Kalibracja narzędzi a precyzja w obróbce CNC

Procesem, który jest gwarantem dokładności pomiarów w branży obróbki skrawaniem jest kalibracja. Polega ona na porównywaniu pomiarów wykonanych przez urządzenia do znormalizowanych pomiarów o znanej dokładności, które odpowiadają wymaganemu standardowi kalibracji. Jest to więc proces weryfikacji i regulacji narzędzia pomiarowego w celu zapewnienia jego dokładności. Kalibracja narzędzi jest niezbędna do zapewnienia wiarygodności i dokładności pomiarów. Proces ten jest regulowany normami i przepisami w Polsce, a wykonywany jest przez wyspecjalizowane laboratoria kalibracyjne. Jego celem jest potwierdzenie, że narzędzie działa prawidłowo i spełnia wymagane standardy.

Czy kalibracja jest wymagana i na czym dokładnie polega?

Kalibracja dotyczy każdego urządzenia i narzędzia mierzącego dowolny parametr fizyczny. Jednak firmy zajmujące się obróbką CNC rezerwują procedury kalibracji dla procesów wymagających jedynie najwyższego stopnia dokładności lub gdy wymagają tego przepisy, ponieważ proces ten jest czasochłonny i kosztowny. Znana wartość określonego parametru jest stosowana do testowanego urządzenia mechanicznego, a następnie wynik jest porównywany ze znaną wartością odniesienia.

Typowy proces kalibracji narzędzia składa się z następujących etapów:

• Przekazanie narzędzia do kalibracji odpowiedniemu uprawnionemu podmiotowi
• Sprawdzenie stanu technicznego narzędzia
• Porównanie wskazań narzędzia z wzorcem referencyjnym
• Dokonanie niezbędnych regulacji/korekt
• Wystawienie certyfikatu kalibracji
• Oznakowanie narzędzia i zwrot do firmy, która zleciła kalibrację.

Certyfikat kalibracji zawiera m.in. datę kalibracji, zakres pomiarowy, niepewność pomiaru oraz informacje o standardach/wzorcach użytych do kalibracji. Wystawia go laboratorium posiadające uprawnienia.

Na co wpływa kalibracja narzędzi?

Kalibracja narzędzi zapewnia precyzję procesu produkcyjnego oraz niezawodność i dokładność pomiarów lub operacji w określonych granicach tolerancji, spójność i przestrzeganie rygorystycznych norm jakościowych. Zwykle zużycie, niewłaściwe użytkowanie lub nadmierne użytkowanie sprzętu lub narzędzi maszynowych są typowymi przyczynami ich degradacji. Wynik ich pomiaru często odbiega po jakimś czasie od normy, co czyni je zawodnymi i mniej dokładnymi. Kalibracja narzędzi jest głównym wymogiem dla organizacji, które przestrzegają norm branżowych, jak choćby ISO 9001.

Jakie znaczenie ma kalibracja?

Przede wszystkim przyczynia się do poprawy wydajności procesu lub jakości produkcji, ponieważ pomaga wykryć zużycie i uszkodzenia na wczesnym etapie, ograniczyć degradację narzędzi i utrzymać jakość produktów. Kilka innych skutków kalibracji narzędzi obejmuje:

• wczesne wykrywanie odchyleń od procesu,
• optymalizację procesów produkcyjnych,
• prawidłowa kalibracja narzędzi ma kluczowe znaczenie dla kontroli pierwszego artykułu (FAI) i wdrożenia ich do produkcji masowej,
• pomaga obniżyć koszty operacyjne.

Jakie narzędzia należy kalibrować?

Firmy zajmujące się obróbką CNC wykorzystują różnego rodzaju narzędzia, aby tworzyć wysokiej jakości produkty, które spełniają specyfikacje i wytyczne klientów. Każde z tych narzędzi ma swoją odpowiednią funkcję w operacjach produkcyjnych. Wspólnie pomagają one dostosować pomiary maszyn do ustalonych standardów kalibracji, aby osiągnąć precyzję i pożądane tolerancje w produkcji produktów.

Przykłady standardowych narzędzi, które wymagają kalibracji w warsztacie obróbki skrawaniem:

• narzędzia pomiarowe takie jak mikrometry, wysokościomierze, głębokościomierze, suwmiarki, czujniki zegarowe i mikrometry wymagają kalibracji w celu dokładnego pomiaru wymiarów części,
• maszyny CNC, w tym frezarki, routery, szlifierki i tokarki CNC, powinny być regularnie kalibrowane w celu zapewnienia dokładności ruchów i precyzji narzędzia skrawającego,
• maszyny testowe do badania materiałów, takie jak testery udarności, urządzenia do badania wytrzymałości na rozciąganie i testery twardości, pozwala zapewnić dokładne i wiarygodne wyniki,
• sprzęt spawalniczy, taki jak przyrządy spawalnicze, przecinarki plazmowe, spawarki TIG i MIG, jest często kalibrowany w celu dostarczania odpowiedniego gazu, prądu i napięcia w celu uzyskania jednolitej jakości spoiny,
• urządzenia do cięcia i grawerowania laserowego muszą być regularnie kalibrowane w celu zapewnienia właściwej ostrości i ustawienia lasera,
• narzędzia elektryczne, takie jak wiertarki, szlifierki, piły, a także narzędzia ręczne, takie jak klucze, szczypce, śrubokręty, pilniki i młotki, też warto poddawać regularnej kalibracji w celu zapobiegania awariom mechanicznym spowodowanym przez niewłaściwy moment dokręcania.

Normy kalibracji narzędzi

Ponieważ kalibracja narzędzi jest ważna dla różnych branż, producenci stosują się do określonych standardów kalibracji, aby zapewnić bezpieczeństwo i udowodnić dokładność lub jakość wytwarzanych produktów. Wg międzynarodowej normy dot. systemów zarządzania jakością organizacji ISO 9001:2015 to konkretne wymaganie nosi nazwę „Spójność pomiarowa”, a kalibracja jest składnikiem tego wymogu. Określa ona minimalne wytyczne dotyczące m.in.:

• kalibracji przyrządów pomiarowych oraz częstotliwości ich wykonywania zgodnie z krajowymi lub międzynarodowymi normami,
• dbałości o narzędzia pomiarowe, które zapewnią ciągłość ich działania,
• zabezpieczenia przed utratą ich kalibracji czy uszkodzenia.

Kolejna istotna norma dotycząca kalibracji to ISO 17025, która szczegółowo określa wymagania dotyczące kompetencji technicznych laboratoriów kalibracyjnych. Norma ta dzieli wiele z tych samych zasad co ISO 9001, jednak idzie znacznie dalej i koncentruje się bardziej na strukturze zarządzania i procesach w laboratorium kalibracyjnym. Określa również identyfikowalność pomiaru i jego niepewność. Poziom przeszkolenia personelu laboratoryjnego, czynniki środowiskowe i wykorzystany sprzęt kalibracyjny to typowe procedury, które obejmuje audyt ISO 17025. Dlatego firmy, które wybierają usługę kalibracji laboratoriów z akredytacją ISO 17025, mogą mieć pewność, że ich sprzęt zostanie skalibrowany z wysokim standardem kompetencji i większą dokładnością.

Warto wspomnieć, że kalibracja jest też określana przez różne inne normy, określające wytyczne kalibracji narzędzi w poszczególnych wyspecjalizowanych branżach jak np. wojskowa (MIL-STD-45662), lotnicza (AS 9001), motoryzacyjna (IATF 16949) czy medyczna (ISO 13485). Są to branże wymagające wybitnej precyzji, poddane określonym rygorystycznym przepisom i wymaganiom technicznym. Z tego właśnie względu wymagania co do kalibracji są znacznie szersze.

Jak często wymagana jest kalibracja narzędzi?

Mimo, że częstotliwość kalibracji narzędzi jest czasami oparta na tempie użytkowania sprzętu, nie ma uniwersalnego standardowego harmonogramu kalibracji. Różne czynniki, takie jak rodzaj narzędzia, tempo jego użytkowania i środowisko pracy, określają częstotliwość kalibracji.

Ponadto norma ISO 9001 nie identyfikuje okresów kalibracji, ale wymaga rejestru kalibracji, który wskazuje każde narzędzie, częstotliwość jego kalibracji i potwierdzenie, że narzędzie zostało skalibrowane zgodnie z harmonogramem. Poniżej przedstawiono kryteria, które należy wziąć pod uwagę przy podejmowaniu decyzji o częstotliwości kalibracji narzędzia:

• stabilność historii pomiarów narzędzia, gdyż dzięki regularnym kontrolom narzędzia i dokumentowaniu wyników, można łatwo zidentyfikować nieścisłości lub znaczne odchylenia od skalibrowanych pomiarów,
• zalecenie dotyczące częstotliwości kalibracji narzędzi ze strony niektórych producentów, którzy często określają liczbę cykli użytkowania, zalecenie to stanowi idealne rozwiązanie do planowania kalibracji narzędzi,
• znaczenie wykonanych pomiarów, gdyż kalibracja narzędzi jest mniej istotna, jeśli narzędzie służy wyłącznie do pomiaru wymiarów odniesienia, które nie służą do potwierdzania precyzji produktów,
• ryzyka i potencjalne konsekwencje, a konkretnie wskazanie że dokładność niektórych wymiarów jest ważniejsza niż innych, poza tym zaangażowana maszyna nie wymaga stałej kalibracji, jeśli niedokładna tolerancja nie ma znaczącego wpływu na produkt końcowy.

Jednak aby zapewnić maksymalną wydajność maszyny, eksperci zalecają kalibrację narzędzi co najmniej raz na trzy do sześciu miesięcy w zależności od użytkowania. W sytuacjach produkcji wielkoseryjnej może być konieczne częstsze przeprowadzanie kalibracji narzędzi.

Jakie korzyści wynikają z regularnie przeprowadzanej kalibracji?

Kalibracja narzędzi jest podstawą do osiągnięcia optymalnej wydajności maszyn i zapewnienia dokładności pomiaru oraz niezawodności dla najwyższej jakości produktu. Ten proces przywraca niezgodne ze specyfikacją narzędzia, maszyny i instrumenty do ich pierwotnej dokładności działania. Dzięki regularnej kalibracji uzyskujemy wysokiej jakości dane pomiarowe, a co za tym idzie oszczędność kosztów wynikających z reklamacji, zwiększonej marży zysku czy najwyższej jakości produkcji.

Podczas kalibracji narzędzi najważniejsza jest identyfikowalność pomiarów. Obejmuje ona dokładne dokumentowanie procesu kalibracji, w tym zastosowanych norm i uzyskanych wyników. Zapewnienie identyfikowalności pomiarów podczas kalibracji narzędzi daje pewność co do dokładności i niezawodności obrabiarek, ponieważ pomaga zapewnić, że pomiary można odnieść do norm krajowych lub międzynarodowych. Różne warunki środowiskowe, takie jak wilgotność, wibracje i temperatura, mogą wpływać na wydajność i kalibrację narzędzi. Dlatego eksperci zalecają utrzymanie kontrolowanego środowiska w celu złagodzenia wpływu tych warunków środowiskowych podczas kalibracji.

Regularna kontrola narzędzi umożliwia zidentyfikować zanieczyszczenia, uszkodzenia lub zużycie, które mogą utrudniać działanie narzędzi. Poza tym może być konieczne częstsze kalibrowanie obrabiarek CNC używanych w ekstremalnie trudnych warunkach lub ich wymiana w razie potrzeby. W ten sposób, gdy regularnie sprawdzasz swoje narzędzie pod kątem zużycia, możesz łatwo utrzymać dokładność narzędzia i osiągnąć ścisłe tolerancje w obrabianych produktach.