Témata
Reklama

Prediktivní diagnostika přesnosti CNC strojů

Jak přesný je náš stroj? Můžeme jeho parametry nějak zlepšit? Je stále ještě ve stavu, který předpokládáme? Často je obráběcí stroj pro uživatele černou skříňkou, která v optimálním případě produkuje shodné výrobky. Nemusí to tak zůstat a stav strojů lze i cíleně zlepšovat.

Výrobci malých sérií nebo unikátních drahých dílců, kteří často mění výrobu, velmi obtížně aplikují statistické metody řízení procesu. Pro zajištění kvality vyrobeného dílu většinou spoléhají na schopnosti stroje a obsluhy. Vyrobené dílce následně kontrolují na měřicím stroji nebo jinou postprocesní metodou.

Přesnost samotného stroje se také mění v čase. Dochází k opotřebení, kolizím, opravám, zvláštní kapitolou je výměna kuličkových šroubů bez editace původních korekcí vůlí a přechodových jevů. Také stěhování, zvláště větších strojů, bez kontroly platnosti korekční mapy geometrie a polohy po novém ustavení může mít velmi zajímavý vliv.

Kontrola po vyrobení eliminuje ve značné míře přenos případné chyby výroby k zákazníkovi, ale neumožňuje jí předcházet. Chyba již vznikla a s  ní i náklady.

Reklama
Reklama


Diagnostika z testu kruhové interpolace. Kliknutím obrázek zvětšíte.

Obvyklé chyby přesnosti

Jaké chyby s vlivem na přesnost můžeme obvykle na CNC strojích pozorovat? Jak je diagnostikovat co nejrychleji? Uvažujme pro vytvoření srovnávací základny stroj nezatížený řezným procesem. Jaké jsou nejobvyklejší chyby přesnosti pozorované na obráběcích strojích?

  • Chyby související s geometrií os a vyrovnáním/ustavením stroje – např. kolmost, přímočarost, torze vedení, rovinnost;
  • dynamické chyby – souvisejí s pohony stroje a přenosem pohybu od motoru na pohybující se osu stroje – různé vibrace, nedodržení programované kontury, nevyhovující povrch obrobku;
  • chyby najetí polohy a opakovatelnosti – souvisejí s typem odměřovacího systému pohyblivé osy stroje, opotřebením vedení stroje a přenosového mechanismu pohybu – nejčastěji kuličkového šroubu – např. osové a příčné vůle, odchylky polohy;
  • chyby související s prostředím, kde stroj pracuje – lokální ohřev stroje nebo dílce, borcení základů, přenos vibrací a tepla z okolí.

Typický tříosý stroj má jen geometrických chyb jednadvacet. Oblíbené pětiosé stroje jich mají ještě víc a obvykle se kombinují s opotřebením, nastavením pohonů a externími vlivy. Situace se jeví jako nepřehledná rovnice s mnoha neznámými.

Možnosti diagnostiky chyb

Otázka tedy zní – jak co nejrychleji zjistit aktuální přesnost stroje před obráběním? Jak identifikovat jednotlivé složky chyby (optimálně včetně možnosti zaznamenání jejich trendu) a sjednat nebo se včas připravit na nápravu.

Prostředky rychlé diagnostiky

Existuje překvapivě elegantní řešení. Již řadu let jsou dostupné přístroje, které simulují obrobení kruhového tvaru. Je až s podivem, co vše může odchylka od ideální kružnice o stroji prozradit:

  • z chyb souvisejících s geometrií poskytne informaci o vyrovnání stroje, odchylce kolmosti a přímosti os, informaci o torzi vedení;
  • z chyb souvisejících s opotřebením poskytne informaci o osové a příčné vůli, lokálním opotřebení vedení nebo kuličkových šroubů;
  • z chyb souvisejících s odměřovacím systémem a nastavením pohonů poskytne informaci o chybě nastavení odměřovacího systému, přechodových jevech při tvarové interpolaci, vibracích, teplotních vlivech, seřízení zesílení polohové zpětné vazby.

Tento test je velmi rychlý. Jeho provedení trvá asi deset minut a snadno se opakuje. Výsledek testu lze dobře rozložit na jednotlivé chybové složky, jak je patrné z obrázku. Kruhový test také umožňuje snadno sledovat trend přesnosti stroje, včetně trendu jednotlivých diagnostikovaných chyb. Je vhodné jej doplnit kontrolou důležitých geometrických pozic nezachycených testem kruhové interpolace – např. kolmost osy vřetena k pohybu v ose X a Y (viz schéma měření), radiálního házení vřetena, a pokud je to možné, tak sledovat i trend vibrací ložisek vřetena.

Tedy rychlou diagnostiku přesnosti obvyklého tříosého stroje můžeme provést pomocí testu kruhové interpolace, testu postavení a házení vřetena, ideálně doplněného ještě testem vibrací ložisek vřetena (tohle je již prevence celého stroje). Časové nároky jsou asi 2–3 hodiny.


Trend přesnosti z testu kruhové interpolace dle ISO 230-4. Kliknutím obrázek zvětšíte.

Větší stroje s vodorovnou osou delší než 1,2 m se osvědčilo kontrolovat testem kruhové interpolace na více místech v závislosti na konstrukci lože. Počet míst se stanovuje podle velikosti stroje. U pětiosých strojů je ještě vhodné přidat k navržené sestavě testů kontrolu přesnosti najetí referenčních poloh rotačních os, kontrolu kinematiky a kontrolu ustavení rotačních os (otočně sklopného stolu nebo frézovací hlavy) vůči souřadnému systému stroje.

Vybavení pro rychlou prediktivní diagnostiku

Základním vybavením je vhodný přístroj pro diagnostiku kruhové interpolace (např. QC20-W od firmy Renishaw nebo DBB od firmy Heidenhain), dále měřicí trn a úchylkoměr se stojánkem. Tuto základní sadu vhodně doplňuje odměřovací sonda pro měření obrobku. S těmito nástroji je možné nejen rychle zjistit přesnost stroje s návazností na mezinárodní normy, ale i provést seřízení řady zjištěných odchylek (vůle, některé přechodové jevy kontury, kinematiku, pozice reference). Další diagnostikované chyby je možno odstranit pomocí vyrovnání geometrie. Odchylky polohy a přímočarostí lze korigovat v celé délce osy kalibrací laserem a zadáním nových korekcí do řídicího systému stroje. Opotřebené díly je potřeba vyměnit.


Měření kolmosti osy vřetena k pohybu v ose X. Kliknutím obrázek zvětšíte.

Závěr

Diagnostiku přesnosti soudobých CNC strojů lze provádět poměrně rychle a za cenu, která je zlomkem ceny stroje nebo obrobku. Co je však hlavní, tyto informace o stavu stroje a zásahy se mohou provádět před vyrobením zmetku. Lze plánovat opravy podle skutečného stavu, rozdělit si stroje do kategorií podle dosahované přesnosti. Předložit váženému či potenciálnímu zákazníkovi doklad o způsobilosti vašeho stroje. Možností využití je celá řada a kalkulace návratnosti vychází překvapivě příznivě.

Kaleb TEC

Ing. Jan Vlček

jan.vlcek@kaleb.cz

www.kaleb.cz

Reklama
Související články
Revoluce v měření přišla s analogovým signálem

Když se dnes bavíme o moderních výrobních postupech, máme často na mysli využívání high-tech technologií, které je snahou stále více propojovat, automatizovat a sledovat. Tyto přístupy pomáhají výrobcům transformovat jejich výrobní procesy až do stadia nejvyššího – takzvané cyber factory –, přičemž vysoká jakost vyráběných dílů a úspora nákladů během výrobních procesů hrají nejdůležitější roli. Z tohoto jasně vyplývá nutnost investice také do měřicích systémů.

Rozpínací vřetena pro upínání ozubených kol

Rozpínací vřetena, kterými se upínají ozubená kola mezi hroty, se používají při výrobě ozubených kol, nejčastěji pro účely výstupní kontroly, kde je velkou výhodou vysoká přesnost a rozsah rozpínání.

Software MSP - dva nástroje k bezchybné výrobě na 5osých centrech

V jednom z předchozích článků jsme se zabývali obslužným SW pro spínací dotekové měřicí sondy. Ukázali jsme, že běžná měřicí doteková sonda je vlastně jenom opakovatelný spínač a že použitelný výsledek nám dá až software v řídicím systému. Ať už pracujeme s makroprogramy přímo v paměti CNC nebo tvoříme vlastní cykly na úrovni CAD, výsledkem jednoho měření je obvykle údaj o jednom geometrickém prvku, maximálně vztah několika prvků (nový počátek nebo úhel natočení obrobkových souřadnic, průměr a osa díry, šířka drážky apod.). Také obslužný software skenovací sondy, která obvykle sbírá mnohem větší množství bodů než sondy spínací, většinou směřuje k hodnocení daného prvku nebo pravidelného geometrického tvaru.

Související články
Q znamená 4

Pan Q vynalézal pro Jamese Bonda mnohá unikátní zařízení, která slavnému špionovi pomáhala přežít. Společnost Renishaw písmenem Q označuje unikátní systém rádiové komunikace až čtyř sond (obrobkových i nástrojových) s jediným přijímačem.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Pyramida produktivního procesu - nastavení procesu

V minulém čísle bylo pojednáno o tom, že nejdůležitější je příprava a seřízení stroje, v tomto článku bude vysvětleno nastavení procesu před začátkem obrábění.

Automatická kontrola stavu víceosých obráběcích strojů

Zařízení AxiSet Check-Up od společnosti Renishaw představuje nákladově efektivní řešení pro kontrolu vyrovnání a polohy v rotačních osách. Během pouhých několika minut mohou uživatelé pětiosých obráběcích center a víceúlohových soustružnicko-obráběcích strojů zjistit a podat zprávu o špatném vyrovnání a geometrii stroje.

Nová dimenze kalibrace strojů

Trac-Cal představuje revoluční metodu prostorové kalibrace a verifikace měřících přístrojů a obráběcích strojů.

Na cestě k nulové chybě upínání

I ta nejmenší cizí tělíska (prach, třísky apod.) mezi dutinou vřetena a stopkou nástroje mohou zapříčinit nepřesnost upnutí vrtáku nebo frézy, což má za následek výrobu zmetků nebo poškození nástroje a tím přerušení výroby. Toto mohou odstranit měřicí systémy se senzory.

Měřicí technologie pro Průmysl 4.0 v Nitře

Průmysl 4.0 závisí na propojení systémů schopných spolu komunikovat, schopných získávat, vyhodnocovat a sdílet data a na takto zpracované informace reagovat v reálném čase. Údaje z měření jsou nezbytné pro shromažďování informací, které mají být použity při inteligentním rozhodování za účelem zabránit nežádoucím procesním změnám.

Integrace měření drsnosti povrchu do obráběcích strojů

Blum-Novotest, přední výrobce inovativní a vysoce kvalitní měřicí a zkušební techniky, bude na veletrhu MSV 2014 prezentovat sondu na měření drsnosti povrchu TC64-RG. S tímto novým produktem je nyní možné automatické testování kvality povrchu obrobku v obráběcích strojích.

Měření a kontrola zlomení nástroje

Společnost Blum Novotest uvádí na trh vylepšenou verzi sond Z-nano s extrémně kompaktním měřicím systémem pro měření délky a kontrolu zlomení nástroje na vertikálních i horizontálních obráběcích centrech.

Snímač polohy do drsného prostředí

Podobně jako Yeti, vyznačuje se i nový lineární snímač LMA nenápadností a schopností odolávat nejdrsnějším podmínkám. Ne trh je uváděn odolný snímač polohy, který bez bez problému přežije olej, prach, vibrace i zasypání pilinami.

Indukční LVDT snímače

Výrobce přesných snímačů vzdálenosti a polohy, společnost Micro-Epsilon vyvinula novou, cenově výhodnou řadu indukčních LVDT snímačů, které jsou ideální pro střední až vysoko objemové OEM projekty.

Jak zpracovat plán kontroly a údržby

V České republice je v provozu vedle velkých zpracovatelských průmyslových celků také překvapivě velké množství celků středních a malých. Dostupné statistiky hovoří o desítkách tisíc podnikatelských subjektů, které provozují technické celky ve zpracovatelském průmyslu. Pro všechny tyto celky, bez ohledu na jejich velikost, složitost, nebo stáří platí jedna základní skutečnost. Jejich porucha může v důsledku znamenat zastavení produkce se všemi důsledky.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit