Як автоматизувати перевірку інструментів ЧПК за допомогою вбудованого датчика

PFT, Шеньчжень

АБСТРАКТ

Автоматичний контроль інструментів став важливим етапом у сучасному виробництві на CNC-верстатах, особливо при високоточній та високопродуктивній обробці. Метою цього дослідження було оцінити ефективність систем вимірювання всередині верстатів для контролю зношування інструментів та дотримання розмірної точності без переривання тривалості циклу. Методи дослідження включали інтеграцію контактного датчика у вертикальний трикоординатний обробний центр, разом із спеціальними циклами контролю, розробленими в керуючому програмному забезпеченні. Дані збиралися під час повторних перевірок інструментів протягом 500 обробних циклів, реєструючи відхилення діаметра та довжини. Результати показали, що автоматичне вимірювання скорочує час на ручний контроль на 65%, зберігаючи розмірну точність у межах ±2 мкм. Порівняльний аналіз із позамашинним контролем вказав, що вимірювання всередині верстата забезпечує однакову або вищу повторюваність, особливо при виявленні поступового зношування бічної поверхні. Дослідження підтвердило, що вимірювання всередині верстата є практичним і масштабованим рішенням для автоматизації контролю інструментів у CNC-середовищах, що підтримує як надійність процесу, так і скорочення витрат.

1 Вступ

Зношування та поломка інструментів є одними з найпоширеніших причин відхилення параметрів деталей та простоїв обладнання у виробництві з ЧПК. Традиційно контроль здійснювався за допомогою ручних вимірювань із використанням позамашинного обладнання, такого як інструментальні налагоджувальні пристрої та мікроскопи. Хоча ці методи й є точними, вони переривають виробництво та збільшують витрати на робочу силу. Технологія вимірювання інструментів безпосередньо у верстаті вирішує ці проблеми, забезпечуючи автоматизоване вимірювання інструментів безпосередньо в циклі обробки. Це дослідження вивчає, як можна впровадити вимірювальні системи для автоматизації контролю інструментів, зосереджуючись на методології проектування, результатах продуктивності та практичних наслідках.

2 Метод дослідження

2.1 Концепція проектування

Система контролю була побудована навколо контактного щупа, інтегрованого в шпиндель вертикально-фрезерного обробного центру. Щуп було запрограмовано для вимірювання довжини та діаметра інструменту до та після кожного обробного циклу. Програми вимірювань були розроблені з використанням стандартних макрокоманд G-коду для забезпечення відтворюваності на різних машинах.

2.2 Збирання даних

Дані були зібрані з 500 циклів обробки закалених сталевих компонентів. Відхилення довжини та діаметра інструменту автоматично фіксувалися контролером ЧПК. Позаштатні вимірювання за допомогою попереднього встановлювача інструментів використовувалися як контрольна група.

2.3 Обладнання та моделі

• Машина: 3-вісний вертикально-фрезерний верстат (VMC), шпиндель 12,000 об/хв

• Щуп: Renishaw OMP60 щуп з тригерним дотиком

• Тести з інструментами: фрези з твердого сплаву діаметром 10 мм, з покриттям TiAlN

• Програмне забезпечення: Fanuc 0i-MF контролер з власними циклами вимірювання

Така конфігурація забезпечує відтворюваність і дозволяє адаптувати методологію до інших машинних комплектацій.

3 Результати та Аналіз

3.1 Вимірювання довжини інструменту

Рисунок 1 демонструє порівняння між вимірюванням інструменту у верстаті та позаверстатним вимірюванням. Результати показали максимальне відхилення ±2 мкм, без суттєвої різниці між методами.

3.2 Вимірювання діаметра інструменту

Таблиця 1 демонструє виміряні відхилення діаметра інструменту протягом 500 циклів. Датчик верстата постійно виявляв поступове зменшення, спричинене зношенням по передній поверхні.

Таблиця 1. Відхилення діаметра інструменту протягом 500 циклів (мкм)

Дані підтверджують, що вимірювання всередині машини забезпечує однакову точність і економію часу порівняно з ручними методами.

3.3 Ефективність у часі

Ручний огляд потребував у середньому 45 секунд на інструмент, тоді як автоматизоване сканування скоротило цей час до 15 секунд, що на 65% менше.

4 Обговорення

Результати свідчать, що вимірювання всередині машини може замінити або доповнити позамашинний огляд інструментів у багатьох застосуваннях ЧПК. Його ефективність пояснюється можливістю вимірювання інструментів безпосередньо в умовах обробки, що усуває помилки налаштування, спричинені роботою з інструментами. Обмеження включають потребу в калібрації датчика та потенційні перешкоди сигналу в умовах високого охолодження. Однак для більшості сценаріїв масового виробництва переваги перевищують ці обмеження. Висновки показують, що масове впровадження вимірювань всередині машини може суттєво скоротити час простою та покращити контроль процесу.

5 Висновок

Автоматизована інспектія інструментів за допомогою вимірювань всередині машини досягає порівнянної точності з позамашинними методами, забезпечуючи значну економію часу. Цей метод є практичним, відтворюваним і сумісним зі стандартними системами керування ЧПК. Майбутні дослідження можуть бути спрямовані на інтеграцію моделей прогнозування зносу в реальному часі з даними вимірювань, що ще більше підвищить ефективність передбачуваного технічного обслуговування у верстатів з ЧПК.