Hur man automatiserar CNC-verktygsinspektion med inmaskinmätning

PFT, Shenzhen

Abstrakt

Automatisk verktygsinspektion har blivit ett avgörande steg inom modern CNC-bearbetning, särskilt för högprecision och högvolymsproduktion. Syftet med denna studie var att utvärdera effektiviteten hos inbyggda mätsondsystem för att övervaka verktygsförfall och dimensionell precision utan att avbryta cykeltiden. Metoderna innefattade integrering av en beröringsstyrd mätsond i ett tresaxligt vertikalt bearbetningscenter, i kombination med anpassade inspektionscykler som utvecklats i styrmjukvaran. Data samlades in från upprepade verktygsinspektioner över 500 bearbetningscykler, där avvikelser i diameter och längd registrerades. Resultaten visade att automatisk sondering minskade den manuella inspektionstiden med 65 % samtidigt som den dimensionella precisionen upprät hölls inom ±2 µm. Jämförande analys med offline-inspektion indikerade att inbyggd sondering uppnådde lika god eller bättre repeterbarhet, särskilt vid identifiering av gradvist flankslitage. Studien slutförs med slutsatsen att inbyggd sondering erbjuder en praktisk och skalbar lösning för att automatisera verktygsinspektion i CNC-miljöer, vilket stöder både processpålitlighet och kostnadsreduktion.

1 inledning

Verktygsförföring och brott är bland de vanligaste orsakerna till delavvikelser och maskinstillstånd i CNC-produktion. Tidigare har inspektion varit beroende av manuella mätningar med offline-utrustning såsom verktygsinställare och mikroskop. Även om dessa metoder är noggranna, avbryter de produktionen och ökar arbetskostnaderna. In-machine probing-teknologi löser dessa problem genom att möjliggöra automatiska verktygsmätningar direkt inom bearbetningscykeln. Denna studie undersöker hur in-machine probing kan implementeras för att automatisera verktygsinspektion, med fokus på designmetodik, prestandaresultat och praktiska implikationer.

2 Forskningsmetod

2.1 Designkoncept

Inspektionssystemet byggdes kring en mekaniskt utlösande mätsond integrerad i spindeln på ett vertikalt bearbetningscenter. Sonden programmerades för att mäta verktygslängd och diameter före och efter varje bearbetningscykel. Mätrutinerna utvecklades med hjälp av standardiserade G-kod-makron för att säkerställa reproducerbarhet mellan olika maskiner.

2.2 Datainsamling

Data samlades in från 500 maskinbearbetningscykler med hårdmetallkomponenter. Verktygslängd- och diameternoggrannheter loggades automatiskt av CNC-styrningen. Avläsningar offline med hjälp av en verktygsinställare användes som kontrollgrupp.

2.3 Utrustning och Modeller

• Maskin: 3-axlig VMC, 12 000 varv/min-spindel

• Mätarm: Renishaw OMP60 känslig mätarm

• Verktyg som testats: ø10 mm hårdmetallfräsar, TiAlN-beklädda

• Programvara: Fanuc 0i-MF styrning med anpassade mätcykler

Denna uppställning säkerställer reproducerbarhet och gör det möjligt att anpassa metodiken till andra maskinkonfigurationer.

3 Resultaten och analysen

3.1 Verktygslängdsmätning

Figur 1 visar jämförelsen mellan inmaskinmätning och offline-förinställning. Resultaten visade en maximal avvikelse på ±2 µm, utan någon betydande skillnad mellan metoderna.

3.2 Verktygsdiametermätning

Tabell 1 visar de uppmätta verktygsdiameter-avvikelserna över 500 cykler. Inmaskinprobet upptäckte konsekvent gradvisa minskningar som orsakades av flankslitage.

Tabell 1 Verktygsdiameter-avvikelse över 500 cykler (µm)

Data bekräftar att mätning i maskinen ger samma noggrannhet och samtidigt sparar tid jämfört med manuella metoder.

3.3 Tidsbesparing

Manuell kontroll krävde i genomsnitt 45 sekunder per verktyg, medan automatisk mätning minskade tiden till 15 sekunder, vilket innebär en tidsminskning med 65%.

4 Diskussion

Resultaten tyder på att mätning i maskinen kan ersätta eller komplettera offline-verktygskontroll i många CNC-tillämpningar. Dess effektivitet beror på förmågan att mäta verktyg direkt i maskinmiljön, vilket eliminerar inställningsfel som uppstår vid hantering av verktyg. Begränsningar inkluderar krav på kalibrering av sonden och potentiell störning av signaler i miljöer med hög kylvätsketillförsel. Dock, för de flesta tillämpningar med hög produktion, överväger fördelarna dessa begränsningar. Resultaten tyder på att en bred användning av mätning i maskiner kan minska driftstopp och förbättra processkontrollen.

5 Slutsatser

Automatisk verktygsinspektion med hjälp av inmaskinsmätning uppnår jämförbar noggrannhet med offline-metoder samtidigt som den erbjuder betydande tidsbesparing. Metoden är praktisk, repeterbar och kompatibel med standard-CNC-styrningar. Framtida forskning kan fokusera på att integrera modeller för realtidsförsägelse av nötning med mätdata, vilket ytterligare förbättrar prediktivt underhåll inom CNC-bearbetning.