Principi i passos del canvi automàtic d'eines en centres de mecanitzat CNC
Resum: Aquest article explica detalladament la importància del dispositiu de canvi automàtic d'eines en els centres de mecanitzat CNC, el principi del canvi automàtic d'eines i els passos específics, incloent-hi aspectes com la càrrega d'eines, la selecció d'eines i el canvi d'eines. El seu objectiu és analitzar en profunditat la tecnologia de canvi automàtic d'eines, proporcionar suport teòric i orientació pràctica per millorar l'eficiència i la precisió del processament dels centres de mecanitzat CNC, ajudar els operadors a comprendre i dominar millor aquesta tecnologia clau i, a continuació, millorar l'eficiència de la producció i la qualitat del producte.
I. Introducció
Com a equips clau en la fabricació moderna, els centres de mecanitzat CNC tenen un paper crucial amb els seus dispositius automàtics de canvi d'eines, sistemes d'eines de tall i dispositius automàtics de canvi de palets. L'aplicació d'aquests dispositius permet als centres de mecanitzat completar el processament de múltiples parts diferents d'una peça després d'una sola instal·lació, reduint considerablement el temps d'inactivitat sense fallades, escurçant eficaçment el cicle de fabricació del producte i també tenint una importància significativa per millorar la precisió del processament dels productes. Com a part central entre ells, el rendiment del dispositiu automàtic de canvi d'eines està directament relacionat amb el nivell d'eficiència del processament. Per tant, la investigació en profunditat sobre el seu principi i passos té un valor pràctic important.
II. Principi del canvi automàtic d'eines en centres de mecanitzat CNC
(I) Procés bàsic de canvi d'eines
Tot i que hi ha diversos tipus de carregadors d'eines als centres de mecanitzat CNC, com ara carregadors d'eines de tipus disc i carregadors d'eines de tipus cadena, el procés bàsic de canvi d'eines és consistent. Quan el dispositiu de canvi automàtic d'eines rep una instrucció de canvi d'eina, tot el sistema inicia ràpidament el programa de canvi d'eines. En primer lloc, el cargol deixarà de girar immediatament i s'aturarà amb precisió a la posició de canvi d'eina preestablerta mitjançant un sistema de posicionament d'alta precisió. Posteriorment, s'activa el mecanisme de desbloqueig de l'eina per fer que l'eina del cargol es trobi en un estat reemplaçable. Mentrestant, segons les instruccions del sistema de control, el carregador d'eines acciona els dispositius de transmissió corresponents per moure de manera ràpida i precisa la nova eina a la posició de canvi d'eina i també realitza l'operació de desbloqueig de l'eina. A continuació, el manipulador de doble braç actua ràpidament per agafar amb precisió les eines noves i antigues alhora. Després que la taula de canvi d'eines giri a la posició correcta, el manipulador instal·la la nova eina al cargol i col·loca l'eina antiga a la posició buida del carregador d'eines. Finalment, el cargol realitza l'acció de subjecció per subjectar fermament la nova eina i torna a la posició de processament inicial segons les instruccions del sistema de control, completant així tot el procés de canvi d'eina.
(II) Anàlisi del moviment de l'eina
Durant el procés de canvi d'eina al centre de mecanitzat, el moviment de l'eina consta principalment de quatre parts clau:
- L'eina s'atura amb el capçal i es mou a la posició de canvi d'eina: Aquest procés requereix que el capçal deixi de girar de manera ràpida i precisa i es mogui a la posició específica de canvi d'eina mitjançant el sistema de moviment dels eixos de coordenades de la màquina-eina. Normalment, aquest moviment s'aconsegueix mitjançant el mecanisme de transmissió, com ara el parell cargol-femella accionat pel motor, per garantir que la precisió de posicionament del capçal compleixi els requisits de processament.
- Moviment de l'eina al carregador d'eines: El mode de moviment de l'eina al carregador d'eines depèn del tipus de carregador d'eines. Per exemple, en un carregador d'eines de tipus cadena, l'eina es mou a la posició especificada juntament amb la rotació de la cadena. Aquest procés requereix que el motor d'accionament del carregador d'eines controli amb precisió l'angle de rotació i la velocitat de la cadena per garantir que l'eina pugui assolir amb precisió la posició de canvi d'eina. En un carregador d'eines de tipus disc, el posicionament de l'eina s'aconsegueix mitjançant el mecanisme de rotació del carregador d'eines.
- Moviment de transferència de l'eina amb el manipulador de canvi d'eines: El moviment del manipulador de canvi d'eines és relativament complex, ja que ha d'aconseguir moviments tant rotacionals com lineals. Durant les etapes d'agafada i alliberament de l'eina, el manipulador ha d'apropar-se i abandonar l'eina mitjançant un moviment lineal precís. Normalment, això s'aconsegueix mitjançant el mecanisme de pinyó i cremallera accionat per un cilindre hidràulic o un cilindre d'aire, que després acciona el braç mecànic per aconseguir un moviment lineal. Durant les etapes de retirada i inserció de l'eina, a més del moviment lineal, el manipulador també ha de realitzar un cert angle de rotació per garantir que l'eina es pugui retirar i inserir suaument del cargol o del carregador d'eines. Aquest moviment rotacional s'aconsegueix mitjançant la cooperació entre el braç mecànic i l'eix d'engranatges, que implica la conversió de parells cinemàtics.
- Moviment de l'eina que torna a la posició de processament amb la màquina: Un cop finalitzat el canvi d'eina, el cargol ha de tornar ràpidament a la posició de processament original amb la nova eina per continuar les operacions de processament posteriors. Aquest procés és similar al moviment de l'eina que es mou cap a la posició de canvi d'eina, però en la direcció oposada. També requereix un posicionament d'alta precisió i una resposta ràpida per reduir el temps d'inactivitat durant el procés de processament i millorar l'eficiència del processament.
III. Passos del canvi automàtic d'eines en centres de mecanitzat CNC
(I) Càrrega d'eines
- Mètode de càrrega aleatòria del portaeines
Aquest mètode de càrrega d'eines té una flexibilitat relativament alta. Els operadors poden col·locar les eines en qualsevol portaeines del magatzem d'eines. Tanmateix, cal tenir en compte que, un cop finalitzada la instal·lació de l'eina, s'ha de registrar amb precisió el número del portaeines on es troba l'eina perquè el sistema de control pugui trobar i cridar amb precisió l'eina segons les instruccions del programa en el procés de processament posterior. Per exemple, en alguns processaments de motlles complexos, pot ser necessari canviar les eines amb freqüència segons els diferents procediments de processament. En aquest cas, el mètode de càrrega aleatòria del portaeines pot organitzar convenientment les posicions d'emmagatzematge de les eines segons la situació real i millorar l'eficiència de la càrrega d'eines. - Mètode de càrrega de portaeines fixes
A diferència del mètode de càrrega de portaeines aleatori, el mètode de càrrega de portaeines fix requereix que les eines es col·loquin en portaeines específics preestablerts. L'avantatge d'aquest mètode és que les posicions d'emmagatzematge de les eines són fixes, cosa que és convenient per als operadors recordar i gestionar, i també afavoreix el posicionament i la crida ràpids de les eines pel sistema de control. En algunes tasques de processament de producció per lots, si el procés de processament és relativament fix, l'adopció del mètode de càrrega de portaeines fix pot millorar l'estabilitat i la fiabilitat del processament i reduir els accidents de processament causats per posicions incorrectes d'emmagatzematge d'eines.
(II) Selecció d'eines
La selecció d'eines és un enllaç clau en el procés automàtic de canvi d'eines, i el seu propòsit és seleccionar de manera ràpida i precisa l'eina especificada del magatzem d'eines per satisfer les necessitats dels diferents procediments de processament. Actualment, hi ha principalment els dos mètodes comuns de selecció d'eines següents:
- Selecció seqüencial d'eines
El mètode de selecció seqüencial d'eines requereix que els operadors col·loquin les eines als portaeines en estricta conformitat amb la seqüència del procés tecnològic en carregar les eines. Durant el procés de processament, el sistema de control agafarà les eines una per una segons la seqüència de col·locació de les eines i les tornarà a col·locar als portaeines originals després de l'ús. L'avantatge d'aquest mètode de selecció d'eines és que és fàcil d'operar i té un baix cost, i és adequat per a algunes tasques de processament amb processos de processament relativament senzills i seqüències d'ús d'eines fixes. Per exemple, en el processament d'algunes peces d'eix simples, només es poden necessitar unes poques eines en una seqüència fixa. En aquest cas, el mètode de selecció seqüencial d'eines pot complir els requisits de processament i pot reduir el cost i la complexitat de l'equip. - Selecció aleatòria d'eines
- Codificació de portaeines Selecció d'eines
Aquest mètode de selecció d'eines implica codificar cada portaeines al carregador d'eines i després col·locar les eines corresponents als codis del portaeines als portaeines especificats una per una. Quan programen, els operadors utilitzen l'adreça T per especificar el codi del portaeines on es troba l'eina. El sistema de control impulsa el carregador d'eines per moure l'eina corresponent a la posició de canvi d'eina segons aquesta informació de codificació. L'avantatge del mètode de selecció d'eines de codificació de portaeines és que la selecció d'eines és més flexible i es pot adaptar a algunes tasques de processament amb processos de processament relativament complexos i seqüències d'ús d'eines no fixes. Per exemple, en el processament d'algunes peces d'aviació complexes, pot ser necessari canviar les eines amb freqüència segons les diferents peces de processament i els requisits del procés, i la seqüència d'ús de l'eina no és fixa. En aquest cas, el mètode de selecció d'eines de codificació de portaeines pot realitzar convenientment la selecció i substitució ràpida de les eines i millorar l'eficiència del processament. - Selecció d'eines de memòria de l'ordinador
La selecció d'eines amb memòria informàtica és un mètode de selecció d'eines més avançat i intel·ligent. Amb aquest mètode, els números d'eina i les seves posicions d'emmagatzematge o números de portaeines es memoritzen corresponentment a la memòria de l'ordinador o a la memòria del controlador lògic programable. Quan cal canviar d'eines durant el procés de processament, el sistema de control obtindrà directament la informació de posició de les eines de la memòria segons les instruccions del programa i impulsarà el magatzem d'eines per moure les eines de manera ràpida i precisa a la posició de canvi d'eina. A més, com que l'ordinador pot recordar el canvi de l'adreça d'emmagatzematge de l'eina en temps real, les eines es poden extreure i enviar de tornada aleatòriament al magatzem d'eines, millorant considerablement l'eficiència de la gestió i la flexibilitat d'ús de les eines. Aquest mètode de selecció d'eines s'utilitza àmpliament en centres de mecanitzat CNC moderns d'alta precisió i alta eficiència, especialment adequat per a tasques de processament amb processos de processament complexos i nombrosos tipus d'eines, com ara el processament de peces com blocs de motor d'automòbils i culates.
(III) Canvi d'eines
El procés de canvi d'eines es pot dividir en les situacions següents segons els tipus de portaeines de l'eina al cargol i l'eina que s'ha de substituir al carregador d'eines:
- Tant l'eina del cargol com l'eina que s'ha de substituir al carregador d'eines es troben en portaeines aleatoris.
En aquest cas, el procés de canvi d'eines és el següent: en primer lloc, el carregador d'eines realitza l'operació de selecció d'eines segons les instruccions del sistema de control per moure ràpidament l'eina que s'ha de substituir a la posició de canvi d'eines. A continuació, el manipulador de doble braç s'estén per agafar amb precisió l'eina nova al carregador d'eines i l'eina antiga al cargol. A continuació, la taula de canvi d'eines gira per girar l'eina nova i l'eina antiga a les posicions corresponents del cargol i del carregador d'eines respectivament. Finalment, el manipulador insereix l'eina nova al cargol i la subjecta, i alhora, col·loca l'eina antiga a la posició buida del carregador d'eines per completar l'operació de canvi d'eines. Aquest mètode de canvi d'eines té una flexibilitat relativament alta i es pot adaptar a diversos processos de processament i combinacions d'eines diferents, però té requisits més alts pel que fa a la precisió del manipulador i la velocitat de resposta del sistema de control. - L'eina del fus es col·loca en un portaeines fix i l'eina que s'ha de substituir es troba en un portaeines aleatori o en un portaeines fix.
El procés de selecció d'eines és similar al mètode de selecció aleatòria del portaeines descrit anteriorment. Quan es canvia l'eina, després de treure-la del cargol, cal girar prèviament el carregador d'eines fins a la posició específica per rebre l'eina del cargol, de manera que l'eina antiga es pugui enviar amb precisió de tornada al carregador d'eines. Aquest mètode de canvi d'eines és més comú en algunes tasques de processament amb processos de processament relativament fixos i altes freqüències d'ús de l'eina del cargol. Per exemple, en alguns procediments de processament de forats per lots, es poden utilitzar broques o escariadors específics al cargol durant molt de temps. En aquest cas, col·locar l'eina del cargol en un portaeines fix pot millorar l'estabilitat i l'eficiència del processament. - L'eina del cargol es troba en un portaeines aleatori i l'eina que s'ha de substituir es troba en un portaeines fix.
El procés de selecció d'eines també consisteix a seleccionar l'eina especificada del magatzem d'eines segons els requisits del procés de processament. Quan es canvia l'eina, l'eina extreta del cargol s'enviarà a la posició d'eina buida més propera per al seu ús posterior. Aquest mètode de canvi d'eines, fins a cert punt, té en compte la flexibilitat de l'emmagatzematge d'eines i la comoditat de la gestió del magatzem d'eines. És adequat per a algunes tasques de processament amb processos de processament relativament complexos, nombrosos tipus d'eines i freqüències d'ús relativament baixes d'algunes eines. Per exemple, en alguns processaments de motlles, es poden utilitzar diverses eines de diferents especificacions, però algunes eines especials s'utilitzen amb menys freqüència. En aquest cas, col·locar aquestes eines en portaeines fixes i emmagatzemar les eines utilitzades al cargol proper pot millorar la taxa d'utilització de l'espai del magatzem d'eines i l'eficiència del canvi d'eines.
IV. Conclusió
El principi i els passos del canvi automàtic d'eines en els centres de mecanitzat CNC són una enginyeria de sistemes complexa i precisa, que implica coneixements tècnics en múltiples camps com l'estructura mecànica, el control elèctric i la programació de programari. La comprensió i el domini profunds de la tecnologia de canvi automàtic d'eines són de gran importància per millorar l'eficiència del processament, la precisió del processament i la fiabilitat dels equips dels centres de mecanitzat CNC. Amb el desenvolupament continu de la indústria manufacturera i el progrés tecnològic, els dispositius automàtics de canvi d'eines dels centres de mecanitzat CNC també continuaran innovant i millorant, avançant cap a una major velocitat, una major precisió i una intel·ligència més forta per satisfer la creixent demanda de processament de peces complexes i proporcionar un fort suport per promoure la transformació i la modernització de la indústria manufacturera. En aplicacions pràctiques, els operadors haurien de triar raonablement els mètodes de càrrega d'eines, els mètodes de selecció d'eines i les estratègies de canvi d'eines segons les característiques i requisits de les tasques de processament per aprofitar al màxim els avantatges dels centres de mecanitzat CNC, millorar l'eficiència de la producció i la qualitat del producte. Mentrestant, els fabricants d'equips també haurien d'optimitzar contínuament els processos de disseny i fabricació dels dispositius automàtics de canvi d'eines per millorar el rendiment i l'estabilitat dels equips i proporcionar als usuaris solucions de mecanitzat CNC de més qualitat i més eficients.