Hoe CNC-gereedschapinspectie te automatiseren met in-machine probing

PFT, Shenzhen

Abstract

Geautomatiseerde gereedschapinspectie is een essentiële stap geworden in moderne CNC-bewerking, met name voor hoogwaardige en hoogvolume productie. Het doel van deze studie was om de effectiviteit van in-machine tastsysteem te beoordelen voor het monitoren van slijtage en afmetingen van gereedschappen zonder de cyclusstijd te onderbreken. De methoden omvatten de integratie van een contacttastkop in een drie-assige verticale bewerkingsmachine, gecombineerd met aangepaste inspectieprogramma's ontwikkeld in de besturingssoftware. Gegevens werden verzameld uit herhaalde gereedschapinspecties gedurende 500 bewerkingscycli, waarbij afwijkingen in diameter en lengte werden geregistreerd. De resultaten toonden aan dat geautomatiseerd tasten de handmatige inspectietijd met 65% verminderde, terwijl de afmetingen nauwkeurig bleven binnen ±2 µm. Een vergelijkende analyse met offline inspectie wees uit dat in-machine tasten een gelijke of hogere herhaalbaarheid opleverde, met name bij het detecteren van geleidelijk flankenslijtage. De studie concludeert dat in-machine tasten een praktische, schaalbare oplossing biedt voor het automatiseren van gereedschapinspectie in CNC-omgevingen, en daarmee draagt tot procesbetrouwbaarheid en kostenreductie.

1 inleiding

Slijtage en breuk van gereedschap behoren tot de meest voorkomende oorzaken van afwijkingen in onderdelen en machineuitval in CNC-productie. Traditioneel is geïnspiceerd met behulp van handmatige metingen met offline apparatuur zoals gereedschapvoorinstelapparaten en microscopen. Hoewel deze methoden nauwkeurig zijn, onderbreken zij de productie en leiden zij tot hogere arbeidskosten. In-machine probing-technologie biedt oplossing voor deze uitdagingen door automatische gereedschapmeting mogelijk te maken direct binnen de bewerkingscyclus. Deze studie onderzoekt hoe in-machine probing kan worden geïmplementeerd om de gereedschapsinspectie te automatiseren, met aandacht voor ontwerpmethode, prestatieresultaten en praktische implicaties.

2 Onderzoeksmethode

2.1 Ontwerpconcept

Het inspectiesysteem was gebaseerd op een tasttrigger-probe die in de spil van een verticale bewerkingsmachine was geïntegreerd. De probe was geprogrammeerd om de lengte en diameter van het gereedschap te meten vóór en na elke bewerkingscyclus. De meetprocedures zijn ontwikkeld met behulp van standaard G-code macro's om reproduceerbaarheid over verschillende machines mogelijk te maken.

2.2 Gegevensverzameling

Gegevens werden verzameld uit 500 bewerkingscycli van geharde stalen componenten. Afwijkingen in gereedschapslengte en -diameter werden automatisch geregistreerd door de CNC-regelaar. Offline metingen met behulp van een gereedschapspresenter dienden als controlegroep.

2.3 Apparatuur en Modellen

• Machine: 3-assige VMC, 12.000 omwentelingen per minuut spil

• Sensor: Renishaw OMP60 tastende sensor

• Geteste gereedschappen: ø10 mm hardmetalen frezen, voorzien van TiAlN-coating

• Software: Fanuc 0i-MF regelaar met aangepaste tastcycli

Deze opstelling garandeert reproduceerbaarheid en stelt de methodologie in staat om te worden aangepast aan andere machineconfiguraties.

3 Resultaten en Analyse

3.1 Gereedschapslengtemeting

Figuur 1 toont de vergelijking tussen in-machines meten en offline voorinstelling. De resultaten toonden een maximale afwijking van ±2 µm, zonder significant verschil tussen de methoden.

3.2 Meetbereik van de tooldiameter

Tabel 1 toont de gemeten diameterafwijkingen van de tool over 500 cycli. De in-machine probe detecteerde op een consistente manier geleidelijke afnames die werden veroorzaakt door flankverslijting.

Tabel 1 Diameterafwijking van de tool over 500 cycli (µm)

De gegevens bevestigen dat metingen tijdens de bewerking gelijke nauwkeurigheid bieden terwijl ze tijd besparen in vergelijking met handmatige methoden.

3.3 Tijdwinst

Voor de handmatige inspectie was gemiddeld 45 seconden per gereedschap nodig, terwijl automatische meting dit terugbracht tot 15 seconden, wat neerkomt op een tijdwinst van 65%.

4 Discussie

De resultaten suggereren dat metingen tijdens de bewerking offline gereedschapinspectie in veel CNC-toepassingen kunnen vervangen of aanvullen. De effectiviteit hiervan komt voort uit de mogelijkheid om gereedschappen direct in de bewerkingsomgeving te meten, waardoor instelfouten door gereedschapshandelingen worden geëlimineerd. Beperkingen zijn de kalibratievereisten van de meetkop en mogelijke signaalinterferentie in omgevingen met veel koelvloeistof. Toch overtreffen de voordelen in de meeste situaties met hoge productievolume deze beperkingen. De conclusie is dat een wijdverspreide toepassing van metingen tijdens de bewerking aanzienlijke stilstandtijd kan verminderen en de procescontrole kan verbeteren.

5 Conclusie

Geautomatiseerde gereedschapinspectie met behulp van in-machine probing bereikt een vergelijkbare nauwkeurigheid als offline methoden, terwijl het aanzienlijke tijdwinst oplevert. De methode is praktisch, reproduceerbaar en compatibel met standaard CNC-besturingen. Toekomstig onderzoek kan zich richten op de integratie van modellen voor het voorspellen van slijtage in real-time met meetgegevens, waardoor het voorspellend onderhoud bij CNC-bewerkingen verder wordt verbeterd.