Cách tự động hóa kiểm tra dụng cụ CNC bằng cách sử dụng đầu dò tích hợp trong máy

PFT, Thâm Quyến

Tóm tắt

Kiểm tra công cụ tự động đã trở thành bước thiết yếu trong gia công CNC hiện đại, đặc biệt đối với sản xuất độ chính xác cao và sản lượng lớn. Mục đích của nghiên cứu này là đánh giá hiệu quả của các hệ thống dò trong máy để giám sát mài mòn công cụ và độ chính xác kích thước mà không làm gián đoạn thời gian chu kỳ. Các phương pháp bao gồm tích hợp một đầu dò kiểu chạm kích trong một trung tâm gia công đứng ba trục, kết hợp với các chu kỳ kiểm tra tùy chỉnh được phát triển trong phần mềm điều khiển. Dữ liệu được thu thập từ các lần kiểm tra công cụ lặp lại trong suốt 500 chu kỳ gia công, ghi nhận các độ lệch về đường kính và chiều dài. Kết quả cho thấy việc dò tự động giảm 65% thời gian kiểm tra thủ công trong khi vẫn duy trì độ chính xác kích thước trong phạm vi ±2 µm. Phân tích so sánh với việc kiểm tra ngoài máy cho thấy việc dò trong máy đạt được độ lặp lại bằng hoặc cao hơn, đặc biệt trong việc phát hiện mài mòn mặt bên theo thời gian. Nghiên cứu kết luận rằng việc dò trong máy cung cấp giải pháp thực tế, có thể mở rộng cho việc tự động hóa kiểm tra công cụ trong môi trường CNC, hỗ trợ cả độ tin cậy quy trình và giảm chi phí.

1 giới thiệu

Mài mòn và gãy dụng cụ là một trong những nguyên nhân phổ biến nhất gây ra độ lệch của sản phẩm và thời gian dừng máy trong sản xuất CNC. Trước đây, việc kiểm tra chủ yếu dựa vào các phép đo thủ công bằng thiết bị ngoại tuyến như thiết bị cài đặt trước dụng cụ và kính hiển vi. Mặc dù chính xác, nhưng các phương pháp này làm gián đoạn quá trình sản xuất và làm tăng chi phí lao động. Công nghệ đo lường tích hợp trong máy giải quyết những thách thức này bằng cách cho phép đo lường dụng cụ tự động ngay trong chu kỳ gia công. Nghiên cứu này tìm hiểu cách triển khai công nghệ đo lường trong máy để tự động hóa việc kiểm tra dụng cụ, tập trung vào phương pháp thiết kế, kết quả thực tế và các ứng dụng thực tiễn.

2 Phương pháp nghiên cứu

2.1 Khái niệm thiết kế

Hệ thống kiểm tra được xây dựng xung quanh một đầu dò kiểu chạm cơ học được tích hợp vào trục chính của một trung tâm gia công đứng. Đầu dò được lập trình để đo chiều dài và đường kính của dụng cụ trước và sau mỗi chu kỳ gia công. Các chương trình đo lường được phát triển bằng các macro G-code tiêu chuẩn để đảm bảo khả năng tái lập trên các máy khác nhau.

2.2 Thu thập dữ liệu

Dữ liệu được thu thập từ 500 chu kỳ gia công các chi tiết bằng thép tôi. Độ lệch chiều dài và đường kính dao được ghi nhận tự động bởi bộ điều khiển CNC. Các phép đo ngoại tuyến sử dụng thiết bị đo trước dao được dùng làm nhóm đối chứng.

2.3 Thiết bị và Mô hình

• Máy: máy phay CNC 3 trục, trục chính 12.000 vòng/phút

• Đầu dò: Đầu dò Renishaw OMP60 loại chạm-triggers

• Dao cắt được thử nghiệm: dao phay ngón carbide Ø10 mm, phủ lớp TiAlN

• Phần mềm: Bộ điều khiển Fanuc 0i-MF với chu trình dò tìm tùy chỉnh

Thiết lập này đảm bảo khả năng lặp lại và cho phép phương pháp này có thể được áp dụng cho các cấu hình máy khác.

3 Kết Quả và Phân Tích

3.1 Đo chiều dài dao

Hình 1 thể hiện sự so sánh giữa việc đo lường trong máy và đo lường ngoại tuyến. Kết quả cho thấy độ lệch tối đa là ±2 µm, không có sự khác biệt đáng kể giữa hai phương pháp.

3.2 Đo Đường Kính Dao Cắt

Bảng 1 trình bày các độ lệch đường kính dao cắt được đo trong suốt 500 chu kỳ. Thiết bị đo trong máy liên tục phát hiện các mức giảm dần do mài mòn mặt bên.

Bảng 1 Độ Lệch Đường Kính Dao Cắt Trong 500 Chu Kỳ (µm)

Dữ liệu xác nhận rằng việc đo lường bên trong máy mang lại độ chính xác tương đương trong khi tiết kiệm thời gian so với các phương pháp thủ công.

3.3 Hiệu suất Thời gian

Việc kiểm tra thủ công cần trung bình 45 giây mỗi dụng cụ, trong khi việc đo lường tự động giảm thời gian này xuống còn 15 giây, tiết kiệm 65% thời gian.

4 Thảo luận

Kết quả cho thấy việc đo lường bên trong máy có thể thay thế hoặc bổ sung cho việc kiểm tra dụng cụ bên ngoài ở nhiều ứng dụng CNC. Hiệu quả của nó bắt nguồn từ khả năng đo lường dụng cụ trực tiếp trong môi trường gia công, loại bỏ các lỗi thiết lập do thao tác dụng cụ. Những hạn chế bao gồm yêu cầu hiệu chuẩn đầu dò và khả năng nhiễu tín hiệu trong môi trường sử dụng nhiều dung dịch làm mát. Tuy nhiên, đối với hầu hết các tình huống sản xuất hàng loạt, lợi ích mang lại vượt trội hơn các hạn chế này. Các phát hiện cho thấy việc áp dụng rộng rãi việc đo lường bên trong máy có thể giảm đáng kể thời gian dừng máy và cải thiện kiểm soát quy trình.

5 Kết luận

Việc kiểm tra công cụ tự động bằng cách sử dụng cảm biến đo lường trong máy đạt được độ chính xác tương đương với các phương pháp ngoại tuyến, đồng thời tiết kiệm đáng kể thời gian. Phương pháp này khả thi, có thể lặp lại được và tương thích với các bộ điều khiển CNC tiêu chuẩn. Nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc tích hợp các mô hình dự đoán mài mòn theo thời gian thực với dữ liệu đo lường, từ đó nâng cao hơn nữa khả năng bảo trì dự đoán trong gia công CNC.