Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> Prediktivní diagnostika přesnosti CNC strojů
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.

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.

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 

Další články

Měření ve strojírenství
Renovace a údržba
Metrologie/ kontrola jakosti
Obráběcí stroje a technologie

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky

Sledujte nás na sociálních sítích: