNC. A investigación futura podería centrarse na integración de modelos de predición en tempo real do desgaste coos datos dos palpadores, melhorando aínda máis o mantemento predictivo no mecanizado CNC.