Come Automatizzare l'Ispezione degli Utensili CNC con la Sonda Integrata

PFT, Shenzhen

Riassunto

L'ispezione automatizzata degli utensili è diventata una fase essenziale nella moderna lavorazione CNC, in particolare per produzioni ad alta precisione e alto volume. Lo scopo di questo studio è stato valutare l'efficacia dei sistemi di ispezione integrati nella macchina per il monitoraggio dell'usura degli utensili e della precisione dimensionale, senza interrompere il tempo di ciclo. I metodi hanno incluso l'integrazione di una sonda a contatto all'interno di un centro di lavoro verticale a tre assi, combinata con cicli di ispezione personalizzati sviluppati nel software di controllo. I dati sono stati raccolti da ispezioni ripetute degli utensili su 500 cicli di lavorazione, registrando le deviazioni di diametro e lunghezza. I risultati hanno mostrato che la scansione automatizzata ha ridotto del 65% il tempo di ispezione manuale, mantenendo una precisione dimensionale entro ±2 µm. L'analisi comparativa con l'ispezione offline ha indicato che la scansione integrata nella macchina ha raggiunto una ripetibilità uguale o superiore, in particolare nella rilevazione dell'usura graduale del fianco. Lo studio conclude che la scansione integrata nella macchina offre una soluzione pratica e scalabile per l'automazione dell'ispezione degli utensili negli ambienti CNC, supportando sia l'affidabilità del processo che la riduzione dei costi.

1 introduzione

L'usura e la rottura degli utensili sono tra le cause più comuni di deviazione dei pezzi e di fermo macchina nella produzione CNC. Tradizionalmente, il controllo si è basato su misurazioni manuali effettuate con apparecchiature offline come i preimpostatori di utensili e i microscopi. Sebbene precise, queste metodologie interrompono la produzione e aumentano i costi di manodopera. La tecnologia di scansione direttamente sulla macchina affronta queste problematiche permettendo misurazioni automatizzate degli utensili direttamente all'interno del ciclo di lavorazione. Questo studio analizza come la scansione direttamente sulla macchina può essere implementata per automatizzare il controllo degli utensili, concentrandosi sulla metodologia di progettazione, sui risultati delle prestazioni e sulle implicazioni pratiche.

2 Metodo di Ricerca

2.1 Concetto di progettazione

Il sistema di controllo è stato sviluppato attorno a una sonda a scatto integrata nel mandrino di un centro di lavoro verticale. La sonda è stata programmata per misurare la lunghezza e il diametro degli utensili prima e dopo ogni ciclo di lavorazione. Le routine di scansione sono state sviluppate utilizzando macro G-code standard per garantire riproducibilità su macchine diverse.

2.2 Raccolta dei dati

I dati sono stati raccolti da 500 cicli di lavorazione di componenti in acciaio temprato. Le deviazioni di lunghezza e diametro degli utensili sono state registrate automaticamente dal controllore CNC. Misure offline effettuate con un preimpostatore utensili hanno servito come gruppo di controllo.

2.3 Attrezzature e Modelli

• Macchina: centro di lavoro 3 assi, mandrino a 12.000 giri/min

• Sonda: Sonda Renishaw OMP60 con contatto

• Utensili testati: frese a tazza in carburo Ø10 mm, rivestite in TiAlN

• Software: Controllore Fanuc 0i-MF con cicli di misurazione personalizzati

Questa configurazione garantisce riproducibilità e consente di adattare la metodologia ad altre configurazioni di macchine.

3 Risultati e Analisi

3.1 Misurazione della lunghezza utensile

La figura 1 mostra il confronto tra il rilevamento all'interno della macchina e il presetting offline. I risultati hanno indicato una deviazione massima di ±2 µm, senza differenze significative tra i due metodi.

3.2 Misurazione del Diametro dell'Utensile

La tabella 1 presenta le deviazioni del diametro dell'utensile misurate su 500 cicli. La sonda installata nella macchina ha rilevato in modo costante le riduzioni graduali causate dall'usura del fianco.

Tabella 1 Deviazione del Diametro dell'Utensile su 500 Cicli (µm)

I dati confermano che il rilevamento all'interno della macchina garantisce la stessa precisione risparmiando tempo rispetto ai metodi manuali.

3.3 Efficienza Temporale

L'ispezione manuale richiedeva in media 45 secondi per utensile, mentre il rilevamento automatizzato ha ridotto questo tempo a 15 secondi, ottenendo una riduzione del 65% del tempo.

4 Discussione

I risultati suggeriscono che il rilevamento all'interno della macchina può sostituire o integrare l'ispezione degli utensili fuori linea in molte applicazioni CNC. La sua efficacia deriva dalla capacità di misurare direttamente gli utensili nell'ambiente di lavorazione, eliminando gli errori di installazione causati dalla manipolazione degli utensili. I limiti includono la necessità di calibrare il sensore e possibili interferenze del segnale in ambienti con elevata quantità di refrigerante. Tuttavia, per la maggior parte degli scenari di produzione su larga scala, i vantaggi superano questi vincoli. Le risultanze indicano che un'ampia adozione del rilevamento all'interno della macchina potrebbe ridurre significativamente i tempi di fermo e migliorare il controllo del processo.

5 Conclusione

L'ispezione automatizzata degli utensili mediante il rilevamento in macchina raggiunge un'accuratezza paragonabile a quella dei metodi offline, offrendo al contempo significativi risparmi di tempo. Il metodo è pratico, ripetibile e compatibile con i normali controlli CNC. Ricerche future potrebbero concentrarsi sull'integrazione di modelli di previsione in tempo reale dell'usura con i dati di rilevamento, migliorando ulteriormente la manutenzione predittiva nelle lavorazioni CNC.