Komplexná analýza metód nastavenia nástrojov v CNC obrábacích centrách
Vo svete presného obrábania na CNC obrábacích centrách je presnosť nastavenia nástrojov ako základný kameň budovy, ktorý priamo určuje presnosť obrábania a kvalitu konečného obrobku. Medzi bežne používané metódy nastavenia nástrojov na vŕtacích a závitovacích centrách a CNC obrábacích centrách patrí najmä nastavenie nástrojov pomocou zariadenia na prednastavenie nástrojov, automatické nastavenie nástrojov a nastavenie nástrojov skúšobným rezom. Medzi nimi je nastavenie nástrojov skúšobným rezom menej používané kvôli svojim vlastným obmedzeniam, zatiaľ čo automatické nastavenie nástrojov a nastavenie nástrojov pomocou zariadenia na prednastavenie nástrojov sa stali bežnými vďaka svojim výhodám.
I. Metóda automatického nastavenia nástrojov: Dokonalá kombinácia vysokej presnosti a vysokej účinnosti
Automatické nastavenie nástrojov sa spolieha na pokročilý systém detekcie nástrojov, ktorým je vybavené CNC obrábacie centrum. Tento systém je ako presný „majster merania nástrojov“, schopný presne merať dĺžku každého nástroja v každom súradnicovom smere usporiadaným spôsobom počas bežnej prevádzky obrábacieho stroja. Využíva pokročilé technické prostriedky, ako sú vysoko presné laserové senzory a infračervené detektory. Keď sa nástroj priblíži k oblasti detekcie, tieto citlivé senzory dokážu rýchlo zachytiť jemné vlastnosti a informácie o polohe nástroja a okamžite ich preniesť do inteligentného riadiaceho systému obrábacieho stroja. Komplexné a presné algoritmy prednastavené v riadiacom systéme sa potom okamžite aktivujú, rovnako ako matematický génius, ktorý vykonáva zložité výpočty v okamihu, rýchlo a presne získava hodnotu odchýlky medzi skutočnou polohou a teoretickou polohou nástroja. Ihneď nato obrábací stroj automaticky a presne upraví kompenzačné parametre nástroja podľa týchto výsledkov výpočtu, čo umožňuje presné umiestnenie nástroja do ideálnej polohy v súradnicovom systéme obrobku, akoby bol vedený neviditeľnou, ale mimoriadne presnou rukou.
Výhody tejto metódy nastavovania nástrojov sú značné. Presnosť nastavovania nástrojov možno považovať za zážitok z mikrónovej alebo dokonca vyššej presnosti. Keďže úplne eliminuje rušenie subjektívnych faktorov, ako sú chvenie rúk a vizuálne chyby, ktoré sú nevyhnutné pri procese manuálneho nastavovania nástrojov, minimalizuje sa chyba polohovania nástroja. Napríklad pri obrábaní ultra presných súčiastok v leteckom priemysle môže automatické nastavovanie nástrojov zabezpečiť, aby pri obrábaní zložitých zakrivených povrchov, ako sú lopatky turbín, bola chyba polohovania kontrolovaná vo veľmi malom rozsahu, čím sa zabezpečí presnosť profilu a kvalita povrchu lopatiek a umožní sa stabilný výkon leteckého motora.
Zároveň automatické nastavovanie nástrojov dosahuje vynikajúce výsledky aj z hľadiska efektivity. Celý proces detekcie a korekcie je ako vysokorýchlostný presný stroj, prebieha plynulo a trvá veľmi málo času. V porovnaní s tradičným nastavovaním nástrojov skúšobným rezaním sa čas nastavovania nástrojov môže skrátiť niekoľkonásobne alebo dokonca desiatkykrát. Pri hromadnej výrobe komponentov, ako sú bloky motorov automobilov, môže efektívne automatické nastavovanie nástrojov výrazne skrátiť prestoje obrábacieho stroja a výrazne zlepšiť efektivitu výroby, čím spĺňa prísne požiadavky automobilového priemyslu na rýchlu výrobu a včasné dodávky.
Systém automatického nastavovania nástrojov však nie je dokonalý. Náklady na jeho zariadenie sú vysoké, predstavujú horu kapitálových investícií, čo odrádza mnoho malých podnikov. Od obstarávania, inštalácie až po neskoršiu údržbu a modernizáciu systému je potrebná veľká kapitálová podpora. Systém automatického nastavovania nástrojov má navyše relatívne vysoké požiadavky na technickú úroveň a schopnosti údržby operátorov. Operátori musia mať hlboké znalosti o princípe fungovania systému, nastavení parametrov a metódach riešenia bežných porúch, čo nepochybne predstavuje výzvu pre rozvoj talentov a rezervy podnikov.
II. Nastavenie nástroja pomocou zariadenia na prednastavenie nástroja: Bežná voľba úspornosti a praktickosti
Nastavenie nástroja pomocou zariadenia na prednastavenie nástroja zaujíma dôležité miesto v oblasti nastavovania nástrojov v CNC obrábacích centrách. Jeho najväčšie čaro spočíva v dokonalej rovnováhe medzi hospodárnosťou a praktickosťou. Zariadenie na prednastavenie nástroja možno rozdeliť na zariadenie na prednastavenie v stroji a zariadenie na prednastavenie nástroja mimo stroja, pričom každé má svoje vlastné charakteristiky a spoločne zabezpečujú presné nastavenie nástroja pri CNC obrábaní.
Proces nastavovania nástroja pomocou zariadenia na prednastavenie nástroja mimo obrábacieho stroja je jedinečný. Vo vyhradenom priestore mimo obrábacieho stroja obsluha starostlivo nainštaluje nástroj na zariadenie na prednastavenie nástroja mimo obrábacieho stroja, ktoré bolo vopred kalibrované na vysokú presnosť. Presné meracie zariadenie vo vnútri zariadenia na prednastavenie nástroja, ako napríklad vysoko presný sondovací systém, začne vykonávať svoju „mágiu“. Sonda sa jemne dotýka každej kľúčovej časti nástroja s presnosťou na mikróny a presne meria kľúčové parametre, ako je dĺžka, polomer a mikroskopický geometrický tvar reznej hrany nástroja. Tieto namerané údaje sa rýchlo zaznamenajú a prenesú do riadiaceho systému obrábacieho stroja. Následne sa nástroj nainštaluje do zásobníka nástrojov alebo do vretena obrábacieho stroja. Riadiaci systém obrábacieho stroja presne nastaví hodnotu kompenzácie nástroja podľa údajov prenášaných zo zariadenia na prednastavenie nástroja, čím sa zabezpečí presná prevádzka nástroja počas procesu obrábania.
Výhodou zariadenia na prednastavenie nástrojov mimo obrábacieho stroja je, že dokáže plne využiť čas obrábania obrábacieho stroja. Keď je obrábací stroj zapojený do intenzívnej obrábacej úlohy, obsluha môže súčasne vykonávať meranie a kalibráciu nástroja mimo obrábacieho stroja, rovnako ako paralelná a nerušivá výrobná symfónia. Tento paralelný prevádzkový režim výrazne zlepšuje celkovú mieru využitia obrábacieho stroja a znižuje stratu času vo výrobnom procese. Napríklad v podniku na výrobu foriem si obrábanie foriem často vyžaduje striedavé používanie viacerých nástrojov. Zariadenie na prednastavenie nástrojov mimo obrábacieho stroja dokáže počas procesu obrábania formy vopred zmerať a pripraviť ďalší nástroj, čím sa celý proces obrábania stáva kompaktnejším a efektívnejším. Zároveň je presnosť merania zariadenia na prednastavenie nástrojov mimo obrábacieho stroja relatívne vysoká, schopná splniť požiadavky na presnosť väčšiny konvenčného obrábania a jeho štruktúra je relatívne nezávislá, čo uľahčuje údržbu a kalibráciu a znižuje náklady na údržbu zariadení v podnikoch.
Nastavenie nástroja pomocou zariadenia na prednastavenie v stroji spočíva v priamom umiestnení nástroja na špecifické pevné miesto vo vnútri stroja na meranie. Keď proces obrábania obrábacieho stroja vyžaduje operáciu nastavenia nástroja, vreteno elegantne prenesie nástroj do meracej oblasti zariadenia na prednastavenie v stroji. Sonda zariadenia na prednastavenie nástroja sa jemne dotýka nástroja a v tomto krátkom a presnom kontaktnom momente sa merajú relevantné parametre nástroja a tieto cenné údaje sa rýchlo prenášajú do riadiaceho systému obrábacieho stroja. Pohodlie nastavenia nástroja pomocou zariadenia na prednastavenie v stroji je samozrejmé. Zabraňuje pohybu nástroja tam a späť medzi obrábacím strojom a zariadením na prednastavenie mimo stroja, čím sa znižuje riziko kolízie počas procesu vkladania a vykladania nástroja, rovnako ako sa zabezpečuje bezpečný a pohodlný „vnútorný priechod“ pre nástroj. Počas procesu obrábania, ak sa nástroj opotrebuje alebo má miernu odchýlku, zariadenie na prednastavenie v stroji dokáže nástroj kedykoľvek detekovať a opraviť, rovnako ako pohotovostný ochranný kryt, čím sa zabezpečí kontinuita a stabilita procesu obrábania. Napríklad pri dlhodobom presnom frézovaní, ak sa veľkosť nástroja zmení v dôsledku opotrebenia, zariadenie na prednastavenie v stroji to dokáže včas rozpoznať a opraviť, čím sa zabezpečí presnosť veľkosti a kvalita povrchu obrobku.
Nastavenie nástroja pomocou zariadenia na prednastavenie nástroja má však aj určité obmedzenia. Či už ide o zariadenie na prednastavenie nástroja v stroji alebo mimo neho, hoci jeho presnosť merania dokáže splniť väčšinu požiadaviek na obrábanie, v oblasti ultra presného obrábania je stále o niečo horšia v porovnaní s prvotriednym automatickým systémom nastavovania nástrojov. Okrem toho, používanie zariadenia na prednastavenie nástroja vyžaduje určité obsluhovacie zručnosti a skúsenosti. Operátori musia byť oboznámení s procesom prevádzky, nastavením parametrov a metódami spracovania údajov zariadenia na prednastavenie nástroja, inak môže nesprávna obsluha ovplyvniť presnosť nastavenia nástroja.
V reálnom scenári výroby CNC obrábania musia podniky komplexne zvážiť rôzne faktory, aby si vybrali vhodnú metódu nastavovania nástrojov. Pre podniky, ktoré sa usilujú o extrémnu presnosť, majú veľký objem výroby a sú dobre financované, môže byť automatický systém nastavovania nástrojov najlepšou voľbou; pre väčšinu malých a stredných podnikov sa nastavovanie nástrojov pomocou zariadenia na prednastavenie nástrojov stáva preferovanou voľbou vďaka svojim ekonomickým a praktickým vlastnostiam. V budúcnosti sa s neustálou inováciou a vývojom CNC technológie metódy nastavovania nástrojov určite budú naďalej vyvíjať a statočne sa budú uberať smerom k inteligentnejším, presnejším, efektívnejším a lacnejším metódam, čo bude neustále stimulovať dynamický rozvoj odvetvia CNC obrábania.