Принцип та етапи автоматичної зміни інструменту в обробних центрах з ЧПК
Анотація: У цій статті детально розглядається важливість пристрою автоматичної зміни інструментів у обробних центрах з ЧПК, принцип автоматичної зміни інструментів та конкретні кроки, включаючи такі аспекти, як завантаження інструменту, вибір інструменту та зміна інструменту. Її метою є глибокий аналіз технології автоматичної зміни інструментів, надання теоретичної підтримки та практичних рекомендацій щодо підвищення ефективності обробки та точності обробних центрів з ЧПК, допомога операторам у кращому розумінні та оволодінні цією ключовою технологією, а потім підвищення ефективності виробництва та якості продукції.
I. Вступ
Як ключове обладнання в сучасному виробництві, обробні центри з ЧПК відіграють вирішальну роль завдяки своїм пристроям автоматичної зміни інструменту, системам різального інструменту та пристроям автоматичної зміни піддонів. Застосування цих пристроїв дозволяє обробним центрам завершувати обробку кількох різних частин заготовки після одного встановлення, значно зменшуючи час простою без дефектів, ефективно скорочуючи цикл виробництва продукції, а також маючи важливе значення для підвищення точності обробки виробів. Як ключова частина серед них, продуктивність пристрою автоматичної зміни інструменту безпосередньо пов'язана з рівнем ефективності обробки. Тому поглиблене дослідження його принципу та етапів має важливе практичне значення.
II. Принцип автоматичної зміни інструменту в обробних центрах з ЧПК
(I) Основний процес зміни інструменту
Хоча в обробних центрах з ЧПК існують різні типи магазинів інструментів, такі як дискові магазини інструментів та ланцюгові магазини інструментів, основний процес зміни інструментів є однаковим. Коли пристрій автоматичної зміни інструментів отримує команду на зміну інструменту, вся система швидко запускає програму зміни інструментів. Спочатку шпиндель негайно зупиняється та точно зупиняється в попередньо встановленому положенні зміни інструментів за допомогою високоточної системи позиціонування. Згодом активується механізм розтиску інструменту, щоб зробити інструмент на шпинделі змінним. Тим часом, згідно з інструкціями системи керування, магазин інструментів приводить у дію відповідні передавальні пристрої для швидкого та точного переміщення нового інструменту в положення зміни інструментів, а також виконує операцію розтиску інструменту. Потім дворукавний маніпулятор швидко діє, щоб точно захопити як новий, так і старий інструменти одночасно. Після того, як стіл для зміни інструментів повертається в правильне положення, маніпулятор встановлює новий інструмент на шпиндель і розміщує старий інструмент у порожньому положенні магазину інструментів. Нарешті, шпиндель виконує затискну дію, щоб міцно утримувати новий інструмент, і повертається у вихідне положення обробки за інструкціями системи керування, таким чином завершуючи весь процес зміни інструменту.
(II) Аналіз руху інструменту
Під час процесу зміни інструменту в обробному центрі рух інструменту складається переважно з чотирьох ключових частин:
- Інструмент зупиняється разом зі шпинделем і переміщується в положення зміни інструменту: Цей процес вимагає швидкої та точної зупинки обертання шпинделя та переміщення в певне положення зміни інструменту за допомогою системи руху координатних осей верстата. Зазвичай цей рух досягається за допомогою передавального механізму, такого як пара гвинт-гайка, що приводиться в рух двигуном, щоб забезпечити відповідність точності позиціонування шпинделя вимогам обробки.
- Рух інструменту в магазині інструментів: Режим руху інструменту в магазині інструментів залежить від типу магазину інструментів. Наприклад, у магазині інструментів ланцюгового типу інструмент переміщується у задане положення разом з обертанням ланцюга. Цей процес вимагає від приводного двигуна магазину інструментів точного контролю кута повороту та швидкості ланцюга, щоб забезпечити точне досягнення інструментом положення зміни інструменту. У дисковому магазині інструментів позиціонування інструменту досягається за допомогою обертового механізму магазину інструментів.
- Переміщення інструменту за допомогою маніпулятора для зміни інструменту: Рух маніпулятора для зміни інструменту є відносно складним, оскільки він повинен здійснювати як обертальний, так і лінійний рухи. Під час етапів захоплення та відпускання інструменту маніпулятор повинен наближатися до інструменту та відпускати його за допомогою точного лінійного руху. Зазвичай це досягається за допомогою рейкового механізму, що приводиться в рух гідравлічним циліндром або пневматичним циліндром, який потім приводить у рух механічний маніпулятор для досягнення лінійного руху. Під час етапів вилучення та введення інструменту, окрім лінійного руху, маніпулятор також повинен виконувати певний кут повороту, щоб забезпечити плавне вилучення та введення інструменту зі шпинделя або магазину інструментів. Цей обертальний рух досягається завдяки взаємодії між механічним маніпулятором та валом шестерні, що включає перетворення кінематичних пар.
- Повернення інструменту в положення для обробки за допомогою 主轴: Після завершення зміни інструменту шпиндель повинен швидко повернутися у вихідне положення для обробки з новим інструментом, щоб продовжити наступні операції обробки. Цей процес подібний до руху інструменту в положення для зміни інструменту, але у протилежному напрямку. Він також вимагає високоточного позиціонування та швидкої реакції, щоб зменшити час простою під час процесу обробки та підвищити ефективність обробки.
III. Етапи автоматичної зміни інструменту в обробних центрах з ЧПК
(I) Завантаження інструменту
- Метод завантаження випадкового тримача інструменту
Цей метод завантаження інструментів має відносно високу гнучкість. Оператори можуть розміщувати інструменти в будь-якому тримачі інструментів в магазині інструментів. Однак слід зазначити, що після завершення встановлення інструментів номер тримача інструментів, де розташований інструмент, має бути точно зафіксований, щоб система керування могла точно знайти та викликати інструмент відповідно до інструкцій програми в подальшому процесі обробки. Наприклад, у деяких складних процесах обробки прес-форм інструменти може потребувати частої заміни відповідно до різних процедур обробки. У цьому випадку метод випадкового завантаження тримачів інструментів може зручно впорядкувати положення зберігання інструментів відповідно до фактичної ситуації та підвищити ефективність завантаження інструментів. - Спосіб завантаження фіксованого тримача інструменту
На відміну від методу випадкового завантаження інструментальних тримачів, метод завантаження фіксованих інструментальних тримачів вимагає, щоб інструменти були розміщені в попередньо встановлених інструментальних тримачах. Перевагою цього методу є те, що позиції зберігання інструментів фіксовані, що зручно для операторів для запам'ятовування та управління, а також сприяє швидкому позиціонуванню та виклику інструментів системою керування. У деяких завданнях обробки серійного виробництва, якщо процес обробки є відносно фіксованим, використання методу завантаження фіксованих інструментальних тримачів може підвищити стабільність і надійність обробки та зменшити кількість аварій під час обробки, спричинених неправильним положенням зберігання інструментів.
(II) Вибір інструменту
Вибір інструменту є ключовою ланкою в процесі автоматичної зміни інструменту, і його метою є швидкий і точний вибір потрібного інструменту з інструментального магазину для задоволення потреб різних процедур обробки. Наразі існують два основних поширені методи вибору інструменту:
- Послідовний вибір інструменту
Метод послідовного вибору інструментів вимагає від операторів розміщення інструментів у тримачах інструментів у суворій відповідності до послідовності технологічного процесу під час завантаження інструментів. Під час процесу обробки система керування буде брати інструменти один за одним відповідно до послідовності розміщення інструментів та повертати їх у вихідні тримачі інструментів після використання. Перевагою цього методу вибору інструментів є його простота в експлуатації та низька вартість, а також він підходить для деяких завдань обробки з відносно простими процесами обробки та фіксованою послідовністю використання інструментів. Наприклад, при обробці деяких простих деталей валів може знадобитися лише кілька інструментів у фіксованій послідовності. У цьому випадку метод послідовного вибору інструментів може задовольнити вимоги обробки та зменшити вартість та складність обладнання. - Випадковий вибір інструменту
- Кодування тримача інструменту Вибір інструменту
Цей метод вибору інструменту включає кодування кожного тримача інструменту в магазині інструментів, а потім по черзі розміщення інструментів, що відповідають кодам тримачів інструменту, у вказані тримачі інструментів. Під час програмування оператори використовують адресу T, щоб вказати код тримача інструменту, де розташований інструмент. Система керування керує магазином інструментів для переміщення відповідного інструменту в положення зміни інструменту відповідно до цієї інформації про кодування. Перевагою методу вибору інструменту з кодуванням тримача інструменту є те, що вибір інструменту є більш гнучким і може адаптуватися до деяких завдань обробки з відносно складними процесами обробки та нефіксованою послідовністю використання інструменту. Наприклад, при обробці деяких складних авіаційних деталей інструменти може потребувати частої заміни відповідно до різних деталей обробки та вимог процесу, а послідовність використання інструменту є нефіксованою. У цьому випадку метод вибору інструменту з кодуванням тримача інструменту може зручно реалізувати швидкий вибір та заміну інструментів та підвищити ефективність обробки. - Вибір інструменту для роботи з пам'яттю комп'ютера
Вибір інструментів з пам'яті комп'ютера – це більш просунутий та інтелектуальний метод вибору інструментів. За цим методом номери інструментів та їх позиції зберігання або номери тримачів інструментів відповідно запам'ятовуються в пам'яті комп'ютера або пам'яті програмованого логічного контролера. Коли необхідно змінити інструменти під час процесу обробки, система керування безпосередньо отримує інформацію про положення інструментів з пам'яті відповідно до інструкцій програми та керує магазином інструментів для швидкого та точного переміщення інструментів у позицію зміни інструментів. Більше того, оскільки зміна адреси зберігання інструментів може бути запам'ятана комп'ютером у режимі реального часу, інструменти можна випадковим чином виймати та повертати в магазин інструментів, що значно підвищує ефективність управління та гнучкість використання інструментів. Цей метод вибору інструментів широко використовується в сучасних високоточних та високопродуктивних обробних центрах з ЧПК, особливо підходить для обробних завдань зі складними процесами обробки та численними типами інструментів, такими як обробка деталей, таких як блоки двигунів автомобілів та головки блоку циліндрів.
(III) Зміна інструменту
Процес зміни інструменту можна розділити на такі ситуації залежно від типів тримачів інструменту на шпинделі та інструменту, який потрібно замінити в магазині інструментів:
- Як інструмент на шпинделі, так і інструмент, який потрібно замінити в магазині інструментів, знаходяться у випадкових тримачах інструментів
У цьому випадку процес зміни інструменту виглядає наступним чином: спочатку інструментальний магазин виконує операцію вибору інструменту відповідно до інструкцій системи керування, щоб швидко перемістити інструмент, який потрібно замінити, у положення зміни інструменту. Потім дворукавний маніпулятор висувається, щоб точно захопити новий інструмент з інструментального магазину та старий інструмент на шпинделі. Далі стіл заміни інструменту обертається, щоб повернути новий та старий інструменти у відповідні положення шпинделя та інструментального магазину відповідно. Нарешті, маніпулятор вставляє новий інструмент у шпиндель та затискає його, одночасно розміщуючи старий інструмент у порожньому місці інструментального магазину для завершення операції зміни інструменту. Цей метод зміни інструменту має відносно високу гнучкість та може адаптуватися до різних процесів обробки та комбінацій інструментів, але має вищі вимоги до точності маніпулятора та швидкості реакції системи керування. - Інструмент на шпинделі розміщено у фіксованому тримачі інструменту, а інструмент, який потрібно замінити, знаходиться у випадковому тримачі інструменту або фіксованому тримачі інструменту.
Процес вибору інструменту подібний до вищезгаданого методу вибору інструменту для випадкового тримача інструменту. Під час зміни інструменту, після зняття інструменту зі шпинделя, магазин інструментів необхідно заздалегідь повернути у певне положення для приймання шпиндельного інструменту, щоб старий інструмент можна було точно повернути в магазин інструментів. Цей метод зміни інструменту частіше зустрічається в деяких обробних завданнях з відносно фіксованими процесами обробки та високою частотою використання шпиндельного інструменту. Наприклад, у деяких процедурах обробки отворів у серійному виробництві спеціальні свердла або розвертки можуть використовуватися на шпинделі протягом тривалого часу. У цьому випадку розміщення шпиндельного інструменту у фіксованому тримачі інструменту може покращити стабільність та ефективність обробки. - Інструмент на шпинделі знаходиться у випадковому тримачі інструменту, а інструмент, який потрібно замінити, знаходиться у фіксованому тримачі інструменту.
Процес вибору інструменту також полягає у виборі зазначеного інструменту з магазину інструментів відповідно до вимог процесу обробки. Під час зміни інструменту, інструмент, знятий зі шпинделя, буде відправлений на найближчу вільну позицію для подальшого використання. Цей метод зміни інструменту певною мірою враховує гнучкість зберігання інструментів та зручність управління магазином інструментів. Він підходить для деяких завдань обробки з відносно складними процесами обробки, численними типами інструментів та відносно низькою частотою використання деяких інструментів. Наприклад, у деяких процесах обробки прес-форм може використовуватися кілька інструментів різних специфікацій, але деякі спеціальні інструменти використовуються рідше. У цьому випадку розміщення цих інструментів у фіксованих тримачах інструментів та зберігання використаних інструментів на шпинделі поруч може покращити коефіцієнт використання простору магазину інструментів та ефективність зміни інструментів.
IV. Висновок
Принцип та етапи автоматичної зміни інструменту в обробних центрах з ЧПК – це складна та точна системна інженерія, що включає технічні знання в багатьох галузях, таких як механічна структура, електричне керування та програмування програмного забезпечення. Глибоке розуміння та володіння технологією автоматичної зміни інструменту мають велике значення для підвищення ефективності обробки, точності обробки та надійності обладнання обробних центрів з ЧПК. З постійним розвитком обробної промисловості та технологічним прогресом, пристрої автоматичної зміни інструменту обробних центрів з ЧПК також продовжуватимуть впроваджувати інновації та вдосконалюватися, рухаючись до вищої швидкості, вищої точності та більшого інтелектуального інтелекту, щоб задовольнити зростаючий попит на обробку складних деталей та забезпечити значну підтримку для просування трансформації та модернізації обробної промисловості. На практиці оператори повинні розумно вибирати методи завантаження інструменту, методи вибору інструменту та стратегії зміни інструменту відповідно до характеристик та вимог обробних завдань, щоб повною мірою використовувати переваги обробних центрів з ЧПК, підвищувати ефективність виробництва та якість продукції. Тим часом виробники обладнання також повинні постійно оптимізувати процеси проектування та виробництва пристроїв автоматичної зміни інструменту, щоб покращити продуктивність та стабільність обладнання та забезпечити користувачам високоякісні та ефективніші рішення для обробки на станціях з ЧПК.