Przegląd sond narzędziowych i przedmiotowych firmy Renishaw. Rys. 1.1 Sonda przedmiotowa firmy Renishaw. Rys. 1.2 Sonda narzędziowa firmy Renishaw

Transkrypt

1 Instrukcja do ćw. nr 6 Temat: Wykorzystanie sondy pomiarowej do ustawiania punktu bazowego i określania Przegląd sond narzędziowych i przedmiotowych firmy Renishaw Rys. 1.1 Sonda przedmiotowa firmy Renishaw Rys. 1.2 Sonda narzędziowa firmy Renishaw Do wiodących producentów sond przeznaczonych do pomiarów na obrabiarkach naleŝy zaliczyć firmy: Blum, Heidenhain, Marposs, M&H oraz Renishaw. KaŜdy producent buduje sondy według własnego, opatentowanego projektu. Sondy dzieli się na sondy narzędziowe (mocowane na stole obrabiarki), zwane równieŝ ustawczymi, oraz na sondy przedmiotowe (mocowane we wrzecionie). Sondy Najczęściej znajdują swoje zastosowanie w tokarkach, frezarkach, elektrodrąŝarkach, szlifierkach oraz centrach obróbkowych tokarskich i frezarskich. Są równieŝ wykorzystywane w ramionach pomiarowych (firm Cimcore i Faro), a takŝe robotach i maszynach specjalnych. W przypadku czujnika sondy przedmiotowej najczęściej spotykany jest kształt kulisty końcówki pomiarowej. Natomiast końcówki czujników sond narzędziowych w przypadku sond tokarskich mają kształt prostopadłościanu, lub w przypadku sond frezarskich kształt walca. Sondy narzędziowe słuŝą do określenia istotnych wymiarów narzędzi. W przypadku narzędzi frezarskich będzie to długość i promień. WyróŜnia się sondy stykowe i bezstykowe: Nr strony: 1

2 Rys. 1.3 Sonda narzędziowa firmy Renishaw model MTP (stykowa) Rys. 1.4 Czujnik laserowy firmy Renishaw (bezstykowa) Sondy przedmiotowe wykorzystywane są do: - odnalezienia rzeczywistego połoŝenia przedmiotu w układzie współrzędnych obrabiarki oraz automatycznego wprowadzenie tej pozycji do określonego układu współrzędnych przedmiotu, - pomiaru wybranych cech przedmiotu oraz automatycznej korekcji połoŝenia układu współrzędnych przedmiotu lub danych dotyczących korekcji narzędzia, - pomiaru przedmiotu bezpośrednio na obrabiarce w celu porównania wykonanej części z modelem teoretycznym poprzez wygenerowanie raportu z wykorzystaniem danych uzyskanych w trakcie pomiarów. Zasada działania sondy przedmiotowej WyróŜnia się dwie kategorie podziału sond pomiarowych firmy Renishaw: - pod względem zasady działania - pod względem sposobu komunikacji sondy z układem sterowania. Z budową oraz sposobem transmisji danych są ściśle związane zalety i wady sond pomiarowych. Pod względem zasady działania sondy pomiarowe dzieli się na sondy: - elektrostykowe - sondy tensometryczne Nr strony: 2

3 Rys. 2.1 Budowa i zasada działania standardowej elektrostykowej sondy przedmiotowej W korpusie 1 znajdują się trzy pryzmy 4, izolowane elektrycznie od obudowy 1, rozmieszczone na okręgu co 120. Trzpień pomiarowy 5 połączony jest z trójramiennym korpusem 5. Na ramionach korpusu są zamocowane wałeczki 3. SpręŜyna 2 naciskając na korpus 5 ustala wałeczki 3 w pryzmach 4. Zostaje zamknięty obwód elektryczny. W chwili zetknięcia trzpienia 6 z mierzoną powierzchnią następuję jego wychylenie i tym samym wychylenie jednego z ramion 3, powodujące rozwarcie styku - przerwanie obwodu elektrycznego. Na wyjściu przetwornika pojawia się sygnał przesłany do układu sterowania maszyny. Wartość współrzędnej punktu w osi w której dokonywany jest pomiar zostaje zapamiętana i zapisana do rejestru układu sterowania. Rys. 2.2 elektrostykowa sonda OMP60 Sondy elektrostykowe (np. OMP60) umoŝliwiają pomiary przedmiotu na centrach obróbkowych tokarskich i frezarskich z powtarzalnością +/- 1 µm. Lepszymi własnościami pomiarowymi charakteryzują się sondy tensometryczne Powtarzalność sond tensometrycznych wynosi 0.25 µm i ze względu na niewystępowanie błędu trójgraniastości mogą być wykorzystywane do pomiarów powierzchni swobodnych. Sondami wolnymi od błędu trójgraniastości są np. sondy MP700 (firma Renishaw), TC50 i TC52 (firma Blum). Nr strony: 3

4 Rys. 2.3 tensometryczna sonda MP700 W elektrostykowych sondach moŝliwa jest regulacja siły potrzebnej do uzyskania sygnału wychylenia trzpienia. Regulacja taka jest wymagana ze względu na róŝną konfigurację trzpieni pomiarowych (róŝne długości i średnice końcówek trzpieni pomiarowych). Taka regulacja nie występuje w przypadku sond tensometrycznych. W sondach tensometrycznych siła potrzeba do wychylenia trzpienia pomiarowego jest o rząd wielkości mniejsza od sond elektrostykowych, co pozwala na stosowanie trzpieni o długościach do 350 mm bez pogorszenia powtarzalności pomiarów. Kalibracja sond tensometrycznych odbywa się za pomocą kuli wzorcowej, natomiast sond elektrostykowych z wykorzystaniem pierścienia lub trzpienia pomiarowego. Druga kategoria podziału dotyczy sposobu komunikacji sondy z układem sterowania za pomocą interfejsu do niego podłączonego. WyróŜnia się następujące sposoby transmisji: - kablową, - indukcyjną, - optyczną - radiową. Transmisje kablowa i indukcyjna są obecnie rzadko stosowane. Transmisja kablowa nie wymaga oddzielnego źródła zasilania sondy, ale niemoŝliwe jest jej stosowanie w maszynach z magazynem narzędzi ze względu na niebezpieczeństwo uszkodzenia sondy i obrabiarki. Transmisja indukcyjna takŝe nie wymaga odrębnego źródła zasilania, ale jej stosowanie wymusza konieczność modyfikacji konstrukcji wrzeciennika, co uniemoŝliwia jej stosowanie w obrabiarkach, które mają dopiero zostać wyposaŝone w systemy pomiaru przedmiotu. Najczęściej wykorzystywana jest transmisja optyczna i radiowa, które to umoŝliwiają przechowywanie sond w magazynach narzędzi obrabiarek. Zasilanie tego typu sond realizowane jest za pomocą baterii. Rys. 2.4 elektrostykowa sonda optyczna RMP60 Nr strony: 4

5 Rys.2.5 tensometryczna sonda radiowa RMP600 Zasięg transmisji optycznej wynosi do 6 m, natomiast radiowej do 15 m. Transmisję optyczną wykorzystuje się w maszynach, w których moŝliwe jest zachowanie kontaktu optycznego pomiędzy sondą a interfejsem. W przypadku pojawienia się przeszkody między sondą a interfejsem optycznym następuje zakłócenie transmisji i ruch sondy jest zatrzymany. W obrabiarkach o większych gabarytach lub w sytuacji, gdy komunikacja optyczna moŝe być zakłócona (np. pomiar głębokich otworów) wykorzystywane są sondy z transmisją radiową. Firma Renishaw proponuje system radiowy, który wykorzystuje sposób transmisji danych z sekwencyjną zmianą częstotliwości - FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum). Transmisja o widmie rozproszonym zapewnia bardziej niezawodną komunikację niŝ transmisja jednokanałowa ze względu na rozłoŝenie sygnałów w szerszym paśmie częstotliwości (sonda radiowa RMP60). Pomiar przedmiotu bezpośrednio na obrabiarce Pomiar przedmiotu bezpośrednio na obrabiarce cechuje się określonymi zaletami i wadami: Zalety: Skrócenie czasów przygotowawczo zakończeniowych dzięki zautomatyzowanemu ustawianiu przedmiotu przed rozpoczęciem obróbki, co jest szczególnie waŝne w przypadku duŝych i cięŝkich przedmiotów Redukcja kosztów oprzyrządowania w postaci systemów mocowania i uchwytów w wyniku braku konieczności dokładnego pozycjonowania przedmiotu przed rozpoczęciem obróbki Wyeliminowanie wpływu błędów operatora na dokładność wymiarowo kształtową przedmiotu Automatyzacja określania naddatków obróbkowych MoŜliwość uzyskania szczegółowego protokołu pomiarowego MoŜliwość integracji danych CAD/CAM/CAI Wady: Realizacja pomiaru z dokładnością pozycjonowania obrabiarki, przy czym stan obrabiarki ma decydujący wpływ na uzyskiwane wyniki czas poświęcony na pomiar przedmiotu zamiast na jego obróbkę Nr strony: 5

6 Cel ćwiczenia: Zapoznanie się z budową i działaniem sond pomiarowych oraz sposobem wykorzystania ich na obrabiarce. Cel dodatkowy : Zapoznanie się z obsługą obrabiarki i wdraŝaniem programu technologicznego, a szczególnie z ustawianiem przedmiotu obrabianego i przygotowaniem narzędzi do pracy. Przebieg ćwiczenia Obrabiarka: pionowe centrum frezarskie HAAS Mini Mill Zadaniem ćwiczących jest: - zapoznanie się z standardowymi cyklami obsługi sond dostępnymi na obrabiarce, sposobami przywołania ich do pracy i niezbędnymi ustawieniami obrabiarki, - moŝliwością na bazie standardowych cykli budowy własnych programów umoŝliwiających wykorzystanie sond w przygotowaniu programów pomiarowych i ustawczych. Programy do wykonywanych zadań 1. Ustawianie układu współrzędnych w osi Z (O9811) Rys. 1 Schemat pomiaru Opis W tym cyklu następuje ustawienie roboczego układu współrzędnych w osi Z poprzez pomiar powierzchni. Ustawić sondę (końcówkę pomiarową) na wysokości około 5mm nad przedmiotem i uruchomić program 1. Format G65 P9811 Zz Ss Dane wejściowe Zz z = współrzędna - odległość powierzchni, na której przeprowadzane jest ustawianie od znajdowanego początku układu współrzędnych w osi Z Ss s= Numer offsetu roboczego, który zostanie ustawiony. Wartości od S1 do S6 powodują zapisanie wyników pomiaru odpowiednio w offsetach od G54 do G99 Przykład programowania: G65 P9811 Z0. S6 Nr strony: 6

7 Program 1: ustawienie roboczego układu współrzędnych Z O40006 (ustawienie roboczego układu współrzędnych w osi Z) (plaszczyzna Z) G90 G80 G40 G00 Kody przygotowawcze ustawiające pracę obrabiarki #5303=# Przypisanie współrzędnych obecnego połoŝenia maszyny skalibrowanego z długością sondy przedmiotowej (Z) pod G58. Z0 jest przesunięte 5 mm w dół od połoŝenia końcówki pomiarowej sondy. G58 G43 H10 Aktywizacja offsetu roboczego G58 i offsetu narzędzia 10 G65 P9832 Włączenie sondy G65 P9811 Z0. S6 Pomiar prostej powierzchni Z i aktualizacja offsetu roboczego G59 Uaktywnienie ustawionego offsetu G65 P9833 Wyłączenie sondy. M30 Koniec programu. 2. Ustawienie roboczego układu współrzędnych w osiach X i Y początek układu współrzędnych na zewnętrznym naroŝniku (O9816) Uwaga : Punkt startowy ustala odległość od pierwszego punktu pomiarowego Uwaga : Punkt startowy powinien być w osi Z ustawiony na głębokości dokonywanego pomiaru, Dla osi X, Y zaleca się ustawienie osi trzpienia pomiarowego około 5 mm od naroŝnika (wymiar a i b) Rys.2 schemat pomiaru zewnętrznego naroŝnika Opis W tym cyklu następuje ustawienie roboczego układu współrzędnych poprzez określania połoŝenia naroŝnika elementu. Wykonywane są cztery ruchy pomiarowe, dwa w osi Y i dwa w osi X. Sondę naleŝy ustawić w połoŝeniu startowym (rysunek 3) i uruchomić program 2. Sonda wykonuje najpierw pomiar powierzchni w osi Y, a potem pomiar powierzchni w osi X, następnie wraca do połoŝenia startowego. UWAGA: MoŜna znajdować rzeczywiste połoŝenie przecięcia ścian naroŝnika, nawet gdy kąt pomiędzy ścianami nie jest równy 90 stopni. Format G65 P9816 [Ii Jj] Ss gdzie [ ] oznacza opcjonalne dane wejściowe Dane wejściowe Ss s= Numer offsetu roboczego, który zostanie ustawiony. S1 do S6 odpowiednio (G54 do G59). Nastąpi aktualizacja numeru offsetu roboczego. Przykład: G65 P9816 X0. Y0. I10. J10. S6 Nr strony: 7

8 UWAGA: Gdy nie zostaną podane wielkości wejściowe I i J, będą wykonane tylko dwa ruchy pomiarowe. Zakłada się równoległość elementu naroŝnika do osi. Gdy brakuje wartości I lub J, wykonywane są trzy ruchy pomiarowe i przyjmuje się kąt naroŝnika równy 90 stopni UWAGA: Gdy wartości I i J są wykorzystywane, wtedy muszą być podane w kolejności jak w przykładzie (najpierw I a potem J, nie moŝna zamieniać kolejności). UWAGA: Sondę umieścić w osiach X i Y przed szukanym naroŝnikiem, a w osi Z na wysokości pomiaru. (rys. 3) Przykład 2: ustawienie roboczego układu współrzędnych na zewnętrznym naroŝniku Program 2: O40019 (zewnętrzny naroŝnik) G90 G80 G40 G00 Kody przygotowawcze dla obrabiarki #5301= # Przypisanie współrzędnych obecnego połoŝenia maszyny pod G58. X0 jest przesunięte o +5 mm od połoŝenia końcówki pomiarowej sondy #5302= # Przypisanie współrzędnych obecnego połoŝenia maszyny pod G58. Y0 jest przesunięte o +5 mm od połoŝenia końcówki pomiarowej sondy G58 G43 H10 Aktywizacja offsetu roboczego G58 i offsetu narzędzia 10 G65 P9832 G65 P9810 X-10. Y-10. F3000. Włączenie sondy Przemieszczenie w trybie bezpiecznego pozycjonowania (F3000) do pozycji (X-10 Y-10) przesunięcie do pozycji z której będzie bezpieczny przejazd na pozycję pomiarową. X-10 oznacza równieŝ, Ŝe pierwszy pomiar w osi X będzie na współrzędnej X10- wymiar C, a Y-10, Ŝe pierwszy pomiar w osi Y będzie na współrzędnej Y10 wymiar b G65 P9816 X0 Y0 I10. J10. S6 G65 P9810 X-5. Y-5. F3000. G59 G65 P9833 M30 Pomiar naroŝnika i aktualizacja offsetu roboczego G59 Przemieszczenie w trybie bezpiecznego pozycjonowania (sonda czuwa) posuwem F3000mm/min do pozycji (X-5 Y-5) Uaktywnienie ustawionego offsetu Wyłączenie sondy. Koniec programu. Nr strony: 8

9 3. Ustawianie roboczego układu współrzędnych na kostce 100 x 100 mm (O9811, O9812) Rys. 4 schemat pomiaru kostki Opis W tym cyklu następuje ustawienie roboczego układu współrzędnych w centralnym punkcie górnej płaszczyzny elementu. Wykonywanych jest pięć ruchów pomiarowych, jeden w osi Z i po dwa w osiach X i Y. Sondę naleŝy ustawić w połoŝeniu startowym (w przybliŝeniu na środku 5 mm nad przedmiotem rysunek 4) i uruchomić program. Sonda wykonuje najpierw pomiar powierzchni w osi Z, a następnie pomiar Ŝebra w osiach X i Y, następnie wraca do połoŝenia startowego. Format G65 P9811 Zz Ss G65 P9812 Xx Zz Rr Ss G65 P9812 Yy Zz Rr Ss Rys. 5 dane wejściowe Nr strony: 9

10 Dane wejściowe Xx x= Znamionowy rozmiar elementu mierzony w osi X. Yy y= Znamionowy rozmiar elementu mierzony w osi Y. Zz z= Bezwzględne połoŝenie na osi Z podczas wykonywania pomiaru elementu typu Ŝebro. Rr r= Rozmiar przyrostowy wykorzystywany w przypadku elementów zewnętrznych, np. walców i Ŝeber, (wartość przemieszczenia w osi X i/lub Y, przed przemieszczeniem w osi Z, dla ominięcia Ŝebra. Ss s= Numer offsetu roboczego, który zostanie ustawiony. Nastąpi aktualizacja numeru offsetu roboczego S1 do S6 odpowiednio (G54 do G59) Przykład: G65 P9811 Z0. S6 G65 P9812 X100. Z-10.R10. S6 Program 3: O40011 (Ustawianie roboczego układu współrzędnych na kostce 100 x 100 mm) (Kostka) G90 G80 G40 G00 Kody przygotowawcze dla obrabiarki #5301= #5021 Przypisanie współrzędnych obecnego połoŝenia maszyny pod G58. #5302= #5022 Przypisanie współrzędnych obecnego połoŝenia maszyny pod G58. #5303= # Przypisanie współrzędnych obecnego połoŝenia maszyny (Z) pod G58. Z0 jest przesunięte 5 mm w dół od połoŝenia końcówki pomiarowej sondy. G58 G43 H10 Aktywizacja offsetu roboczego G58 i offsetu narzędzia 10 G65 P9832 Włączenie sondy G65 P9811 Z0. S6 Pomiar prostej powierzchni Z i aktualizacja offsetu roboczego G59 G65 P9812 X100. Z-10. R10. S6 Pomiar Ŝebra o szerokości 100 mm w osi X i aktualizacja offsetu G59. G65 P9812 Y100. Z-10. R10. S6 Pomiar Ŝebra o szerokości 100 mm w osi Y i aktualizacja offsetu G59. G65 P9833 Wyłączenie sondy M30 Koniec programu Nr strony: 10