Profesjonalne systemy ustawiania narzędzi

© Raven Media

Udostępnij:

Obecnie coraz częściej od producentów oczekuje się nie tylko dostarczania wysokiej jakości produktów i komponentów, ale też wytwarzania ich w krótkich seriach, a nawet jednostkowo. Dlatego oprócz jakości i precyzji narzędzi kluczową sprawą jest dziś szybkość ustawiania i przezbrajania maszyn.

Sprawność i dokładność przygotowania narzędzi do procesu obróbki w czasach coraz większej automatyzacji produkcji stanowi podstawę do uzyskania oczekiwanej efektywności. Narzędzia w maszynach sterowanych numerycznie to wieloelementowe zestawy składające się z elementów tnących (często złożonych z kilku części), tulei zaciskowych, uchwytów itp. Dokładne ich rozmieszczenie w zespole jest niezbędne do prowadzenia procesu produkcji pozbawionego wad.



Na ustawienie narzędzia skrawającego składa się szereg czynności służących do określenia jego parametrów geometrycznych (długości, promienia/średnicy), wykonywanych przy użyciu specjalnych urządzeń i dedykowanego oprogramowania. Coraz częściej, wykorzystując nowoczesne systemy ustawiania narzędzi, otrzymuje się też informacje o profilu promieniowym/ liniowym narzędzia i stanie krawędzi skrawającej, choć oczywiście istnieją też urządzenia przeznaczone wyłącznie do wykrywania narzędzi uszkodzonych.

Z kontaktem lub bez

Systemy do ustawiania narzędzi dzieli się na kontaktowe (dotykowe) i bezkontaktowe. W dotykowych konieczny jest fizyczny kontakt pomiędzy sondą narzędziową lub czujnikiem a zamontowanym narzędziem. Sonda narzędziowa może działać na zasadzie odchylenia płytki kontaktowej od pozycji neutralnej w wyniku kontaktu z badanym narzędziem. Informacja z sondy przesyłana jest do urządzenia pomiarowego. Obecnie transmisja danych może się odbywać nie tylko standardowo poprzez kabel, ale też bezprzewodowo drogą  radiową lub przez światło podczerwieni. W większości przypadków taki sposób wykonywania pomiarów jest wystarczający. Podkreślane są jego liczne zalety, jak odporność na zanieczyszczenia występujące w środowisku przemysłowym, prostota, różne orientacje wrzeciona czy też stosunkowo niski koszt. Jednak pomiar wykonywany tą metodą może odchylać bardzo delikatne narzędzia, co wpływa na jego dokładność. Kłopotliwe lub wręcz niemożliwe staje się też zmierzenie narzędzi o skomplikowanych kształtach krawędzi skrawających.

 

Dlatego w praktyce coraz częściej wykorzystywane są bezdotykowe systemy ustawiania działające na zasadzie pomiaru odbicia światła lasera od powierzchni narzędzia. Dzieli się je na takie, w których nadajnik i odbiornik umieszczane są na jednym elemencie, oraz takie, w których znajdują się one na oddzielnych elementach wspornikowych. Wiązka laserowa mierzy długość, średnicę lub kontur narzędzia. Zaletą systemów bezdotykowych jest możliwość wykonywania pomiarów nawet przy dużych prędkościach obrotowych (do kilkudziesięciu tysięcy obrotów wrzeciona na minutę). Nie ma też problemu z pomiarami delikatnych narzędzi, a dodatkowo można wykrywać uszkodzenia krawędzi skrawającej. Wśród ograniczeń wskazywane są trudne warunki środowiska roboczego, np. okruchy itp. Dlatego stosuje się tu układy oczyszczania sprężonym powietrzem z wiórów i chłodziwa, co jednak podnosi koszty.

Uzyskanie wymaganej dokładności ustawienia narzędzi oraz wczesne rozpoznawanie nawet niewielkiego zużycia lub uszkodzenia wymaga zastosowania dokładnych przyrządów ustawczo-pomiarowych. Często przeprowadzenie tego nie jest możliwe (i wygodne) bezpośrednio w maszynie, przy wykorzystaniu jej własnych przyrządów. Jak mówi dr inż. Michał Pawłowski, dyrektor w firmie ZOLLER, zastosowanie przyrządów ustawczo-pomiarowych do narzędzi skrawających poza maszyną pozwala znacznie skrócić czasy międzyoperacyjne związane z przygotowaniem do procesu obróbki. I podkreśla, że pomiar na zewnętrznych przyrządach jest dokładniejszy w porównaniu do bramek laserowych czy sond i grzybków pomiarowych zainstalowanych na maszynach. Przyrządy zewnętrzne ułatwiają ustawienie narzędzi nastawnych, wytaczadeł, rozwiertaków nastawnych, pomiar narzędzi profilowych, kształtowych i specjalnych.



Precyzyjne i elastyczne systemy

Na rynku dostępnych jest wiele systemów mocowań i ustawiania narzędzi różnych producentów. Na przykład grupa Haimer, która niedawno przejęła firmę Microset od DMG MORI, dostarcza systemy wspomagające gospodarkę narzędziową. Ich użytkownicy zwracają uwagę, że nawet w podstawowych urządzeniach Microset konstrukcje korpusu wykonane są z dobrej jakości żeliwa, co ogranicza potrzeby częstej kalibracji. W portfolio firmy jest np. seria VIO, którą wyróżnia zastosowanie napędu liniowego, dzięki czemu można szybko wstępnie ustawiać narzędzia w wiertarkach, frezarkach i tokarkach. Urządzenia serii Haimer Microset VIO mają modułową konstrukcję, co ułatwia ich dostosowanie do potrzeb użytkownika. Natomiast w serii urządzeń Haimer Microset UNO w opcjach wyposażenia można znaleźć takie ulepszenia jak autofocus lub napęd automatyczny. Zastosowano w niej też funkcję release-by-touch, czyli inteligentną kontrolę czujników do pomiaru osi X i Z.

Także ZOLLER ma w swojej ofercie szereg przyrządów ustawczo-pomiarowych, spośród których – jak podaje producent – najczęściej sprzedają się smile/pilot 2mT oraz venturion. Pierwszy z nich to przyrząd nowej generacji z komputerem przemysłowym. Daje on duże możliwości dalszej rozbudowy oprogramowania, np. o wrzeciono sterowane numerycznie lub przesył danych do maszyny. Wrzeciono sterowane numerycznie pozwala na automatyczny obrót narzędzia, co zwiększa dokładność pomiaru i komfort obsługi, szczególnie przy narzędziach wieloostrzowych. Dane mogą być przesyłane w ramach wszystkich rodzajów sterowania, dzięki czemu opcja ta bardzo często znajduje zastosowanie w firmach związanych z produkcją form wtryskowych i matryc wykrojników. Z kolei system venturion 450 przeznaczony jest do narzędzi profilowych, wykańczających, gdzie wymaga się dużej dokładności pomiaru i ustawienia. Wyposażony jest we wrzeciono z zaciskiem mechanicznym zapewniającym dobre zamocowanie narzędzia, może też oferować pełną automatykę pozwalającą na automatyzację pomiarów.

Kolejnym przykładem bogatego asortymentu w zakresie przyrządów ustawczo-pomiarowych jest Presetter Tool Master Quadra (Evoset) oferowany na naszym rynku przez SECO Tools. To kompletne urządzenie do pomiaru zestawów narzędzi. Ma budowę modułową, wykorzystuje przetwarzanie obrazu za pomocą oprogramowania EyeRay z automatycznym ustawieniem ostrości na narzędziu, charakteryzuje się dużą współosiowością dzięki łożysku igiełkowemu (2 μm) oraz powtarzalnością pomiaru (+/- 2μm). Zastosowano w nim komputer typu All-in-one 20 cali z technologią power touch i powiększeniem 55 razy oraz kamerę CMOS z telecentrycznym obiektywem. Ma również wbudowane wrzeciono ISO50 lub ISO40 i drukarkę termiczną do etykiet.

Oferta uzupełniająca

Istotnym uzupełnieniem rozwiązań do ustawiania narzędzi jest specjalistyczne oprogramowanie. Na przykład ZOLLER oferuje tu moduły oprogramowania do zarządzania gospodarką narzędziową (TMS). Pakiet Bronze skoncentrowany jest na komunikacji między przyrządem a obrabiarką, pozwala na zarządzanie pojedynczymi komponentami, narzędziami oraz ich całymi pakietami. W wersji Silver dodatkowo zintegrowano m.in. gospodarkę magazynową (podłączenie do zewnętrznych systemów magazynowych, wysokiego składowania lub szaf narzędziowych) i organizer przyrządów pomiarowych. Wersja Gold umożliwia ponadto analizę kosztów i automatyczne zamawianie narzędzi. Tego typu oprogramowanie pozwala na kompletną kontrolę obiegu narzędzia, jego wykorzystania oraz stanu kosztów.

 

Ciekawym uzupełnieniem przyrządów ustawczo-pomiarowych jest także modułowe urządzenie Easyshrink 20 do mocowania i odmocowania termokurczliwego, oferowane przez SECO Tools. Dostępne jest w trzech wersjach, zależnie od wyposażenia. W pierwszej znajduje się moduł grzewczy, jedno stanowisko z regulacją wysokości i dwa stanowiska do chłodzenia. W kolejnej – obrotowy stolik na trzy stanowiska z regulacją wysokości i chłodzeniem w każdym. Trzecia wersja obejmuje obrotowy stolik na trzy stanowiska z regulacją wysokości i chłodzeniem, pomiar wysokości i instalację do chłodzenia wodą. Natomiast kompaktowe urządzenie Easyshrink 15 to ekonomiczna alternatywa o konstrukcji bazującej na jednej płycie. Podpora narzędzia może być przesuwana od stanowiska do stanowiska (jedno stanowisko grzejące i dwa stanowiska chłodzone powietrzem), więc operator nie musi dotykać gorących elementów. Czas chłodzenia podczas stosowania pierścieni podtrzymujących z radiatorem wynosi ok. 3 minut (8 minut przy zastosowaniu stożków chłodzących). Płytę wykonano z anodyzowanego aluminium, co ułatwia przesuwanie. Uniwersalna podpora przesuwna może zostać wyposażona w wymienne pierścienie dla ochrony oprawki shrink fit. Natomiast stożek chłodzący kieruje strumień powietrza na oprawkę, przyspieszając chłodzenie.

Dobór systemu

Podczas doboru przyrządu ustawczo-pomiarowego do wymagań klienta należy uwzględnić podstawowe dane, takie jak długość narzędzia, jego średnica, systemy, w jakich jest mocowane, a także informacje dodatkowe: rodzaj narzędzia, typ obróbki, rodzaj maszyn, w jakich ma ono pracować, wykonywane przez nie zadania. Jak jednak zauważa dr inż. Michał Pawłowski, nawet po uzyskaniu takich informacji warto, by przedstawiciele dostawcy spotkali się z klientem, obejrzeli narzędzia i zoptymalizowali dobór przyrządu. Zwraca uwagę, że zawsze najistotniejsza jest dokładność zamocowania narzędzia. W przypadku bardzo dokładnej obróbki wykańczającej, np. w przemyśle lotniczym lub motoryzacyjnym, w których korzysta się z narzędzi specjalnych, kształtowych, nastawnych lub z narzędzi o bardzo dużych gabarytach, zaleca wrzeciono z zaciskiem mechanicznym, które zapewnia bardzo małe bicie promieniowe i osiowe narzędzia. Natomiast w przypadku obróbki, w której narzędzia są standardowe, proces technologiczny dopuszcza większe tolerancje ustawienia narzędzi i operator w procesie tym wprowadza na maszynie dodatkowe korekcje, wystarczy zastosowanie przyrządu z wrzecionem bez zacisku mechanicznego, z tzw. mocowaniem grawitacyjnym. Z kolei do specjalizowanych centr tokarskich przeznaczone są tzw. przyrządy poziome. Tu, jak dodaje ekspert, znaczenie ma liczba różnych systemów mocowania narzędzi oraz ich ewentualne przesunięcie (lub jego brak) względem osi obrotu.

Specjaliści przypominają, że podstawą dokładnej pracy sondy pomiarowej jest dobranie odpowiedniego, właściwego dla niej trzpienia. Najczęściej trzony i obsady wykonane są z aluminium, stali nierdzewnej, węglika wolframu, ceramiki, włókna węglowego lub tytanu. Natomiast końcówka pomiarowa ma formę kulki, cylindra lub talerzyka i w większości jest to syntetyczny rubin. Po każdej wymianie trzpienia sondę należy skalibrować.

Długa lista korzyści

Dziś już nie trzeba nikogo przekonywać, że stosowanie specjalistycznych przyrządów do ustawiania narzędzi przynosi wiele korzyści. Eksperci zwracają uwagę, że prawidłowe, dokładne ustawienie pozwala na mniejsze bicie promieniowe narzędzia. Dzięki temu pracuje ono równomiernie ze wszystkimi płytkami, co wydłuża żywotność i płytek, i korpusu, przez co zwiększa się wytrzymałość i trwałość samego narzędzia.

Trzeba pamiętać, że zautomatyzowane ustawianie narzędzi ogranicza nie tylko czas potrzebny na ręczne wprowadzanie danych korekcyjnych, ale też błędy popełniane przez operatora. Tym bardziej że obecnie sondy do ustawiania narzędzi można łatwo instalować na centrach obróbczych i centrach tokarskich CNC. Pozwala to na zautomatyzowanie pracy i w efekcie na oszczędność czasu dzięki krótszym przestojom maszyn. Istotną zaletą jest również szybkie wykrywanie uszkodzenia narzędzia w trakcie pracy i redukowanie liczby wadliwych produktów.

Jednak tym, co dziś – w czasach wdrażania do produkcji koncepcji Przemysłu 4.0 – nabiera kluczowego znaczenia, jest możliwość coraz szerszego integrowania przyrządu do ustawiania narzędzi z maszyną obróbczą poprzez zastosowanie przesyłu danych i wykorzystanie systemów identyfikacji narzędzi. Pozwala to na podnoszenie efektywności i wydajności całego systemu obróbki w zakładach produkcyjnych.

Udostępnij:

Drukuj



Bohdan Szafrański




TOP w kategorii






Chcesz otrzymać nasze czasopismo?
Zamów prenumeratę
Zobacz również