Szerszámgépek diagnosztikai vizsgálata körteszt berendezéssel II.

A szerszámgép diagnosztikával foglalkozó TDK dolgozat következő részével jelentkezünk Olvasóinknak. Ezen dolgozat esetében, az eddigiektől eltérően nem csak egy összefoglalót, hanem több alkalommal, hosszabb részeket teszünk közzé. Biztosak vagyunk abban, hogy számos olyan részlet van benne, ami széles érdeklődésre tarthat számot, a gyakorlati oldalról tekintve is.

(A korábbi, reverse engineering témájú TDK dolgozatról szóló cikkünk ITT, az Y-elágazás geometriai optimalizációjáról szóló ITT, a Forma-1-es versenyautó első szárnyának tervezéséről ITT, az esztergálási folyamatszabályzásról szóló pedig ITT érhető el.)

A dolgozat a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem által szervezett, 2010. évi Tudományos Diákköri Konferencián szerepelt sikeresen.

Szerző: Horváth Antal

Konzulens: Dr. Markos Sándor – adjunktus (BME Gyártástudomány és -technológia Tanszék)

A dolgozatot bemutató sorozat első része ITT olvasható.

Szerszámgépek pontossági vizsgálatának szükségessége

Miért is kell a szerszámgépeken pontossági, képességi vizsgálatokat végrehajtani?
A kérdésre a választ a következőábra adja meg:

Gépek életciklusa, saját archívum

Gépek életciklusa, saját archívum

Az ábrán is látható, hogy a gépeket többször kell átvenni az üzemeltetésnek. Ez lehet többfajta átvétel, mert egy újonnan megvásárolt gépnél mások az átvételi feltételek, mint egy karbantartás utáni átvételnél. Ebből adódóan az átvételekkor alkalmazandó gépképességi vizsgálatok sem egyformák. Egy új gép átvételére már ISO általi szabványosított előírások vannak. A gépek legelső átvételekor általában egy terhelés alatti vizsgálatot alkalmaznak, ami lehet egy NASA-teszt vagy egy 30 darabos szériagyártás. A NASA-teszt alatt nem mindig a szabványos vizsgálatokat kell érteni, mert az lehet egy a vásárló cég által kitalált furatpozicionálási vizsgálat is.

Másik átvételi forma a karbantartás utáni átvétel, melyet végezhet a cég saját karbantartója, de külsős cég is. A gép javítása után szokás egy vizsgálatot végezni, hogy megbizonyosodjunk a gép további funkcionálisan helyes működéséről. De akkor is gépképességi vizsgálatról beszélhetünk, ha a gyártásvezető vagy a tulajdonos szeretné megtudni az adott gépről, hogy egy bizonyos időeltelte után megmaradtak-e azok a képességei, mint amit a vásárláskor produkált. Ezt lehet periódusonként tervszerűen végezni, így követhető az állapotváltozás, de lehet eseti is, ha például az egyik éjszakai műszakban történt a főorsóval egy ütközés.

Az utóbb említett időszakokban elvégzett vizsgálatokat ma már inkább körtesztelő berendezéssel végzik, mellyel gyors diagnózis készíthető a gépről. Elég sokrétű hibapalettára tud hivatkozni egy ilyen vizsgálati eszközzel elvégzett és kiértékelt mérési eredmény, persze ez nem biztos, hogy mindegyik jelentkezik egy legyártott darabon. Azt, hogy mi is kell egy munkadarab tökéletes legyártásához a következő ábrán láthatjuk. Ezek hiánya vagy hiányossága mind lekövethető a darab hibáin, persze a fontossági sorrend lentről fölfelé értendő.

Hatékonysági piramis

Hatékonysági piramis, 4

Szerszámgépek pontossági vizsgálatának módszerei

Terhelés utáni vizsgálatok

Ezeket a vizsgálatokat egy – az adott gép által az átadás után – forgácsolt munkadarabokon szokás elvégezni. A forgácsolási teszteknek létezik több fajtája is, persze ezekből más és más adatok, eredmények nyerhetőek ki. Az első csoport a szabványosított NASA tesztek, melyek a NAS 979 szabványból születtek. A leírásában megtalálhatóak azok a kiértékelési módok, melyek figyelembevételével a gyártott darabon keresztül a gép minősíthető. A forgácsolós tesztek második csoportját egyedi NASA tesztnek szokás nevezni, ez esetben az elkészítendő modellt általában a gépet vásároló vagy éppen már birtokoló cég készíti céltudatosan egyes hibák kimutatása érdekében. Ennek szükségessége akkor merül fel, ha egy megmunkálással foglalkozó vállalat gépet akar vásárolni (de még nem tudja előre, mire is fogja használni a gépet), ezért bonyolult alkatrészt gyártatnak a forgalmazóval, hogy kiderüljön mire is képes egy gép. Az itt fellépő helyzetet egy régi közmondás jól tükrözi, miszerint nem tudni mi volt előbb, a tyúk vagy a tojás? Ugyanis ezt a vizsgálatot a termék oldaláról is meg lehet közelíteni, ekkor egy konkrét feladatra keres a cég gépet, melyhez készít egy próbadarabot, és megnézi legyártható-e az adott géppel.

A harmadik csoport a klasszikus gépképességi forgácsolós vizsgálatok csoportja (ezeket szokták a minőségképességen belül is értelmezni), melyet a különböző irodalmi forrásokra hivatkozva többféleképpen lehet elvégezni és értékelni, de az egyes szerszámgépgyártók is más egyedi elvárásokat csempésznek még ezek közé. Ha egy újonnan vásárolt gépet vizsgálnak képességi vizsgálattal, akkor gyakran szoktak egy 30-as vagy 50-es szériát gyártani a gép„belövése” után. A vizsgálat akkor sikeres, ha a vásárló cég által megadott tűrésmező nagyságának a felén belül lesz legyártva az összes darab. Egy már huzamosabb ideje termelőgép minőségképességi vizsgálata általában párhuzamosan történik a termelése mellett, természetesen időszakosan. Ez különböző statisztikai mérések és kiértékelések összességét jelenti. Ezekből következtetni lehet az ismétlődő és a véletlen hibákra.

Terhelés nélküli vizsgálatok

Mielőtt a Ballbar megjelent volna, a terhelés nélküli szerszámgép vizsgálatok alatt legtöbben valamilyen kalibrált, és ezáltal igen jónak minősített gömb vagy mérőtüske tapogatását értették. Persze ezek ma sem tűntek el, sőt igen jól kiegészítik egymást a Ballbar-ral. Ezeknek a vizsgálatoknak a lényege, hogy könnyen elvégezhetőek, illetve viszonylag gyors diagnózis felállítható velük a gépről. Persze ezek a vizsgálatok nem azt adják meg, hogy a merőlegességi hibát az egymásra merőleges vezetékek hibája, vagy a rajtuk lévő mozgató egysége hibája, stb. okozza, hanem leginkább a hiba meglétére utal. Persze lehet utalásokat tenni, és a Ballbar nagyon kifinomult kiértékelő szoftvere ezt meg is teszi a mért eredmények alapján, de azért ezeket még fenntartással kell kezelni.

A szoftverben található szimulátorban meg lehet vizsgálni, hogy hogyan fog változni a pozicionálási pontosság, illetve a körkörösség ha az egyes hibákat kompenzáljuk, de a hibák javítására már nem ad utasítást. Egy egész konkrét hibafeltáró és egyben javító eljárás a lézeres bemérés. A lézerinterferométerrel végzett vizsgálat és beállítás viszont nagyon időigényes és precíz figyelmet igényel. A letapogatós vizsgálatoknál a 3 tengelyes bemérésekhez mérőtüskét szoktak használni, ez egy igen nagy pontosságú a főorsó homloksíkjától 300 mm-ig kilógó egy átmérőjű körhenger, melyet több irányból is letapogatnak. Szokás még egy szintén kalibrált gömböt letapogatni, melyet jellegzetesen több mint 3 tengelyes gépeken szoktak alkalmazni.

Végül a Ballbar, mellyel szinte minden géptípus bemérhető, és könnyen, gyorsan vizsgálható. Ez az eljárás egy jeladót forgat a főorsóhoz és az asztalhoz kötött két nagypontosságú gömb között, a részletes bemutatását a következőpontban fogom megtenni. Itt szeretném még megemlíteni, hogy többfajta ilyen szenzor létezik, mellyel akár körteszteket is végezhetünk többféle kiértékelési elv, norma szerint. Ilyen például a Heidenhain VM 182 összehasonlító mérőrendszer. A szerszámgépek gyártói és felhasználói a VM 182-vel lineáris és nemlineáris hibagörbéket valamint a gépek tengelyeinek irányváltási hibáját határozhatják meg a DIN ISO 230-2 szabvány szerint. A VM 182 a pozicionálási hiba mérése mellett egyidejűleg a mozgási irányra merőleges vezetékhibát is meghatározza. A cégnek létezik másik ehhez hasonló szenzora is, a KGM keresztrácsos mérőrendszerek, melyek nem csak körtesztekre alkalmasak, hanem kéttengelyes szabad kontúr teszt is elvégezhető velük.

Terhelés alatti vizsgálatok

A terhelés alatti vizsgálatokat már majdnem hívhatjuk állapotfigyelő rendszernek is. Persze akkor még több dologgal kellene a méréseket kiegészíteni, de az elv már hasonlít. Ide tartoznak például a Montronix szenzorok, melyek egy szenzoron belül a következőmérésekre képesek a szerszámgépre szerelve [5]:

  • Sebesség
  • Elmozdulás, ütés, rezgés (3 tengely mentén egyszerre)
  • Minden szögben és helyzetben használható
  • Kiegyensúlyozatlanság
  • Ütközés
  • FFT (Fast Fourier Transform) elemzés
  • Hőmérséklet (változás)

Természetesen ehhez egyéb kiegészítők is kellenek, de a szenzor önmagában igen nagy előrelépés a szerszámgépek monitorozása felé. Egy másik cég a Prometec a Promos2 nevű egységével egy moduláris folyamatfelügyelő rendszert kínál a folyamat termelékenységének növelése érdekében, miközben növeli a folyamat biztonságát. A következőjogosultsággal lehet ilyen szenzorokat beszerezni:

  • ütközés felismerése,
  • üresjárat felismerése,
  • törés felismerése (statikus limitekkel),
  • vágóél kitörésének felismerése egy szerszámnál,
  • törés felismerése (dinamikus limitekkel),
  • törés felismerése (”túllépés” limitekkel),
  • energiacsúcs meghatározása,
  • kopás felismerése (statikus limitekkel),
  • kopás felismerése (folyamat analizálásával),
  • kopás felismerése (érdességen keresztül),
  • kopogás felismerése DSP modul,
  • orsócsapágy monitorozás,
  • szerszám, orsó rezgése, kiegyensúlyozatlansága,
  • szerszám kiegyensúlyozása (adaptív).

Az általam bemutatott eszközök, szenzorok és módszerek nem fedik le a piac nyújtotta összes lehetőséget, inkább az elveket szerettem volna összegyűjteni.

Írta:
Horváth Antal Zsolt 


Források:
[4] http://www.szmsz.hu/beszamolok/200811/Rhatekonysagipiramis.pdf
Letöltve: 2010-02-21
[5] http://www.montronix.com/us/products/systems/pulse.html
Letöltve: 2010-09-18
folytatása következik…

kép: www.renishaw.com

(A korábbi, reverse engineering témájú TDK dolgozatról szóló cikkünk ITT, az Y-elágazás geometriai optimalizációjáról szóló ITT, a Forma-1-es versenyautó első szárnyának tervezéséről ITT, az esztergálási folyamatszabályzásról szóló pedig ITT érhető el.)