Principiul și etapele schimbării automate a sculelor în centrele de prelucrare CNC
Rezumat: Această lucrare detaliază importanța dispozitivului de schimbare automată a sculelor în centrele de prelucrare CNC, principiul schimbării automate a sculelor și etapele specifice, inclusiv aspecte precum încărcarea sculelor, selecția sculelor și schimbarea sculelor. Scopul său este de a analiza în profunzime tehnologia de schimbare automată a sculelor, de a oferi suport teoretic și îndrumări practice pentru îmbunătățirea eficienței și preciziei de procesare a centrelor de prelucrare CNC, de a ajuta operatorii să înțeleagă și să stăpânească mai bine această tehnologie cheie și apoi să îmbunătățească eficiența producției și calitatea produsului.
I. Introducere
Fiind echipamente cheie în producția modernă, centrele de prelucrare CNC joacă un rol crucial cu dispozitivele lor automate de schimbare a sculelor, sistemele de scule așchietoare și dispozitivele automate de schimbare a paleților. Aplicarea acestor dispozitive permite centrelor de prelucrare să finalizeze prelucrarea mai multor părți diferite ale unei piese de prelucrat după o singură instalare, reducând considerabil timpul de nefuncționare fără defecțiuni, scurtând efectiv ciclul de fabricație al produsului și având, de asemenea, o importanță semnificativă pentru îmbunătățirea preciziei de prelucrare a produselor. Fiind o parte centrală a acestora, performanța dispozitivului automat de schimbare a sculelor este direct legată de nivelul de eficiență a procesării. Prin urmare, cercetarea aprofundată a principiului și etapelor sale are o valoare practică importantă.
II. Principiul schimbării automate a sculelor în centrele de prelucrare CNC
(I) Procesul de bază al schimbării sculelor
Deși există diverse tipuri de magazine de scule în centrele de prelucrare CNC, cum ar fi magazinele de scule de tip disc și magazinele de scule de tip lanț, procesul de bază al schimbării sculei este consecvent. Când dispozitivul de schimbare automată a sculei primește o instrucțiune de schimbare a sculei, întregul sistem pornește rapid programul de schimbare a sculei. În primul rând, axul principal se va opri imediat din rotație și se va opri cu precizie la poziția presetată de schimbare a sculei prin intermediul unui sistem de poziționare de înaltă precizie. Ulterior, mecanismul de deblocare a sculei este activat pentru a face scula de pe ax într-o stare înlocuibilă. Între timp, conform instrucțiunilor sistemului de control, magazinul de scule acționează dispozitivele de transmisie corespunzătoare pentru a deplasa rapid și precis noua sculă în poziția de schimbare a sculei și efectuează, de asemenea, operațiunea de deblocare a sculei. Apoi, manipulatorul cu braț dublu acționează rapid pentru a prinde cu precizie atât sculele noi, cât și pe cele vechi, în același timp. După ce masa de schimb a sculelor se rotește în poziția corectă, manipulatorul instalează noua sculă pe ax și plasează scula veche în poziția goală a magazinului de scule. În final, axul execută acțiunea de prindere pentru a fixa ferm noua sculă și revine la poziția inițială de prelucrare conform instrucțiunilor sistemului de control, finalizând astfel întregul proces de schimbare a sculei.
(II) Analiza mișcării sculelor
În timpul procesului de schimbare a sculei în centrul de prelucrare, mișcarea sculei constă în principal din patru părți cheie:
- Scula se oprește odată cu axul principal și se deplasează în poziția de schimbare a sculei: Acest proces necesită ca axul principal să se oprească rapid și precis din rotație și să se deplaseze în poziția specifică de schimbare a sculei prin intermediul sistemului de mișcare al axelor de coordonate ale mașinii-unelte. De obicei, această mișcare este realizată prin mecanismul de transmisie, cum ar fi perechea șurub-piuliță acționată de motor, pentru a asigura că precizia de poziționare a axului principal îndeplinește cerințele de procesare.
- Mișcarea sculei în magazia de scule: Modul de mișcare a sculei în magazia de scule depinde de tipul acesteia. De exemplu, într-o magazie de scule de tip lanț, scula se deplasează în poziția specificată odată cu rotația lanțului. Acest proces necesită ca motorul de acționare al magaziei de scule să controleze cu precizie unghiul de rotație și viteza lanțului pentru a se asigura că scula poate atinge cu precizie poziția de schimbare a sculei. Într-o magazie de scule de tip disc, poziționarea sculei se realizează prin mecanismul de rotație al magaziei de scule.
- Mișcarea de transfer a sculei cu manipulatorul de schimbare a sculei: Mișcarea manipulatorului de schimbare a sculei este relativ complexă, deoarece trebuie să realizeze atât mișcări de rotație, cât și mișcări liniare. În timpul etapelor de prindere și eliberare a sculei, manipulatorul trebuie să se apropie și să părăsească scula printr-o mișcare liniară precisă. De obicei, acest lucru se realizează prin mecanismul pinion-cremalieră acționat de un cilindru hidraulic sau un cilindru pneumatic, care apoi acționează brațul mecanic pentru a realiza o mișcare liniară. În timpul etapelor de retragere și introducere a sculei, pe lângă mișcarea liniară, manipulatorul trebuie să efectueze și un anumit unghi de rotație pentru a se asigura că scula poate fi retrasă și introdusă fără probleme în ax sau în magazia de scule. Această mișcare de rotație se realizează prin cooperarea dintre brațul mecanic și arborele angrenajului, implicând conversia perechilor cinematice.
- Mișcarea sculei care revine în poziția de prelucrare cu ajutorul comenzii: După finalizarea schimbării sculei, axul trebuie să revină rapid în poziția inițială de prelucrare cu noua sculă pentru a continua operațiunile de prelucrare ulterioare. Acest proces este similar cu mișcarea sculei care se deplasează în poziția de schimbare a sculei, dar în direcția opusă. De asemenea, necesită o poziționare de înaltă precizie și un răspuns rapid pentru a reduce timpul de nefuncționare în timpul procesului de prelucrare și a îmbunătăți eficiența prelucrării.
III. Etapele schimbării automate a sculelor în centrele de prelucrare CNC
(I) Încărcarea sculelor
- Metodă de încărcare aleatorie a suportului de scule
Această metodă de încărcare a sculelor are o flexibilitate relativ ridicată. Operatorii pot plasa sculele în orice portsculă din magazia de scule. Cu toate acestea, trebuie menționat că, după finalizarea instalării sculei, numărul portsculă unde se află scula trebuie înregistrat cu precizie, astfel încât sistemul de control să poată găsi și apela cu precizie scula conform instrucțiunilor programului în procesul de prelucrare ulterior. De exemplu, în unele procese complexe de matrițe, sculele pot necesita schimbare frecventă în funcție de diferite proceduri de prelucrare. În acest caz, metoda de încărcare aleatorie a portsculă poate aranja convenabil pozițiile de depozitare a sculelor în funcție de situația reală și poate îmbunătăți eficiența încărcării sculelor. - Metodă de încărcare a suportului fix pentru scule
Spre deosebire de metoda de încărcare aleatorie a portsculelor, metoda de încărcare cu portscule fixe necesită ca sculele să fie plasate în portscule specifice presetate. Avantajul acestei metode este că pozițiile de depozitare a sculelor sunt fixe, ceea ce este convenabil pentru operatori de reținut și gestionat și, de asemenea, favorizează poziționarea și apelarea rapidă a sculelor de către sistemul de control. În unele sarcini de procesare a producției în loturi, dacă procesul de procesare este relativ fix, adoptarea metodei de încărcare cu portscule fixe poate îmbunătăți stabilitatea și fiabilitatea procesării și poate reduce accidentele de procesare cauzate de pozițiile incorecte de depozitare a sculelor.
(II) Selectarea instrumentelor
Selectarea sculelor este o verigă cheie în procesul automat de schimbare a sculelor, iar scopul său este de a selecta rapid și precis scula specificată din magazinul de scule pentru a satisface nevoile diferitelor proceduri de procesare. În prezent, există în principal următoarele două metode comune de selecție a sculelor:
- Selecție secvențială a instrumentelor
Metoda secvențială de selecție a sculelor necesită ca operatorii să plaseze sculele în suporturile de scule în strictă conformitate cu secvența procesului tehnologic la încărcarea sculelor. În timpul procesului de prelucrare, sistemul de control va prelua sculele una câte una, conform secvenței de plasare a sculelor, și le va pune înapoi în suporturile de scule originale după utilizare. Avantajul acestei metode de selecție a sculelor este că este ușor de utilizat și are un cost redus, fiind potrivită pentru unele sarcini de prelucrare cu procese de prelucrare relativ simple și secvențe fixe de utilizare a sculelor. De exemplu, în prelucrarea unor piese simple de arbore, pot fi necesare doar câteva scule într-o secvență fixă. În acest caz, metoda secvențială de selecție a sculelor poate îndeplini cerințele de prelucrare și poate reduce costul și complexitatea echipamentului. - Selecție aleatorie a instrumentului
- Codarea suportului de scule Selectarea sculei
Această metodă de selectare a sculelor implică codificarea fiecărui portsculă în magazia de scule și apoi plasarea sculelor corespunzătoare codurilor portsculă în portsculă specificate, una câte una. La programare, operatorii folosesc adresa T pentru a specifica codul portsculă unde se află scula. Sistemul de control acționează magazia de scule pentru a muta scula corespunzătoare în poziția de schimbare a sculei, în funcție de aceste informații de codificare. Avantajul metodei de selectare a sculelor prin codificarea portsculă este că selecția sculelor este mai flexibilă și se poate adapta la anumite sarcini de procesare cu procese de procesare relativ complexe și secvențe de utilizare a sculelor nefixate. De exemplu, în prelucrarea unor piese complexe de aviație, sculele pot necesita schimbare frecventă în funcție de diferitele piese de procesare și cerințele procesului, iar secvența de utilizare a sculelor este nefixată. În acest caz, metoda de selectare a sculelor prin codificarea portsculă poate realiza în mod convenabil selecția și înlocuirea rapidă a sculelor și poate îmbunătăți eficiența procesării. - Selectarea instrumentului de memorie a computerului
Selectarea sculelor în memoria computerizată este o metodă de selecție a sculelor mai avansată și mai inteligentă. În cadrul acestei metode, numerele sculelor și pozițiile lor de stocare sau numerele portsculelor sunt memorate corespunzător în memoria computerului sau în memoria controlerului logic programabil. Atunci când este necesar să se schimbe sculele în timpul procesului de prelucrare, sistemul de control va obține direct informațiile despre poziția sculelor din memorie, conform instrucțiunilor programului, și va acționa magazia de scule pentru a muta rapid și precis sculele în poziția de schimbare a sculei. Mai mult, deoarece modificarea adresei de stocare a sculelor poate fi memorată de computer în timp real, sculele pot fi extrase și trimise înapoi aleatoriu în magazia de scule, îmbunătățind considerabil eficiența managementului și flexibilitatea utilizării sculelor. Această metodă de selecție a sculelor este utilizată pe scară largă în centrele de prelucrare CNC moderne de înaltă precizie și eficiență, fiind potrivită în special pentru sarcini de prelucrare cu procese complexe și numeroase tipuri de scule, cum ar fi prelucrarea pieselor precum blocurile de motor auto și chiulasele.
(III) Schimbarea sculelor
Procesul de schimbare a sculei poate fi împărțit în următoarele situații, în funcție de tipurile de portscule ale sculei de pe ax și de scula care trebuie înlocuită în magazia de scule:
- Atât scula de pe ax, cât și scula care trebuie înlocuită în magazia de scule se află în suporturi de scule aleatorii
În acest caz, procesul de schimbare a sculei este următorul: În primul rând, magazia de scule efectuează operațiunea de selectare a sculei conform instrucțiunilor sistemului de control pentru a muta rapid scula care urmează să fie înlocuită în poziția de schimbare a sculei. Apoi, manipulatorul cu braț dublu se extinde pentru a prinde cu precizie noua sculă din magazia de scule și scula veche pe ax. În continuare, masa de schimb a sculelor se rotește pentru a roti noua sculă și scula veche în pozițiile corespunzătoare ale axului, respectiv magaziei de scule. În cele din urmă, manipulatorul introduce noua sculă în ax și o fixează, plasând în același timp vechea sculă în poziția goală a magaziei de scule pentru a finaliza operațiunea de schimbare a sculei. Această metodă de schimbare a sculei are o flexibilitate relativ ridicată și se poate adapta la diverse procese de procesare și combinații de scule, dar are cerințe mai mari pentru precizia manipulatorului și viteza de răspuns a sistemului de control. - Scula de pe ax este plasată într-un portsculă fix, iar scula care trebuie înlocuită se află într-un portsculă aleatoriu sau într-un portsculă fix.
Procesul de selectare a sculei este similar cu metoda de selectare aleatorie a portsculei de mai sus. La schimbarea sculei, după scoaterea acesteia din ax, magazia de scule trebuie rotită în prealabil în poziția specifică pentru primirea sculei axului, astfel încât vechea scula să poată fi trimisă înapoi cu precizie în magazia de scule. Această metodă de schimbare a sculei este mai frecventă în unele sarcini de prelucrare cu procese de prelucrare relativ fixe și frecvențe ridicate de utilizare a sculei axului. De exemplu, în unele proceduri de prelucrare a găurilor în producție pe loturi, se pot utiliza burghie sau alezoare specifice pe ax pentru o perioadă lungă de timp. În acest caz, plasarea sculei axului într-un portscule fix poate îmbunătăți stabilitatea și eficiența prelucrării. - Scula de pe ax se află într-un suport de scule aleatoriu, iar scula care trebuie înlocuită se află într-un suport de scule fix.
Procesul de selecție a sculelor constă, de asemenea, în selectarea sculei specificate din magazia de scule în funcție de cerințele procesului de prelucrare. La schimbarea sculei, scula preluată din ax va fi trimisă la cea mai apropiată poziție goală a sculei pentru utilizare ulterioară. Această metodă de schimbare a sculei, într-o anumită măsură, ia în considerare flexibilitatea depozitării sculelor și confortul gestionării magaziei de scule. Este potrivită pentru unele sarcini de prelucrare cu procese de prelucrare relativ complexe, numeroase tipuri de scule și frecvențe de utilizare relativ scăzute ale unor scule. De exemplu, în unele procese de matriță, se pot utiliza mai multe scule cu specificații diferite, dar unele scule speciale sunt utilizate mai rar. În acest caz, plasarea acestor scule în suporturi fixe de scule și depozitarea sculelor utilizate pe axul din apropiere poate îmbunătăți rata de utilizare a spațiului din magazia de scule și eficiența schimbării sculelor.
IV. Concluzie
Principiul și etapele schimbării automate a sculelor în centrele de prelucrare CNC reprezintă o inginerie de sistem complexă și precisă, care implică cunoștințe tehnice în multiple domenii, cum ar fi structura mecanică, controlul electric și programarea software. Înțelegerea aprofundată și stăpânirea tehnologiei de schimbare automată a sculelor sunt de o mare importanță pentru îmbunătățirea eficienței procesării, a preciziei procesării și a fiabilității echipamentelor centrelor de prelucrare CNC. Odată cu dezvoltarea continuă a industriei de producție și progresul tehnologic, dispozitivele de schimbare automată a sculelor din centrele de prelucrare CNC vor continua, de asemenea, să inoveze și să se îmbunătățească, îndreptându-se către o viteză mai mare, o precizie mai mare și o inteligență mai puternică pentru a satisface cererea tot mai mare de prelucrare a pieselor complexe și pentru a oferi un sprijin puternic pentru promovarea transformării și modernizării industriei de producție. În aplicațiile practice, operatorii ar trebui să aleagă în mod rezonabil metodele de încărcare a sculelor, metodele de selectare a sculelor și strategiile de schimbare a sculelor în funcție de caracteristicile și cerințele sarcinilor de prelucrare pentru a utiliza pe deplin avantajele centrelor de prelucrare CNC, a îmbunătăți eficiența producției și calitatea produselor. Între timp, producătorii de echipamente ar trebui, de asemenea, să optimizeze continuu procesele de proiectare și fabricație ale dispozitivelor de schimbare automată a sculelor pentru a îmbunătăți performanța și stabilitatea echipamentelor și a oferi utilizatorilor soluții de prelucrare CNC de calitate superioară și mai eficiente.