Az automatikus szerszámcsere alapelve és lépései CNC megmunkálóközpontokban
Absztrakt: Ez a tanulmány részletesen ismerteti az automatikus szerszámcserélő berendezés fontosságát a CNC megmunkálóközpontokban, az automatikus szerszámcsere elvét és a konkrét lépéseket, beleértve olyan szempontokat, mint a szerszám betöltése, a szerszámválasztás és a szerszámcsere. Célja az automatikus szerszámcsere technológia mélyreható elemzése, elméleti támogatás és gyakorlati útmutatás nyújtása a CNC megmunkálóközpontok feldolgozási hatékonyságának és pontosságának javításához, a kezelők jobb megértésének és elsajátításának elősegítése, majd a termelési hatékonyság és a termékminőség javítása.
I. Bevezetés
A modern gyártás kulcsfontosságú berendezéseiként a CNC megmunkálóközpontok döntő szerepet játszanak az automatikus szerszámcserélő berendezéseikkel, forgácsolószerszám-rendszereikkel és automatikus palettacserélő berendezéseikkel. Ezen eszközök alkalmazása lehetővé teszi a megmunkálóközpontok számára, hogy egyetlen telepítés után a munkadarab több különböző részének megmunkálását is elvégezzék, jelentősen csökkentve a hibátlan állásidőt, hatékonyan lerövidítve a termékgyártási ciklust, és jelentős jelentőséggel bírva a termékek feldolgozási pontosságának javításában is. Közülük a legfontosabb, hogy az automatikus szerszámcserélő berendezés teljesítménye közvetlenül összefügg a feldolgozási hatékonyság szintjével. Ezért az elvének és lépéseinek mélyreható kutatása fontos gyakorlati értékkel bír.
II. Az automatikus szerszámcsere alapelve CNC megmunkálóközpontokban
(I) A szerszámcsere alapvető folyamata
Bár a CNC megmunkálóközpontokban különféle szerszámtárak léteznek, például tárcsás és láncos szerszámtárak, a szerszámcsere alapvető folyamata egységes. Amikor az automatikus szerszámcserélő eszköz szerszámcsere utasítást kap, a teljes rendszer gyorsan elindítja a szerszámcsere programot. Először az orsó azonnal leáll, és egy nagy pontosságú pozicionáló rendszer segítségével pontosan megáll az előre beállított szerszámcsere pozícióban. Ezt követően aktiválódik a szerszámkioldó mechanizmus, hogy a szerszám cserélhető állapotba kerüljön az orsón. Eközben a vezérlőrendszer utasításainak megfelelően a szerszámtár meghajtja a megfelelő átviteli eszközöket, hogy gyorsan és pontosan mozgassa az új szerszámot a szerszámcsere pozícióba, és végrehajtja a szerszámkioldási műveletet is. Ezután a kétkarú manipulátor gyorsan reagál, hogy pontosan megragadja mind az új, mind a régi szerszámokat. Miután a szerszámcserélő asztal a megfelelő pozícióba forgott, a manipulátor felszereli az új szerszámot az orsóra, és a régi szerszámot a szerszámtár üres pozíciójába helyezi. Végül az orsó végrehajtja a befogási műveletet, hogy szilárdan megtartsa az új szerszámot, majd a vezérlőrendszer utasításainak megfelelően visszatér a kezdeti megmunkálási pozícióba, így befejezve a teljes szerszámcsere folyamatát.
(II) A szerszámmozgás elemzése
A megmunkálóközpontban a szerszámcsere során a szerszám mozgása főként négy fő részből áll:
- A szerszám az orsóval együtt megáll és a szerszámcsere pozícióba mozog: Ez a folyamat megköveteli, hogy az orsó gyorsan és pontosan megálljon, és a szerszámgép koordinátatengelyeinek mozgórendszerén keresztül a megadott szerszámcsere pozícióba mozogjon. Ezt a mozgást általában az erőátviteli mechanizmus, például a motor által hajtott csavar-anya pár biztosítja, hogy az orsó pozicionálási pontossága megfeleljen a feldolgozási követelményeknek.
- A szerszám mozgása a szerszámtárban: A szerszám mozgási módja a szerszámtárban a szerszámtár típusától függ. Például egy láncos szerszámtárban a szerszám a lánc forgásával együtt mozog a megadott pozícióba. Ehhez a folyamathoz a szerszámtár hajtómotorjának pontosan szabályoznia kell a lánc forgási szögét és sebességét, hogy a szerszám pontosan elérje a szerszámcsere pozícióját. Egy tárcsás szerszámtárban a szerszám pozicionálását a szerszámtár forgó mechanizmusa biztosítja.
- A szerszám átviteli mozgása a szerszámcserélő manipulátorral: A szerszámcserélő manipulátor mozgása viszonylag összetett, mivel forgó és lineáris mozgásokat is végre kell hajtania. A szerszám megfogása és kioldása során a manipulátornak precíz lineáris mozgással kell megközelítenie és elhagynia a szerszámot. Ezt általában egy hidraulikus henger vagy egy léghenger által hajtott fogasléces mechanizmus éri el, amely ezután a mechanikus kart hajtja a lineáris mozgás elérése érdekében. A szerszám kihúzása és behelyezése során a lineáris mozgás mellett a manipulátornak egy bizonyos szögben el kell forgatnia a szerszámot, hogy simán kihúzható és behelyezhető legyen az orsóba vagy a szerszámtárba. Ez a forgó mozgás a mechanikus kar és a fogaskeréktengely együttműködésével valósul meg, kinematikai párok átalakításával.
- A szerszám mozgása visszatér a megmunkálási pozícióba a következővel: A szerszámcsere befejezése után az orsónak gyorsan vissza kell térnie az eredeti megmunkálási pozícióba az új szerszámmal, hogy folytathassa a további megmunkálási műveleteket. Ez a folyamat hasonló a szerszám szerszámcsere pozícióba való mozgásához, de az ellenkező irányba. Nagy pontosságú pozicionálást és gyors reagálást igényel a megmunkálási folyamat közbeni állásidő csökkentése és a feldolgozási hatékonyság javítása érdekében.
III. Az automatikus szerszámcsere lépései CNC megmunkálóközpontokban
(I) Szerszám betöltése
- Véletlenszerű szerszámtartó betöltési módszer
Ez a szerszámbetöltési módszer viszonylag nagy rugalmassággal rendelkezik. A kezelők a szerszámokat a szerszámtár bármelyik szerszámtartójába elhelyezhetik. Meg kell azonban jegyezni, hogy a szerszámbehelyezés befejezése után pontosan rögzíteni kell a szerszámtartó számát, amelyben a szerszám található, hogy a vezérlőrendszer a program utasításainak megfelelően pontosan megtalálhassa és meghívhassa a szerszámot a következő feldolgozási folyamatban. Például egyes összetett formamegmunkálásoknál a szerszámokat gyakran kell cserélni a különböző feldolgozási eljárások szerint. Ebben az esetben a véletlenszerű szerszámtartó-betöltési módszer kényelmesen elrendezheti a szerszámok tárolási pozícióit a tényleges helyzetnek megfelelően, és javíthatja a szerszámbetöltés hatékonyságát. - Fix szerszámtartó betöltési módja
A véletlenszerű szerszámtartó-betöltési módszertől eltérően a fix szerszámtartó-betöltési módszer megköveteli, hogy a szerszámokat előre beállított, specifikus szerszámtartókba helyezzék. Ennek a módszernek az az előnye, hogy a szerszámok tárolási pozíciói rögzítettek, ami kényelmes a kezelők számára a megjegyzéshez és kezeléshez, valamint elősegíti a szerszámok gyors pozicionálását és meghívását a vezérlőrendszer által. Egyes kötegelt gyártási feladatoknál, ha a feldolgozási folyamat viszonylag fix, a fix szerszámtartó-betöltési módszer alkalmazása javíthatja a feldolgozás stabilitását és megbízhatóságát, és csökkentheti a helytelen szerszámtárolási pozíciók által okozott feldolgozási baleseteket.
(II) Eszközválasztás
A szerszámkiválasztás kulcsfontosságú láncszem az automatikus szerszámcsere folyamatában, célja a megadott szerszám gyors és pontos kiválasztása a szerszámtárból, a különböző feldolgozási eljárások igényeinek kielégítése érdekében. Jelenleg főként a következő két elterjedt szerszámkiválasztási módszer létezik:
- Szekvenciális szerszámkiválasztás
A szekvenciális szerszámkiválasztási módszer megköveteli a kezelőktől, hogy a szerszámokat a szerszámtartókba helyezzék a technológiai folyamat sorrendjének szigorú betartásával a szerszámok betöltésekor. A feldolgozási folyamat során a vezérlőrendszer egyesével veszi át a szerszámokat a szerszámok elhelyezési sorrendjének megfelelően, és használat után visszahelyezi azokat az eredeti szerszámtartókba. Ennek a szerszámkiválasztási módszernek az az előnye, hogy egyszerűen kezelhető és alacsony költségű, valamint alkalmas bizonyos feldolgozási feladatokhoz, amelyek viszonylag egyszerű feldolgozási folyamatokat és rögzített szerszámhasználati sorrendet igényelnek. Például néhány egyszerű tengelyalkatrész megmunkálásakor csak néhány szerszámra lehet szükség rögzített sorrendben. Ebben az esetben a szekvenciális szerszámkiválasztási módszer megfelel a feldolgozási követelményeknek, és csökkentheti a berendezések költségeit és bonyolultságát. - Véletlenszerű eszközkiválasztás
- Szerszámtartó kódolása Szerszámválasztás
Ez a szerszámkiválasztási módszer magában foglalja az egyes szerszámtartók kódolását a szerszámtárban, majd a szerszámtartó kódoknak megfelelő szerszámok egyenkénti behelyezését a megadott szerszámtartókba. Programozáskor a kezelők a T címet használják a szerszámtartó kód megadására, ahol a szerszám található. A vezérlőrendszer a szerszámtárat úgy vezérli, hogy a megfelelő szerszámot a szerszámcsere pozícióba mozgassa ezen kódolási információk alapján. A szerszámtartó kódolásos szerszámkiválasztási módszer előnye, hogy a szerszámkiválasztás rugalmasabb, és alkalmazkodni tud bizonyos feldolgozási feladatokhoz, amelyek viszonylag összetett feldolgozási folyamatokat és nem rögzített szerszámhasználati sorrendet igényelnek. Például egyes összetett repülőgépipari alkatrészek megmunkálásakor a szerszámokat gyakran kell cserélni a különböző feldolgozási alkatrészek és folyamatkövetelmények szerint, és a szerszámhasználati sorrend nem rögzített. Ebben az esetben a szerszámtartó kódolásos szerszámkiválasztási módszer kényelmesen megvalósítja a szerszámok gyors kiválasztását és cseréjét, valamint javítja a feldolgozási hatékonyságot. - Számítógépes memória eszköz kiválasztása
A számítógépes memóriából történő szerszámkiválasztás egy fejlettebb és intelligensebb szerszámkiválasztási módszer. Ennél a módszernél a szerszámok számai és tárolási pozíciói vagy szerszámtartói számai ennek megfelelően tárolódnak a számítógép memóriájában vagy a programozható logikai vezérlő memóriájában. Amikor a feldolgozási folyamat során szerszámcserére van szükség, a vezérlőrendszer közvetlenül a memóriából veszi ki a szerszámok pozícióinformációit a program utasításainak megfelelően, és a szerszámtárat úgy vezérli, hogy gyorsan és pontosan a szerszámcsere pozícióba mozgassa a szerszámokat. Továbbá, mivel a szerszámtárolási cím változását a számítógép valós időben megjegyzi, a szerszámok véletlenszerűen kivehetők és visszaküldhetők a szerszámtárba, ami jelentősen javítja a szerszámok kezelési hatékonyságát és felhasználási rugalmasságát. Ezt a szerszámkiválasztási módszert széles körben használják a modern, nagy pontosságú és nagy hatékonyságú CNC megmunkálóközpontokban, különösen alkalmas összetett feldolgozási folyamatokkal és számos szerszámtípussal járó feladatokhoz, például olyan alkatrészek megmunkálásához, mint az autómotorblokkok és hengerfejek.
(III) Szerszámcsere
A szerszámcsere folyamata a következő helyzetekre osztható az orsón lévő szerszám szerszámtartóinak típusa és a szerszámtárban cserélendő szerszám típusa szerint:
- Mind az orsón lévő szerszám, mind a szerszámtárban cserélendő szerszám véletlenszerű szerszámtartókban van.
Ebben az esetben a szerszámcsere folyamata a következő: Először is, a szerszámtár a vezérlőrendszer utasításainak megfelelően végrehajtja a szerszámkiválasztási műveletet, hogy a cserélendő szerszámot gyorsan a szerszámcsere pozícióba mozgassa. Ezután a kétkarú manipulátor kinyúlik, hogy pontosan megragadja az új szerszámot a szerszámtárban és a régi szerszámot az orsón. Ezután a szerszámcsere asztal elfordul, hogy az új szerszámot és a régi szerszámot az orsó, illetve a szerszámtár megfelelő pozíciójába forgatja. Végül a manipulátor behelyezi az új szerszámot az orsóba és befogja, ezzel egyidejűleg a régi szerszámot a szerszámtár üres pozíciójába helyezi a szerszámcsere művelet befejezéséhez. Ez a szerszámcsere módszer viszonylag nagy rugalmassággal rendelkezik, és alkalmazkodik a különböző feldolgozási folyamatokhoz és szerszámkombinációkhoz, de magasabb követelményeket támaszt a manipulátor pontosságával és a vezérlőrendszer válaszsebességével szemben. - Az orsón lévő szerszám egy rögzített szerszámtartóba van helyezve, a cserélendő szerszám pedig egy véletlenszerű szerszámtartóban vagy egy rögzített szerszámtartóban.
A szerszámkiválasztási folyamat hasonló a fenti véletlenszerű szerszámtartó szerszámkiválasztási módszerhez. Szerszámcsere esetén, miután kivették a szerszámot az orsóból, a szerszámtárat előzetesen el kell forgatni az orsószerszám fogadására szolgáló adott pozícióba, hogy a régi szerszámot pontosan vissza lehessen küldeni a szerszámtárba. Ez a szerszámcsere-módszer gyakoribb bizonyos feldolgozási feladatoknál, ahol viszonylag rögzített feldolgozási folyamatok és az orsószerszám magas használati gyakorisága van. Például egyes kötegelt gyártási furatmegmunkálási eljárásoknál előfordulhat, hogy speciális fúrókat vagy dörzsárokat használnak az orsón hosszú ideig. Ebben az esetben az orsószerszám rögzített szerszámtartóba helyezése javíthatja a feldolgozás stabilitását és hatékonyságát. - Az orsón lévő szerszám egy véletlenszerű szerszámtartóban van, a cserélendő szerszám pedig egy fix szerszámtartóban.
A szerszámkiválasztási folyamat során a szerszámtárból a feldolgozási folyamat követelményeinek megfelelően kell kiválasztani a megadott szerszámot. Szerszámcsere esetén az orsóból kivett szerszám a legközelebbi üres szerszámhelyre kerül a későbbi felhasználáshoz. Ez a szerszámcsere-módszer bizonyos mértékig figyelembe veszi a szerszámtárolás rugalmasságát és a szerszámtár-kezelés kényelmét. Alkalmas bizonyos feldolgozási feladatokhoz, amelyek viszonylag összetett feldolgozási folyamatokat, számos szerszámtípust és egyes szerszámok viszonylag alacsony használati gyakoriságát igénylik. Például bizonyos formázási folyamatokban több, különböző specifikációjú szerszám is használható, de egyes speciális szerszámokat ritkábban használnak. Ebben az esetben a szerszámok rögzített szerszámtartókba helyezése és a használt szerszámok orsóhoz közeli tárolása javíthatja a szerszámtár helykihasználását és a szerszámcsere hatékonyságát.
IV. Következtetés
A CNC megmunkálóközpontok automatikus szerszámcseréjének alapelve és lépései összetett és precíz rendszertervezést jelentenek, amely több területen is magában foglalja a műszaki ismereteket, mint például a mechanikai szerkezet, az elektromos vezérlés és a szoftverprogramozás. Az automatikus szerszámcsere-technológia alapos ismerete és elsajátítása nagy jelentőséggel bír a CNC megmunkálóközpontok feldolgozási hatékonyságának, feldolgozási pontosságának és berendezésmegbízhatóságának javítása szempontjából. A feldolgozóipar és a technológiai haladás folyamatos fejlődésével a CNC megmunkálóközpontok automatikus szerszámcserélő berendezései is folyamatosan fejlődnek és fejlődnek, a nagyobb sebesség, a nagyobb pontosság és az erősebb intelligencia felé haladva, hogy kielégítsék az összetett alkatrészek feldolgozása iránti növekvő igényt, és erős támogatást nyújtsanak a feldolgozóipar átalakulásának és korszerűsítésének előmozdításához. A gyakorlati alkalmazásokban a kezelőknek ésszerűen kell megválasztaniuk a szerszámbetöltési módszereket, a szerszámkiválasztási módszereket és a szerszámcsere-stratégiákat a feldolgozási feladatok jellemzői és követelményei szerint, hogy teljes mértékben kihasználják a CNC megmunkálóközpontok előnyeit, javítsák a termelési hatékonyságot és a termékminőséget. Eközben a berendezésgyártóknak folyamatosan optimalizálniuk kell az automatikus szerszámcserélő berendezések tervezési és gyártási folyamatait a berendezések teljesítményének és stabilitásának javítása, valamint a felhasználók számára jobb minőségű és hatékonyabb CNC megmunkálási megoldások biztosítása érdekében.