Ako Automatizovať Kontrolu CNC Nástrojov pomocou Merania vo Stroji

PFT, Shenzhen

Abstraktné

Automatizovaná kontrola nástrojov sa stala neoddeliteľnou súčasťou súčasnej CNC obrábania, najmä pri výrobe s vysokou presnosťou a vysokým objemom. Účelom tejto štúdie bolo vyhodnotiť účinnosť systémov merania vo stroji na sledovanie opotrebenia nástrojov a dodržiavanie rozmerovej presnosti bez prerušovania cyklového času. Metódy zahŕňali integráciu sondy so spínačom dotyku do trojosého zvislého obrábadla, v kombinácii s vlastnými kontrolnými cyklami vyvinutými v riadiacom softvéri. Údaje boli zbierané z opakovaných kontrol nástrojov počas 500 obrábacích cyklov, pričom boli zaznamenávané odchýlky v priemere a dĺžke. Výsledky ukázali, že meranie vo stroji znížilo čas potrebný na manuálnu kontrolu o 65 %, pričom bolo zachované dodržiavanie rozmerovej presnosti v rozsahu ±2 µm. Porovnávaciu analýzu s off-line kontrolou potvrdila, že meranie vo stroji dosahuje rovnakú alebo vyššiu opakovateľnosť, najmä pri detekovaní postupného opotrebenia bokov. Štúdia dospela k záveru, že meranie vo stroji poskytuje praktické a škálovateľné riešenie na automatizáciu kontroly nástrojov v CNC prostredí, čo podporuje spoľahlivosť procesu aj zníženie nákladov.

1 Úvod

Opotrebenie a porušenie nástroja patria medzi najčastejšie príčiny odchýlky súčiastok a výpadkov strojov v CNC výrobe. Tradične sa kontrola opierala o manuálne merania pomocou off-line zariadení, ako sú prednastavovače nástrojov a mikroskopy. Hoci tieto metódy sú presné, rušia výrobu a zvyšujú náklady na prácu. Technológia merania nástrojov priamo vo stroji rieši tieto výzvy tým, že umožňuje automatizované meranie nástrojov priamo v rámci obrábacieho cyklu. Táto štúdia skúma, ako možno implementovať meranie nástrojov vo stroji s cieľom automatizovať kontrolu nástrojov, pričom sa zameriava na metodológiu návrhu, výsledky výkonu a praktické dôsledky.

2 Výskumná metóda

2.1 Návrhový koncept

Kontrolný systém bol založený na dotykovej sondy integrovanej do vretena zvislého obrábacieho centra. Sonda bola naprogramovaná tak, aby merala dĺžku a priemer nástroja pred a po každom obrábacom cykle. Meracie rutiny boli vyvinuté pomocou štandardných makrír G-kódu, aby sa zabezpečila reprodukovateľnosť na rôznych strojoch.

2.2 Zber údajov

Údaje boli zbierané počas 500 obrábacích cyklov komponentov z kalenej ocele. Odchýlky dĺžky a priemeru nástroja boli automaticky zaznamenávané CNC regulátorom. Merania mimo linky pomocou prednastavovača nástrojov slúžili ako kontrolná skupina.

2.3 Zariadenie a modely

• Stroj: 3-osé CNC, vreteno 12 000 ot./min

• Hmatník: Renishaw OMP60 dotykový hmatník

• Obrábané nástroje: vrtáky z karbidu s priemerom 10 mm, povlakované TiAlN

• Softvér: Fanuc 0i-MF riadiaci systém s vlastnými meracími cyklami

Toto usporiadanie zabezpečuje reprodukovateľnosť a umožňuje metódu prispôsobiť iným konfiguráciám strojov.

3 Výsledky a analýza

3.1 Meranie dĺžky nástroja

Obrázok 1 ukazuje porovnanie medzi meraním nástroja priamo v stroji a offline prednastavením. Výsledky ukázali maximálne odchýlky ±2 µm, pričom medzi metódami nebola žiadna významná rozdielnosť.

3.2 Meranie priemeru nástroja

Tabuľka 1 zobrazuje namerané odchýlky priemeru nástroja počas 500 cyklov. Meranie priamo v stroji kontinuálne zachycovalo postupné znižovanie spôsobené opotrebením bokov nástroja.

Tabuľka 1 Odchýlka priemeru nástroja počas 500 cyklov (µm)

Údaje potvrdzujú, že meranie priamo v stroji zabezpečuje rovnakú presnosť ako manuálne metódy, pričom ušetrí čas.

3.3 Úspora času

Manuálna kontrola vyžadovala priemerne 45 sekúnd na nástroj, zatiaľ čo automatické meranie skrátilo tento čas na 15 sekúnd, čím sa dosiahla 65% úspora času.

4 Diskusia

Výsledky naznačujú, že meranie nástrojov priamo v stroji môže nahradiť alebo doplniť off-line kontrolu nástrojov v mnohých CNC aplikáciách. Jeho účinnosť vyplýva z možnosti merania nástrojov priamo v prostredí obrábania, čím sa eliminujú chyby nastavenia spôsobené manipuláciou s nástrojmi. Medzi obmedzenia patrí nutnosť kalibrácie sondy a možné rušenie signálu v prostredí s vysokým prívodom chladiacej kvapaliny. Napriek tomu však pre väčšinu scénárov sériovej výroby výhody prevyšujú tieto obmedzenia. Z výsledkov vyplýva, že masové využitie merania nástrojov priamo v stroji by mohlo výrazne znížiť výpadky a zlepšiť kontrolu procesu.

5 Záver

Automatizovaná kontrola nástrojov pomocou vnútromachinového merania dosahuje porovnateľnú presnosť ako off-line metódy, pričom zabezpečuje výrazné úspory času. Metóda je praktická, opakovateľná a kompatibilná so štandardnými CNC ovládačmi. Budúci výskum môže smerovať k integrácii modelov predikcie opotrebenia v reálnom čase s údajmi z merania, čím sa ďalej vylepší prediktívna údržba pri CNC obrábaní.