Kako automatizirati inspekciju CNC alata s ugradbenim sondama

PFT, Shenzhen

Apstraktno

Automatizirana inspekcija alata postala je ključan korak u modernoj CNC obradi, posebno za visokotočnu i visokoserijsku proizvodnju. Svrha ove studije bila je procijeniti učinkovitost sustava za mjerenje unutar stroja za praćenje trošenja alata i dimenzionalnu točnost bez prekidanja vremena ciklusa. Metode su uključivale integraciju sondnog sustava s tri osi u okomiti obradni centar, u kombinaciji s razvijenim inspekcijskim ciklusima u kontrolnom softveru. Podaci su prikupljeni tijekom ponovljenih inspekcija alata kroz 500 ciklusa obrade, pri čemu su zabilježena odstupanja u promjeru i duljini. Rezultati su pokazali da automatizirano sondiranje smanjuje vrijeme potrebno za ručnu inspekciju za 65%, uz održavanje dimenzionalne točnosti unutar ±2 µm. Usporedna analiza s vanjskom inspekcijom pokazala je da sondiranje unutar stroja postiže jednaku ili veću ponovljivost, posebno u detekciji postupnog trošenja rubova alata. Studija zaključuje da sondiranje unutar stroja nudi praktično i skalabilno rješenje za automatizaciju inspekcije alata u CNC okolini, čime se povećava pouzdanost procesa i postiže smanjenje troškova.

1 Uvod

Habanje i lom alata među su najčešćim uzrocima odstupanja komada i vremena kada je stroj neaktivan u CNC proizvodnji. Tradicionalno, inspekcija se oslanjala na ručna mjerenja pomoću vanjske opreme poput uređaja za postavljanje alata i mikroskopa. Iako su ta mjerenja točna, ona prekidaju proizvodnju i povećavaju troškove rada. Tehnologija mjerenja unutar stroja (in-machine probing) rješava ove izazove omogućujući automatsko mjerenje alata izravno unutar ciklusa obrade. Ova studija istražuje kako se mjerenje unutar stroja može implementirati za automatizaciju inspekcije alata, s fokusom na metodologiju dizajna, rezultate performansi i praktične implikacije.

2 Metode istraživanja

2.1 Koncept dizajna

Sustav inspekcije temeljio se na dodirnom impulsnom (touch-trigger) mjerilu integriranom u glavno vreteno vertikalnog CNC stroja. Mjerilo je programirano za mjerenje duljine i promjera alata prije i nakon svakog ciklusa obrade. Rutine mjerenja razvijene su korištenjem standardnih G-kod makronaredbi kako bi se osigurala reproducibilnost na različitim strojevima.

2.2 Prikupljanje podataka

Podaci su prikupljeni iz 500 ciklusa obrade komponenata od kaljenog čelika. Odstupanja duljine i promjera alata bilježeni su automatski putem CNC kontrolera. Vanjska mjerenja provedena su pomoću uređaja za predmjerenje alata koji su poslužila kao kontrolna grupa.

2.3 Oprema i modeli

• Stroj: 3-osni VMC, 12 000 okretaja svornjaka

• Sonda: Renishaw OMP60 sonda s dodirnom palicom

• Testirani alati: karbajdne glodalice promjera 10 mm, prevučene TiAlN slojem

• PROGRAMSKA OPREMA: Fanuc 0i-MF kontroler s prilagođenim ciklusima sondiranja

Ova konfiguracija osigurava reproducibilnost i omogućuje prilagodbu metodologije drugim konfiguracijama strojeva.

3 Rezultati i analiza

3.1 Mjerenje duljine alata

Slika 1 prikazuje usporedbu između mjerenja alata u stroju i vanjskog mjerenja prije postavljanja. Rezultati su pokazali maksimalno odstupanje ±2 µm, bez značajne razlike između metoda.

3.2 Mjerenje promjera alata

Tablica 1 prikazuje izmjerena odstupanja promjera alata tijekom 500 ciklusa. Mjerenje alata u stroju dosljedno je otkrivalo postepeno smanjenje uzrokovano trošenjem rubova.

Tablica 1 Odstupanje promjera alata tijekom 500 ciklusa (µm)

Podaci potvrđuju da mjerenje unutar stroja osigurava jednaku točnost uštede vremena u usporedbi s ručnim metodama.

3.3 Učinkovitost vremena

Ručna inspekcija zahtijevala je prosječno 45 sekundi po alatu, dok je automatizirano mjerenje smanjilo to vrijeme na 15 sekundi, ostvarujući smanjenje vremena za 65%.

4 Rasprava

Rezultati sugeriraju da mjerenje unutar stroja može zamijeniti ili dopuniti vanjsku inspekciju alata u mnogim CNC primjenama. Njegova učinkovitost proizlazi iz sposobnosti mjerenja alata izravno u obradnom okolišu, čime se uklanjaju pogreške postavljanja uzrokovane rukovanjem alatom. Ograničenja uključuju zahtjeve za kalibracijom sonde i moguću smetnju signala u okolišima s visokim hlađenjem. Međutim, za većinu scenarija proizvodnje velikih količina, prednosti nadmašuju ova ograničenja. Nalazi ukazuju da bi široka primjena mjerenja unutar stroja mogla znatno smanjiti vrijeme zaustavljanja i poboljšati kontrolu procesa.

5 Zaključak

Automatizirana inspekcija alata pomoću mjerenja unutar stroja postiže usporedivu točnost s offline metodama, uz značajne uštede u vremenu. Metoda je praktična, ponovljiva i kompatibilna s uobičajenim CNC upravljačkim sustavima. Buduća istraživanja mogu se usrediti na integraciju modela za predikciju trošenja u stvarnom vremenu s podacima mjerenja, što bi dodatno poboljšalo prediktivnu održavanja u CNC obradi.