Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> Obrobkové sondy a úskalí jejich použití
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.

Obrobkové sondy a úskalí jejich použití

Téměř většina z nově vyrobených, zejména pak sofistikovaných obráběcích strojů, je dnes vybavena obrobkovými měřícími sondami. V uživatelských návodech k těmto sondám se lze dočíst o tom, jakými přínosy je jejich nasazení ve výrobě ohledně efektivnosti, snižování vedlejších časů při mezioperačních a finálních kontrolách obrobků atd. Ano, to vše je pravdou, nicméně i měřící sondy mají svá úskalí - tak jako ostatně každé jiné měřící zařízení.

Je potřeba vždy mít na zřeteli potenciální riziko, že hodnoty naměřené pomocí sondy a příslušného naprogramovaného cyklu se mohou sice nacházet v tolerančních mezích, avšak výsledky nemusejí být skutečně tím, co bylo od vlastního měření očekáváno a požadováno.

Aby naměřené výsledky měly svoji vypovídající hodnotu, je žádoucí mít obráběcí stroj v dobrém technickém stavu – periodicky provádět jeho údržbu včetně kontroly geometrických tolerancí a případného mechanického seřízení a zkompenzování lineárních i rotačních os pomocí laserového interferometru. Na každém stroji se s obrobkovou sondou vykonávají stejné pohyby jako během předešlého či následujícího obráběcího procesu s řezným nástrojem. Pokud tedy nebude stroj odpovídat výše uvedeným požadavkům, tak se v procesu měření zpravidla kopírují stejné nepřesnosti jako při obrábění a výsledky tak mohou být chybně vyhodnoceny jako vyhovující. Typickými příklady těchto chyb může být třeba nepřesně vyrovnané lože stroje (vzájemné nekolmosti lineárních os apod.), špatně seřízené vzájemné interpolace strojních os, zanedbávání pravidelné kontroly a údržby stroje (zatajení prodělaných, ač sebemenších kolizních stavů – pokud se měření přesto provede na stroji po kolizi, hrozí riziko zkreslení naměřených výsledků), přesnost polohování os, která neodpovídá předepsaným hodnotám a doporučením. Z výše uvedených důvodů je po obrobení součásti vhodné provést kontrolu na nezávislém měřicím stroji/zařízení (ať již namátkou, či stoprocentně podle specifika výroby a požadavků jakosti). To však nelze uplatnit u všech obrobků, zejména u těch prostorově rozměrnějších a těžších.

Příklad z praxe

Před několika lety jsme měli v ŠMT (Škoda Machine Tool) zákazníka, který na globální trh dodával energetická zařízení. Požadavek byl na dodávku stroje, na kterém by obráběl turbínové a generátorové rotory o hmotnostech až 350 t s tím, aby všechny operace od založení rotoru až po jeho vyjmutí probíhaly v automatickém režimu, a to včetně ustavení a vyrovnání pomocí obrobkové sondy v tolerancích ±0,015/4 000 mm. Během vývoje a zkoušení rovnacích cyklů jsme narazili na řadu nám doposud neznámých problémů při používání obrobkových sond, zejména na nutnost jejich řádného kalibrování. Další text se vztahuje zejména k řídicímu systému Sinumerik 840 D a obrobkovým sondám Renishaw RMP 60, použitým na horizontálních frézovacích a vrtacích strojích Škoda, řady HCW nebo FCW a jejich technologických příslušenství.

Kalibrací sondy se do řídicího systému stroje uloží kalibrační data, tzv. spínací body (trigger points). Spínací bod v podstatě říká, o jakou hodnotu je nutno přejet zamýšlenou pozici v daném směru u konkrétní geometrické osy tak, aby došlo k přenosu signálu mezi vysílačem a přijímačem sondy, jeho následnému vyhodnocení v PLC a zastavení posuvu stroje. Obrobkovou sondu uvádí do provozu zpravidla výrobce stroje – tzn. měla by být provedena první kalibrace a patřičné nastavení strojních dat pro její použití. V běžné praxi se však často lze setkat se stavem, kdy obsluha stroje toto bere jako holý fakt a tomuto stavu věří („Hlavně že vše funguje!“). Během zkoušení a vývoje jsme narazili na několik vážných nuancí, které při správném měření nelze opomíjet. Ty nejvýznamnější z nich zde uvádím a vysvětluji.


Stroj Škoda Machine Tool pro obrábění turbínových a generátorových rotorů s hmotností až 350 t.

V první řadě by sonda při správném používání měla být po každém novém založení do vřetena zároveň i nově zkalibrována. Důvodem je, že žádný nástroj (podle typu upínání SK, HSK, …) se nemusí upnout dvakrát zcela totožně. Pokud se neprovede nová kalibrace, tak se zcela jistě původně získané spínací body budou lišit od bodů nových.




Navržený kalibrační stojánek, na kterém lze pro základní kolmé roviny provést kalibraci obrobkové měřicí sondy.

Kalibrace není přenositelná mezi jednotlivými technologickými zařízeními (frézovací a vrtací hlavy) a vřetenem stroje. Dochází ke změně hmotnosti soustavy stroj–nástroj–obrobek, a tudíž ke změně dynamiky celé soustavy, čímž se opět mění spínací body. Toto pravidlo o nepřenositelnosti kalibrace je důležité dodržovat obzvlášť u mechanických hlav s hirthovými spojkami, dále u hlav s jiným převodovým poměrem, než je vlastní stroj, či hlav s reverzním převodem (s vloženým ozubeným mezikolem), kdy se pozice zařízení mění vysouváním a otáčením vřetena stroje. V těchto případech totiž dochází kromě jiného ke ztrátě původní polohy vřetena stroje při kalibraci a vůči nově nastavené pozici vřetena zařízení.

Kalibrace není platná pro stejná technologická zařízení při různých natočeních v prostoru – pokud bude na stroji nasazena hlava a bude provedena kalibrace v základní poloze, tak při jiném natočení zařízení se měření provádí pomocí jiných os stroje. Každá osa má jinou dynamiku, a tudíž i jiné strojní parametry, čímž se opět mění spínací body.


Pro zvětšení klikněte na obrázek.

Pokud při měření s již zkalibrovanou sondou dojde v průběhu měření ke zlomení dotyku sondy, je nutno po výměně za nový provést zároveň novou kalibraci. Každý dotek je z výroby jinak prohnutý (tento jev je v literatuře uváděn jako SKEW), a tím dochází ke změně spínacích bodů. Dotyk sondy by se neměl po skončení měření ze sondy ani demontovat (zpravidla za účelem předejití poškození zlomením).

Při výběru dotyků, pokud možno, volit co nejmenší počet spojů, každý další spoj zanáší nepřesnost. S výsledným složeným dotykem je nezbytné provést novou kalibraci.


Programování kalibrace sondy ve vřetenu stroje, pouze mono kalibrace


Programování kalibrace sondy s hlavou IFVW102, kalibrace multi i mono

Pokud je nutné provádět proměření obrobku během výrobního procesu (v našem případě to byl např. požadavek na zaměření středů jednotlivých vývrtů spojkových děr v přírubě rotoru po jejich vyhrubování, zjištění jejich soustřednosti a protokolování výsledků měření do souboru podle názvu rotoru), je zároveň nutné i před takovým měřením provést novou kalibraci. Obráběním se do soustavy stroje zanáší teplo a dochází k teplotním dilatacím jednotlivých částí stroje, které ovlivňují již dříve získané spínací body. Vlastní měření by vzhledem k dilatacím mělo být provedeno v rámci několika minut. Z tohoto důvodu byla pro zákazníka vyvinuta opce teplotní stabilizace stroje. Během vlastního proměřování rotoru se nesměla teplota stroje (získaná z několika teplotních čidel rozmístěných ve vřeteníku stroje) změnit o více než 2 °C.

Další velice důležitou a často v praxi opomíjenou nuancí je, že po každém provedeném měření by obsluha měla mít možnost namátkově ověřit výsledky jiným způsobem. Jedná se zejména o potvrzení správnosti použitého algoritmu a podmínek na daném obráběcím stroji.

Měření pomocí sondy pod úhlem na tvarové ploše a určení algoritmu kalibrace je předmětem dalšího vývoje.

Nový kalibrační cyklus

Na základě těchto poznatků byl pro horizontální frézovací a vyvrtávací stroje Škoda vytvořen nový kalibrační cyklus PROBE_CALIB, který je možné použít jak pro samotnou kalibraci ve vřetenu stroje, tak i pro různá technologická zařízení, která jsou ke každému stroji na základě požadavků dodána. K řádnému použití tohoto cyklu bylo nutné navrhnout kalibrační stojánek, na kterém lze pro základní kolmé roviny provést kalibraci obrobkové měřicí sondy. V případě měření v jinak orientovaných souřadných systémech je možné provést tímto cyklem kalibraci na obrobku nebo na ložisku (ložisko má výrobcem garantovanou kruhovitost a známý průměr).

Veškerá výše uvedená pravidla se uplatňují při proměřování jednotlivých částí rotorů, např. při zaměření středů přírub před vlastním obráběním i v jeho průběhu. Trvalo relativně dlouho přesné pochopení jevu zvaného SKEW a nepřenositelnosti kalibrace mezi jednotlivými hlavami. Přesto se na vývoji zmíněného cyklu pokračuje i nadále, neboť je nutné dořešit např. měření pomocí sondy pod úhlem na tvarové ploše a určení algoritmu kalibrace, či se přizpůsobit příchodu novějších verzí řídicích systémů obráběcích strojů.

Shrnutí

Nový kalibrační cyklus je jedním ze souboru měřicích cyklů, které spolehlivě fungují u několika zákazníků ŠMT. Jejich pravidelným používáním v řádu několika let se dospělo k přesvědčení, že toto řešení bylo správné a nevyhnutelné, a to především s ohledem na dosažitelnost požadovaných tolerancí při různých měřeních a následném rovnání i obrábění. Zároveň bylo velmi složité testování a v podstatě jakákoli korekce či optimalizace v reálném provozu, neboť tím vždy docházelo ke zdržení termínů při realizaci běžících projektů daného zákazníka, které jsou z principu businessu pod velkým časovým tlakem (harmonogramy, penále, snižování nákladů, hodinové sazby podobných obráběcích strojů).

Škoda Machine Tool

Ing. Radek Lehner

radek.lehner@skodamt.com

http://www.skodamt.com/

Další články

Měření ve strojírenství
CAD/CAM/CAE/CIM
Metrologie/ kontrola jakosti
Obráběcí stroje a technologie

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky














Sledujte nás na sociálních sítích: