Автоматизированный контроль в станках

Автоматизация контроля деталей на станках с ЧПУ

Для ряда отраслей промышленности характерна обработка нежестких деталей. После снятия сил закрепления происходит их деформация вследствие перераспределения внутренних напряжений (рис. 1). Это затрудняет возможности измерения подобных деталей. При изготовлении деталей на универсальном оборудовании станочник вызывает контрольного мастера, который выполняет измерение необходимых размеров, заносит их в технологический паспорт, и только после этого деталь снимается со станка. Для программного оборудования такой подход неэффективен из-за высокой стоимости часа работы, кроме того, в процессе обработки необходимо выполнение измерений. Для этого программируется технологический останов, и оператор универсальным мерительным инструментом выполняет измерения и при необходимости вводит коррекцию на размеры. Все это снижает эффект от применения оборудования с ЧПУ.

Рис. 1. Деформация детали после ее раскрепления

Для жестких деталей необходимость измерения размеров в процессе обработки остается, а окончательный контроль может быть выполнен на рабочем месте контролера или на координатно-измерительных машинах.

Дополнительно необходимо учитывать, что инструментальные наладки с конусами NC, MAC-BT имеют значительную погрешность базирования, достигающую без учета точности изготовления конуса шпинделя 0,4 мм. Все это приводит к тому, что даже после предварительной настройки инструментальных наладок на размер приходится повторно выполнять их настройку по координате Z на станке. Для станков токарной группы обнуления режущих кромок при установке инструмента в револьверные головки необходимо вносить коррекцию при каждой смене неперетачиваемых пластин и, более того, при каждом их повороте. Допуски даже на прецизионные пластины значительно превышает поля допусков на обрабатываемые поверхности. Все это вызвало необходимость разработки станочных измерительных систем. Типовая схема измерительной системы приведена на рисунке 2.

Читайте также:  Рейтинг лучших одноразовых станков для бритья

Рис. 2. Станочная измерительная система

Станочная измерительная система состоит из контактного датчика, датчика нулевого отсчета, интерфейса, приемника сигналов и блоков питания и программно-математического обеспечения как фирм изготовителей оборудования, так и измерительных датчиков.

Измерительными системами могут быть оснащены станки:

  • многоцелевые фрезерные;
  • расточные;
  • шлифовальные;
  • заточные;
  • зубообрабатывающие;
  • многоцелевые токарные;
  • токарно-фрезерные.

Датчики нулевого отсчета могут быть как контактные, так и бесконтактные (лазерные), они предназначены для:

  • измерения длины и диаметра инструмента;
  • автоматизации расчета и ввода коррекции на инструмент;
  • устранения ошибок, связанных с ручным вводом информации с приборов для настройки инструмента на размер;
  • обнаружения поломки инструмента при выполнении цикла;
  • измерения биения режущих кромок и износа;
  • проверки качества балансировки.

Курсивом выделены возможности лазерных датчиков. Датчики нулевого отсчета приведены на рисунке 3–5. Измерительные датчики применяются для:

  • привязки заготовки к системе координат станка;
  • измерений в процессе обработки и автоматическому внесению коррекций в управляющую программу;
  • измерений первой детали из партии;
  • измерения нежестких деталей на станке после завершения обработки.

Рис. 3. Датчик для станков токарной группы

Рис. 4. Контактный датчик

Рис. 5. Лазерный датчик нулевого отсчета

На станках с контактными датчиками нулевого отсчета для контроля состояния инструмента могут быть применены специальные бесконтактные датчики (рис. 6). Эти датчики определяют поломку инструмента в процессе работы, для этого инструмент перемещается через лазерный луч. Конструкция контактного измерительного датчика приведена на рисунке 7.

Рис. 6. Лазерный датчик поломки инструмента

Рис. 7. Контактный измерительный датчик

В процессе измерения датчик перемещается со скоростью 480 мм/мин, в точках измерения он подводится к детали, для исключения поломки щупа предусмотрены его угловая и осевая подвижность. При грубых столкновениях механизм датчика защищается от поломки срезным штифтом.

Информация от датчиков может передаваться:

  • по проводной линии связи;
  • модулированным оптическим лучом;
  • индуктивным методом;
  • по радиоканалу.

Схема выполнения измерений приведена на рисунке 8.

Рис. 8. Контактный измерительный датчик

Программно-математическое обеспечение для многоцелевых станков предусматривает следующие основные циклы измерений, которые могут выполняться как в ручном, так и автоматическом режимах.

В режиме ручного управления выполняются следующие измерительные циклы:

  • калибровка измерительного щупа по высоте и радиусу (рис. 9, 10);
  • определение угла поворота по прямой (рис. 11);
  • назначение координат опорной точки на произвольно выбранной оси (рис. 12);
  • назначение угла в качестве опорной точки (рис. 13);
  • назначение угла в качестве опорной точки (рис. 14);
  • назначение оси симметрии в качестве опорной точки (рис. 15);
  • определение угла поворота по двум отверстиям (рис. 16);
  • определение опорной точки по четырем отверстиям (рис. 17);
  • назначение центра окружности в качестве опорной точки через три отверстия (рис. 18).

Приведенные циклы позволяют выполнить привязку заготовок к системе координат станка без приспособлений, или используя простейшую.

Рис. 9. Калибровка датчика по высоте

Рис. 10. Калибровка датчика по радиусу

Рис. 11. Определение угла поворота

Рис. 12. Опорная точка на произвольно выбранной оси

Рис. 13. Назначение угла в качестве опорной точки

Рис. 14. Назначение угла в качестве опорной точки

Рис. 15. Назначение оси симметрии в качестве опорной точки

Рис. 16. Определение угла поворота по двум отверстиям

Рис. 17. Определение опорной точки по четырем отверстиям

Рис. 18. Назначение центра окружности в качестве опорной точки через три отверстия

Следует отметить, что эти циклы могут быть выполнены в автоматическом режиме с применением циклов измерения (G400–G415).

Циклы измерения детали также могут выполняться как в ручном, так и в автоматическом режимах. Системы управления имеют основные и дополнительные циклы измерения деталей. Кроме того, может быть установлено специальное программное обеспечение разработчиков измерительных датчиков. Отдельной функцией систем является измерение инструмента. Измерению подлежат:

  • вылет от торца шпинделя;
  • фактический диаметр;
  • состояние режущих кромок;
  • биение зубьев;
  • дисбаланс.

Измерения могут выполняться как на неподвижном, так и вращающемся инструменте.

Измерительные функции систем управления позволяют отказаться от использования устройств для предварительной настройки инструмента на размер, дорогостоящих зажимных приспособлений и длительной процедуры выставления заготовки относительно осей станка вручную с помощью циферблатных индикаторов.

Контактные измерения отличаются быстротой и надежностью, и при этом возможно автоматическое выполнение обновления коррекций станка.

Источник

Система контроля детали и инструмента для обрабатывающих центров с ЧПУ

Содержание:

Появление станков с ЧПУ серьезно изменило подход к вопросу контроля инструмента, заготовки и детали при подготовке и в процессе обработки. Сами этапы выполнения работ остались неизменными. Вот они:

  • измерение и установка заготовки с заданным ориентированием ее относительно осей станка (привязка заготовки)
  • измерение и установка инструмента в рабочий орган станка, а также его привязка
  • предварительная обработка детали
  • промежуточный контроль состояния и размеров инструмента
  • промежуточный контроль размеров детали
  • ввод корректив по результатам промежуточного контроля
  • окончательная обработка с учетом корректив
  • измерение размеров готовой детали с выводом о ее соответствии требованиям чертежа

Во-первых, для станков с ЧПУ привязка инструмента производится не к детали (по первой стружке), а к системе координат станка. К ней же привязывается заготовка. Это позволяет разделить две процедуры привязки и сделать их независимыми.

Во-вторых, для станков с ЧПУ доля времени на вспомогательные операции (измерение, привязка, контроль) при «ручном» их исполнении становится непомерно большой в общем цикле изготовления детали. Это связано с высоким уровнем автоматизации и большей производительностью непосредственного процесса обработки.

В-третьих весь процесс обработки происходит, что называется за «закрытыми дверьми». Для промежуточного контроля станок необходимо останавливать. Кроме того, поломка инструмента остается незамеченной, и станок как ни в чем не бывало продолжает обработку огрызком резца или фрезы.

Все это привело к появлению автоматизированных систем привязки и контроля инструмента и детали, которые интегрированы, как правило, с системой ЧПУ станка. Сердцем такой системы является комплект датчиков и щупов, которые обеспечивают измерения, а также комплект программного обеспечения, который обеспечивает интеграцию с системой ЧПУ и предлагает ряд разнообразных возможностей.

Рассмотрим возможности подобных систем на примере продукции известнейшей в этой области компании Renishaw. Большинство клиентов Renishaw применяет датчики для привязки заготовки к системе координат станка и для осуществления перехода в рабочую систему координат в системе ЧПУ станка. Все измерения выполняются в автоматическом режиме, включая обновление коррекции в системе ЧПУ станка, что позволяет исключить влияние человеческого фактора и необходимость в постоянном присутствии оператора. Другое широко распространение применение датчиков Renishaw — распределение припусков перед началом финишной обработки. По окончании черновой обработки выполняются измерения, результаты которых загружаются в систему ЧПУ. Затем на основании результатов измерений происходит автоматическая корректировка программы финишной обработки станка.

Датчики

В основе системы находятся два элемента:

  • датчик для измерения и контроля инструмента
  • датчик (щуп) для контроля детали

Между датчиками и системой ЧПУ станка, на котором используется эти датчики, должна быть установлена связь. Сигнал срабатывания датчика должен попадать в систему ЧПУ станка, чтобы зарегистрировать момент касания заготовки или инструмента щупом датчика. Кроме того, между системой ЧПУ и датчиком должна существовать обратная связь, чтобы УЧПУ станка могло управлять работой датчика. Эта связь может быть оптической, индуктивной, радиочастотной или проводной.

Щупы для контроля детали находятся в инструментальном магазине станка и устанавливаются в шпиндель сменщиком инструмента.

Датчики контроля инструмента устанавливаются, как правило, на рабочем столе станка и соединены с ЧПУ проводной связью.

Установка заготовки и контроль детали в процессе ее изготовления

Привязка к системе координат станка

Датчик позволяет определить положение заготовки, обновляя автоматически значения рабочих смещений и обеспечивая правильность обработки детали с первого раза.

Датчик также может быть использован для:

• идентификации заготовок при использовании гибких производственных систем

• определения положения заготовки, а также обнаружения ее неправильной загрузки с целью исключения брака.

• распределения припусков на обработку с тем, чтобы быстро и безопасно подвести режущий инструмент к заготовке.

Контроль первой детали

При изготовлении партии одинаковых изделий контроль первой детали непосредственно на станке позволяет:

• снизить время простоя станка, связанное с ожиданием результатов проверки на дополнительном устройстве вне станка.

• производить автоматическую коррекцию любых ошибок.

Контроль внутри технологического процесса

Измерение параметров деталей после предварительной обработки с тем, чтобы:

• обеспечить необходимую точность финишной обработки.

• выявить ошибки, прежде чем они приведут к появлению бракованного изделия.

Периодичность измерений определяется стоимостью изготавливаемой детали и степенью уверенности в неизменности характеристик станка на протяжении всего процесса обработки.

Проверять основные параметры изделия в процессе автоматической обработки обычно приходится при изготовлении дорогостоящих деталей.

Окончательный контроль

Контроль детали на соответствие заданным допускам по окончании обработки позволяет:

• убедиться в том, что изготовленное изделие соответствует заданным техническим требованиям.

• получать размеры обработанных изделий для статистического мониторинга процесса обработки.

Наладка, контроль и обнаружение поломки инструмента.

Наладка инструмента

Неподвижный или вращающийся инструмент подводится к щупу датчика и касается его наконечника:

• Наладка по длине неподвижного инструмента (метчики, сверла и т.п.)

• Наладка по длине вращающихся торцевых фрез и другого крупногабаритного режущего инструмента

• Наладка вращающегося инструмента (шпоночные фрезы, расточные оправки и т.п.) по диаметру

Контроль инструмента

Контроль длины и диаметра режущего инструмента перед началом обработки, для того чтобы исключить ошибки при выборе инструмента.

Определение поломки инструмента

Быстрая проверка режущего инструмента на предмет поломки (изменения длины) после окончания обработки.

Расширение возможностей системы за счет программных продуктов

Постпроцессоры Renishaw обеспечивают совместимость программного обеспечения Productivity+™ с большинством систем ЧПУ

Productivity+™ ActiveEditorPro

Данная программа создавалась как автономное решение, позволяющее пользователям импортировать извлеченные из CAD-системы объемные модели Parasolid®. Пользователи могут запрограммировать контактные измерения, просто выбирая мышью одну из моделей и выполняя инструкции диалогового интерфейса. Active Editor Pro позволяет считывать уже существующие управляющие программы и добавлять в них циклы измерений, что избавляет от необходимости редактировать программы непосредственно в системе ЧПУ станка. Уменьшение объема ручного редактирования снижает вероятность появления ошибки в программе и, следовательно, сокращает время, затрачиваемое на поиск ошибок. Кроме того, использование в программном обеспечении функции обнаружения столкновения предотвращает датчик от выполнения потенциально опасных перемещений в измерительном цикле, дает пользователю дополнительную уверенность в отсутствии ошибок в программе и сокращает время отладки. Таким образом, с помощью семейства программ Productivity+™ можно ускорить процесс программирования и сделать его более эффективным. Данные программы можно запускать на персональном компьютере и, тем самым, программировать измерения вне производственного цеха без вывода станков из производственного процесса.

Productivity+™ ActiveEditor

При отсутствии 3-D модели можно воспользоваться Active Editor – программой с диалоговым интерфейсом, с помощью которой можно создавать программы обработки с измерительными циклами, сразу готовые для запуска на станке. Так же как и Active Editor Pro, программа Active Editor позволяет считывать уже существующие управляющие программы и добавлять в них циклы измерений, что опять избавляет от необходимости редактировать программы непосредственно в системе ЧПУ станка. Удобный для пользователя диалоговый интерфейс со встроенным справочным руководством значительно облегчает разработку программ измерений. Высокий уровень надежности позволяет обходиться без проверки выходного файла постпроцессора. Так же как и ActiveEditorPro, программа ActiveEditor из Productivity+™ позволяет импортировать имеющиеся программы обработки и включать в них измерительные циклы для наладки инструмента и обнаружения его поломки, для привязки заготовки или для контроля готового изделия при помощи удобной в использовании программы GUI.

Утилита Productivity+ GibbsCAM®

Утилита Renishaw’s Productivity+™ GibbsCAM® – идеальное решение для пользователей GibbsCAM®, желающих дополнить свои программы обработки измерительными циклами. Будучи совместимой с GibbsCAM® (версии 6, 7 или 8), утилита Productivity+™ GibbsCAM® позволяет моделировать измерительные операции на экране, придавая дополнительную уверенность в правильности организации измерений. Использование утилиты Productivity+™ GibbsCAM дает пользователю те же преимущества, что и автономный пакет программного обеспечения Active Editor Pro: позволяет импортировать измерительные циклы для наладки инструмента и обнаружения его поломки, для привязки заготовки к системе координат станка или для контроля готового изделия. Кроме того, использование привычного интерфейса GibbsCAM® дополнительно упрощает данную процедуру. Так же как и в Active Editor Pro, в утилите GibbsCAM® реализована мощная функция определения столкновения. Датчик рассматривается просто как еще один инструмент в магазине станка, и создание измерительных циклов происходит вместе с программированием перемещения инструмента, становясь органичной часть процесса разработки управляющей программы. Польза от взаимосвязи GibbsCAM®/Productivity+™ состоит в том, что в программе можно предусмотреть измерения до того, как пострпроцессор выполнит ее обработку, поэтому нет необходимости редактировать файл еще раз в системе ЧПУ станка. Productivity+™ также поможет поддержать или восстановить хороший метод организации работы в условиях производства. Реализация измерений на этапе CAM-программирования позволяет избежать ручного редактирования измерительных циклов. Для пользователей GibbsCAM® утилита Productivity+™ GibbsCAM® – очевидный выбор в пользу самой простой и быстрой реализации измерительных циклов в процессе металлообработки

Источник

Оцените статью