Принцип и стъпки на автоматична смяна на инструменти в CNC обработващи центрове
Резюме: Тази статия разглежда подробно значението на устройството за автоматична смяна на инструменти в CNC обработващите центрове, принципа на автоматична смяна на инструменти и специфичните стъпки, включително аспекти като зареждане на инструменти, избор на инструменти и смяна на инструменти. Целта ѝ е да анализира задълбочено технологията за автоматична смяна на инструменти, да предостави теоретична подкрепа и практически насоки за подобряване на ефективността и точността на обработката на CNC обработващите центрове, да помогне на операторите да разберат и овладеят по-добре тази ключова технология и след това да подобрят производствената ефективност и качеството на продукта.
I. Въведение
Като ключово оборудване в съвременното производство, CNC обработващите центрове играят решаваща роля със своите устройства за автоматична смяна на инструменти, системи за режещи инструменти и устройства за автоматична смяна на палети. Приложението на тези устройства позволява на обработващите центрове да завършат обработката на множество различни части от детайла след една инсталация, което значително намалява времето за престой без повреди, ефективно скъсява производствения цикъл на продукта и също така има съществено значение за подобряване на точността на обработка на продуктите. Като основна част сред тях, производителността на устройството за автоматична смяна на инструменти е пряко свързана с нивото на ефективност на обработката. Следователно, задълбочените изследвания на неговия принцип и стъпки имат важна практическа стойност.
II. Принцип на автоматичната смяна на инструментите в CNC обработващи центрове
(I) Основен процес на смяна на инструмента
Въпреки че в CNC обработващите центрове има различни видове списания за инструменти, като например дискови списания за инструменти и верижни списания за инструменти, основният процес на смяна на инструменти е един и същ. Когато устройството за автоматична смяна на инструменти получи инструкция за смяна на инструменти, цялата система бързо стартира програмата за смяна на инструменти. Първо, шпинделът незабавно спира въртенето си и спира точно в предварително зададената позиция за смяна на инструменти чрез високопрецизна система за позициониране. Впоследствие се активира механизмът за освобождаване на инструмента, за да се приведе инструментът върху шпиндела в състояние, позволяващо смяна. Междувременно, съгласно инструкциите на системата за управление, списанието за инструменти задвижва съответните предавателни устройства, за да премести бързо и точно новия инструмент в позицията за смяна на инструменти и също така извършва операцията по освобождаване на инструмента. След това двураменният манипулатор бързо действа, за да захване точно както новите, така и старите инструменти едновременно. След като масата за смяна на инструменти се завърти в правилната позиция, манипулаторът инсталира новия инструмент върху шпиндела и поставя стария инструмент в празната позиция на списанието за инструменти. Накрая, шпинделът извършва затягащото действие, за да задържи здраво новия инструмент и се връща в началната позиция за обработка съгласно инструкциите на системата за управление, като по този начин завършва целия процес на смяна на инструмента.
(II) Анализ на движението на инструмента
По време на процеса на смяна на инструмента в обработващия център, движението на инструмента се състои главно от четири ключови части:
- Инструментът спира заедно със шпиндела и се премества в позиция за смяна на инструмента: Този процес изисква шпинделът да спре бързо и точно да се върти и да се премести в специфичната позиция за смяна на инструмента чрез системата за движение на координатните оси на машинния инструмент. Обикновено това движение се постига чрез предавателен механизъм, като например двойката винт-гайка, задвижвана от двигателя, за да се гарантира, че точността на позициониране на шпиндела отговаря на изискванията за обработка.
- Движение на инструмента в магазина за инструменти: Режимът на движение на инструмента в магазина за инструменти зависи от вида на магазина. Например, в магазин за инструменти от верижен тип, инструментът се движи до определената позиция заедно с въртенето на веригата. Този процес изисква задвижващият двигател на магазина за инструменти да контролира прецизно ъгъла на въртене и скоростта на веригата, за да се гарантира, че инструментът може да достигне точно позицията за смяна на инструмента. В дисков магазин за инструменти, позиционирането на инструмента се постига чрез въртящия се механизъм на магазина за инструменти.
- Преместване на инструмента с манипулатора за смяна на инструменти: Движението на манипулатора за смяна на инструменти е сравнително сложно, тъй като е необходимо да се постигнат както ротационни, така и линейни движения. По време на етапите на захващане и освобождаване на инструмента, манипулаторът трябва да се приближи до и да се отдалечи от инструмента чрез прецизно линейно движение. Обикновено това се постига чрез механизма с рейка и зъбно колело, задвижван от хидравличен цилиндър или пневматичен цилиндър, който след това задвижва механичното рамо, за да се постигне линейно движение. По време на етапите на изваждане и поставяне на инструмента, освен линейно движение, манипулаторът трябва да извърши и определен ъгъл на завъртане, за да се гарантира, че инструментът може да бъде плавно изваден от и поставен в шпиндела или магазина за инструменти. Това въртеливо движение се постига чрез взаимодействието между механичното рамо и зъбния вал, включващо преобразуване на кинематични двойки.
- Връщане на инструмента в позиция за обработка с помощта на 主轴: След завършване на смяната на инструмента, шпинделът трябва бързо да се върне в първоначалната позиция за обработка с новия инструмент, за да продължи последващите операции по обработка. Този процес е подобен на движението на инструмента към позиция за смяна на инструмента, но в обратна посока. Той също така изисква високопрецизно позициониране и бърза реакция, за да се намали времето на престой по време на процеса на обработка и да се подобри ефективността на обработката.
III. Етапи на автоматична смяна на инструменти в CNC обработващи центри
(I) Зареждане на инструмента
- Метод за зареждане на произволен държач за инструменти
Този метод за зареждане на инструменти има относително висока гъвкавост. Операторите могат да поставят инструменти във всеки държач за инструменти в магазина за инструменти. Трябва обаче да се отбележи, че след завършване на инсталирането на инструмента, номерът на държача за инструменти, където се намира инструментът, трябва да бъде точно записан, така че системата за управление да може точно да намери и извика инструмента съгласно инструкциите на програмата в последващия процес на обработка. Например, при някои сложни обработки на матрици, инструментите може да се нуждаят от честа смяна според различните процедури за обработка. В този случай методът за произволно зареждане на държачи за инструменти може удобно да подреди позициите за съхранение на инструментите според реалната ситуация и да подобри ефективността на зареждане на инструментите. - Метод за зареждане на фиксиран държач за инструменти
За разлика от метода за зареждане на произволни държачи за инструменти, методът за зареждане на фиксирани държачи за инструменти изисква инструментите да бъдат поставени в предварително зададени специфични държачи за инструменти. Предимството на този метод е, че позициите за съхранение на инструментите са фиксирани, което е удобно за запомняне и управление от операторите, а също така благоприятства бързото позициониране и извикване на инструменти от системата за управление. При някои задачи за обработка на партидно производство, ако процесът на обработка е относително фиксиран, приемането на метода за зареждане на фиксирани държачи за инструменти може да подобри стабилността и надеждността на обработката и да намали инцидентите при обработка, причинени от неправилни позиции за съхранение на инструменти.
(II) Избор на инструмент
Изборът на инструмент е ключово звено в процеса на автоматична смяна на инструменти и целта му е бързо и точно да избере определения инструмент от инструменталния магазин, за да отговори на нуждите на различните процедури за обработка. В момента съществуват основно следните два често срещани метода за избор на инструменти:
- Последователен избор на инструменти
Методът за последователен избор на инструменти изисква операторите да поставят инструментите в държачите за инструменти в строго съответствие с последователността на технологичния процес при зареждането им. По време на процеса на обработка, системата за управление ще взема инструментите един по един според последователността на поставяне на инструментите и ще ги връща в оригиналните държачи за инструменти след употреба. Предимството на този метод за избор на инструменти е, че е лесен за работа и има ниска цена, и е подходящ за някои задачи за обработка с относително прости процеси на обработка и фиксирани последователности на използване на инструменти. Например, при обработката на някои прости части от валове може да са необходими само няколко инструмента във фиксирана последователност. В този случай методът за последователен избор на инструменти може да отговори на изискванията за обработка и да намали разходите и сложността на оборудването. - Случаен избор на инструмент
- Кодиране на държача на инструмента Избор на инструмент
Този метод за избор на инструменти включва кодиране на всеки държач за инструменти в магазина за инструменти и след това поставяне на инструментите, съответстващи на кодовете на държачите на инструменти, в посочените държачи за инструменти един по един. При програмирането операторите използват адрес T, за да укажат кода на държача на инструменти, където се намира инструментът. Системата за управление задвижва магазина за инструменти, за да премести съответния инструмент в позиция за смяна на инструмента, съгласно тази кодова информация. Предимството на метода за избор на инструменти с кодиране на държачи на инструменти е, че изборът на инструменти е по-гъвкав и може да се адаптира към някои задачи за обработка със сравнително сложни процеси на обработка и нефиксирана последователност на използване на инструментите. Например, при обработката на някои сложни авиационни части, инструментите може да се нуждаят от честа смяна според различните изисквания на детайлите за обработка и процеса, а последователността на използване на инструментите е нефиксирана. В този случай методът за избор на инструменти с кодиране на държачи на инструменти може удобно да реализира бърз избор и подмяна на инструменти и да подобри ефективността на обработката. - Избор на инструмент за компютърна памет
Изборът на инструменти от компютърна памет е по-усъвършенстван и интелигентен метод за избор на инструменти. При този метод номерата на инструментите и техните позиции за съхранение или номерата на държачите на инструменти се запаметяват съответно в паметта на компютъра или паметта на програмируемия логически контролер. Когато е необходимо да се сменят инструменти по време на процеса на обработка, системата за управление директно ще получи информация за позицията на инструментите от паметта, съгласно инструкциите на програмата, и ще задейства инструменталния магазин, за да премести инструментите бързо и точно до позицията за смяна на инструменти. Освен това, тъй като промяната на адреса за съхранение на инструменти може да бъде запомнена от компютъра в реално време, инструментите могат да бъдат изваждани и връщани на случаен принцип в инструменталния магазин, което значително подобрява ефективността на управление и гъвкавостта на използване на инструментите. Този метод за избор на инструменти се използва широко в съвременните високопрецизни и високоефективни CNC обработващи центрове, особено подходящи за обработващи задачи със сложни процеси на обработка и множество видове инструменти, като например обработката на части като блокове на автомобилни двигатели и глави на цилиндри.
(III) Смяна на инструмента
Процесът на смяна на инструмент може да бъде разделен на следните ситуации според видовете държачи на инструмента на шпиндела и инструмента, който ще бъде сменен в инструменталния магазин:
- Както инструментът на шпиндела, така и инструментът, който ще се сменя в инструменталния магазин, са в произволни държачи за инструменти.
В този случай процесът на смяна на инструменти е следният: Първо, магазинът за инструменти извършва операцията по избор на инструмент съгласно инструкциите на системата за управление, за да премести бързо инструмента, който ще се смени, в позиция за смяна на инструменти. След това двураменният манипулатор се издърпва, за да захване точно новия инструмент в магазина за инструменти и стария инструмент от шпиндела. След това масата за смяна на инструменти се завърта, за да завърти новия и стария инструмент съответно в съответните позиции на шпиндела и магазина за инструменти. Накрая манипулаторът вкарва новия инструмент в шпиндела и го затяга, като едновременно с това поставя стария инструмент в празната позиция на магазина за инструменти, за да завърши операцията по смяна на инструменти. Този метод за смяна на инструменти има относително висока гъвкавост и може да се адаптира към различни процеси на обработка и комбинации от инструменти, но има по-високи изисквания към точността на манипулатора и скоростта на реакция на системата за управление. - Инструментът на шпиндела е поставен във фиксиран държач за инструменти, а инструментът, който ще бъде сменен, е в произволен държач за инструменти или във фиксиран държач за инструменти.
Процесът на избор на инструмент е подобен на гореописания метод за произволен избор на държач за инструменти. При смяна на инструмента, след като инструментът бъде изваден от шпиндела, магазинът за инструменти трябва предварително да се завърти до определената позиция за приемане на шпинделния инструмент, така че старият инструмент да може да бъде точно върнат в магазина за инструменти. Този метод за смяна на инструменти е по-често срещан при някои обработващи задачи с относително фиксирани процеси на обработка и висока честота на използване на шпинделния инструмент. Например, при някои процедури за обработка на отвори в серийно производство, специфични свредла или разширители могат да се използват върху шпиндела за дълго време. В този случай поставянето на шпинделния инструмент във фиксиран държач за инструменти може да подобри стабилността и ефективността на обработката. - Инструментът на шпиндела е в произволен държач за инструменти, а инструментът, който ще бъде сменен, е във фиксиран държач за инструменти.
Процесът на избор на инструмент се състои в избиране на посочения инструмент от инструменталния магазин в съответствие с изискванията на процеса на обработка. При смяна на инструмента, инструментът, взет от шпиндела, ще бъде изпратен до най-близката свободна позиция за инструменти за последваща употреба. Този метод за смяна на инструменти до известна степен отчита гъвкавостта на съхранението на инструментите и удобството на управление на инструменталния магазин. Той е подходящ за някои задачи за обработка със сравнително сложни процеси на обработка, множество видове инструменти и сравнително ниска честота на използване на някои инструменти. Например, при някои обработки на матрици могат да се използват множество инструменти с различни спецификации, но някои специални инструменти се използват по-рядко. В този случай поставянето на тези инструменти във фиксирани държачи за инструменти и съхраняването на използваните инструменти на шпиндела наблизо може да подобри степента на използване на пространството в инструменталния магазин и ефективността на смяната на инструменти.
IV. Заключение
Принципът и стъпките на автоматичната смяна на инструменти в CNC обработващите центрове са сложна и прецизна системна инженерия, включваща технически познания в множество области, като механична структура, електрическо управление и софтуерно програмиране. Задълбоченото разбиране и овладяване на технологията за автоматична смяна на инструменти са от голямо значение за подобряване на ефективността на обработката, точността на обработката и надеждността на оборудването на CNC обработващите центрове. С непрекъснатото развитие на производствената индустрия и технологичния прогрес, устройствата за автоматична смяна на инструменти на CNC обработващите центрове също ще продължат да се обновяват и подобряват, движейки се към по-висока скорост, по-висока точност и по-силен интелект, за да отговорят на нарастващото търсене на обработка на сложни части и да осигурят силна подкрепа за насърчаване на трансформацията и модернизацията на производствената индустрия. В практически приложения операторите трябва разумно да избират методи за зареждане на инструменти, методи за избор на инструменти и стратегии за смяна на инструменти според характеристиките и изискванията на задачите за обработка, за да използват пълноценно предимствата на CNC обработващите центрове, да подобрят ефективността на производството и качеството на продукта. Междувременно производителите на оборудване също трябва непрекъснато да оптимизират процесите на проектиране и производство на устройствата за автоматична смяна на инструменти, за да подобрят производителността и стабилността на оборудването и да предоставят на потребителите по-висококачествени и по-ефективни решения за CNC обработка.