Blog

Zajmijmy się tematem diagnostyki obrabiarek sterowanych numerycznie CNC z wykorzystaniem kinematycznego pręta teleskopowego typu Ballbar. Diagnostyka maszyn CNC a szczególnie frezarek CNC jest kluczowa dla utrzymania ich odpowiedniego stanu technicznego, a tym samym zapewnienia wysokiej jakości produkowanych części.

Frezarki CNC, podobnie jak inne maszyny CNC, mogą być podatne na różne oddziaływania statyczne, kinematyczne i dynamiczne. Wraz z czasem eksploatacji na maszynach tych pojawiają się różne błędy oraz pogorszenie dokładności geometrycznej i kinematycznej samej maszyny. Zmiana stanu maszyn CNC wynika w części z samego procesu skrawania na nich realizowanego ale także szereguzjawisk fizycznych towarzyszących temu procesowiW celu zapewnienia maksymalnych wartości wskaźników jakościowych  wytwarzanych na obrabiarkach części, konieczna jest szybka i odpowiednio częsta diagnostyka stanu maszyn.

Jest to możliwe miedzy innymi dzięki kinematycznym prętom teleskopowym typu ballbar. Jednym z nich jest system QC10 Ballbar. To narzędzie diagnostyczne bazujące na teście okrągłości, który pozwala na szybkie wykrywanie różnych błędów, takich jak: błąd cykliczny (cyclic error), błąd nadążania (servo mismatch), błąd  nawrotu (reversal spikes), błąd nieciągłości (discontinuity), błąd  prostoliniowości (straightness), błąd  prostopadłości (squareness), błąd  przełączania osi (master-slave changeover), błąd  skali (scaling error), błąd  spirali (spiral error), błąd  synchronizacji obrotów (rotation), stick-slip, luz poosiowy (backlash- ujemny (negative), dodatni (positive), nierównomierny (unequal)),  luz poprzeczny (lateral play), trój – wypukłość (tri-lob), wibracje - drgania (machine vibration), zmiana offsetu (offset change), zmiana promienia (radius change).. Dzięki niemu możliwe jest monitorowanie kluczowych parametrów frezarek CNC (i nie tylko) oraz precyzyjne planowanie napraw i remontów.

Aby poprawnie przeprowadzić badanie diagnostyczne na frezarce, należy wykonać następujące kroki:

1. Określić płaszczyznę pomiarów (płaszczyzna X-Y, X-Z, Z-Y).
2. Wyznaczyć miejsca pomiarowe na stole frezarki ( np.kilka położeń w układzie siatki).
3. Zdefiniować wartości prędkości ruchu posuwowego stołu frezarki (np.: v_f = 500; 1000; 3000 mm/min).
4. Określić wartość promienia interpolowanego okręgu, dobierając odpowiednią długość teleskopowego pręta kinematycznego (np. L=100).
5. Określić kąt realizacji testu: np. 360°.
6. Zdefiniować wartość współczynnika rozszerzalności cieplnej obrabiarki i jej temperaturę.
7. Wprowadzić odpowiedni program realizujący ruch pomiarowy Do układu sterowania obrabiarki CNC

1. Zamontować przetwornik pomiarowy QC10 BALLBAR na stole frezarki - . W tym celu należy:a) zamocować trzpień magnetyczny (ø12) w uchwycie wrzeciona,

1. b) dopasować oprawkę do gniazda wrzeciona oraz zablokować ją,
2. c) przemieścić się wrzeciennikiem na odległość min. 65mm ponad stół obrabiarki,
3. d) umieścić przystawkę magnetyczną na stole obrabiarki,
4. e) ustawić się trzpieniem nad przystawkę magnetyczną (wzrokowo dopasować oś obu elementów, dopuszczalne jest niewielkie odchylenie od osi),
5. f) Ppodnieść przegub kulowy z przystawki, aż do momentu połączenia za pomocą magnesów obu elementów.
6. g) delikatnie zablokować połączenie pokrętłem - bez użycia dodatkowych narzędzi (ręcznie). W tym położeniu definiujemy nowy roboczy układ odniesienia,zerujemy oś X, Y i Z (punkt zerowy). Można użyć w tym celu komendy ISO G54.
7. h) wykonać odjazd ponad przegub kulowy. W przypadku płaszczyzny XY w osi Z w dodatnim kierunku. UWAGA: Staraj się unikać sytuacji, w których mogłoby dojść do kolizji trzpienia z przystawką magnetyczną.

1. Ustawić odpowiednie parametry zbierania danych w środowisku programu Ballbar.

10. Przeprowadzić pomiar właściwy.
11. Przeanalizować wyniki pomiarów oraz przedstawić je w postaci wykresów oraz zestawie

Podsumowując, diagnostyka pionowych frezarek z wykorzystaniem systemu QC10 Ballbarpozwala na szybkie i precyzyjne monitorowanie stanu technicznego maszyn. Dzięki regularnym badaniom diagnostycznym możemy nie tylko wykrywać ewentualne błędy, ale również planować naprawy, regulacje i konserwację tak, aby utrzymać maszynę w optymalnym stanie technicznym.

Ponadto, diagnostyka frezarek przy użyciu QC10 Ballbar pozwala na skrócenie czasu przestoju maszyny i zmniejszenie kosztów związanych z naprawami oraz remontami. W efekcie, korzystanie z tego rodzaju narzędzi diagnostycznych przyczynia się do podniesienia jakości produkowanych przedmiotów oraz zwiększenia efektywności procesu produkcyjnego.

Warto zaznaczyć, że QC10 Ballbar to tylko jedno z narzędzi diagnostycznych dostępnych na rynku. Każde z nich ma swoje zalety i wady, dlatego warto zapoznać się z różnymi możliwościami i wybrać najbardziej odpowiednią metodę dla swoich potrzeb.

Jeżeli jesteś zainteresowany tematyką diagnostyki maszyn CNC, zachęcamy do bardziej szczegółowego poznania nakreślonego tematu oraz poznania innych metod diagnostycznych badań stanu maszyn technologicznych CNC. Wiedza ta może pozwolić na osiągnięcie wymiernych korzyści utylitarnych, nie tylko w kontekście utrzymania maszyn w dobrym stanie technicznym, ale również z perspektywy optymalizacji kosztów i zwiększenia konkurencyjności przedsiębiorstwa.

Film kanału YouTube "System 3D Fryderyk Szot"

Źródło:

mgr inż. Michał Leleń,
dr hab. inż. Jerzy Józwik, prof. uczelni
Katedra Podstaw Inżynierii Produkcji
Wydział Mechaniczny