Принцип и кораци аутоматске измене алата у ЦНЦ обрадним центрима
Апстракт: Овај рад детаљно разрађује значај уређаја за аутоматску измену алата у CNC обрадним центрима, принцип аутоматске измене алата и специфичне кораке, укључујући аспекте као што су учитавање алата, избор алата и измена алата. Циљ му је да дубински анализира технологију аутоматске измене алата, пружи теоријску подршку и практичне смернице за побољшање ефикасности обраде и тачности CNC обрадних центара, помогне оператерима да боље разумеју и савладају ову кључну технологију, а затим побољшају ефикасност производње и квалитет производа.
I. Увод
Као кључна опрема у модерној производњи, CNC обрадни центри играју кључну улогу са својим уређајима за аутоматску измену алата, системима алата за сечење и уређајима за аутоматску измену палета. Примена ових уређаја омогућава обрадним центрима да заврше обраду више различитих делова радног предмета након једне инсталације, значајно смањујући време застоја без кварова, ефикасно скраћујући циклус производње производа, а такође има значајан значај за побољшање тачности обраде производа. Као кључни део међу њима, перформансе уређаја за аутоматску измену алата су директно повезане са нивоом ефикасности обраде. Стога, детаљно истраживање његовог принципа и корака има важну практичну вредност.
II. Принцип аутоматске измене алата у CNC обрадним центрима
(I) Основни процес промене алата
Иако постоје различите врсте магазина алата у CNC обрадним центрима, као што су магазини алата типа диска и магазини алата типа ланца, основни процес промене алата је доследан. Када уређај за аутоматску измену алата прими инструкцију за измену алата, цео систем брзо покреће програм за измену алата. Прво, вретено ће одмах престати да се окреће и прецизно се зауставити на унапред подешеном положају за измену алата помоћу високопрецизног система позиционирања. Након тога, механизам за одвајање алата се активира како би алат на вретену био у стању за замену. У међувремену, према инструкцијама система управљања, магазин алата покреће одговарајуће преносне уређаје како би брзо и прецизно померио нови алат у положај за измену алата и такође извршио операцију одвајања алата. Затим, двокраки манипулатор брзо делује како би прецизно ухватио и нови и стари алат истовремено. Након што се сто за измену алата окрене у исправан положај, манипулатор инсталира нови алат на вретено и поставља стари алат у празан положај магазина алата. Коначно, вретено врши стезање како би чврсто држало нови алат и враћа се у почетни положај обраде према упутствима система управљања, чиме се завршава цео процес промене алата.
(II) Анализа кретања алата
Током процеса промене алата у обрадном центру, кретање алата се углавном састоји од четири кључна дела:
- Алат се зауставља са вретеном и помера се у положај за измену алата: Овај процес захтева да вретено брзо и прецизно престане да се окреће и помери се у одређени положај за измену алата путем система за померање координатних оса алатне машине. Обично се ово кретање постиже механизмом преноса као што је пар вијака и навртке који покреће мотор како би се осигурало да тачност позиционирања вретена испуњава захтеве обраде.
- Кретање алата у магазину алата: Режим кретања алата у магазину алата зависи од типа магазина алата. На пример, у магазину алата ланчаног типа, алат се помера на задати положај заједно са ротацијом ланца. Овај процес захтева да погонски мотор магазина алата прецизно контролише угао ротације и брзину ланца како би се осигурало да алат може прецизно да достигне положај за измену алата. У магазину алата дискног типа, позиционирање алата се постиже помоћу ротационог механизма магазина алата.
- Преносно кретање алата помоћу манипулатора за промену алата: Кретање манипулатора за промену алата је релативно сложено јер захтева и ротационо и линеарно кретање. Током фаза хватања и отпуштања алата, манипулатор мора да приђе и напусти алат прецизним линеарним кретањем. Обично се то постиже механизмом зупчаника и летве, који покреће хидраулични цилиндар или ваздушни цилиндар, који затим покреће механичку руку да би се постигло линеарно кретање. Током фаза извлачења и уметања алата, поред линеарног кретања, манипулатор такође мора да изврши одређени угао ротације како би се осигурало да се алат може глатко извући и уметнути у вретено или магазин алата. Ово ротационо кретање се постиже сарадњом између механичке руке и вратила зупчаника, што укључује конверзију кинематичких парова.
- Повратак алата у положај за обраду помоћу алата: Након што је замена алата завршена, вретено треба брзо да се врати у првобитни положај за обраду са новим алатом како би се наставиле наредне операције обраде. Овај процес је сличан кретању алата у положај за измену алата, али у супротном смеру. Такође захтева високо прецизно позиционирање и брз одзив како би се смањило време застоја током процеса обраде и побољшала ефикасност обраде.
III. Кораци аутоматске промене алата у CNC обрадним центрима
(I) Учитавање алата
- Метода учитавања случајног држача алата
Ова метода утовара алата има релативно велику флексибилност. Оператори могу поставити алате у било који држач алата у магазину алата. Међутим, треба напоменути да након завршетка инсталације алата, број држача алата на којем се алат налази мора бити тачно забележен како би систем управљања могао прецизно да пронађе и позове алат према упутствима програма у наредном процесу обраде. На пример, код неких сложених обрада калупа, алате може бити потребно често мењати у складу са различитим поступцима обраде. У овом случају, метода насумичног утовара држача алата може погодно распоредити положаје складиштења алата према стварној ситуацији и побољшати ефикасност утовара алата. - Метода учитавања фиксног држача алата
За разлику од методе насумичног утовара држача алата, метода утовара фиксног држача алата захтева да се алати морају поставити у унапред подешене држаче алата. Предност ове методе је у томе што су положаји складиштења алата фиксни, што је погодно за оператере да их запамте и управљају, а такође погодује брзом позиционирању и позивању алата од стране контролног система. У неким задацима обраде серијске производње, ако је процес обраде релативно фиксиран, усвајање методе утовара фиксног држача алата може побољшати стабилност и поузданост обраде и смањити незгоде у обради изазване неправилним положајима складиштења алата.
(II) Избор алата
Избор алата је кључна карика у процесу аутоматске измене алата, а његова сврха је брз и прецизан избор одређеног алата из магазина алата како би се задовољиле потребе различитих поступака обраде. Тренутно постоје углавном следеће две уобичајене методе избора алата:
- Секвенцијални избор алата
Метод секвенцијалног избора алата захтева од оператера да постављају алате у држаче алата у строгом складу са редоследом технолошког процеса приликом утовара алата. Током процеса обраде, управљачки систем ће узимати алате један по један према редоследу постављања алата и враћати их у оригиналне држаче алата након употребе. Предност овог метода избора алата је у томе што је једноставан за руковање и има ниску цену, а погодан је за неке задатке обраде са релативно једноставним процесима обраде и фиксним редоследом употребе алата. На пример, код обраде неких једноставних делова вратила, може бити потребно само неколико алата у фиксном редоследу. У овом случају, метод секвенцијалног избора алата може задовољити захтеве обраде и смањити трошкове и сложеност опреме. - Случајни избор алата
- Кодирање држача алата Избор алата
Ова метода избора алата подразумева кодирање сваког држача алата у магазину алата, а затим постављање алата који одговарају кодовима држача алата у наведене држаче алата један по један. Приликом програмирања, оператери користе адресу Т да би одредили код држача алата где се алат налази. Контролни систем покреће магазин алата да би померио одговарајући алат у положај за измену алата у складу са овим информацијама о кодирању. Предност методе избора алата са кодирањем држача алата је у томе што је избор алата флексибилнији и може се прилагодити неким задацима обраде са релативно сложеним процесима обраде и нефиксираним редоследом употребе алата. На пример, код обраде неких сложених делова за авионе, алате може бити потребно често мењати у складу са различитим деловима обраде и захтевима процеса, а редослед употребе алата је нефиксиран. У овом случају, метода избора алата са кодирањем држача алата може погодно омогућити брз избор и замену алата и побољшати ефикасност обраде. - Избор алата за меморију рачунара
Избор алата помоћу меморије рачунара је напреднија и интелигентнија метода избора алата. Према овој методи, бројеви алата и њихове позиције складиштења или бројеви држача алата се одговарајуће меморишу у меморији рачунара или меморији програмабилног логичког контролера. Када је потребно променити алате током процеса обраде, управљачки систем ће директно добити информације о позицији алата из меморије према инструкцијама програма и покренути магазин алата да брзо и прецизно помери алате у позицију за измену алата. Штавише, пошто рачунар може да запамти промену адресе складиштења алата у реалном времену, алати се могу насумично вадити и враћати у магазин алата, што значајно побољшава ефикасност управљања и флексибилност коришћења алата. Ова метода избора алата се широко користи у модерним високопрецизним и високоефикасним ЦНЦ обрадничким центрима, посебно је погодна за задатке обраде са сложеним процесима обраде и бројним врстама алата, као што је обрада делова попут блокова мотора аутомобила и глава цилиндара.
(III) Промена алата
Процес замене алата може се поделити на следеће ситуације према типовима држача алата на вретену и алата који се замењује у магазину алата:
- И алат на вретену и алат који треба заменити у магазину алата налазе се у насумичним држачима алата
У овом случају, процес промене алата је следећи: Прво, магазин алата врши операцију избора алата према упутствима управљачког система како би брзо померио алат који треба заменити у положај за измену алата. Затим се двокраки манипулатор извлачи како би прецизно ухватио нови алат у магазину алата и стари алат на вретену. Затим се сто за измену алата ротира како би ротирао нови и стари алат у одговарајуће положаје вретена и магазина алата. На крају, манипулатор убацује нови алат у вретено и стеже га, а истовремено поставља стари алат у празан положај магазина алата како би завршио операцију измене алата. Овај метод измене алата има релативно велику флексибилност и може се прилагодити различитим процесима обраде и комбинацијама алата, али има веће захтеве за тачност манипулатора и брзину одзива управљачког система. - Алат на вретену је постављен у фиксни држач алата, а алат који треба заменити је у насумичном држачу алата или фиксном држачу алата
Процес избора алата је сличан горе описаном методу случајног избора алата за држач алата. Приликом промене алата, након вађења алата са вретена, магазин алата треба унапред ротирати у одређени положај за пријем алата вретена како би се стари алат могао прецизно вратити у магазин алата. Овај метод промене алата је чешћи у неким задацима обраде са релативно фиксним процесима обраде и високом фреквенцијом коришћења алата вретена. На пример, у неким поступцима обраде рупа у серијској производњи, специфичне бургије или развртачи могу се користити на вретену дуже време. У овом случају, постављање алата вретена у фиксни држач алата може побољшати стабилност и ефикасност обраде. - Алат на вретену је у држачу алата са случајним распоредом, а алат који треба заменити је у држачу алата са фиксним распоредом.
Процес избора алата такође подразумева избор одређеног алата из магазина алата у складу са захтевима процеса обраде. Приликом промене алата, алат узет из вретена биће послат на најближу празну позицију алата за каснију употребу. Овај метод промене алата, донекле, узима у обзир флексибилност складиштења алата и погодност управљања магазином алата. Погодан је за неке задатке обраде са релативно сложеним процесима обраде, бројним врстама алата и релативно ниском учесталошћу коришћења неких алата. На пример, у неким обрадама калупа, може се користити више алата различитих спецификација, али се неки специјални алати користе ређе. У овом случају, постављање ових алата у фиксне држаче алата и складиштење коришћених алата на вретену у близини може побољшати стопу искоришћења простора у магазину алата и ефикасност промене алата.
IV. Закључак
Принцип и кораци аутоматске измене алата у ЦНЦ обрадним центрима су сложен и прецизан системски инжењеринг, који укључује техничко знање у више области као што су механичка структура, електрично управљање и софтверско програмирање. Дубинско разумевање и савладавање технологије аутоматске измене алата су од великог значаја за побољшање ефикасности обраде, тачности обраде и поузданости опреме ЦНЦ обрадних центара. Са континуираним развојем производне индустрије и технолошким напретком, уређаји за аутоматску измену алата ЦНЦ обрадних центара ће такође наставити да се иновирају и побољшавају, крећући се ка већој брзини, већој тачности и јачој интелигенцији како би задовољили растућу потражњу за обрадом сложених делова и пружили снажну подршку за промоцију трансформације и унапређења производне индустрије. У практичним применама, оператери треба разумно да бирају методе утовара алата, методе избора алата и стратегије измене алата у складу са карактеристикама и захтевима задатака обраде како би у потпуности искористили предности ЦНЦ обрадних центара, побољшали ефикасност производње и квалитет производа. У међувремену, произвођачи опреме треба такође континуирано да оптимизују процесе пројектовања и производње уређаја за аутоматску измену алата како би побољшали перформансе и стабилност опреме и пружили корисницима квалитетнија и ефикаснија ЦНЦ обрадна решења.