Jak wygląda pomiar długości narzędzia podczas frezowania CNC

Czujnik długości narzędzia to urządzenie, które znacznie poszerza możliwości frezarki CNC. Dzięki temu urządzeniu obrabiarka umożliwia wymianę freza przy zachowaniu pozycji czoła narzędzia w niezmienionej pozycji. Ta właściwość znacznie podnosi uniwersalność maszyny, gdyż umożliwia używanie frezów o różnej średnicy i długości podczas wykonywania obróbki skrawaniem.

Należy zauważyć, że we frezarkach z ręczną wymianą narzędzia, za każdym razem gdy operator wymienia frez to jego czoło po montażu znajduje się w niewiadomej pozycji w osi Z (nawet gdy operator wkłada do wrzeciona ten sam frez, który wyjął tylko na chwile). By ominąć ten problem oprogramowanie frezarki na podstawie sygnału z czujnika długości narzędzia jest wstanie z bardzo dużą dokładnością obliczyć aktualną pozycję w osi Z czoła freza.

Jakie informacje potrzebuje frezarka CNC do poprawnej wymiany narzędzia?

Przed rozpoczęciem wykonywania gkoda przez maszynę operator znajduje bazę materiału w osiach XY specjalną sondą pomiarową a następnie umieszcza we wrzecionie frez, którym będzie wykonywany pierwszy etap obróbki. Gdy frez zostanie umieszczony we wrzecionie operator musi narzędziem dojechać do górnej pozycji materiału i programowo zapamiętać tą wartość – jest to baza materiału w osi Z. Kolejnym ruchem który wykona maszyna, jest dojazd tym samym narzędziem do czujnika długości narzędzia i wykonanie pomiaru, który pokaże na jakiej pozycji w osi Z frez dotknie czujnika.

Po tych dwóch opisanych powyżej operacjach, program w maszynie CNC ma zapamiętane pozycje dla aktualnego freza: pozycja bazy materiału i pozycja dotknięcia do czujnika długości materiału. Te dane są wystarczające do tego by podczas wykonywania obróbki CNC np. frezowania tworzyw sztucznych poprawnie wykonać zmianę narzędzia.

Jak wygląda proces wymiany narzędzia podczas wykonywania obróbki CNC?

Jak to zostało opisane powyżej pierwszą czynnością do wykonania jeszcze przed rozpoczęciem obróbki jest bazowanie materiału w osiach XY sondą pomiarową, następnie założenie freza, którym rozpoczynamy obróbkę i za jego pomocą wyznaczenie pozycji bazy materiału oraz pozycji dotknięcia do czujnika długości narzędzia. Gdy te operacje są wykonane maszyna może rozpocząć wykonywanie programu.

Obróbka skrawaniem trwa aktualnym narzędziem do momentu w którym interpreter gkoda nie odczyta komendy wymiany narzędzia, wówczas zatrzymywana jest obróbka a maszyna wykonuje następujący algorytm wymiany narzędzia:

+ wyłącz wrzeciono

+ unieś narzędzie w osi Z do pozycji max

+ dojedz osiami XY do pozycji zmiany narzędzia przez operatora

+ wyświetl operatorowi informacje, że może wymienić narzędzie wraz z opisem, które narzędzie powinien założyć

+ Czekaj, aż operator potwierdzi, że nowe narzędzie jest założone i gotowe do pracy

+ Pojedz osiami XY nad czujnik długości narzędzia

+ Wykonaj pomiar w osi Z czujnikiem długości narzędzia

+ Oblicz pozycje aktualną w osi Z czoła freza

+ skompensuj pozycje bazy materiału tak by odpowiadała nowo odczytanej pozycji czoła freza

+ unieś wrzeciono do pozycji maksymalnej

+ włącz wrzeciono

+ wróć do wykonywania usługi frezowania CNC

Ruchy wykonywane przez obrabiarkę sterowaną numerycznie podczas pomiaru długości narzędzia

Poniżej znajduje się dokładny opis ruchów, które maszyna wykonuje np. podczas frezowania aluminium, gdy następuje potrzeba zmiany freza i dokonania pomiaru długości nowo założonego narzędzia.

pomiar długości narzędzia
Pomiar długości narzędzia

Oprogramowanie frezarki CNC po wejściu do algorytmu pomiaru długości narzędzia ustawia os Z w pozycji maksymalnie w górę a następnie przejeżdża osiami XY nad czujnik długości narzędzia. Gdy wrzeciono jest nad czujnikiem, oprogramowanie sprawdza jego aktualne wskazanie czyli potwierdza, że czujnik aktualnie nie pokazuje dotknięcia frezu do powierzchni czujnika. Jeśli stan czujnika w tym momencie jest poprawny to interpolator maszyny zaczyna opuszczanie osi Z w dół ze średnią prędkością w celu znalezienia zgrubnej pozycji dotknięcia do czujnika. Ruch w dół trwa do momentu zmiany stanu wyjścia czujnika, gdy ten nastąpi to ruch osi Z jest zatrzymany, a następnie os Z podnosi się o 20mm w górę po czym znowu zatrzymuje. Na tym etapie maszyna wie, że jest około 20mm ponad czujnikiem i rozpoczyna ponowne obniżanie osi Z ale tym razem robi to powoli, by z jak największą precyzją odczytać pozycje zmiany sygnału z czujnika. Gdy owa pozycja zostanie wyznaczona, interpolator matematycznie oblicza nową bazę materiału na podstawie wykonanego pomiary pozycji dotknięcia do czujnika i szybkim ruchem ustawia os Z w pozycji maksymalnej kończąc pomiar.

Przykładowe obliczenia wykonywane przez interpolator w momencie pomiaru długości narzędzia.

Operator dokonał pomiaru bazy materiału i otrzymał wartość -61.48mm następnie pomiar na czujniku długości narzędzia wskazał pozycję dotknięcia freza do czujnika w -84.23mm

Po tych pomiarach rozpoczęła się obróbka materiału z bazą w osi Z wyznaczoną na wartość -61.48mm. Po pewnym czasie została wywołana komenda zmiany narzędzia i operator po jego wymianie ponownie dokonał pomiaru wysokości na czujniku i otrzymał wartość – 88.67mm.

Obliczenia jakie wykona w tym przypadku interpolator to:

Zmiana w wysokości freza na czujniku wynosi: 88.67mm – 84.23mm = 4.44mm

Korekcja bazy to 4.44mm

Nowo ustawiona baza w osi Z to: -61.48mm -4.44mm = 65.92mm

Interpolator obliczył nową wartość bazy w osi Z, natomiast została ona skorygowana o taką wartość, że czoło nowego freza jest w identycznej pozycji w osi Z względem obrabianego materiału.