Hvordan automatisere CNC-verktøyinspeksjon med innebygd måling

PFT, Shenzhen

Abstrakt

Automatisk verktøyinspeksjon har blitt et viktig steg i moderne CNC-maskinering, spesielt for høy presisjon og produksjon i store volumer. Formålet med denne studien var å evaluere effektiviteten av målesystemer inne i maskinen for overvåking av verktøy slitasje og dimensjonal nøyaktighet uten å avbryte syklustiden. Metodene inkluderte integrering av en berøringsprobe i et tresidig vertikalt maskinsenter, i kombinasjon med tilpassede inspeksjonssykluser utviklet i kontrollprogramvaren. Data ble samlet inn fra gjentatte verktøyinspeksjoner over 500 maskinsykluser, med registrering av avvik i diameter og lengde. Resultatene viste at automatisk probing reduserte manuell inspeksjonstid med 65 %, samtidig som dimensjonal nøyaktighet ble opprettholdt innenfor ±2 µm. Sammenlignende analyse med offline inspeksjon indikerte at probing inne i maskinen oppnådde lik eller bedre gjentakbarhet, spesielt ved deteksjon av gradvis flankeslitasje. Studien konkluderer med at probing inne i maskinen gir en praktisk og skalerbar løsning for automatisering av verktøyinspeksjon i CNC-miljøer, og støtter både prosesspålitelighet og kostnadsreduksjon.

1 Innføring

Verktøy slitasje og brudd er blant de vanligste årsakene til delavvik og maskinstopp i CNC-produksjon. Tradisjonelt har inspeksjon vært avhengig av manuelle målinger ved hjelp av frakoblede utstyr som verktøysinnstillere og mikroskoper. Selv om nøyaktige, fører disse metodene til produksjonsavbrudd og økte arbeidskostnader. In-maschine probing-teknologi løser disse utfordringene ved å tillate automatisert verktøymåling direkte innenfor maskinsyklusen. Denne studien undersøker hvordan in-maschine probing kan implementeres for å automatisere verktøyinspeksjon, med fokus på designmetodologi, ytelsesresultater og praktiske implikasjoner.

2 Forskningsmetode

2.1 Designkonsept

Inspeksjonssystemet var bygget rundt en berøringsføleprobe integrert i spindelen til et vertikalt maskinsenter. Proben ble programmert til å måle verktøylengde og diameter før og etter hver maskinsyklus. Proberutinene ble utviklet ved hjelp av standard G-kode-makroer for å sikre reproduserbarhet på ulike maskiner.

2.2 Datainnsamling

Data ble samlet inn fra 500 maskinsykluser med herdet ståldeler. Verktøylengde- og diametralavvik ble logget automatisk av CNC-styringen. Offline-målinger ved bruk av en verktøypresetter fungerte som kontrollgruppe.

2.3 Utstyr og modeller

• Maskin: 3-akslet VMC, 12 000 omdreininger per minutt spindel

• Måler: Renishaw OMP60 berøringsmåler

• Verktøy testet: ø10 mm karbid-endefresere, TiAlN-bekledte

• Programvare: Fanuc 0i-MF-styring med egendefinerte målesykluser

Denne oppstillingen sikrer reproduserbarhet og gjør det mulig å tilpasse metodikken til andre maskinkonfigurasjoner.

3 Resultater og Analyse

3.1 Verktøylengdemåling

Figur 1 viser sammenligningen mellom måling i maskinen og offline forinnstilling. Resultatene viste en maksimal avvik på ±2 µm, uten signifikant forskjell mellom metodene.

3.2 Verktøydiametermåling

Tabell 1 viser de målte verktøydiameteravvikene over 500 sykler. Måling i maskinen oppdaget konsekvent gradvise reduksjoner forårsaket av flankeslitasje.

Tabell 1 Verktøydiameteravvik over 500 sykler (µm)

Dataene bekrefter at in-maskin måling gir samme nøyaktighet og samtidig sparer tid sammenlignet med manuelle metoder.

3.3 Tidsbesparelse

Manuell inspeksjon krevde i gjennomsnitt 45 sekunder per verktøy, mens automatisert måling reduserte dette til 15 sekunder, noe som ga en tidsbesparelse på 65%.

4 Drøfting

Resultatene tyder på at in-maskin måling kan erstatte eller supplere offline verktøyinspeksjon i mange CNC-applikasjoner. Dens effektivitet skyldes evnen til å måle verktøy direkte i maskinmiljøet, noe som eliminerer oppstilingsfeil forårsaket av håndtering av verktøy. Begrensninger inkluderer krav til probekalibrering og mulig signalstøy i miljøer med mye kjølevæske. Likevel, for de fleste situasjoner med stor produksjonsvolum, overstiger fordelene disse begrensningene. Funnet antyder at bred innføring av in-maskin måling kan redusere nedetid og forbedre prosesskontroll betydelig.

5 Konklusjon

Automatisk verktøyinspeksjon ved hjelp av in-maskin måling oppnår tilsvarende nøyaktighet som offline metoder, samtidig som det gir betydelige tidsbesparelser. Metoden er praktisk, repeterbar og kompatibel med standard CNC-styringer. Fremtidig forskning kan fokusere på å integrere sanntids slitasjeprediksjonsmodeller med måledata, og dermed ytterligere forbedre prediktiv vedlikehold i CNC-maskinering.