Automatinio įrankių keitimo principas ir žingsniai CNC apdirbimo centruose
Santrauka: Šiame straipsnyje išsamiai nagrinėjama automatinio įrankių keitimo įtaiso svarba CNC apdirbimo centruose, automatinio įrankių keitimo principas ir konkretūs žingsniai, įskaitant tokius aspektus kaip įrankių įkrovimas, įrankių pasirinkimas ir įrankių keitimas. Straipsnio tikslas – nuodugniai išanalizuoti automatinio įrankių keitimo technologiją, pateikti teorinį pagrindą ir praktines gaires, kaip pagerinti CNC apdirbimo centrų apdorojimo efektyvumą ir tikslumą, padėti operatoriams geriau suprasti ir įvaldyti šią pagrindinę technologiją, o tada pagerinti gamybos efektyvumą ir gaminių kokybę.
I. Įvadas
CNC apdirbimo centrai, kaip pagrindinė šiuolaikinės gamybos įranga, atlieka itin svarbų vaidmenį dėl savo automatinių įrankių keitimo įtaisų, pjovimo įrankių sistemų ir automatinių padėklų keitimo įtaisų. Šių įtaisų naudojimas leidžia apdirbimo centrams po vieno įrengimo užbaigti kelių skirtingų ruošinio dalių apdirbimą, gerokai sumažinant prastovų laiką be gedimų, efektyviai sutrumpinant gaminio gamybos ciklą ir taip pat turint didelę reikšmę gaminių apdorojimo tikslumo gerinimui. Kaip pagrindinė jų dalis, automatinio įrankių keitimo įtaiso našumas yra tiesiogiai susijęs su apdorojimo efektyvumo lygiu. Todėl išsamūs jo principo ir žingsnių tyrimai turi didelę praktinę vertę.
II. Automatinio įrankių keitimo principas CNC apdirbimo centruose
(I) Pagrindinis įrankių keitimo procesas
Nors CNC apdirbimo centruose yra įvairių tipų įrankių dėtuvės, pavyzdžiui, disko tipo įrankių dėtuvės ir grandininės tipo įrankių dėtuvės, pagrindinis įrankių keitimo procesas yra nuoseklus. Kai automatinis įrankių keitimo įtaisas gauna įrankio keitimo komandą, visa sistema greitai paleidžia įrankių keitimo programą. Pirma, velenas iš karto nustoja suktis ir tiksliai sustoja iš anksto nustatytoje įrankio keitimo padėtyje, naudojant didelio tikslumo padėties nustatymo sistemą. Vėliau įjungiamas įrankio atlaisvinimo mechanizmas, kad įrankis ant veleno būtų keičiamas. Tuo tarpu, pagal valdymo sistemos instrukcijas, įrankių dėtuvė valdo atitinkamus perdavimo įrenginius, kad greitai ir tiksliai perkeltų naują įrankį į įrankio keitimo padėtį ir atliktų įrankio atlaisvinimo operaciją. Tada dvigubos rankos manipuliatorius greitai veikia, kad tiksliai paimtų ir naujus, ir senus įrankius vienu metu. Įrankių keitimo stalui pasisukus į teisingą padėtį, manipuliatorius sumontuoja naują įrankį ant veleno ir įdeda seną įrankį į tuščią įrankių dėtuvės vietą. Galiausiai, velenas atlieka prispaudimo veiksmą, kad tvirtai laikytų naują įrankį, ir grįžta į pradinę apdorojimo padėtį pagal valdymo sistemos nurodymus, taip užbaigdamas visą įrankio keitimo procesą.
(II) Įrankio judėjimo analizė
Įrankio keitimo proceso metu apdirbimo centre įrankio judėjimas daugiausia susideda iš keturių pagrindinių dalių:
- Įrankis sustoja kartu su velenu ir juda įrankio keitimo padėtį: šiam procesui reikia, kad velenas greitai ir tiksliai nustotų suktis ir per staklės koordinačių ašių judėjimo sistemą judintų į konkrečią įrankio keitimo padėtį. Paprastai šis judėjimas pasiekiamas perdavimo mechanizmu, pvz., variklio varoma varžtų ir veržlių pora, siekiant užtikrinti, kad veleno padėties nustatymo tikslumas atitiktų apdorojimo reikalavimus.
- Įrankio judėjimas įrankių dėtuvėje: Įrankio judėjimo režimas įrankių dėtuvėje priklauso nuo įrankių dėtuvės tipo. Pavyzdžiui, grandininėje įrankių dėtuvėje įrankis juda į nurodytą padėtį kartu su grandinės sukimu. Šiam procesui reikalingas įrankių dėtuvės varomasis variklis, kuris tiksliai valdo grandinės sukimosi kampą ir greitį, kad įrankis tiksliai pasiektų įrankio keitimo padėtį. Diskinėje įrankių dėtuvėje įrankio padėtis nustatoma naudojant įrankių dėtuvės sukimosi mechanizmą.
- Įrankio perkėlimo judėjimas naudojant įrankių keitimo manipuliatorių: Įrankių keitimo manipuliatoriaus judėjimas yra gana sudėtingas, nes jam reikia atlikti ir sukamuosius, ir tiesinius judesius. Įrankio sugriebimo ir atleidimo etapuose manipuliatorius turi priartėti prie įrankio ir jį palikti tiksliu tiesiniu judesiu. Paprastai tai pasiekiama krumpliastiebio mechanizmu, varomu hidraulinio cilindro arba oro cilindro, kuris tada suka mechaninę svirtį, kad būtų pasiektas tiesinis judėjimas. Įrankio ištraukimo ir įdėjimo etapuose, be tiesinio judėjimo, manipuliatorius taip pat turi atlikti tam tikrą sukimosi kampą, kad įrankis būtų sklandžiai ištrauktas iš veleno arba įrankių dėtuvės ir įdėtas į ją. Šis sukamasis judėjimas pasiekiamas bendradarbiaujant mechaninei svirtiai ir krumpliaračio velenui, konvertuojant kinematines poras.
- Įrankio grįžimas į apdorojimo padėtį su 主轴: Baigus įrankio keitimą, velenas turi greitai grįžti į pradinę apdorojimo padėtį su nauju įrankiu, kad būtų galima tęsti tolesnes apdorojimo operacijas. Šis procesas panašus į įrankio judėjimą į įrankio keitimo padėtį, bet priešinga kryptimi. Taip pat reikalingas didelis tikslus padėties nustatymas ir greitas reagavimas, siekiant sumažinti prastovas apdorojimo proceso metu ir pagerinti apdorojimo efektyvumą.
III. Automatinio įrankių keitimo etapai CNC apdirbimo centruose
(I) Įrankio įkrovimas
- Atsitiktinio įrankio laikiklio pakrovimo metodas
Šis įrankių pakrovimo būdas yra gana lankstus. Operatoriai gali įdėti įrankius į bet kurį įrankių laikiklį įrankių dėtuvėje. Tačiau reikia atkreipti dėmesį, kad įdiegus įrankį, reikia tiksliai užregistruoti įrankių laikiklio, kuriame yra įrankis, numerį, kad valdymo sistema galėtų tiksliai rasti ir iškviesti įrankį pagal programos instrukcijas vėlesniame apdorojimo procese. Pavyzdžiui, atliekant sudėtingą liejimo procesą, įrankius gali tekti dažnai keisti pagal skirtingas apdorojimo procedūras. Tokiu atveju atsitiktinis įrankių laikiklių pakrovimo metodas gali patogiai išdėstyti įrankių laikymo vietas pagal faktinę situaciją ir pagerinti įrankių pakrovimo efektyvumą. - Fiksuoto įrankio laikiklio pakrovimo metodas
Skirtingai nuo atsitiktinio įrankių laikiklių įkrovimo metodo, fiksuotų įrankių laikiklių įkrovimo metodas reikalauja, kad įrankiai būtų sudėti į iš anksto nustatytus specialius įrankių laikiklius. Šio metodo privalumas yra tas, kad įrankių laikymo pozicijos yra fiksuotos, todėl operatoriams patogu jas atsiminti ir valdyti, be to, tai padeda valdymo sistemai greitai nustatyti ir iškviesti įrankius. Kai kuriose partijos gamybos apdorojimo užduotyse, jei apdorojimo procesas yra santykinai fiksuotas, fiksuotų įrankių laikiklių įkrovimo metodo taikymas gali pagerinti apdorojimo stabilumą ir patikimumą bei sumažinti apdorojimo avarijas, atsirandančias dėl neteisingų įrankių laikymo padėčių.
(II) Įrankio pasirinkimas
Įrankio parinkimas yra pagrindinė automatinio įrankių keitimo proceso grandis, kurios tikslas – greitai ir tiksliai pasirinkti nurodytą įrankį iš įrankių dėtuvės, kad būtų patenkinti skirtingų apdorojimo procedūrų poreikiai. Šiuo metu yra daugiausia šie du įprasti įrankių parinkimo metodai:
- Nuoseklus įrankių pasirinkimas
Nuoseklus įrankių parinkimo metodas reikalauja, kad operatoriai įrankius į įrankių laikiklius įdėtų griežtai laikydamiesi technologinio proceso sekos, kraudami įrankius. Apdorojimo proceso metu valdymo sistema po vieną paims įrankius pagal jų išdėstymo seką ir po naudojimo įdės juos atgal į pradinius įrankių laikiklius. Šio įrankių parinkimo metodo privalumas yra tas, kad jį paprasta naudoti ir jis yra pigus, be to, jis tinka kai kurioms apdorojimo užduotims, kurioms būdingi gana paprasti apdorojimo procesai ir fiksuotos įrankių naudojimo sekos. Pavyzdžiui, apdorojant kai kurias paprastas veleno dalis, gali prireikti tik kelių įrankių fiksuotoje sekoje. Tokiu atveju nuoseklus įrankių parinkimo metodas gali atitikti apdorojimo reikalavimus ir sumažinti įrangos kainą bei sudėtingumą. - Atsitiktinis įrankio pasirinkimas
- Įrankio laikiklio kodavimo įrankio pasirinkimas
Šis įrankių parinkimo metodas apima kiekvieno įrankių laikiklio kodavimą įrankių dėtuvėje, o tada įrankių, atitinkančių įrankių laikiklių kodus, įdėjimą į nurodytus įrankių laikiklius po vieną. Programuodami operatoriai naudoja adresą T, kad nurodytų įrankių laikiklio kodą, kuriame yra įrankis. Valdymo sistema valdo įrankių dėtuvę, kad ji perkeltų atitinkamą įrankį į įrankių keitimo padėtį pagal šią kodavimo informaciją. Įrankių laikiklio kodavimo įrankio parinkimo metodo privalumas yra tas, kad įrankių parinkimas yra lankstesnis ir gali būti pritaikytas kai kurioms apdorojimo užduotims su gana sudėtingais apdorojimo procesais ir nefiksuotomis įrankių naudojimo sekomis. Pavyzdžiui, apdorojant kai kurias sudėtingas aviacijos detales, įrankius gali tekti dažnai keisti pagal skirtingas apdirbimo detales ir proceso reikalavimus, o įrankių naudojimo seka yra nefiksuota. Šiuo atveju įrankių laikiklio kodavimo įrankio parinkimo metodas gali patogiai realizuoti greitą įrankių pasirinkimą ir pakeitimą bei pagerinti apdorojimo efektyvumą. - Kompiuterio atminties įrankio pasirinkimas
Kompiuterio atminties įrankių pasirinkimas yra pažangesnis ir išmanesnis įrankių pasirinkimo metodas. Taikant šį metodą, įrankių numeriai ir jų saugojimo vietos arba įrankių laikiklių numeriai atitinkamai įsimenami kompiuterio atmintyje arba programuojamo loginio valdiklio atmintyje. Kai apdorojimo proceso metu reikia pakeisti įrankius, valdymo sistema tiesiogiai gaus įrankių padėties informaciją iš atminties pagal programos instrukcijas ir valdys įrankių dėtuvę, kad ji greitai ir tiksliai perkeltų įrankius į įrankių keitimo padėtį. Be to, kadangi kompiuteris realiuoju laiku gali įsiminti įrankių saugojimo adreso pakeitimą, įrankius galima išimti ir grąžinti į įrankių dėtuvę atsitiktine tvarka, o tai labai pagerina įrankių valdymo efektyvumą ir naudojimo lankstumą. Šis įrankių pasirinkimo metodas plačiai naudojamas šiuolaikiniuose didelio tikslumo ir didelio efektyvumo CNC apdirbimo centruose, ypač tinka apdorojimo užduotims, kuriose naudojami sudėtingi apdorojimo procesai ir daugybė įrankių tipų, pavyzdžiui, tokių dalių kaip automobilių variklių blokai ir cilindrų galvutės apdirbimui.
(III) Įrankio keitimas
Įrankio keitimo procesą galima suskirstyti į šias situacijas pagal įrankio įrankių laikiklių tipus ant veleno ir keičiamą įrankį įrankių dėtuvėje:
- Ir įrankis ant veleno, ir įrankis, kurį reikia pakeisti įrankių dėtuvėje, yra atsitiktiniuose įrankių laikikliuose.
Šiuo atveju įrankių keitimo procesas yra toks: pirmiausia įrankių dėtuvė atlieka įrankių pasirinkimo operaciją pagal valdymo sistemos instrukcijas, kad greitai perkeltų keičiamą įrankį į įrankių keitimo padėtį. Tada dvigubos svirties manipuliatorius išsitiesia, kad tiksliai sugriebtų naują įrankį įrankių dėtuvėje ir seną įrankį ant veleno. Toliau įrankių keitimo stalas sukasi, kad naujas ir senas įrankiai būtų pasukti į atitinkamas veleno ir įrankių dėtuvės pozicijas. Galiausiai manipuliatorius įdeda naują įrankį į veleną ir jį užfiksuoja, o tuo pačiu metu seną įrankį įdeda į tuščią įrankių dėtuvės padėtį, kad būtų užbaigta įrankių keitimo operacija. Šis įrankių keitimo metodas yra gana lankstus ir gali prisitaikyti prie įvairių apdorojimo procesų ir įrankių derinių, tačiau jam keliami didesni manipuliatoriaus tikslumo ir valdymo sistemos reakcijos greičio reikalavimai. - Įrankis ant veleno yra įdėtas į fiksuotą įrankių laikiklį, o keičiamas įrankis yra atsitiktiniame įrankių laikiklyje arba fiksuotame įrankių laikiklyje.
Įrankio parinkimo procesas yra panašus į aukščiau aprašytą atsitiktinio įrankių laikiklio įrankių parinkimo metodą. Keičiant įrankį, jį paėmus nuo veleno, įrankių dėtuvę reikia iš anksto pasukti į konkrečią veleno įrankio priėmimo padėtį, kad senąjį įrankį būtų galima tiksliai grąžinti į įrankių dėtuvę. Šis įrankių keitimo metodas yra labiau paplitęs kai kuriose apdorojimo užduotyse, kuriose yra santykinai fiksuoti apdorojimo procesai ir didelis veleno įrankio naudojimo dažnumas. Pavyzdžiui, kai kuriose serijinės gamybos skylių apdirbimo procedūrose ilgą laiką gali būti naudojami specialūs grąžtai arba gręžtuvai ant veleno. Tokiu atveju veleno įrankio įdėjimas į fiksuotą įrankių laikiklį gali pagerinti apdorojimo stabilumą ir efektyvumą. - Įrankis ant veleno yra atsitiktinių įrankių laikiklyje, o keičiamas įrankis yra fiksuotų įrankių laikiklyje.
Įrankio pasirinkimo procesas taip pat apima nurodyto įrankio paėmimą iš įrankių dėtuvės pagal apdorojimo proceso reikalavimus. Keičiant įrankį, iš veleno paimtas įrankis bus siunčiamas į artimiausią laisvą įrankio vietą tolesniam naudojimui. Šis įrankių keitimo metodas tam tikru mastu atsižvelgia į įrankių laikymo lankstumą ir įrankių dėtuvės valdymo patogumą. Jis tinka kai kurioms apdorojimo užduotims, kurioms būdingi gana sudėtingi apdorojimo procesai, daugybė įrankių tipų ir santykinai mažas kai kurių įrankių naudojimo dažnis. Pavyzdžiui, kai kuriuose formų apdirbimo procesuose gali būti naudojami keli skirtingų specifikacijų įrankiai, tačiau kai kurie specialūs įrankiai naudojami rečiau. Tokiu atveju šių įrankių įdėjimas į fiksuotus įrankių laikiklius ir panaudotų įrankių laikymas šalia esančioje veleno dalyje gali pagerinti įrankių dėtuvės vietos panaudojimo rodiklį ir įrankių keitimo efektyvumą.
IV. Išvada
Automatinio įrankių keitimo CNC apdirbimo centruose principas ir etapai yra sudėtinga ir tiksli sistemų inžinerija, apimanti technines žinias įvairiose srityse, tokiose kaip mechaninė konstrukcija, elektros valdymas ir programinės įrangos programavimas. Išsamus automatinio įrankių keitimo technologijos supratimas ir įvaldymas yra labai svarbūs siekiant pagerinti CNC apdirbimo centrų apdorojimo efektyvumą, apdorojimo tikslumą ir įrangos patikimumą. Nuolat tobulėjant gamybos pramonei ir technologinei pažangai, CNC apdirbimo centrų automatinio įrankių keitimo įrenginiai taip pat toliau diegs naujoves ir tobulės, siekdami didesnio greičio, didesnio tikslumo ir stipresnio intelekto, kad patenkintų augančią sudėtingų dalių apdorojimo paklausą ir teiktų tvirtą paramą gamybos pramonės transformacijai ir modernizavimui. Praktiškai operatoriai turėtų pagrįstai pasirinkti įrankių pakrovimo metodus, įrankių parinkimo metodus ir įrankių keitimo strategijas pagal apdorojimo užduočių charakteristikas ir reikalavimus, kad galėtų visapusiškai išnaudoti CNC apdirbimo centrų privalumus, pagerinti gamybos efektyvumą ir produkto kokybę. Tuo tarpu įrangos gamintojai taip pat turėtų nuolat optimizuoti automatinio įrankių keitimo įrenginių projektavimo ir gamybos procesus, kad pagerintų įrangos našumą ir stabilumą bei suteiktų vartotojams aukštesnės kokybės ir efektyvesnius CNC apdirbimo sprendimus.