Jak zautomatyzować inspekcję narzędzi CNC za pomocą pomiaru w maszynie

PFT, Shenzhen

Abstrakcja

Automatyczna kontrola narzędzi stała się istotnym krokiem w nowoczesnym obróbctwie CNC, szczególnie przy produkcji o wysokiej precyzji i dużej skali. Celem tego badania było ocenienie skuteczności systemów pomiarowych w maszynie do monitorowania zużycia narzędzi i dokładności wymiarowej bez przerywania czasu cyklu. Metody obejmowały zintegrowanie sondy impulsowej w trójosiowym pionowym centrum obróbczym, w połączeniu z własnymi cyklami kontroli opracowanymi w oprogramowaniu sterującym. Dane zebrano z powtarzanych kontroli narzędzi w ciągu 500 cykli obróbki, rejestrując odchylenia średnicy i długości. Wyniki wykazały, że automatyczne pomiary zmniejszyły czas kontroli ręcznej o 65%, zachowując dokładność wymiarową w granicach ±2 µm. Analiza porównawcza z kontrolą offline wskazała, że pomiary w maszynie osiągały równą lub lepszą powtarzalność, szczególnie przy wykrywaniu stopniowego zużycia powierzchni bocznej. Badanie wykazało, że pomiary w maszynie stanowią praktyczne i skalowalne rozwiązanie do automatyzacji kontroli narzędzi w środowiskach CNC, wspierając zarówno niezawodność procesu, jak i obniżkę kosztów.

1 wprowadzenie

Zużycie i uszkodzenie narzędzi stanowią jedne z najczęstszych przyczyn odchyleń części i przestojów maszyn w produkcji CNC. Tradycyjnie kontrola ta opierała się na pomiarach ręcznych przy użyciu urządzeń off-line, takich jak urządzenia do ustawiania narzędzi i mikroskopy. Mimo ich dokładności, metody te przerywały produkcję i zwiększały koszty pracy. Technologia pomiaru w maszynie rozwiązuje te problemy, umożliwiając automatyczny pomiar narzędzi bezpośrednio w cyklu obróbczym. W tej pracy zbadano, w jaki sposób można wdrożyć pomiar w maszynie w celu zautomatyzowania kontroli narzędzi, skupiając się na metodologii projektowania, wynikach wydajności oraz praktycznych implikacjach.

2 Metody badań

2.1 Koncepcja projektowa

System kontroli został zbudowany wokół sondy impulsowej zamontowanej w wrzecionie pionowego centrum obróbczego. Sonda została zaprogramowana do pomiaru długości i średnicy narzędzia przed i po każdym cyklu obróbki. Procedury pomiarowe opracowano przy użyciu standardowych makr G-code, aby zapewnić odtwarzalność na różnych maszynach.

2.2 Zebranie danych

Dane pochodziły z 500 cykli obróbki elementów ze stali hartowanej. Odchylenia długości i średnicy narzędzi były rejestrowane automatycznie przez sterownik CNC. Pomiarach poza linia za pomocą ustawiacza narzędziowego służyły jako grupa kontrolna.

2.3 Sprzęt i modele

• Maszyna: frezarka 3-osiowa, wrzeciono 12 000 obr/min

• Sonda: Sonda dotykowa Renishaw OMP60

• Testowane narzędzia: frez końcowy Ø10 mm z węglików spiekanych, powłoka TiAlN

• Oprogramowanie: Sterownik Fanuc 0i-MF z cyklami pomiarowymi

Taka konfiguracja gwarantuje odtwarzalność i umożliwia dostosowanie metodyki do innych konfiguracji maszyn.

3 Wyniki i analiza

3.1 Pomiar długości narzędzia

Rysunek 1 przedstawia porównanie pomiaru narzędzi w maszynie a pomiaru offline. Wyniki wskazują maksymalne odchylenie ±2 µm, bez istotnej różnicy między metodami.

3.2 Pomiar średnicy narzędzia

Tabela 1 przedstawia zmierzone odchylenia średnicy narzędzia w ciągu 500 cykli. Czujnik w maszynie wykrywał stopniowe zmniejszanie się średnicy spowodowane zużyciem bocznym.

Tabela 1 Odchylenie średnicy narzędzia w ciągu 500 cykli (µm)

Dane potwierdzają, że pomiar w maszynie zapewnia równą dokładność, oszczędzając czas w porównaniu z metodami ręcznymi.

3.3 Efektywność czasowa

Ręczna inspekcja wymagała średnio 45 sekund na narzędzie, podczas gdy pomiar zautomatyzowany skrócił ten czas do 15 sekund, osiągając redukcję czasu o 65%.

4 Dyskusja

Wyniki sugerują, że pomiar w maszynie może zastąpić lub uzupełnić off-line inspekcję narzędzi w wielu zastosowaniach CNC. Jego skuteczność wynika z możliwości bezpośredniego pomiaru narzędzi w środowisku obróbczym, eliminując błędy ustawienia spowodowane manipulacją narzędziami. Ograniczenia obejmują wymagania kalibracji sondy oraz potencjalne zakłócenia sygnału w środowiskach o intensywnym chłodzeniu. Jednak w większości przypadków produkcji seryjnej korzyści przewyższają te ograniczenia. Wyniki wskazują, że powszechne stosowanie pomiaru w maszynie może znacząco skrócić czas przestoju i poprawić kontrolę procesu.

5 Wnioski

Zautomatyzowana inspekcja narzędzi przy użyciu pomiarów w maszynie osiąga porównywalną dokładność do metod off-line, jednocześnie zapewniając znaczne oszczędności czasu. Metoda jest praktyczna, powtarzalna i kompatybilna ze standardowymi sterowaniami CNC. Przyszłe badania mogą koncentrować się na integracji modeli predykcji zużycia w czasie rzeczywistym z danymi pomiarowymi, dalszym zwiększaniu skuteczności utrzymania ruchu predykcyjnego w obróbce CNC.