CNC-töötluskeskuste automaatse tööriistavahetuse põhimõte ja etapid
Kokkuvõte: See artikkel käsitleb üksikasjalikult automaatse tööriistavahetuse seadme olulisust CNC-töötluskeskustes, automaatse tööriistavahetuse põhimõtet ja konkreetseid samme, sealhulgas selliseid aspekte nagu tööriista laadimine, tööriista valik ja tööriistavahetus. Selle eesmärk on analüüsida põhjalikult automaatse tööriistavahetuse tehnoloogiat, pakkuda teoreetilist tuge ja praktilisi juhiseid CNC-töötluskeskuste töötlemise efektiivsuse ja täpsuse parandamiseks, aidata operaatoritel seda võtmetehnoloogiat paremini mõista ja omandada ning seejärel parandada tootmise efektiivsust ja toote kvaliteeti.
I. Sissejuhatus
CNC-töötluskeskused on tänapäevase tootmise võtmeseadmetena oma automaatsete tööriistavahetusseadmete, lõikeriistasüsteemide ja automaatsete kaubaaluste vahetamise seadmetega üliolulised. Nende seadmete kasutamine võimaldab töötluskeskustel töödeldava detaili mitme erineva osa töötlemist ühe paigaldusega lõpule viia, vähendades oluliselt riketeta seisakuid, lühendades tõhusalt toote tootmistsüklit ja parandades oluliselt toodete töötlemise täpsust. Nende hulgas on automaatse tööriistavahetusseadme jõudlus otseselt seotud töötlemise efektiivsusega. Seetõttu on selle põhimõtte ja sammude põhjalikul uurimisel oluline praktiline väärtus.
II. CNC-töötluskeskuste automaatse tööriistavahetuse põhimõte
(I) Tööriistavahetuse põhiprotsess
Kuigi CNC-töötluskeskustes on erinevat tüüpi tööriistasalve, näiteks ketas- ja kett-tüüpi tööriistasalved, on tööriistavahetuse põhiprotsess ühtne. Kui automaatne tööriistavahetusseade saab tööriistavahetuskäsu, käivitab kogu süsteem kiiresti tööriistavahetusprogrammi. Esiteks peatub spindl koheselt pöörlemas ja peatub tänu ülitäpsele positsioneerimissüsteemile täpselt etteantud tööriistavahetusasendis. Seejärel aktiveeritakse tööriista vabastusmehhanism, et tööriist spindlil vahetatavasse olekusse viia. Samal ajal juhib tööriistasalv vastavalt juhtimissüsteemi juhistele vastavaid ülekandeseadmeid, et uus tööriist kiiresti ja täpselt tööriistavahetusasendisse liigutada ning teostada ka tööriista vabastusoperatsioon. Seejärel tegutseb kaheharuline manipulaator kiiresti, et haarata täpselt nii uus kui ka vana tööriist samaaegselt. Pärast tööriistavahetuslaua pöörlemist õigesse asendisse paigaldab manipulaator uue tööriista spindlile ja asetab vana tööriista tööriistasalve tühja kohta. Lõpuks teostab spindl kinnitustoimingu, et uut tööriista kindlalt paigal hoida, ja naaseb juhtimissüsteemi juhiste kohaselt algsele töötlemisasendile, viies seega lõpule kogu tööriistavahetusprotsessi.
(II) Tööriista liikumise analüüs
Töötlemiskeskuses tööriista vahetamise protsessi ajal koosneb tööriista liikumine peamiselt neljast põhiosast:
- Tööriist peatub koos spindliga ja liigub tööriistavahetusasendisse: see protsess nõuab, et spindel peatuks kiiresti ja täpselt ning liiguks tööpingi koordinaattelgede liikumissüsteemi abil konkreetsesse tööriistavahetusasendisse. Tavaliselt saavutatakse see liikumine ülekandemehhanismi, näiteks mootori poolt käitatava kruvi-mutrite paari abil, et tagada spindli positsioneerimistäpsuse vastavus töötlemisnõuetele.
- Tööriista liikumine tööriistasalves: Tööriista liikumisrežiim tööriistasalves sõltub tööriistasalve tüübist. Näiteks ketitüüpi tööriistasalves liigub tööriist määratud asendisse koos keti pöörlemisega. See protsess nõuab tööriistasalve ajamimootorilt keti pöörlemisnurga ja kiiruse täpset juhtimist, et tööriist jõuaks täpselt tööriistavahetusasendisse. Ketastüüpi tööriistasalves saavutatakse tööriista positsioneerimine tööriistasalve pöörleva mehhanismi abil.
- Tööriista ülekandeliikumine tööriistavahetusmanipulaatoriga: Tööriistavahetusmanipulaatori liikumine on suhteliselt keerukas, kuna see peab saavutama nii pöörleva kui ka lineaarse liikumise. Tööriista haaramise ja vabastamise etappidel peab manipulaator tööriistale lähenema ja sellest lahkuma täpse lineaarse liikumise abil. Tavaliselt saavutatakse see hammaslattmehhanismi abil, mida käitab hüdrauliline silinder või õhusilinder, mis seejärel paneb mehaanilise käe lineaarse liikumise saavutamiseks tööle. Tööriista eemaldamise ja sisestamise etappidel peab manipulaator lisaks lineaarsele liikumisele tegema ka teatud pöördenurga, et tööriista saaks spindlist või tööriistasalvest sujuvalt eemaldada ja sinna sisestada. See pöörlev liikumine saavutatakse mehaanilise käe ja hammasratta võlli koostöö abil, mis hõlmab kinemaatiliste paaride teisendamist.
- Tööriista liikumine töötlemisasendisse tagasi koos tööriista vahetamisega: Pärast tööriista vahetamist peab spindl uue tööriistaga kiiresti tagasi algsele töötlemisasendile naasma, et jätkata järgmisi töötlemistoiminguid. See protsess sarnaneb tööriista liikumisega tööriista vahetamise asendisse, kuid vastupidises suunas. See nõuab ka suurt täpsust positsioneerimises ja kiiret reageerimist, et vähendada seisakuid töötlemisprotsessi ajal ja parandada töötlemise efektiivsust.
III. Automaatse tööriistavahetuse etapid CNC-töötluskeskustes
(I) Tööriista laadimine
- Juhusliku tööriistahoidiku laadimise meetod
Sellel tööriistade laadimise meetodil on suhteliselt suur paindlikkus. Operaatorid saavad tööriistu paigutada mis tahes tööriistahoidikusse tööriistasalves. Siiski tuleb märkida, et pärast tööriista paigaldamist tuleb täpselt registreerida tööriistahoidiku number, kus tööriist asub, et juhtimissüsteem saaks tööriista järgnevas töötlemisprotsessis programmi juhiste kohaselt täpselt leida ja välja kutsuda. Näiteks mõnes keerulises vormitöötluses võib olla vaja tööriistu sageli vahetada vastavalt erinevatele töötlemisprotseduuridele. Sellisel juhul saab juhusliku tööriistahoidiku laadimise meetodi abil tööriistade hoiustamispositsioone mugavalt paigutada vastavalt tegelikule olukorrale ja parandada tööriistade laadimise efektiivsust. - Fikseeritud tööriistahoidiku laadimismeetod
Erinevalt juhusliku tööriistahoidiku laadimise meetodist nõuab fikseeritud tööriistahoidiku laadimise meetod tööriistade paigutamist eelnevalt määratud spetsiaalsetesse tööriistahoidikutesse. Selle meetodi eeliseks on tööriistade fikseeritud hoiustuskohad, mida on operaatoritel mugav meeles pidada ja hallata, ning see soodustab ka tööriistade kiiret positsioneerimist ja juhtimissüsteemi poolt kutsumist. Mõnes partiitootmise töötlemisülesandes, kui töötlemisprotsess on suhteliselt fikseeritud, võib fikseeritud tööriistahoidiku laadimise meetodi kasutuselevõtt parandada töötlemise stabiilsust ja usaldusväärsust ning vähendada tööriistade valede hoiustuskohtade põhjustatud töötlemisõnnetusi.
(II) Tööriista valik
Tööriistavalik on automaatse tööriistavahetuse protsessi võtmelüli ning selle eesmärk on valida tööriistasalvest kiiresti ja täpselt vajalik tööriist, et rahuldada erinevate töötlemisprotseduuride vajadusi. Praegu on peamiselt kaks levinud tööriistavaliku meetodit:
- Järjestikune tööriistavalik
Järjestikuse tööriistavaliku meetodi puhul peavad operaatorid tööriistad tööriistahoidikutesse asetama tööriistade laadimisel rangelt vastavalt tehnoloogilise protsessi järjestusele. Töötlemisprotsessi käigus võtab juhtimissüsteem tööriistad ükshaaval vastavalt tööriistade paigutusjärjestusele ja asetab need pärast kasutamist tagasi algsetesse tööriistahoidikutesse. Selle tööriistavaliku meetodi eeliseks on selle lihtne kasutamine ja madal hind ning see sobib mõnede töötlemisülesannete jaoks, mis nõuavad suhteliselt lihtsaid töötlemisprotsesse ja fikseeritud tööriistade kasutusjärjestust. Näiteks mõnede lihtsate võlliosade töötlemisel võib vaja minna ainult mõnda tööriista fikseeritud järjekorras. Sellisel juhul saab järjestikuse tööriistavaliku meetodi abil täita töötlemisnõudeid ning vähendada seadmete kulusid ja keerukust. - Juhuslik tööriistavalik
- Tööriistahoidiku kodeerimise tööriista valik
See tööriistavaliku meetod hõlmab iga tööriistahoidiku kodeerimist tööriistasalves ja seejärel tööriistahoidiku koodidele vastavate tööriistade ükshaaval asetamist määratud tööriistahoidikutesse. Programmeerimisel kasutavad operaatorid aadressi T, et määrata tööriistahoidiku kood, kus tööriist asub. Juhtimissüsteem juhib tööriistasalve, et liigutada vastav tööriist tööriistavahetusasendisse vastavalt sellele kodeerimisteabele. Tööriistahoidiku kodeerimise tööriistavaliku meetodi eeliseks on see, et tööriistavalik on paindlikum ja seda saab kohandada mõnede töötlemisülesannetega, millel on suhteliselt keerulised töötlemisprotsessid ja fikseerimata tööriistade kasutusjärjestus. Näiteks mõnede keerukate lennundusdetailide töötlemisel võib olla vaja tööriistu sageli vahetada vastavalt erinevatele töötlemisdetailidele ja protsessinõuetele ning tööriistade kasutusjärjestus on fikseerimata. Sellisel juhul saab tööriistahoidiku kodeerimise tööriistavaliku meetodiga mugavalt teostada tööriistade kiiret valimist ja asendamist ning parandada töötlemise efektiivsust. - Arvuti mälu tööriista valik
Arvuti mälust tööriistade valik on täiustatud ja intelligentsem tööriistade valiku meetod. Selle meetodi puhul salvestatakse tööriistade numbrid ja nende salvestuspositsioonid või tööriistahoidikute numbrid vastavalt arvuti mällu või programmeeritava loogikakontrolleri mällu. Kui töötlemisprotsessi ajal on vaja tööriistu vahetada, hangib juhtimissüsteem programmi juhiste kohaselt otse tööriistade asukohateabe mälust ja juhib tööriistasalve, et tööriistad kiiresti ja täpselt tööriistavahetuspositsioonile viia. Lisaks, kuna arvuti mäletab tööriistade salvestusaadressi muutust reaalajas, saab tööriistu tööriistasalvest juhuslikult välja võtta ja tagasi saata, mis parandab oluliselt tööriistade haldamise efektiivsust ja kasutuspaindlikkust. Seda tööriistade valiku meetodit kasutatakse laialdaselt tänapäevastes ülitäpsete ja suure tõhususega CNC-töötluskeskustes, mis sobib eriti hästi keerukate töötlemisprotsesside ja arvukate tööriistatüüpidega ülesannete töötlemiseks, näiteks selliste osade nagu automootori plokkide ja silindripeade töötlemiseks.
(III) Tööriistavahetus
Tööriistavahetusprotsessi saab jagada järgmisteks olukordadeks vastavalt spindlil oleva tööriista hoidikute tüübile ja tööriistamagasinas vahetatavale tööriistale:
- Nii spindlil olev tööriist kui ka tööriistasalves vahetatav tööriist on juhuslikes tööriistahoidikutes.
Sellisel juhul on tööriistavahetusprotsess järgmine: esiteks teostab tööriistasalv tööriista valiku operatsiooni vastavalt juhtimissüsteemi juhistele, et kiiresti liigutada vahetatav tööriist tööriistavahetusasendisse. Seejärel sirutub kaheharuline manipulaator välja, et haarata täpselt uus tööriist tööriistasalvest ja vana tööriist spindlilt. Seejärel pöörleb tööriistavahetuslaud, et pöörata uus ja vana tööriist vastavalt spindli ja tööriistasalve vastavatesse asenditesse. Lõpuks sisestab manipulaator uue tööriista spindlisse ja kinnitab selle ning asetab samal ajal vana tööriista tööriistasalve tühja asendisse, et tööriistavahetusoperatsioon lõpule viia. Sellel tööriistavahetusmeetodil on suhteliselt suur paindlikkus ja see saab kohanduda erinevate töötlemisprotsesside ja tööriistakombinatsioonidega, kuid sellel on kõrgemad nõuded manipulaatori täpsuse ja juhtimissüsteemi reageerimiskiiruse osas. - Spindlil olev tööriist on paigutatud fikseeritud tööriistahoidikusse ja vahetatav tööriist on juhusliku tööriistahoidikus või fikseeritud tööriistahoidikus.
Tööriista valimise protsess sarnaneb ülaltoodud juhusliku tööriistahoidiku tööriista valimise meetodiga. Tööriista vahetamisel tuleb pärast tööriista spindlilt võtmist tööriistasalv eelnevalt pöörata spindlitööriista vastuvõtmiseks sobivasse asendisse, et vana tööriista saaks täpselt tööriistasalve tagasi saata. See tööriistavahetuse meetod on levinum mõnedes töötlemisülesannetes, kus töötlemisprotsessid on suhteliselt fikseeritud ja spindlitööriista kasutatakse sageli. Näiteks mõnes partiitootmise augu töötlemise protseduuris võidakse spindlil pikka aega kasutada spetsiifilisi puure või puure. Sellisel juhul võib spindlitööriista paigutamine fikseeritud tööriistahoidikusse parandada töötlemise stabiilsust ja efektiivsust. - Spindlil olev tööriist on juhusliku tööriista hoidikus ja vahetatav tööriist on fikseeritud tööriista hoidikus.
Tööriista valiku protsess hõlmab ka tööriistasalvest vajaliku tööriista valimist vastavalt töötlemisprotsessi nõuetele. Tööriista vahetamisel saadetakse spindlist võetud tööriist lähimasse vabasse tööriistapositsiooni edasiseks kasutamiseks. See tööriistavahetusmeetod võtab teatud määral arvesse tööriistade hoiustamise paindlikkust ja tööriistasalve haldamise mugavust. See sobib mõnede töötlemisülesannete jaoks, kus on suhteliselt keerulised töötlemisprotsessid, arvukalt tööriistatüüpe ja mõnede tööriistade suhteliselt madal kasutussagedus. Näiteks mõnes vormitöötluses võib kasutada mitut erineva spetsifikatsiooniga tööriista, kuid mõnda spetsiaalset tööriista kasutatakse harvemini. Sellisel juhul võib nende tööriistade paigutamine fikseeritud tööriistahoidikutesse ja kasutatud tööriistade hoidmine lähedal asuval spindlil parandada tööriistasalve ruumikasutust ja tööriistavahetuse efektiivsust.
IV. Kokkuvõte
CNC-töötluskeskuste automaatse tööriistavahetuse põhimõte ja etapid on keerukas ja täpne süsteemitehnika, mis hõlmab tehnilisi teadmisi mitmes valdkonnas, nagu mehaaniline konstruktsioon, elektriline juhtimine ja tarkvaraprogrammeerimine. Automaatse tööriistavahetuse tehnoloogia põhjalik mõistmine ja valdamine on CNC-töötluskeskuste töötlemise efektiivsuse, töötlemise täpsuse ja seadmete töökindluse parandamiseks väga oluline. Tootva tööstuse pideva arengu ja tehnoloogia arenguga jätkavad ka CNC-töötluskeskuste automaatsed tööriistavahetusseadmed uuenduste ja täiustumist, liikudes suurema kiiruse, suurema täpsuse ja tugevama intelligentsuse poole, et rahuldada kasvavat nõudlust keerukate osade töötlemise järele ning pakkuda tugevat tuge töötleva tööstuse ümberkujundamise ja ajakohastamise edendamiseks. Praktikas peaksid operaatorid mõistlikult valima tööriistade laadimise meetodid, tööriistade valiku meetodid ja tööriistade vahetamise strateegiad vastavalt töötlemisülesannete omadustele ja nõuetele, et täielikult ära kasutada CNC-töötluskeskuste eeliseid, parandada tootmise efektiivsust ja toote kvaliteeti. Samal ajal peaksid seadmete tootjad pidevalt optimeerima automaatsete tööriistavahetusseadmete projekteerimis- ja tootmisprotsesse, et parandada seadmete jõudlust ja stabiilsust ning pakkuda kasutajatele kvaliteetsemaid ja tõhusamaid CNC-töötluslahendusi.