Как автоматизировать проверку инструментов CNC с помощью измерения в станке

PFT, Шэньчжэнь

Реферат

Автоматический осмотр инструментов стал важным этапом в современной обработке на станках с ЧПУ, особенно при высокоточной и крупносерийной производственной деятельности. Целью данного исследования было оценить эффективность систем измерения износа инструмента и размерной точности внутри станка без прерывания времени цикла. Методы исследования включали интеграцию щупа с триггером в трехосевой вертикальный обрабатывающий центр, в сочетании с разработанными в программном обеспечении циклами автоматического осмотра. Данные собирались в ходе повторных осмотров инструментов на протяжении 500 циклов обработки, фиксировались отклонения диаметра и длины. Результаты показали, что автоматическое измерение позволило сократить время ручного осмотра на 65%, при этом размерная точность сохранялась в пределах ±2 мкм. Сравнительный анализ с внестаночным осмотром показал, что измерение внутри станка обеспечивает равную или более высокую повторяемость, особенно при обнаружении постепенного износа боковой поверхности. В исследовании сделан вывод, что измерение внутри станка обеспечивает практичное и масштабируемое решение для автоматизации осмотра инструментов в среде станков с ЧПУ, способствуя как надежности процесса, так и снижению затрат.

1 введение

Износ и поломка инструмента являются одними из самых распространенных причин отклонений деталей и простоев оборудования в производстве с ЧПУ. Традиционно контроль инструмента осуществлялся вручную с использованием автономного оборудования, такого как инструментальные измерительные устройства и микроскопы. Несмотря на высокую точность, эти методы приводят к остановке производства и увеличивают затраты на рабочую силу. Технология измерения с использованием щупа, установленного в станке, решает эти проблемы, позволяя автоматически измерять инструмент непосредственно в цикле обработки. В данном исследовании рассматриваются возможности реализации этой технологии для автоматизации контроля инструмента с акцентом на методологию проектирования, результаты производительности и практическое применение.

2 Метод исследования

2.1 Концепция проектирования

Система контроля была построена вокруг импульсного щупа, интегрированного в шпиндель вертикально-обрабатывающего центра. Щуп программировался для измерения длины и диаметра инструмента до и после каждого производственного цикла. Программы измерения разрабатывались с использованием стандартных макрокоманд G-кода для обеспечения воспроизводимости на различных станках.

2.2 Сбор данных

Данные были собраны с 500 циклов обработки закаленных стальных компонентов. Отклонения длины и диаметра инструмента автоматически регистрировались контроллером ЧПУ. Офлайн-измерения с использованием предустановщика инструмента служили контрольной группой.

2.3 Оборудование и модели

• Машина: 3-х осевой вертикально-фрезерный станок, шпиндель 12 000 об/мин

• Щуп: Renishaw OMP60 импульсный щуп с контактным срабатыванием

• Испытанные инструменты: твердосплавные торцевые фрезы Ø10 мм с покрытием TiAlN

• Программное обеспечение: Fanuc 0i-MF контроллер с пользовательскими циклами измерения щупом

Такая конфигурация обеспечивает воспроизводимость и позволяет адаптировать методологию к другим конфигурациям станков.

3 Результаты и анализ

3.1 Измерение длины инструмента

Рисунок 1 демонстрирует сравнение между измерением инструмента в станке и вне его. Результаты показали максимальное отклонение ±2 мкм, при этом существенных различий между методами не наблюдалось.

3.2 Измерение диаметра инструмента

Таблица 1 представляет измеренные отклонения диаметра инструмента за 500 циклов. Датчик в станке постоянно фиксировал постепенное уменьшение, вызванное износом по задней поверхности.

Таблица 1 Отклонения диаметра инструмента за 500 циклов (мкм)

Данные подтверждают, что измерения непосредственно на станке обеспечивают одинаковую точность и экономию времени по сравнению с ручными методами.

3.3 Экономия времени

Ручной осмотр требовал в среднем 45 секунд на инструмент, тогда как автоматизированные измерения сократили это время до 15 секунд, обеспечив сокращение времени на 65%.

4 Обсуждение

Результаты показывают, что измерения непосредственно на станке могут заменить или дополнить внеоперационный контроль инструмента во многих приложениях с ЧПУ. Эффективность метода обусловлена возможностью измерения инструментов непосредственно в условиях обработки, что устраняет ошибки настройки, вызванные обращением с инструментом. Ограничения включают необходимость калибровки щупа и возможные помехи сигнала в условиях высокого расхода охлаждающей жидкости. Однако в большинстве случаев массового производства преимущества перевешивают эти ограничения. Полученные данные позволяют предположить, что широкое внедрение измерений непосредственно на станке может значительно сократить время простоя и улучшить контроль процесса.

5 Заключение

Автоматический осмотр инструмента с использованием измерения в станке обеспечивает точность, сравнимую с внестаночными методами, и при этом позволяет значительно сэкономить время. Данный метод является практичным, воспроизводимым и совместимым со стандартными системами управления ЧПУ. В дальнейших исследованиях может быть рассмотрена возможность интеграции моделей прогнозирования износа в реальном времени с данными измерения, что дополнительно повысит эффективность предиктивного обслуживания в обработке на станках с ЧПУ.