Program CNC może zostać bezbłędnie zweryfikowany, a mimo to zakończyć się niepowodzeniem, jeśli fizyczna konfiguracja maszyny nie odpowiada założeniom, na których opiera się program. Pomiar położenia wrzeciona pozwala na przeprowadzenie kontroli, które łączą zaprogramowany proces z rzeczywistym stanem wewnątrz maszyny.

Na przykład: ścieżka narzędzia może być poprawna, strategia „ CAM ” może być zoptymalizowana, kod G może zostać zweryfikowany w odniesieniu do dokładnego cyfrowego bliźniaka, a każde narzędzie może zostać sprawdzone pod kątem zgodności z zaprogramowaną geometrią…

W rezultacie załadowano niewłaściwy półfabrykat. Półfabrykat może być zbyt duży, obrócony o 90 stopni lub spoczywać na wiórze. Być może zamontowano niewłaściwy uchwyt. Szczęka imadła mogła chwycić jeden gwint przed drugim. Przesunięcie obrabianego elementu mogło zostać ustawione, gdy nadal obowiązywała stara transformacja współrzędnych.

Symulacja nie jest w stanie tego dostrzec. Sprawdza ona przekazany jej proces, wychodząc z założenia, że rzeczywista konfiguracja odpowiada tej cyfrowej.

Sonda wrzecionowa pozwala zweryfikować to założenie.

W CloudNC sondowanie znajduje zastosowanie w czterech głównych obszarach:

1. Sprawdzenie ustawień przed rozpoczęciem obróbki
2. Monitorowanie procesu podczas produkcji części
3. Ustalanie punktów odniesienia i pomiar trudnych elementów
4. Sprawdzanie kalibracji maszyn, zwłaszcza w przypadku urządzeń pięcioosiowych

Wszystkie te kontrole łącznie zmniejszają ryzyko kolizji, uszkodzeń narzędzi, konieczności złomowania elementów oraz długotrwałych, nieplanowanych przestojów.

Oto szczegółowy opis naszego procesu analizy:

1. Przed rozpoczęciem cięcia sprawdź ustawienia

Cykl sprawdzania konfiguracji powinien ustalić, czy w maszynie znajdują się materiał i elementy mocujące.

W zależności od stanowiska może to obejmować sprawdzanie:

• Wysokość, długość i szerokość półfabrykatu
• Wprowadzenie do akcji
• Kierunek włókien materiału
• Umieszczenie w imadle lub uchwycie
• Wysokość pionu i elementu mocującego
• Lokalizacja Vice
• Ułożenie szczęki
• Materiał pozostały wokół gotowego elementu

Są to proste sprawdzanie, ale pozwalają wykryć szeroki zakres praktycznych błędów.

Niewłaściwy asortyment i niewłaściwa orientacja

Operator może wybrać kęs przeznaczony do innej części lub załadować kęs prostokątny w niewłaściwym położeniu. Materiał może również zostać dostarczony w rozmiarze większym lub mniejszym od wymaganego albo z nieprawidłowym przekrojem.

W przypadku elementów lotniczych i kosmicznych kierunek ułożenia ziaren materiału może również mieć kluczowe znaczenie. Jednym ze sposobów ograniczenia ryzyka jest określenie asymetrycznych wymiarów półfabrykatu, tak aby nie można go było łatwo załadować w niewłaściwym kierunku. Następnie za pomocą sondy sprawdza się, czy wymiary są zgodne z oczekiwaniami.

W ten sposób powstają dwie warstwy zabezpieczenia: prowadnica ma za zadanie zapewnić prawidłowe załadowanie, a maszyna sprawdza, czy załadunek jest prawidłowy, zanim rozpocznie się cięcie.

Błędy pozycjonowania i mocowania obrabianego elementu

Nawet właściwy półfabrykat może znajdować się w niewłaściwym miejscu.

Niektóre elementy są celowo umieszczane poza środkiem imadła ze względu na skok maszyny, przygotowaną krawędź, wystającą część lub układ wieloczęściowy. Procedura pomiarowa musi weryfikować zamierzoną lokalizację, a nie zakładać, że każdy półfabrykat powinien być wyśrodkowany względem zaprogramowanych parametrów.

Istnieją również mniej oczywiste przyczyny błędu pozycyjnego.

Samocentrujące szczęki imadła samocentrują się tylko wtedy, gdy obie szczęki są prawidłowo zazębione. Jeśli jedna strona zacznie chwytać o jeden skok gwintu wcześniej niż druga, imadło może mocno zacisnąć się, przesuwając kęs o milimetr lub więcej.

Półfabrykat może również przesunąć się w górę na szczękach, wpaść w zagłębienie lub opierać się o zanieczyszczenia. Jeśli półfabrykat został przycięty pod kątem, dokręcenie imadła może spowodować jego przechylenie. Powoduje to zmianę położenia półfabrykatu zarówno w osi Z, jak i w osi poziomej.

Podczas oględzin element może nadal wyglądać na prawidłowy. Sonda pozwala przekształcić te niezauważalne błędy ustawienia w mierzalne odchylenia.

Nieoczekiwane zmiany stanów magazynowych wpływają na warunki produkcji

Wysokowydajne ścieżki narzędzia zależą od kontrolowanego zazębienia.

W celu uzyskania niewielkiej, stałej głębokości skrawania w kierunku promieniowym można zaprogramować dynamiczną lub trochoidalną ścieżkę frezowania. Jeśli półfabrykat jest większy niż oczekiwano i został ponadto załadowany niecentrycznie, podczas pierwszego przejścia frez może natrafić na znacznie większą ilość materiału niż ta, którą miał usunąć.

Ta sama kwestia dotyczy modelu Z. Operacja czołowa zaprogramowana na cięcie o grubości 3 mm może napotkać materiał o grubości 6 mm, ponieważ półfabrykat jest grubszy niż podano w specyfikacji lub zamontowano niewłaściwy podnośnik.

Możliwe wyniki to między innymi:

• Uszkodzone wkładki lub korpusy frezów
• Kontakt uchwytu z kolbą
• Nadmierne obciążenie wrzeciona
• Kęs wyciągane z imadła
• Uszkodzenie wrzeciona lub maszyny

Praktycznym rozwiązaniem jest określenie maksymalnego dopuszczalnego poziomu zapasów oraz maksymalnego dopuszczalnego poziomu pozycji. Cykl pomiarowy pozwala sprawdzić, czy rzeczywista sztabka mieści się w tych granicach.

Pierwsza operacja obróbki pozwala wówczas doprowadzić zewnętrzną powierzchnię półfabrykatu do określonego stanu przed rozpoczęciem ścieżek narzędzia wymagających uwzględnienia styku. Po wyrównaniu półfabrykatu każde narzędzie napotyka taką ilość materiału, jakiej oczekuje strategia „ CAM ”.

Najpierw sprawdź Z

Pierwszym ruchem rozpoznawczym powinno być zazwyczaj sprawdzenie górnej granicy ustawienia z bezpiecznej pozycji.

Pozwala to szybko wykryć poważne błędy, takie jak:

• Nieprawidłowa grubość półfabrykatu
• Niewłaściwy pion
• Nieprawidłowo ustawione przesunięcie robocze
• Aktywne przesunięcie układu współrzędnych
• Część, której obciążenie znacznie przekroczyło oczekiwania

Rurę pionową o średnicy 100 mm zamontowaną w miejsce rury o średnicy 60 mm należy wykryć za pomocą ostrożnego sondowania, a nie za pomocą frezu lub wrzeciona poruszającego się z prędkością obróbczą.

2. Monitorowanie procesu podczas produkcji części

Kontrola na etapie przygotowania zabezpiecza początkową fazę zadania. Kontrola w trakcie procesu zabezpiecza pozostałą część partii.

W tradycyjnym procesie operator może obrabiać element, wyjmować go, mierzyć ręcznie i dostosowywać przesunięcie. Rozwiązanie to sprawdza się na etapie testów sprawdzających, ale zapewnia ograniczoną ochronę w okresie między kolejnymi kontrolami.

Zużycie narzędzi, uszkodzenia krawędzi, wahania temperatury i różnice w materiale mogą stopniowo powodować, że wymiary elementu wykraczają poza tolerancję. Pomiar kontrolny w trakcie procesu pozwala maszynie wykryć takie odchylenie, zanim powstanie duża partia wadliwych elementów.

Kontrole decyzyjne

Najprostszą strategią stosowaną w trakcie procesu jest kontrola tolerancji.

Maszyna dokonuje pomiaru krytycznego otworu, ścianki, występu lub powierzchni i porównuje wynik z określonymi wartościami granicznymi. Produkcja jest kontynuowana, dopóki parametr pozostaje w dopuszczalnym zakresie. Jeśli wynik pomiaru wykracza poza dopuszczalny zakres, maszyna wykonuje z góry ustaloną procedurę reagowania.

W zależności od sprzętu może:

• Przerwij ten cykl
• Oznacz część do kontroli
• Wycofać paletę z produkcji
• Załaduj inne zadanie
• Oznacz narzędzie jako niedostępne
• Wywołaj narzędzie powiązane
• Powiadom operatora

Rozważmy cyklus obróbki bez nadzoru obejmujący 200 elementów. Jeśli parametr piątej sztuki wykroczy poza tolerancję, zatrzymanie procesu w tym momencie pozwoli zabezpieczyć pozostałe 195 półfabrykatów oraz związane z nimi godziny obróbki.

Zezwolenie na przetworzenie całej partii powoduje znacznie poważniejszy problem. Każda część musi zostać sprawdzona, wadliwy element może wymagać poprawki, a niektóre komponenty mogły już przejść przez kolejne etapy produkcji. W wielu przypadkach nie da się w ogóle naprawić tego elementu.

Automatyczna kompensacja zużycia

Pomiar sondą może służyć również do automatycznej aktualizacji korekcji zużycia narzędzia.

Typowy proces w pętli zamkniętej może:

1. Obróbka elementu
2. Oczyść powierzchnię pomiarową
3. Zapoznaj się z tą funkcją
4. Oblicz odchylenie od wartości nominalnej
5. Zastosuj niewielką korektę zużycia
6. Należy kontynuować pracę, aż narzędzie osiągnie określony limit zużycia
7. Zatrzymaj się lub przejdź do narzędzia pokrewnego

Dzięki temu można utrzymać parametry zbliżone do wartości nominalnych przez cały długi cykl produkcyjny.

Zaleta ta jest szczególnie widoczna w przypadku materiałów, które szybko zużywają krawędzie skrawające, takich jak tytan, stal nierdzewna typu duplex oraz aluminium o wysokiej zawartości krzemu. Narzędzie może zachować zdolność do obróbki wielu elementów, mimo że jego wymiary ulegają zmianie o kilka mikronów. Automatyczna kompensacja pozwala na wykorzystanie większej części okresu użytkowania narzędzia bez ryzyka, że proces obróbki wykroczy poza tolerancję.

Logika korekcji wymaga jasno określonych granic. Maszyna powinna dokonywać jedynie niewielkich, uzasadnionych korekt w ramach określonego całkowitego zakresu zużycia. Duży lub niespójny wynik powinien powodować zatrzymanie urządzenia, a nie automatyczną zmianę wartości kompensacji.

Przed pomiarem należy wyczyścić

Sonda może mierzyć jedynie powierzchnię, z którą się styka.

Wióry, zadziory i płyn chłodzący mogą powodować błędne odczyty. Ma to jeszcze większe znaczenie, gdy wynik pomiaru służy do aktualizacji przesunięcia narzędzia.

Czyszczenie powinno zatem poprzedzać cykl sondowania. W celu oczyszczenia elementu przed zatwierdzeniem wyniku można zastosować powietrze przepływające przez wrzeciono, chłodziwo, narzędzie czyszczące lub powtórny pomiar.

Nie wyeliminuje to wszystkich możliwych źródeł zanieczyszczeń, ale znacznie poprawia spójność pomiarów.

Badanie wspomaga proces kontroli

Pomiar maszynowy zapewnia informacje zwrotne na temat przebiegu procesu. Kontrola formalna nadal odgrywa swoją rolę.

Element jest mierzony przez tę samą maszynę, która go wyprodukowała, przy użyciu tego samego układu kinematycznego i termicznego. Wynik zależy od stanu technicznego oraz kalibracji maszyny, sondy i igły pomiarowej.

Nadal obowiązują kontrola wstępna, pomiary na maszynie CMM oraz wymagania jakościowe określone przez klienta. Pomiar kontrolny w trakcie procesu zapewnia ciągłą kontrolę pomiędzy tymi etapami kontroli i pozwala zespołowi produkcyjnemu na wcześniejsze wykrycie odchyleń w przebiegu procesu.

3. Ustal punkty odniesienia i zmierz trudne elementy

Ustawianie przesunięcia roboczego to najbardziej znane zastosowanie sondy wrzecionowej, ale jej zalety wykraczają poza oszczędność kilku minut w porównaniu z użyciem czujnika zegarowego.

Pomiar sondą umożliwia ustalenie układu współrzędnych na podstawie rzeczywistych punktów odniesienia elementu.

Ustawienie z poziomu komponentu

Część można załadować w przybliżeniu w odpowiednim położeniu i zmierzyć na miejscu.

Dwa punkty styku wzdłuż krawędzi pozwalają ustalić wyrównanie kątowe. Otwór, występ, płaszczyzna lub narożnik pozwalają ustalić pozostałe współrzędne punktu odniesienia.

Jest to przydatne podczas pracy z modułowymi uchwytami roboczymi. Programista może wykorzystać istniejącą płytę matrycową, zaciski i kołki zamiast projektować i obrabiać specjalny uchwyt. Operator umieszcza element w dopuszczalnym zakresie, a procedura pomiarowa oblicza jego dokładne położenie.

Dzięki temu skraca się czas poświęcony na:

• Projektowanie elementów wyposażenia
• Wybór materiału na elementy mocujące
• Programowanie i obróbka elementów mocujących
• Ręczne ustawianie elementów zegarka
• Wpasowywanie elementów w odpowiednie położenie
• Dostosowywanie ustawień w celu skompensowania niewielkich wahań obciążenia

Ułatwia to również pracę przy maszynie. Operator może załadować element i ustalić standardowy punkt odniesienia, podczas gdy program dokonuje precyzyjnego wyrównania.

Zabezpieczenie przed błędami stanu sterowania

W maszynach pięcioosiowych często stosuje się obroty i przesunięcia współrzędnych w celu dostosowania się do różnych orientacji obróbki.

Jeśli jedna z tych transformacji pozostaje aktywna w momencie, gdy operator resetuje przesunięcie robocze, nowy punkt odniesienia może ulec znacznemu przesunięciu. Przesunięcie o 200 mm w tle może spowodować błąd rzędu 200 mm podczas kolejnego ustawiania.

Program może wówczas próbować obrabiać znacznie poniżej rzeczywistego wierzchołka półfabrykatu.

Wczesny ruch sondowania w osi Z pozwala bezpośrednio sprawdzić, czy nie wystąpił tego typu błąd. Maszyna porównuje oczekiwaną pozycję na powierzchni z rzeczywistą przed wprowadzeniem narzędzia skrawającego.

Pomiar elementów, które trudno sprawdzić ręcznie

Niektóre elementy geometryczne są trudne lub wręcz niemożliwe do dokładnego zmierzenia za pomocą zwykłych narzędzi ręcznych.

Jednym z przykładów jest element o częściowo cylindrycznym kształcie, utworzony z dwóch krótkich łuków umieszczonych naprzeciwko siebie. Może się okazać, że nie ma wystarczającej ciągłej powierzchni, aby mikrometr do otworów mógł uzyskać stabilny trzypunktowy kontakt. Dwupunktowy pomiar liniowy pozwala określić odległość, ale nie pozwala w pełni ustalić średnicy ani środka tego elementu.

Sonda wrzecionowa może zbierać dane z wielu punktów wzdłuż dostępnych łuków. Oprogramowanie sterujące lub pomiarowe może następnie obliczyć najlepiej pasujące położenie środka i promień, stosując podejście podobne do strategii kontroli stosowanej w maszynach CMM.

Maszyna jest już wyposażona w system powtarzalnych ruchów wokół elementu. Dzięki czujnikom system ten może być wykorzystywany nie tylko do obróbki, ale także do ustawiania parametrów i pomiarów w trakcie procesu.

4. Sprawdź kinematykę pięcioosiową

W przypadku maszyny pięcioosiowej pomiar sondą stanowi również ważny element utrzymania współrzędnych między osiami liniowymi a obrotowymi.

Położenie osi obrotowych oraz parametry kinematyczne mogą ulegać zmianom pod wpływem temperatury, eksploatacji, kolizji oraz w wyniku normalnego działania maszyny. Jeśli zmiany te nie zostaną wykryte, maszyna może wytwarzać pojedyncze powierzchnie o wysokiej dokładności, które jednak nie będą do siebie pasować, gdy zostaną obrobione w różnych orientacjach.

Do typowych objawów należą:

• Odległość między powierzchniami indeksowanymi
• Różnice w położeniu po ruchu obrotowym
• Elementy, które pokrywają się w jednym układzie, ale nie w innym
• Części, które podczas kontroli wydają się być w porządku, ale nie przechodzą kontroli zewnętrznej

Nowoczesne układy sterowania mogą wykorzystywać sondę wrzecionową oraz skalibrowany wzorzec do sprawdzania i aktualizowania stanu kinematycznego maszyny. Odpowiednik tego procesu wykonywany ręcznie polega na zamontowaniu bloku odniesienia, wyznaczeniu kilku powierzchni, obliczeniu błędów oraz ręcznym wprowadzeniu korekt.

Zautomatyzowane cykle sprawiają, że kontrola przebiega szybciej, jest bardziej powtarzalna i łatwiejsza do przeprowadzania w sposób regularny.

W przypadku obróbki pięcioosiowej sonda wrzeciona stanowi część wyposażenia niezbędnego do zapewnienia wiarygodności transformacji współrzędnych maszyny.

Ekonomiczne aspekty badań sondowych

Kompleksowa procedura pomiarowa wydłuża czas cyklu. Na stabilnej linii produkcyjnej o dużej wydajności, wyposażonej w dedykowane uchwyty robocze, czas ten należy przeanalizować i zoptymalizować.

W środowisku charakteryzującym się dużą różnorodnością asortymentu obliczenia wyglądają inaczej.

Maszyna może wykonać w ciągu jednej zmiany dziesiątki niepowiązanych ze sobą zadań, z których każde charakteryzuje się innym kęsem, uchwytem, rynną i układem odniesienia. Każda zmiana ustawienia stwarza kolejną okazję do pojawienia się niewielkiego błędu.

Wystarczy kilka minut sprawdzenia, aby zapewnić bezpieczeństwo:

• Korpus frezu wart setki funtów
• Komplet wkładek
• Wysokiej jakości półfabrykat
• Liczba godzin obróbki skrawaniem już poświęconych na ten element
• Wrzeciono kosztujące dziesiątki tysięcy funtów
• Moc produkcyjna maszyny wartej setki tysięcy
• Każde zlecenie, które czeka z powodu uszkodzonej maszyny

Koszt naprawy to tylko część wydatków. Przestoje maszyn mają wpływ na terminy dostaw, zobowiązania wobec klientów oraz wykorzystanie mocy produkcyjnych całej fabryki.

Innymi słowy, im bliżej górnej części maszyny się znajdujesz, tym droższe staje się jej zniszczenie.

Rysik jest tańszy niż korpus sondy. Korpus sondy jest tańszy niż wrzeciono. Dobrze zaprojektowany proces pozwala wykrywać błędy na najtańszym możliwym etapie.

Połączenie procesu cyfrowego z maszyną

CAM, symulacja i weryfikacja kodu G pozwalają stworzyć bardzo dokładny model planowanego procesu obróbki. Kontrole związane z zarządzaniem narzędziami pozwalają sprawdzić, czy oczekiwane narzędzie jest dostępne oraz czy jego zmierzona długość jest zgodna z programem.

Pozostaje jeszcze kwestia konfiguracji fizycznej.

Urządzenie musi jeszcze potwierdzić, że:

• Właściwy półfabrykat został załadowany
• Zapasy znajdują się w oczekiwanej pozycji
• Uchwyt roboczy jest prawidłowy
• Aktywny układ współrzędnych odpowiada części
• Najważniejsze parametry mieszczą się w granicach tolerancji
• Sama maszyna pozostaje prawidłowo skalibrowana

Takie kontrole zapewnia sondowanie wrzeciona.

Stosowany systematycznie staje się kluczowym elementem zapewnienia jakości procesu. Zapobiega możliwym do uniknięcia awariom, wspiera produkcję bezobsługową, ogranicza ilość odpadów i daje producentom większą pewność, że rzeczywisty proces obróbki jest zgodny z procesem zweryfikowanym.

‍