Technologiczne Przygotowanie Produkcji
Pomiary przedmiotu na obrabiarce - PowerInspect OMV>

Pomiary przedmiotu na obrabiarce 5/5 (1)

Pomiary przedmiotu na obrabiarce stanowią element międzyoperacyjnej kontroli technicznej (KT), a przeprowadza się je w celu [PWROC]:

  • określenia rzeczywistego położenia (ustalenia) przedmiotu w układzie współrzędnych obrabiarki,
  • automatycznej korekcji położenia układu współrzędnych,
  • przeprowadzenie kontroli technicznej międzyoperacyjnej przedmiotu.

Określone współrzędne położenia przedmiotu w oprzyrządowaniu umożliwiają ich wykorzystanie do korekcji przebiegu ścieżki narzędzia.

W obrabiarkach wyróżnia się dwie główne grupy rodzajów błędów:

  • systematyczne,
  • losowe.

Błędy systematyczne, niezależnie od tego czy geometryczne, kinematyczne albo termiczne, mogą być w pewnym zakresie kompensowane. Poziom kompensacji zależy od technicznych możliwości ich identyfikacji i pomiaru. Błędy o znacznej dynamice zmian trudno jest nadzorować i tym samym trudno je kompensować [CJ2012, TK2010]. Źródłem błędów są także układy sterowania [CJ2012, TK2010], ze względu na zdolności obliczeniowe układów obliczeniowych oraz powiązaną z tym częstotliwość odświeżania danych.

Stosowane obecnie oprogramowania do sterowania obrabiarkami CNC zawierają tzw. mapę błędów (rys.1), która jest niezbędna by realizować kompensowanie błędów pozycjonowania i przemieszczenia w poszczególnych osiach. W celu określenia mapy błędów (ang. error map) należy przeprowadzić odpowiednie pomiary (np. z zastosowaniem interferometru laserowego).

Pomiary - mapa błędów - za zgodą (c) Delcam Sp. z o.oPomiary - mapa błędów - za zgodą (c) Delcam Sp. z o.o..

Rys.1   Pomiary – mapa błędów – za zgodą (c) Delcam Sp. z o.o.

Na rysunku 1 przedstawiono zrzut ekranu z programu PowerInspect OMV dzięki uprzejmości firmy Delcam Sp. z o.o. [DELCAM]. Wyznaczony błąd objętościowy wykorzystuje się do kompensacji przebiegu ścieżki narzędzia [MP2011]. Przeprowadzenie pomiarów i wykorzystanie mapy błędów (ang. error map) jest najistotniejszym czynnikiem umożliwiającym uwzględnienie niedokładności obrabiarki, zmniejszenie niepewności pomiaru. Bez osiągnięcia takiego stanu nie jest możliwe wykorzystywanie obrabiarki jako współrzędnościowej maszyny pomiarowej.

Kontrola techniczna międzyoperacyjna przedmiotu obrabianego polega przede wszystkim na sprawdzaniu wymiarów geometrycznych oraz zadeklarowanych błędów kształtu i położenia. Odchyłki kształtu oraz położenia definiuje się względem geometrycznie idealnych odpowiedników powierzchni lub linii rzeczywistych [JM1993]. Wartości odchyłek stanowią ich wartości maksymalne. Wykorzystuje się również odchyłki złożone (odchyłki kształtu i położenia danej powierzchni).

Do tolerancji kształtu zalicza się tolerancje:

  • prostoliniowości,
  • płaskości,
  • okrągłości,
  • walcowości.
  • przekroju wzdłużnego.

Określenie tolerancja położenia polega na odniesieniu elementu tolerowanego do bazy pomiarowej, czyli elementu odniesienia (wskazana powierzchnia). Do błędów położenia zalicza się:

  • współosiowości,
  • prostopadłości,
  • równoległości,
  • nachylenia.

Pomiary przedmiotów na obrabiarce realizuje się z wykorzystaniem tzw. sond przedmiotowych (inspekcyjnych) – rys.2 i 3. Na rys.2 przedstawiono stanowisko firmy HEIDENHAIN. Rys.3 pokazuje ofertę sond firmy RENISHAW.

Pomiary - stanowisko firmy HEINDENHEIN.

Rys.2 Pomiary – stanowisko firmy HEINDENHEIN.

Pomiary - oferta sond pomiarowych firmy RENISHAW.

Rys.3 Pomiary – oferta sond pomiarowych firmy RENISHAW.

Niedokładność samej obrabiarki to tylko jeden z czynników. Nie można pomijać, iż oprzyrządowanie technologicznej ma wpływ na dokładność obróbki [DT, FM2002, KA].

Rozwój programów i systemów z rodziny CAE/CAI oraz oprzyrządowania powoduje, że tzw. wewnątrzobrabiarkowe systemy pomiarowe nabierają nowego jakoościowego znaczenia. Nie stanowi problemu opracowanie i wdrożenie cykli pomiarowych bezpośrednio na obrabiarce. Programy, takie jak już tu powyżej wymieniany program PowerInspect OMV, pozwalają na porównanie wymiarów rzeczywistych z modelem CAD danego przedmiotu [JM2013].

Powołując się na autorów [JSP2010] układ obrabiarki i pomiarowej sondy przedmiotowej (inspekcyjnej) stanowią system pomiarowy o nieznanej charakterystyce metrologicznej. Jednym z czynników utrudniających wdrożenia jest ogromnej różnorodność obrabiarek, na których możliwe jest zastosowanie tego typu systemów pomiarowych. Konieczne jest określanie niedokładności pomiaru takiego systemu, uwzględnienie niedokładności obrabiarki [JSB2012, JM2013, JSP2010]. Następujące czynniki mają wpływ na niedokładność obrabiarki:

  • powtarzalność,
  • powtarzalność mocowania sondy we wrzecionie,
  • kierunek dojazdu sondy do przedmiotu,
  • geometria obrabiarki,
  • kinematyka obrabiarki,
  • dokładność pozycjonowania,
  • zastosowane układy pomiarowe położenia i przemieszczenia,
  • wpływ odkształceń termicznych.

Pomiary przedmiotów na obrabiarkach z wykorzystaniem wewnątrzobrabiarkowego systemu pomiarowego przeprowadza się z użyciem sond przedmiotowych (inspekcyjnych) – rys.3.

Sondy pomiarowe każdego z ich wytwórców różnią się konstrukcyjnie. Końcówka pomiarowa czujnika sondy pomiarowej najczęściej ma kształt kulisty. Ze względu na zasadę działania wyróżnia się następujące rodzaje sond pomiarowych:

  • tensometryczne,
  • elektrostykowe.

Powtarzalność sond tensometrycznych wynosi ±0,25 μm, a sond elektrostykowych ±1 μm. Sondy tensometryczne cechują się brakiem błędu trójgraniastości co powoduje, że sprawdzają się lepiej w pomiarach powierzchni swobodnych [PWROC].

Pomiar przedmiotu na obrabiarce ma swoje zalety i wady [PWROC], które pokazano na rys.4.

Pomiary przedmiotu na obrabiarce - zalety i wady.

Rys.4.   Pomiary przedmiotu na obrabiarce – zalety i wady.

Przede wszystkim stosowanie wewnątrzobrabiarkowych systemów pomiarowych nie jest w stanie doprowadzić do likwidacji tzw. izb pomiarowych. Jednak niewątpliwie nie jest konieczne przenoszenie przedmiotu z obrabiarki na stanowisko pomiarowe. Po stwierdzeniu, iż obróbka była niedokładna, a powstały błąd może być skorygowany dodatkową obróbką (tylko gdy polegać to ma na usunięcie namiaru materiału) bardzo istotnym korzystnym faktem jest to, że przedmiot pozostaje tam samo ustalony i zamocowany jak podczas obróbki przed kontrolą techniczną! Inną zaletą takiego rozwiązania jest sytuacja kiedy przedmioty mają znaczne gabaryty. Wówczas samo przenoszenie przedmiotu stanowi wyzwanie.

Jednak z punktu widzenia przeprowadzania pomiarów nie należy bazować na dokładności oprzyrządowania technologicznego na obrabiarce.

Pomimo tego, że w czasie pomiarów przedmiotów na obrabiarce nie jest realizowana obróbka to uzyskuje się skrócenie ogólnie pojętego czasu trwania procesu technologicznego.

Wdrożenie systemu pomiarowego na obrabiarce może trwać nawet i dobę. Wzorcowanie układu pomiarowego, budowa toru pomiarowego, badanie dokładności geometrycznej obrabiarki (w tym m.in. określenie mapy błędów) by zostały przeprowadzone prawidłowo wymagają unikania pośpiechu [JSP2010].

Wewnątrzobrabiarkowy system pomiarowy wymaga zewnętrznego komputera dedykowanego (minimalizowanie wpływu błędów układu sterowania). Każde tego typu wdrożenie ma charakter indywidualny.

Źródła
  • [JM1993] Jakubiec W., Malinowski J., Metrologia wielkości geometrycznych, WNT 1993
  • [RE1993] Ratajczyk E., Współrzędnościowa technika pomiarowa. Maszyny i roboty pomiarowe, OWPW 1994
  • [JSB2012] Jacniacka E., Semotiuk L., Babkiewicz M., Wyznaczenie dwuwymiarowej niedokładności pomiaru wewnątrzobrabiarkowego systemu pomiarowego z zastosowaniem sondy OMP60, Pomiary i Automatyka 10/2012
  • [JM2013] Jacniacka E., Semiotuk L., Doświadczalne metody wyznaczania niepewności pomiaru sondami przedmiotowymi, Eksploatacja i niezawodność, Vol. 15, No. 3, 2013, str. 246-252
  • [CJ2012] Chrzanowski J., Programowe zwiększanie dokładności wykonania przedmiotu na obrabiarce NC, Inżynieria Maszyn, R. 17, z.2, 2012
  • [PWROC] Materiały dydaktyczne Politechniki Wrocławskiej.
  • [JSP2010] Jacniacka E., Semiotuk L., Pieśko P., Niepewność pomiaru wewnątrzobrabiarkowego systemu pomiarowego z zastosowaniem sondy OMP60, Przegląd Mechaniczny, nr 6/2010
  • [DT] Dobrzański T., Uchwyty obróbkowe. Poradnik konstruktora., WNT
  • [FM2002] Feld M., Uchwyty obróbkowe, WNT 2002
    [KA] Kubalski A., Poradnik konstruktora maszyn i urządzeń, Wydawnictwo Verlag Dashofer
  • [DELCAM]Materiały handlowe firmy Delcam Sp. z o.o.
  • [TK2010]Turek P., Kwaśny W., Jędrzejewski J., Zaawansowane metody identyfikacji błędów obrabiarek, Inżynieria Maszyn, R. 15, z. 1-2, 2010
  • [RENISHAW] Materiały handlowe firmy RENISHAW.
  • [MP2011] Majda P., Pomiary i kompensacja błędów geometrycznych obrabiarek CNC, Inżynieria Maszyn, R.16, z. 1-2, 2011

About author

morek

Rocznik 1973. W 1993 skończyłem Technikum Elektryczne Nr 1. W 1998 roku Wydział Mechaniczny Technologiczny i Automatyzacji (obecnie WIP) PW. 1997-2000 konstruktor narzędzi skrawających w F.W.P. VIS S.A. 2004 - doktorat z technologii kół zębatych. Technologie wytwarzania i procesy technologiczne to moja pasja.

Related Articles

Leave a reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

YouTube

Kategorie

Nadchodzące wydarzenia

  1. EUROTOOL

    Listopad 28 - Listopad 30
  2. FASTENER POLAND

    Listopad 28 - Listopad 30