Princíp a kroky automatickej výmeny nástrojov v CNC obrábacích centrách

Princíp a kroky automatickej výmeny nástrojov v CNC obrábacích centrách

I. Úvod

II. Princíp automatickej výmeny nástrojov v CNC obrábacích centrách

(I) Základný proces výmeny nástroja

(II) Analýza pohybu nástroja

• Nástroj sa zastaví spolu s vretenom a presunie sa do polohy pre výmenu nástroja: Tento proces vyžaduje, aby sa vreteno rýchlo a presne zastavilo a presunulo sa do špecifickej polohy pre výmenu nástroja prostredníctvom pohyblivého systému súradnicových osí obrábacieho stroja. Tento pohyb sa zvyčajne dosahuje prevodovým mechanizmom, ako je napríklad pár skrutky a matice poháňaný motorom, aby sa zabezpečila presnosť polohovania vretena spĺňajúca požiadavky na spracovanie.
• Pohyb nástroja v zásobníku nástrojov: Režim pohybu nástroja v zásobníku nástrojov závisí od typu zásobníka nástrojov. Napríklad v reťazovom zásobníku nástrojov sa nástroj pohybuje do určenej polohy spolu s rotáciou reťaze. Tento proces vyžaduje, aby hnací motor zásobníka nástrojov presne riadil uhol natočenia a rýchlosť reťaze, aby sa zabezpečilo, že nástroj presne dosiahne polohu výmeny nástroja. V kotúčovom zásobníku nástrojov sa polohovanie nástroja dosahuje pomocou rotačného mechanizmu zásobníka nástrojov.
• Presun nástroja pomocou manipulátora na výmenu nástroja: Pohyb manipulátora na výmenu nástroja je relatívne zložitý, pretože vyžaduje rotačný aj lineárny pohyb. Počas fázy uchopenia a uvoľnenia nástroja sa manipulátor musí priblížiť k nástroju a od neho odísť presným lineárnym pohybom. Zvyčajne sa to dosahuje pomocou ozubeného mechanizmu poháňaného hydraulickým valcom alebo vzduchovým valcom, ktorý potom poháňa mechanické rameno na dosiahnutie lineárneho pohybu. Počas fázy vyberania a vkladania nástroja musí manipulátor okrem lineárneho pohybu vykonať aj určitý uhol natočenia, aby sa zabezpečilo plynulé vytiahnutie a vloženie nástroja z vretena alebo zásobníka nástrojov. Tento rotačný pohyb sa dosahuje spoluprácou medzi mechanickým ramenom a ozubeným hriadeľom, ktorá zahŕňa konverziu kinematických párov.
• Návrat nástroja do polohy pre obrábanie s funkciou 主轴: Po dokončení výmeny nástroja sa vreteno musí rýchlo vrátiť do pôvodnej polohy pre obrábanie s novým nástrojom, aby sa mohli pokračovať v nasledujúcich operáciách obrábania. Tento proces je podobný pohybu nástroja do polohy pre výmenu nástroja, ale v opačnom smere. Vyžaduje si tiež vysoko presné polohovanie a rýchlu odozvu, aby sa skrátili prestoje počas procesu obrábania a zlepšila sa efektivita obrábania.

III. Kroky automatickej výmeny nástrojov v CNC obrábacích centrách

(I) Nakladanie nástroja

• Metóda vkladania náhodného držiaka nástrojov
  Táto metóda vkladania nástrojov má relatívne vysokú flexibilitu. Operátori môžu umiestniť nástroje do ľubovoľného držiaka nástrojov v zásobníku nástrojov. Treba však poznamenať, že po dokončení inštalácie nástroja je potrebné presne zaznamenať číslo držiaka nástrojov, v ktorom sa nástroj nachádza, aby riadiaci systém mohol presne nájsť a vyvolať nástroj podľa pokynov programu v následnom procese spracovania. Napríklad pri niektorých zložitých procesoch spracovania foriem môže byť potrebné nástroje často meniť podľa rôznych postupov spracovania. V tomto prípade môže metóda náhodného vkladania držiakov nástrojov pohodlne usporiadať skladovacie polohy nástrojov podľa skutočnej situácie a zlepšiť efektivitu vkladania nástrojov.
• Metóda vkladania pevného držiaka nástroja
  Na rozdiel od metódy náhodného vkladania držiakov nástrojov vyžaduje metóda vkladania pevných držiakov nástrojov, aby boli nástroje umiestnené v prednastavených držiakoch nástrojov. Výhodou tejto metódy je, že úložné polohy nástrojov sú pevné, čo je pre operátorov pohodlné na zapamätanie a správu a tiež umožňuje rýchle umiestnenie a vyvolanie nástrojov riadiacim systémom. V niektorých úlohách dávkového spracovania, ak je proces spracovania relatívne pevný, môže použitie metódy vkladania pevných držiakov nástrojov zlepšiť stabilitu a spoľahlivosť spracovania a znížiť počet nehôd pri spracovaní spôsobených nesprávnymi polohami uloženia nástrojov.

(II) Výber nástroja

• Sekvenčný výber nástroja
  Metóda sekvenčného výberu nástrojov vyžaduje, aby operátori umiestňovali nástroje do držiakov nástrojov v prísnom súlade s postupnosťou technologického procesu pri vkladaní nástrojov. Počas procesu spracovania riadiaci systém odoberá nástroje jeden po druhom podľa poradia umiestnenia nástrojov a po použití ich vkladá späť do pôvodných držiakov nástrojov. Výhodou tejto metódy výberu nástrojov je, že sa jednoducho ovláda a má nízke náklady a je vhodná pre niektoré úlohy spracovania s relatívne jednoduchými procesmi spracovania a pevnými postupnosťami používania nástrojov. Napríklad pri spracovaní niektorých jednoduchých hriadeľových častí môže byť potrebných iba niekoľko nástrojov v pevnej postupnosti. V tomto prípade môže metóda sekvenčného výberu nástrojov splniť požiadavky na spracovanie a znížiť náklady a zložitosť zariadenia.
• Náhodný výber nástroja
• Kódovanie držiaka nástroja Výber nástroja
  Táto metóda výberu nástroja zahŕňa kódovanie každého držiaka nástroja v zásobníku nástrojov a následné vkladanie nástrojov zodpovedajúcich kódom držiaka nástroja do určených držiakov nástrojov jeden po druhom. Pri programovaní operátori používajú adresu T na určenie kódu držiaka nástroja, v ktorom sa nástroj nachádza. Riadiaci systém riadi zásobník nástrojov, aby presunul príslušný nástroj do polohy výmeny nástroja podľa týchto kódovacích informácií. Výhodou metódy výberu nástroja s kódovaním držiaka nástroja je, že výber nástroja je flexibilnejší a môže sa prispôsobiť niektorým úlohám spracovania s relatívne zložitými procesmi spracovania a nefixovanými postupnosťami používania nástrojov. Napríklad pri spracovaní niektorých zložitých leteckých dielov môže byť potrebné nástroje často meniť podľa rôznych procesných dielov a požiadaviek na spracovanie a postupnosť používania nástrojov je nefixovaná. V tomto prípade môže metóda výberu nástroja s kódovaním držiaka nástroja pohodlne realizovať rýchly výber a výmenu nástrojov a zlepšiť efektivitu spracovania.
• Výber nástroja pre pamäť počítača
  Výber nástrojov z pamäte počítača je pokročilejšia a inteligentnejšia metóda výberu nástrojov. Pri tejto metóde sa čísla nástrojov a ich úložné pozície alebo čísla držiakov nástrojov zodpovedajúcim spôsobom ukladajú do pamäte počítača alebo do pamäte programovateľného logického ovládača. Keď je potrebné počas procesu spracovania vymeniť nástroje, riadiaci systém priamo získa informácie o polohe nástrojov z pamäte podľa pokynov programu a riadi zásobník nástrojov tak, aby rýchlo a presne presunul nástroje do polohy na výmenu nástrojov. Navyše, keďže si počítač dokáže zapamätať zmenu úložnej adresy nástrojov v reálnom čase, nástroje je možné náhodne vyberať a vracať do zásobníka nástrojov, čo výrazne zlepšuje efektivitu riadenia a flexibilitu používania nástrojov. Táto metóda výberu nástrojov sa široko používa v moderných vysoko presných a vysokoúčinných CNC obrábacích centrách, ktoré sú obzvlášť vhodné pre spracovateľské úlohy so zložitými procesmi spracovania a mnohými typmi nástrojov, ako je spracovanie dielov, ako sú bloky motorov automobilov a hlavy valcov.

(III) Výmena nástroja

• Nástroj na vretene aj nástroj, ktorý sa má vymeniť v zásobníku nástrojov, sú v držiakoch náhodných nástrojov.
  V tomto prípade je proces výmeny nástroja nasledovný: Najprv zásobník nástrojov vykoná operáciu výberu nástroja podľa pokynov riadiaceho systému, aby rýchlo presunul vymieňaný nástroj do polohy pre výmenu nástroja. Potom sa dvojramenný manipulátor vysunie, aby presne uchopil nový nástroj v zásobníku nástrojov a starý nástroj na vretene. Následne sa stôl na výmenu nástrojov otočí, aby otočil nový a starý nástroj do zodpovedajúcich polôh vretena a zásobníka nástrojov. Nakoniec manipulátor vloží nový nástroj do vretena a upne ho a zároveň umiestni starý nástroj do prázdnej polohy zásobníka nástrojov, aby dokončil operáciu výmeny nástroja. Táto metóda výmeny nástroja má relatívne vysokú flexibilitu a dokáže sa prispôsobiť rôznym procesom spracovania a kombináciám nástrojov, ale má vyššie požiadavky na presnosť manipulátora a rýchlosť odozvy riadiaceho systému.
• Nástroj na vretene je umiestnený v pevnom držiaku nástrojov a nástroj, ktorý sa má vymeniť, je v držiaku náhodných nástrojov alebo v pevnom držiaku nástrojov.
  Proces výberu nástroja je podobný vyššie uvedenej metóde výberu nástroja s náhodným držiakom nástroja. Pri výmene nástroja, po vybratí nástroja z vretena, je potrebné zásobník nástrojov vopred otočiť do špecifickej polohy pre prijatie vretenového nástroja, aby sa starý nástroj mohol presne vrátiť do zásobníka nástrojov. Táto metóda výmeny nástroja je bežnejšia pri niektorých úlohách spracovania s relatívne pevnými procesmi spracovania a vysokou frekvenciou používania vretenového nástroja. Napríklad pri niektorých postupoch spracovania otvorov v dávkovej výrobe sa na vretene môžu dlhodobo používať špecifické vrtáky alebo výstružníky. V tomto prípade môže umiestnenie vretenového nástroja do pevného držiaka nástroja zlepšiť stabilitu a efektivitu spracovania.
• Nástroj na vretene je v držiaku náhodných nástrojov a nástroj, ktorý sa má vymeniť, je v držiaku pevných nástrojov.
  Proces výberu nástroja spočíva aj vo výbere určeného nástroja zo zásobníka nástrojov podľa požiadaviek procesu spracovania. Pri výmene nástroja sa nástroj vybratý z vretena presunie na najbližšiu prázdnu pozíciu pre nástroj na následné použitie. Táto metóda výmeny nástroja do určitej miery zohľadňuje flexibilitu skladovania nástrojov a pohodlie správy zásobníka nástrojov. Je vhodná pre niektoré úlohy spracovania s relatívne zložitými procesmi spracovania, mnohými typmi nástrojov a relatívne nízkou frekvenciou používania niektorých nástrojov. Napríklad pri niektorých procesoch spracovania foriem sa môže použiť viacero nástrojov s rôznymi špecifikáciami, ale niektoré špeciálne nástroje sa používajú menej často. V tomto prípade umiestnenie týchto nástrojov do pevných držiakov nástrojov a uloženie použitých nástrojov na vretene v blízkosti môže zlepšiť mieru využitia priestoru v zásobníku nástrojov a efektivitu výmeny nástrojov.

IV. Záver