Princip i koraci automatske izmjene alata u CNC obradnim centrima
Sažetak: Ovaj rad detaljno obrađuje važnost uređaja za automatsku izmjenu alata u CNC obradnim centrima, princip automatske izmjene alata i specifične korake, uključujući aspekte kao što su utovar alata, odabir alata i izmjena alata. Cilj mu je dubinski analizirati tehnologiju automatske izmjene alata, pružiti teorijsku podršku i praktične smjernice za poboljšanje efikasnosti obrade i tačnosti CNC obradnih centara, pomoći operaterima da bolje razumiju i savladaju ovu ključnu tehnologiju, a zatim poboljšaju efikasnost proizvodnje i kvalitet proizvoda.
I. Uvod
Kao ključna oprema u modernoj proizvodnji, CNC obradni centri igraju ključnu ulogu sa svojim uređajima za automatsku izmjenu alata, sistemima alata za rezanje i uređajima za automatsku izmjenu paleta. Primjena ovih uređaja omogućava obradnim centrima da završe obradu više različitih dijelova obratka nakon jedne instalacije, značajno smanjujući vrijeme zastoja bez kvarova, efikasno skraćujući ciklus proizvodnje proizvoda, a također ima značajan značaj za poboljšanje tačnosti obrade proizvoda. Kao ključni dio među njima, performanse uređaja za automatsku izmjenu alata direktno su povezane sa nivoom efikasnosti obrade. Stoga, dubinsko istraživanje njegovog principa i koraka ima važnu praktičnu vrijednost.
II. Princip automatske izmjene alata u CNC obradnim centrima
(I) Osnovni proces izmjene alata
Iako postoje različite vrste magazina alata u CNC obradnim centrima, kao što su magazini alata diskovnog tipa i magazini alata lančanog tipa, osnovni proces izmjene alata je konzistentan. Kada uređaj za automatsku izmjenu alata primi instrukciju za izmjenu alata, cijeli sistem brzo pokreće program izmjene alata. Prvo, vreteno će odmah prestati da se okreće i precizno se zaustaviti na unaprijed postavljenom položaju za izmjenu alata pomoću visokopreciznog sistema pozicioniranja. Nakon toga, aktivira se mehanizam za odvezivanje alata kako bi se alat na vretenu doveo u zamjenjivo stanje. U međuvremenu, prema instrukcijama upravljačkog sistema, magazin alata pokreće odgovarajuće prijenosne uređaje kako bi brzo i precizno pomaknuo novi alat u položaj za izmjenu alata, a također izvodi operaciju odvezivanja alata. Zatim, manipulator s dvije ruke brzo djeluje kako bi precizno uhvatio i novi i stari alat istovremeno. Nakon što se stol za izmjenu alata okrene u ispravan položaj, manipulator instalira novi alat na vreteno i postavlja stari alat u prazan položaj magazina alata. Konačno, vreteno vrši stezanje kako bi čvrsto držalo novi alat i vraća se u početni položaj za obradu prema uputama upravljačkog sistema, čime se završava cijeli proces izmjene alata.
(II) Analiza kretanja alata
Tokom procesa izmjene alata u obradnom centru, kretanje alata se uglavnom sastoji od četiri ključna dijela:
- Alat se zaustavlja zajedno s vretenom i pomiče se u položaj za izmjenu alata: Ovaj proces zahtijeva da se vreteno brzo i precizno zaustavi i pomiče u određeni položaj za izmjenu alata putem sistema za pomicanje koordinatnih osa alatne mašine. Obično se ovo kretanje postiže mehanizmom za prijenos, kao što je par vijaka i matice koji pokreće motor, kako bi se osiguralo da tačnost pozicioniranja vretena ispunjava zahtjeve obrade.
- Kretanje alata u magazinu alata: Način kretanja alata u magazinu alata zavisi od vrste magazina alata. Na primjer, u magazinu alata lančanog tipa, alat se pomiče na određenu poziciju zajedno s rotacijom lanca. Ovaj proces zahtijeva da pogonski motor magazina alata precizno kontrolira kut rotacije i brzinu lanca kako bi se osiguralo da alat može precizno dosegnuti položaj za izmjenu alata. U magazinu alata diskastog tipa, pozicioniranje alata se postiže putem rotacijskog mehanizma magazina alata.
- Prijenosno kretanje alata pomoću manipulatora za izmjenu alata: Kretanje manipulatora za izmjenu alata je relativno složeno jer zahtijeva postizanje i rotacijskih i linearnih kretanja. Tokom faza hvatanja i otpuštanja alata, manipulator se mora približiti i napustiti alat preciznim linearnim kretanjem. Obično se to postiže mehanizmom zupčanika i letve, pokretanim hidrauličnim cilindrom ili zračnim cilindrom, koji zatim pokreće mehaničku ruku kako bi se postiglo linearno kretanje. Tokom faza izvlačenja i umetanja alata, pored linearnog kretanja, manipulator također mora izvršiti određeni ugao rotacije kako bi se osiguralo da se alat može glatko izvući i umetnuti u vreteno ili magazin alata. Ovo rotacijsko kretanje se postiže saradnjom između mehaničke ruke i osovine zupčanika, što uključuje konverziju kinematičkih parova.
- Povratak alata u položaj za obradu pomoću 主轴: Nakon što je izmjena alata završena, vreteno se mora brzo vratiti u prvobitni položaj za obradu s novim alatom kako bi se nastavile sljedeće operacije obrade. Ovaj proces je sličan kretanju alata u položaj za izmjenu alata, ali u suprotnom smjeru. Također zahtijeva visokoprecizno pozicioniranje i brz odziv kako bi se smanjilo vrijeme zastoja tokom procesa obrade i poboljšala efikasnost obrade.
III. Koraci automatske izmjene alata u CNC obradnim centrima
(I) Utovar alata
- Metoda utovara nasumičnog držača alata
Ova metoda utovara alata ima relativno visoku fleksibilnost. Operateri mogu postaviti alate u bilo koji držač alata u magazinu alata. Međutim, treba napomenuti da nakon što je instalacija alata završena, broj držača alata na kojem se alat nalazi mora biti precizno zabilježen kako bi kontrolni sistem mogao precizno pronaći i pozvati alat prema programskim uputama u sljedećem procesu obrade. Na primjer, kod nekih složenih obrada kalupa, alate može biti potrebno često mijenjati prema različitim postupcima obrade. U ovom slučaju, metoda nasumičnog utovara držača alata može praktično organizirati položaje skladištenja alata prema stvarnoj situaciji i poboljšati efikasnost utovara alata. - Metoda utovara fiksnog držača alata
Za razliku od metode nasumičnog utovara držača alata, metoda utovara fiksnog držača alata zahtijeva da se alati moraju postaviti u unaprijed određene držače alata. Prednost ove metode je u tome što su položaji skladištenja alata fiksni, što je operaterima zgodno za pamćenje i upravljanje, a također pogoduje brzom pozicioniranju i pozivanju alata od strane kontrolnog sistema. U nekim zadacima obrade serijske proizvodnje, ako je proces obrade relativno fiksan, usvajanje metode utovara fiksnog držača alata može poboljšati stabilnost i pouzdanost obrade i smanjiti nezgode pri obradi uzrokovane nepravilnim položajima skladištenja alata.
(II) Odabir alata
Odabir alata je ključna karika u procesu automatske izmjene alata, a njegova svrha je brz i precizan odabir određenog alata iz magazina alata kako bi se zadovoljile potrebe različitih postupaka obrade. Trenutno postoje uglavnom sljedeće dvije uobičajene metode odabira alata:
- Sekvencijalni odabir alata
Metoda sekvencijalnog odabira alata zahtijeva od operatera da postavljaju alate u držače alata u strogom skladu sa redoslijedom tehnološkog procesa prilikom utovara alata. Tokom procesa obrade, kontrolni sistem će uzimati alate jedan po jedan prema redoslijedu postavljanja alata i vraćati ih u originalne držače alata nakon upotrebe. Prednost ove metode odabira alata je u tome što je jednostavna za rukovanje i ima nisku cijenu, te je pogodna za neke zadatke obrade s relativno jednostavnim procesima obrade i fiksnim redoslijedom korištenja alata. Na primjer, pri obradi nekih jednostavnih dijelova osovine, može biti potrebno samo nekoliko alata u fiksnom redoslijedu. U ovom slučaju, metoda sekvencijalnog odabira alata može zadovoljiti zahtjeve obrade i smanjiti troškove i složenost opreme. - Slučajni odabir alata
- Kodiranje držača alata Odabir alata
Ova metoda odabira alata uključuje kodiranje svakog držača alata u magazinu alata, a zatim postavljanje alata koji odgovaraju kodovima držača alata u navedene držače alata jedan po jedan. Prilikom programiranja, operateri koriste adresu T za određivanje koda držača alata gdje se alat nalazi. Upravljački sistem pokreće magazin alata kako bi pomaknuo odgovarajući alat u poziciju za izmjenu alata u skladu s ovim informacijama o kodiranju. Prednost metode odabira alata s kodiranjem držača alata je u tome što je odabir alata fleksibilniji i može se prilagoditi nekim zadacima obrade s relativno složenim procesima obrade i nefiksiranim redoslijedom korištenja alata. Na primjer, pri obradi nekih složenih dijelova za avijaciju, alate može biti potrebno često mijenjati u skladu s različitim dijelovima obrade i zahtjevima procesa, a redoslijed korištenja alata je nefiksan. U ovom slučaju, metoda odabira alata s kodiranjem držača alata može praktično ostvariti brz odabir i zamjenu alata i poboljšati efikasnost obrade. - Odabir alata za memoriju računara
Odabir alata pomoću memorije računara je naprednija i inteligentnija metoda odabira alata. Prema ovoj metodi, brojevi alata i njihove pozicije skladištenja ili brojevi držača alata se odgovarajuće memorišu u memoriji računara ili memoriji programabilnog logičkog kontrolera. Kada je potrebno promijeniti alate tokom procesa obrade, kontrolni sistem će direktno dobiti informacije o položaju alata iz memorije prema programskim instrukcijama i pokrenuti magazin alata da brzo i precizno pomjeri alate na poziciju za izmjenu alata. Štaviše, budući da računar može zapamtiti promjenu adrese skladištenja alata u realnom vremenu, alati se mogu nasumično vaditi i vraćati u magazin alata, što značajno poboljšava efikasnost upravljanja i fleksibilnost korištenja alata. Ova metoda odabira alata se široko koristi u modernim visokopreciznim i visokoefikasnim CNC obradnim centrima, posebno pogodnim za zadatke obrade sa složenim procesima obrade i brojnim vrstama alata, kao što je obrada dijelova poput blokova motora automobila i glava cilindara.
(III) Izmjena alata
Proces izmjene alata može se podijeliti na sljedeće situacije prema vrstama držača alata na vretenu i alata koji se zamjenjuje u magazinu alata:
- I alat na vretenu i alat koji se zamjenjuje u magazinu alata nalaze se u nasumičnim držačima alata
U ovom slučaju, proces izmjene alata je sljedeći: Prvo, magazin alata vrši operaciju odabira alata prema uputama upravljačkog sistema kako bi brzo pomaknuo alat koji treba zamijeniti u položaj za izmjenu alata. Zatim se manipulator s dvije ruke izvlači kako bi precizno uhvatio novi alat u magazinu alata i stari alat na vretenu. Nakon toga, stol za izmjenu alata se okreće kako bi rotirao novi i stari alat u odgovarajuće položaje vretena i magazina alata. Na kraju, manipulator ubacuje novi alat u vreteno i steže ga, a istovremeno postavlja stari alat u prazan položaj magazina alata kako bi dovršio operaciju izmjene alata. Ova metoda izmjene alata ima relativno visoku fleksibilnost i može se prilagoditi različitim procesima obrade i kombinacijama alata, ali ima veće zahtjeve za tačnost manipulatora i brzinu odziva upravljačkog sistema. - Alat na vretenu je smješten u fiksni držač alata, a alat koji se zamjenjuje je u nasumičnom držaču alata ili fiksnom držaču alata.
Proces odabira alata sličan je gore opisanoj metodi slučajnog odabira alata za držače alata. Prilikom promjene alata, nakon skidanja alata s vretena, magazin alata potrebno je unaprijed rotirati u određeni položaj za prihvat alata vretena kako bi se stari alat mogao precizno vratiti u magazin alata. Ova metoda izmjene alata je češća u nekim zadacima obrade s relativno fiksnim procesima obrade i visokom frekvencijom korištenja alata vretena. Na primjer, u nekim postupcima obrade rupa u serijskoj proizvodnji, specifične bušilice ili razvrtači mogu se koristiti na vretenu duži vremenski period. U ovom slučaju, postavljanje alata vretena u fiksni držač alata može poboljšati stabilnost i efikasnost obrade. - Alat na vretenu se nalazi u nasumičnom držaču alata, a alat koji se zamjenjuje se nalazi u fiksnom držaču alata.
Proces odabira alata također se sastoji u odabiru određenog alata iz magazina alata u skladu sa zahtjevima procesa obrade. Prilikom promjene alata, alat uzet iz vretena bit će poslan na najbližu praznu poziciju za alat radi naknadne upotrebe. Ova metoda izmjene alata, do određene mjere, uzima u obzir fleksibilnost skladištenja alata i praktičnost upravljanja magazinom alata. Pogodna je za neke zadatke obrade s relativno složenim procesima obrade, brojnim vrstama alata i relativno niskom učestalošću korištenja nekih alata. Na primjer, u nekim obradama kalupa mogu se koristiti više alata različitih specifikacija, ali neki specijalni alati se koriste rjeđe. U ovom slučaju, postavljanje ovih alata u fiksne držače alata i skladištenje korištenih alata na vretenu u blizini može poboljšati iskorištenost prostora u magazinu alata i efikasnost izmjene alata.
IV. Zaključak
Princip i koraci automatske izmjene alata u CNC obradnim centrima predstavljaju složen i precizan sistemski inženjering, koji uključuje tehničko znanje u više oblasti kao što su mehanička struktura, električno upravljanje i softversko programiranje. Dubinsko razumijevanje i savladavanje tehnologije automatske izmjene alata od velikog su značaja za poboljšanje efikasnosti obrade, tačnosti obrade i pouzdanosti opreme CNC obradnih centara. S kontinuiranim razvojem proizvodne industrije i tehnološkim napretkom, uređaji za automatsku izmjenu alata CNC obradnih centara također će nastaviti da se inoviraju i poboljšavaju, krećući se prema većoj brzini, većoj tačnosti i jačoj inteligenciji kako bi zadovoljili rastuću potražnju za obradom složenih dijelova i pružili snažnu podršku za promovisanje transformacije i unapređenja proizvodne industrije. U praktičnim primjenama, operateri bi trebali razumno birati metode utovara alata, metode odabira alata i strategije izmjene alata u skladu s karakteristikama i zahtjevima zadataka obrade kako bi u potpunosti iskoristili prednosti CNC obradnih centara, poboljšali efikasnost proizvodnje i kvalitet proizvoda. U međuvremenu, proizvođači opreme bi također trebali kontinuirano optimizirati procese dizajna i proizvodnje uređaja za automatsku izmjenu alata kako bi poboljšali performanse i stabilnost opreme i pružili korisnicima kvalitetnija i efikasnija CNC rješenja za obradu.