Pomiar długości narzędzi cnc z wykorzystaniem czujnika długości narzędzi
Chcąc pracować efektywnie na frezarce lub kopiarce musi pojawić się operacja zmiany narzędzia i pomiaru długości narzędzia. Wrzeciono frezarki należy ustawić tak, aby dokładnie pasowało do pozycji obrabianego przedmiotu, gdy jest on przymocowany do stołu maszyny. W przypadku prac z tolerancjami wynoszącymi zaledwie części milimetra konieczne jest sprawdzenie ustawienia za każdym razem podczas wymiany narzędzia lub zmiany położenia przedmiotu obrabianego. Kiedy wymieniamy narzędzie ręcznie należy zdefiniować jego położenie w układzie współrzędnych maszyny. W ten sposób dajemy znać maszynie gdzie znajduje się końcówka skrawająca narzędzia. Pomiar długości narzędzia można wykonać samodzielnie, np. metodą na kartkę papieru. Jakkolwiek nie jest to trudne, to każdy praktyk wie, że uciążliwe, zwłaszcza przy częstej wymianie narzędzi. Nastawienie narzędzi można sobie ułatwić za pomocą czujników pomiaru długości narzędzia
Rys. 1. Czujnik długości narzędzia CDN-1 współpracuje
z większością programów do sterowania maszynami CNC.
Do czego służy czujnik długości narzędzia?
Czujnik długości narzędzia służy do szybkiego pomiaru dokładnego położenia narzędzia na osi Z. Czujnik składa się z przełącznika podłączonego do układu sterowania maszyny. Gdy narzędzie jest opuszczane w kierunku przełącznika czujnika, ruch zatrzymywany jest w momencie, gdy narzędzie uruchamia przełącznik czujnika, przekazując w ten sposób położenie końcówki narzędzia do oprogramowania maszyny. Zapewnia to, że program maszyny rusza z punktu zerowego na którym opierają się wszystkie kolejne nakładane korekty. Ten punkt można również wykorzystać do dostosowania programu obróbki do narzędzi o różnej długości.
Rys. 2. Polskiej produkcji czujnik długości narzędzia CDN-3,
jego powtarzalność nie gorsza niż 0.01 mm.
Budowa czujnika pomiaru długości narzędzia
Rys. 3. Budowa czujnika długości narzędzia CDN-1
Czujniki pomiaru długości narzędzi zazwyczaj wyglądają dość niepozornie. Sensor składa się z przełącznika – włącznika / wyłącznika, którego stan może być odczytany przez oprogramowanie sterujące obrabiarki. Przełącznik dość mocno sprężynuje dla marginesu bezpieczeństwa podczas kalibracji. Oprogramowanie może używać czujnika do określania: bezwzględnego położenia wierzchołka narzędzia, położenia Z górnej powierzchni obrabianego przedmiotu lub imadła lub innych przedmiotów na stole maszyny. Czujnik przewodem podłączony jest do płyty głównej obrabiarki, w zestawie dołączone jest oprogramowanie czujnika. Skrypt oprogramowania umożliwia jego edycję, można w nim określić, gdzie znajduje się czujnik we współrzędnych maszyny, bezpieczną odległość nad czujnikiem, maksymalną różnicę długości pomiędzy narzędziami, prędkości poruszania się i in. Skrypty – makra – do oprogramowania Mach można znaleźć tutaj.
Montaż czujnika pomiaru długości narzędzia
Aby podłączyć czujnik długości narzędzia, najpierw należy upewnić się, że obrabiarka nie jest podłączona do zasilania, wypoziomowana i nie grozi jej przewrócenie, następnie zdjąć osłonę sterownika w obrabiarce i czujniku.
Rys. 4. Podłączanie czujnika długości narzędzia, źródło [1]
1. Zdjąć izolację z końców kabli czujnika i przylutuj je, aby zapewnić dobre połączenie w zaciskach śrubowych.
2. Przeprowadzić kabel przez zapasowy otwór (tego, które jest obecnie pokryte gumową przelotką). Owinąć kabel wokół jednostki sterującej, jak pokazano na rys. 4C.
3. Włożyć lutowane końce do zacisków śrubowych i dokręcić. Ponieważ podłączany jest włącznik / wyłącznik, nie ma znaczenia, który rdzeń jest podłączony do którego zacisku.
4. Kabel jest aktualnie podłączony bezpośrednio do płyty, dlatego należy go zabezpieczyć przed przypadkowym pociągnięciem.
5. Założyć pokrywę jednostki sterującej i podłączyć ponownie maszynę.
Jak używać czujnika długości narzędzia
Kolejnym krokiem do realizacji pomiaru długości narzędzia będzie podłączenie samego czujnika do sterowania maszyny. Rodzaj użytego czujnika nie ma tutaj większego znaczenia. Wszystko zależy od wymaganej dokładności pomiaru. Jeśli wymagamy dużej dokładność pomiaru, powinniśmy użyć czujnika o odpowiedniej klasie. Dokładność czujnika CDN-1 wynosi 0,01 mm. W przypadku czujnika CDN-3 powtarzalność jest nie gorsza niż 0.01 mm (rzeczywisty pomiar uzyskany na obrabiarce). Jeśli nie wykonujemy najdokładniejszej obróbki precyzyjnej, możemy również skorzystać z prostszych rozwiązań i zastosować zwykłą krańcówkę mechaniczną.
Odległość między podstawą czujnika a przełącznikiem w jego zwolnionym położeniu jest znana, więc wszystko, co należy zrobić, aby określić położenie narzędzia, to opuść narzędzie na czujnik do punktu styku, a następnie odczytać wartość Z. Bez użycia czujnika długości narzędzia jedynym sposobem ustalenia punktu zerowego obrabianego przedmiotu jest opuszczenie narzędzia w małych krokach na obrabiany przedmiot, aż będzie się stykać. Jest to czasochłonne, a wynikowej pozycji nie można dokładnie odtworzyć.
Po uruchomieniu czujnika powinniśmy zacząć od bazowania osi obrabiarki. Korzystając z czujnika długości narzędzia wystarczy przesunąć narzędzie do punktu zerowego XY, umieścić czujnik pod narzędziem i opuścić narzędzie do punktu styku z górną płaszczyzną guzika sensora. Oprogramowanie następnie automatycznie odejmuje wysokość czujnika i podaje dokładnie powtarzalną wartość wysokości powierzchni przedmiotu obrabianego. Dzięki temu określenie punktu zerowego obrabianego przedmiotu jest szybkim i niezawodnym procesem. Czujnik długości narzędzia może również służyć do określania pozycji mocowania poszczególnych narzędzi w tulei zaciskowej maszyny. Zmiana narzędzia w połowie zadania zwykle prowadzi do zmiany punktu zerowego Z.
Aby obejść ten problem, zmierz odległość bieżącego narzędzia od tulei zaciskowej i zapisz wartość. Zrób to samo dla wszystkich innych narzędzi. Oprogramowanie teraz „zna” dokładne położenie końcówki każdego narzędzia i może automatycznie skorygować punkt zerowy dla każdego z nich.
Podsumowanie
I oto cały sekret zmiany narzędzia. Potrzebny jest czujnik pomiaru wysokości narzędzia, oprogramowanie do wgrania w aplikacji obrabiarki. Po uruchomieniu aplikacji maszyna sprawdza nowe narzędzie, porównuje do pierwszego i różnicę długości wpisuje do współrzędnej Z. Ręczny pomiar punktu zerowego osi Z po rozpoczęciu pracy nie jest już konieczny.
Bibliografia:
Rattat C., CNC Milling for Makers: Basics – Techniques – Applications, Rocky Nook Inc, 2017, ISBN 9781681983042
Overby A., CNC Machining Handbook: Building, Programming, and Implementation, McGraw Hill Professional, 2010, ISBN 9780071623025.
W kolejnych artykułach opisaliśmy:
Czujnik magnetyczny – co to jest, właściwości
Czujnik Halla – co to jest, jak działa i jak sprawdzić?
