De Cruciale Rol van On-Machine Inspectie in Precisiebewerking

Voor kwaliteitscontrole van CNC-gefreeste onderdelen gebruiken de meeste machinebedrijven een Coördinaatmeetmachine (CMM). Een CMM controleert of de geometrie en afmetingen van een afgerond onderdeel overeenkomen met het originele ontwerp, zodat de klant geen defecte onderdelen ontvangt. Het identificeert zelfs de meest marginale fouten en stelt de freeser in staat een foutief onderdeel te herwerken.

Voor een machinebedrijfseigenaar is de CMM echter ver van een perfecte oplossing. Hoewel dit soort inspectie zekerheid biedt voor de klant, garandeert het geen hoge productiviteit voor de freeser. Waarom? Omdat het identificeren van fouten na de bewerking betekent dat je al te laat bent om kosten te herwinnen. Wanneer een onderdeel herwerkt moet worden omdat de CMM een negatief resultaat geeft, daalt de waarde van dat onderdeel met de helft. Twee keer de verwachte tijd gaat erin, evenals twee keer het materiaal.

Een alternatieve oplossing is on-machine inspectie met een machine tool probing-systeem. Machine tool probing-systemen zijn meetapparaten die op de CNC-machine zelf gemonteerd zijn, gebruikt om onderdelen in te stellen en afmetingen te meten tijdens en direct na het bewerkingsproces.

Dit artikel legt uit hoe wij on-machine inspectie in onze CNC-werkplaats gebruiken, en waarom CNC-machinebedrijven dit ook zouden moeten doen.

1. CMM-knoop oplossen

Het beperken van kwaliteitscontrole tot een CMM heeft significante nadelen en problemen kunnen oplopen verder dan alleen het verdubbelen van arbeidstijd en materiaalkosten. In een drukke werkplaats zal een gegeven CNC-machine waarschijnlijk direct een nieuwe opstelling krijgen zodra een set onderdelen van de werktafel wordt verwijderd. Als de CMM later sommige onderdelen afkeurt, moet de freeser wachten tot een machine beschikbaar komt — of erger, een ander job onderbreken — en de machine helemaal opnieuw instellen. Afgekeurde werkstukken kunnen de productiviteit vertragen, wat een domino-effect veroorzaakt dat veel jobs vertraagt.

Ook kan afhankelijkheid van een CMM leiden tot lange wachtrijen, omdat elk job in de werkplaats inspectie vereist van dezelfde machine of groep machines. Door inspectie in de CNC-machines zelf te integreren, kan de CMM-knoop worden opgelost, omdat de inspectielast verdeeld kan worden over meerdere systemen of, in sommige gevallen, volledig door de CNC-machine zelf wordt afgehandeld.

2. Efficiëntie verbeteren

Het gebruik van een CMM is meestal noodzakelijk voor kwaliteitscontrole, vooral tijdens precisiebewerking, omdat het controleert of werkstukken voldoen aan geometrische en dimensionale specificaties. Maar on-machine inspectie hoeft de CMM niet te vervangen; in plaats daarvan kan het alleen of in combinatie met de CMM werken om inspectie — en de gehele productcyclus — efficiënter te maken.

Een machine tool probing-systeem, gemonteerd op de machinespindel of revolver, biedt tal van voordelen voor een werkplaats. Het systeem kan gebruikt worden om werkstukken te identificeren en in te stellen — een proces dat handmatig 10 minuten kan duren, maar met een probe slechts seconden — en kan kenmerken meten tijdens de bewerkingscyclus en direct daarna, wanneer werkstukken nog op de werktafel liggen.

Werkstukken snel instellen

Een probing-systeem kan ook taken uitvoeren als het monitoren van de oppervlakteconditie van het werkstuk en het initiëren van automatische offsetcorrectie. Bovendien verstoren veel probing-routines het bewerkingsproces niet, zodat inspectie kan plaatsvinden zonder onderbreking.

Probes zijn nuttig omdat ze significante fouten vroegtijdig oppikken, wat direct verspilling vermindert en, als er daarna een CMM gebruikt wordt, de kans verkleint dat de CMM een onderdeel afkeurt. Als een CMM gebruikt wordt, stellen probes kwaliteitspersoneel in staat hun bemonsteringssnelheid te verlagen. Ze kunnen bijvoorbeeld één op de 50 onderdelen op de CMM inspecteren in plaats van één op de 20, wetende dat de meeste mogelijke fouten al door de on-machine probe zijn opgespoord en gecorrigeerd. Het introduceren van on-machine inspectie kan dus de totale inspectietijd verminderen terwijl de CMM-knoop wordt opgelost, waardoor onderdelen sneller verscheept kunnen worden en de productiviteit van de werkplaats toeneemt.

In-Process Inspectie voor Gefreeste Onderdelen

3. Nauwkeurigheid verhogen voor nabewerking

On-machine inspectie kan nuttig zijn in vrijwel alle CNC-bewerkingssituaties, en de kans op het schrotten van mislukte onderdelen aanzienlijk verminderen. Echter, probe-systemen zijn vooral waardevol bij precisiebewerking van kenmerken op gegoten of gesmeedde onderdelen.

Onderdelen frezen vanaf een werkstuk van geëxtrudeerd metaal is een ding, maar bewerken op gesmeedde of gegoten onderdelen is heel anders. Die metalbewerkingsprocessen neigen ertoe kleine variaties tussen eenheden te produceren, dus het is cruciaal dat de CNC-machine met elk iets andere onderdeel correct kan kalibreren. Een on-machine probe-systeem helpt de machine precies dat te doen.

Het on-machine inspectiesysteem garandeert nauwkeurigheid bij bewerking als secundair proces, zelfs als er geometrische discrepanties zijn tussen onderdelen. Het is met name nuttig voor onderdelen gemaakt met drukdijkgieterij en lost-wax gieten.

4. Nauwkeurigheid verhogen voor gieten

On-machine inspectie is een bijzonder waardevol activum in de productie van gieten voor spuitgieten en andere gietprocessen. Probes verhogen de nauwkeurheid bij het frezen van kernen en kaviteiten, wat leidt tot betere gegoten onderdelen en een verminderde afhankelijkheid van nabewerking van kunststofonderdelen, waar imperfecties veroorzaakt door lage-kwaliteit gieten gecorrigeerd moeten worden.

Gietvormproductie kan op verschillende manieren profiteren van een on-machine probe — vóór, tijdens en na de CNC-bewerking van gietvormcomponenten. Vóór de bewerking kan een probe het werkstuk lokaliseren, naast het bepalen van de oriëntatie en rotatie van het onderdeel. Tijdens de bewerking kan het de snijgereedschap automatisch heruitlijnen en offsets bijwerken in reactie op temperatuurveranderingen. En voordat het onderdeel de CNC-machine verlaat, kan de probe gietvormspecifieke taken uitvoeren zoals controleren en verifiëren van de elektrodeconditie. Elk van deze functies verhoogt de nauwkeurigheid van gietvormproductie en daarmee de kwaliteit van gegoten onderdelen.

Het gebruik van on-machine inspectie kan dus de kwaliteit, herhaalbaarheid en nauwkeurheid van gefreeste gieten verbeteren, terwijl het helpt variaties veroorzaakt door temperatuurverandering te managen en te bestrijden die kunnen leiden tot afwijkingen buiten de gewenste tolerantie.

In-Process Inspectie voor Gietvormkaviteit

Verbeterde precisiebewerking

Samengevat: on-machine inspectiesystemen voor CNC-machines kunnen zeer waardevol zijn voor machinebedrijven, omdat ze de volgende voordelen bieden:

• Vroegtijdig vastleggen van fouten
• Directe feedback
• Automatische offsetcorrectie
• Inspectie-achterstand verminderen
• CMM-knoop oplossen
• CMM-bemonsteringssnelheid verlagen
• Totale inspectietijd verminderen
• Schroot verminderen
• Productiviteit verhogen
• Bewerkingsnauwkeurheid op gegoten en gesmeedde onderdelen verhogen
• Bewerkingsnauwkeurheid op gietvormkaviteiten verhogen

3ERP, een specialist in rapid prototyping en kleinseriproductie, gebruikt Renishaw machine tool probes voor precisiebewerking. Sinds de adoptie van deze strategie is de productiviteit toegenomen, en het bedrijf is in staat om onderdelen sneller te verzenden.

Hoewel de CMM een kritisch element blijft in 3ERP's kwaliteitscontroleprocedures, hebben on-machine probes de belasting op de CMM verlicht, terwijl ze in termen van inspectiemogelijkheden de standalone machine virtueel evenaren. Cruciaal is dat de verplaatsing zowel het machinebedrijf als de klant ten goede is gekomen.