Hogyan automatizálható a CNC-szerszám ellenőrzése gépen belüli méréssegítségével

PFT, Shenzhen

Absztrakt

Az automatizált szerszámellenőrzés az ipar modern CNC-megmunkálásának elengedhetetlen lépésévé vált, különösen nagy pontosságú és nagy mennyiségű gyártás esetén. Ennek a tanulmánynak az volt a célja, hogy felmérje a gépen belüli tapintós rendszerek hatékonyságát a szerszámkopás és a méretpontosság figyelésére a ciklusidő megszakítása nélkül. A módszerek közé tartozott egy érintésérzékelő szelepek integrálása egy háromtengelyes függőleges megmunkáló központba, valamint az irányító szoftverben kifejlesztett egyedi ellenőrzési ciklusok használata. Az adatokat ismételt szerszámellenőrzésekből gyűjtötték 500 megmunkálási ciklus során, feljegyezve az átmérőben és hosszban jelentkező eltéréseket. Az eredmények azt mutatták, hogy az automatikus tapintás csökkentette a kézi ellenőrzési időt 65%-kal, miközben a méretpontosságot ±2 µm-en belül tartotta. A hagyományos, offline ellenőrzéssel való összehasonlító elemzés azt mutatta, hogy a gépen belüli tapintás ugyanolyan vagy magasabb ismételhetőséget ért el, különösen a fokozatos oldalfelületi kopás észlelésében. A tanulmány arra a következtetésre jutott, hogy a gépen belüli tapintás gyakorlati, skálázható megoldást nyújt a szerszámellenőrzés automatizálására CNC-környezetekben, támogatva a folyamat megbízhatóságát és a költségcsökkentést.

1 Bevezetés

Az eszközállapot romlása és meghibásodása a leggyakoribb okai a megmunkált alkatrészek eltéréseinek és a gép leállásainak a CNC gyártás során. Hagyományosan az ellenőrzés kézi méréseken alapult offline berendezésekkel, mint például eszközbemérők és mikroszkópok használatával. Ezek a módszerek ugyan pontosak, de megszakítják a gyártási folyamatot, és növelik a munkaerőköltségeket. Az integrált mérési technológia megoldást kínál ezekre a kihívásokra, lehetővé téve az automatikus eszköz-mérés elvégzését közvetlenül a megmunkálási ciklus során. Ez a tanulmány azt vizsgálja, hogyan valósítható meg az integrált mérés az eszközök ellenőrzésének automatizálására, különös hangsúllyal a tervezési módszertanra, a teljesítményeredményekre és a gyakorlati következményekre.

2 Kutatási módszer

2.1 Tervezési koncepció

A mérési rendszert egy függőleges megmunkáló központ orsójába integrált tapintós mérőfejjel alakították ki. A mérőfejet programozták, hogy megmérje az eszközök hosszát és átmérőjét minden egyes megmunkálási ciklus előtt és után. A mérési rutinfeladatokat szabványos G-kód makrók használatával fejlesztették ki, biztosítva az egyes gépek közötti reprodukálhatóságot.

2.2 Adatgyűjtés

Az adatokat 500 megmunkálási ciklusból gyűjtöttük keményített acél alkatrészekről. Az élősködő hossz- és átmérőeltéréseket a CNC-vezérlő automatikusan rögzítette. A vezérlőcsoportként szolgáló offline mérésekhez élősködő előmérőt használtunk.

2.3 Felszerelés és modellek

• Gépért: 3-tengelyes VMC, 12 000 fordulatszámú orsó

• Mérőtapintó: Renishaw OMP60 érintésvizsgáló mérőtapintó

• Tesztelt szerszámok: ø10 mm karbid marók, TiAlN bevonattal

• Szoftver: Fanuc 0i-MF vezérlő egyedi mérési ciklusokkal

Ez a beállítás biztosítja a reprodukálhatóságot és lehetővé teszi, hogy a módszertant más gépbeállításokra is alkalmazhassák.

3 Eredmények és elemzés

3.1 Élősködő hosszmérés

1. ábra az in-machine mérési módszer és az offline előkészítés közötti különbséget mutatja. Az eredmények ±2 µm maximális eltérést jeleznek, szignifikáns különbség nélkül a módszerek között.

3.2 Szerszámátmérő Mérés

1. táblázat a mért szerszámátmérő eltéréseket mutatja 500 ciklus során. Az in-machine mérőfej folyamatosan érzékelte a oldalfelületi kopás okozta fokozatos csökkenést.

1. táblázat Szerszámátmérő Eltérés 500 Ciklus Alatt (µm)

Az adatok megerősítik, hogy az automatikus mérés gépen belüli végzése ugyanolyan pontosságot biztosít, miközben időt takarít meg a kézi módszerekhez képest.

3.3 Időhatékonyság

A kézi ellenőrzés esetén átlagosan 45 másodperc kellett eszköntől, míg az automatikus mérés ezt 15 másodpercre csökkentette, ezzel 65%-os időmegtakarítást elérve.

4 Megbeszélés

A vizsgálatok eredményei azt mutatják, hogy az automatikus mérés gépen belüli végzése képes a külső eszközellenőrzés helyettesítésére vagy kiegészítésére számos CNC alkalmazásban. Hatékonyságát az adja, hogy az eszközök közvetlenül a megmunkálási környezetben történő mérhetők, ezzel kiküszöbölve a kezelésből fakadó beállítási hibákat. Korlátai közé tartozik a szonda kalibrálási követelménye és a jelzési zavarok lehetősége nagy mennyiségű hűtőfolyadék használata esetén. Ugyanakkor a legtöbb nagy sorozatú gyártási forgatókönyv esetén az előnyök felülmúlják ezeket a korlátokat. A kutatások eredménye azt jelzi, hogy az automatikus mérés gépen belüli végzésének széleskörű alkalmazása jelentősen csökkentheti a leállási időt és javíthatja a folyamatirányítást.

5 Következtetés

Az automatizált szerszámellenőrzés gépi mérésfelügyelettel eléri az offline módszerekkel megegyező pontosságot, miközben jelentős időmegtakarítást nyújt. A módszer gyakorlati, reprodukálható és kompatibilis a szabványos CNC-vezérlésekkel. A jövőbeli kutatások célja lehet a valós idejű kopás-előrejelzési modellek integrálása a mérési adatokkal, ezzel tovább javítva a CNC-megmunkálásban alkalmazott prediktív karbantartást.