Prinsipp og trinn for automatisk verktøybytte i CNC-maskineringssentre
Sammendrag: Denne artikkelen utdyper i detalj viktigheten av den automatiske verktøybytteenheten i CNC-maskineringssentre, prinsippet for automatisk verktøybytte og spesifikke trinn, inkludert aspekter som verktøyinnlasting, verktøyvalg og verktøybytte. Den tar sikte på å analysere teknologien for automatisk verktøybytte grundig, gi teoretisk støtte og praktisk veiledning for å forbedre prosesseringseffektiviteten og nøyaktigheten i CNC-maskineringssentre, hjelpe operatører med å bedre forstå og mestre denne nøkkelteknologien, og deretter forbedre produksjonseffektiviteten og produktkvaliteten.
I. Innledning
Som nøkkelutstyr i moderne produksjon spiller CNC-maskineringssentre en avgjørende rolle med sine automatiske verktøybytteenheter, skjæreverktøysystemer og automatiske pallebytteenheter. Bruken av disse enhetene gjør det mulig for maskineringssentre å fullføre behandlingen av flere forskjellige deler av et arbeidsstykke etter én installasjon, noe som reduserer feilfri nedetid betraktelig, forkorter produktets produksjonssyklus effektivt, og har også betydelig betydning for å forbedre produktenes prosesseringsnøyaktighet. Som kjernen blant dem er ytelsen til den automatiske verktøybytteenheten direkte relatert til nivået av prosesseringseffektivitet. Derfor har grundig forskning på dens prinsipp og trinn viktig praktisk verdi.
II. Prinsipp for automatisk verktøybytte i CNC-maskineringssentre
(I) Grunnleggende prosess for verktøybytte
Selv om det finnes ulike typer verktøymagasiner i CNC-maskineringssentre, som skiveformede verktøymagasiner og kjedeformede verktøymagasiner, er den grunnleggende prosessen for verktøybytte konsistent. Når den automatiske verktøybytteenheten mottar en verktøybytteinstruksjon, starter hele systemet raskt verktøybytteprogrammet. Først vil spindelen umiddelbart stoppe rotasjonen og stoppe nøyaktig i den forhåndsinnstilte verktøybytteposisjonen gjennom et høypresisjonsposisjoneringssystem. Deretter aktiveres verktøyavlåsingsmekanismen for å sette verktøyet på spindelen i en utskiftbar tilstand. I mellomtiden, i henhold til instruksjonene fra kontrollsystemet, driver verktøymagasinet de tilsvarende transmisjonsenhetene for raskt og nøyaktig å flytte det nye verktøyet til verktøybytteposisjonen og utfører også verktøyavlåsingsoperasjonen. Deretter handler dobbeltarmsmanipulatoren raskt for å gripe både det nye og gamle verktøyet nøyaktig samtidig. Etter at verktøybyttebordet roterer til riktig posisjon, installerer manipulatoren det nye verktøyet på spindelen og plasserer det gamle verktøyet i den tomme posisjonen i verktøymagasinet. Til slutt utfører spindelen klemmeaksjonen for å holde det nye verktøyet godt fast og går tilbake til den opprinnelige behandlingsposisjonen under instruksjoner fra kontrollsystemet, og fullfører dermed hele verktøybytteprosessen.
(II) Analyse av verktøybevegelse
Under verktøybytteprosessen i maskineringssenteret består verktøyets bevegelse hovedsakelig av fire hoveddeler:
- Verktøyet stopper med spindelen og beveger seg til verktøybytteposisjon: Denne prosessen krever at spindelen stopper rotasjonen raskt og nøyaktig og beveger seg til den spesifikke verktøybytteposisjonen gjennom bevegelsessystemet til maskinverktøyets koordinatakser. Vanligvis oppnås denne bevegelsen av transmisjonsmekanismen, for eksempel skrue-mutter-paret som drives av motoren, for å sikre at spindelens posisjoneringsnøyaktighet oppfyller prosesseringskravene.
- Verktøyets bevegelse i verktøymagasinet: Verktøyets bevegelsesmodus i verktøymagasinet avhenger av typen verktøymagasin. For eksempel, i et kjedebasert verktøymagasin beveger verktøyet seg til den angitte posisjonen sammen med kjedets rotasjon. Denne prosessen krever at drivmotoren i verktøymagasinet nøyaktig kontrollerer rotasjonsvinkelen og hastigheten til kjedet for å sikre at verktøyet kan nå verktøybytteposisjonen nøyaktig. I et skivebasert verktøymagasin oppnås posisjoneringen av verktøyet gjennom rotasjonsmekanismen i verktøymagasinet.
- Verktøyets bevegelse med verktøybyttemanipulatoren: Bevegelsen til verktøybyttemanipulatoren er relativt kompleks, ettersom den må oppnå både roterende og lineære bevegelser. Under verktøygripingen og verktøyfrigjøringen må manipulatoren nærme seg og forlate verktøyet gjennom presis lineær bevegelse. Vanligvis oppnås dette ved hjelp av tannstangmekanismen drevet av en hydraulisk sylinder eller en luftsylinder, som deretter driver den mekaniske armen for å oppnå lineær bevegelse. Under verktøyuttak og verktøyinnsetting må manipulatoren, i tillegg til lineær bevegelse, også utføre en viss rotasjonsvinkel for å sikre at verktøyet kan trekkes ut og settes inn i spindelen eller verktøymagasinet jevnt. Denne rotasjonsbevegelsen oppnås gjennom samarbeidet mellom den mekaniske armen og girakselen, som involverer konvertering av kinematiske par.
- Verktøyets bevegelse tilbake til prosesseringsposisjon med 主轴: Etter at verktøybyttet er fullført, må spindelen raskt returnere til den opprinnelige prosesseringsposisjonen med det nye verktøyet for å fortsette de påfølgende prosesseringsoperasjonene. Denne prosessen ligner på verktøyets bevegelse til verktøybytteposisjonen, men i motsatt retning. Det krever også høy presisjonsposisjonering og rask respons for å redusere nedetiden under prosesseringsprosessen og forbedre prosesseringseffektiviteten.
III. Trinn for automatisk verktøybytte i CNC-maskineringssentre
(I) Verktøyinnlasting
- Tilfeldig lastemetode for verktøyholdere
Denne metoden for verktøyinnlasting har relativt høy fleksibilitet. Operatører kan plassere verktøy i en hvilken som helst verktøyholder i verktøymagasinet. Det bør imidlertid bemerkes at etter at verktøyinstallasjonen er fullført, må nummeret på verktøyholderen der verktøyet befinner seg registreres nøyaktig, slik at kontrollsystemet nøyaktig kan finne og kalle verktøyet i henhold til programinstruksjonene i den påfølgende prosesseringsprosessen. For eksempel, i noen komplekse formbehandlingsprosesser, kan verktøy måtte byttes ofte i henhold til forskjellige prosessprosedyrer. I dette tilfellet kan den tilfeldige metoden for verktøyholderinnlasting enkelt arrangere lagringsposisjonene til verktøy i henhold til den faktiske situasjonen og forbedre verktøyinnlastingseffektiviteten. - Fast verktøyholder lastingsmetode
I motsetning til metoden med tilfeldig lasting av verktøyholdere, krever metoden med fast lasting av verktøyholdere at verktøyene må plasseres i forhåndsinnstilte, spesifikke verktøyholdere. Fordelen med denne metoden er at verktøyenes lagringsposisjoner er faste, noe som er praktisk for operatører å huske og administrere, og det bidrar også til rask posisjonering og fremkalling av verktøy av kontrollsystemet. I noen batchproduksjonsoppgaver, hvis prosesseringsprosessen er relativt fast, kan bruk av metoden med fast lasting av verktøyholdere forbedre stabiliteten og påliteligheten til behandlingen og redusere behandlingsulykker forårsaket av feil verktøylagringsposisjoner.
(II) Verktøyvalg
Verktøyvalg er en nøkkelkobling i den automatiske verktøybytteprosessen, og formålet er å raskt og nøyaktig velge det spesifiserte verktøyet fra verktøymagasinet for å møte behovene til ulike prosessprosedyrer. For tiden finnes det hovedsakelig følgende to vanlige metoder for verktøyvalg:
- Sekvensiell verktøyvalg
Den sekvensielle verktøyvalgmetoden krever at operatører plasserer verktøy i verktøyholderne i strengt samsvar med rekkefølgen i den teknologiske prosessen når de laster verktøy. Under prosesseringsprosessen vil kontrollsystemet ta verktøyene ett etter ett i henhold til plasseringsrekkefølgen til verktøyene og sette dem tilbake i de originale verktøyholderne etter bruk. Fordelen med denne verktøyvalgmetoden er at den er enkel å betjene og har lave kostnader, og den er egnet for noen prosesseringsoppgaver med relativt enkle prosesseringsprosesser og faste verktøybrukssekvenser. For eksempel, ved prosessering av noen enkle akseldeler, kan det bare være behov for noen få verktøy i en fast rekkefølge. I dette tilfellet kan den sekvensielle verktøyvalgmetoden oppfylle prosesseringskravene og redusere kostnadene og kompleksiteten til utstyret. - Tilfeldig verktøyvalg
- Verktøyholderkoding Verktøyvalg
Denne verktøyvalgmetoden innebærer å kode hver verktøyholder i verktøymagasinet og deretter plassere verktøyene som tilsvarer verktøyholderkodene i de spesifiserte verktøyholderne ett etter ett. Ved programmering bruker operatørene adressen T til å spesifisere verktøyholderkoden der verktøyet befinner seg. Kontrollsystemet driver verktøymagasinet for å flytte det tilsvarende verktøyet til verktøybytteposisjonen i henhold til denne kodingsinformasjonen. Fordelen med verktøyvalgmetoden for verktøyholderkoding er at verktøyvalget er mer fleksibelt og kan tilpasses noen prosesseringsoppgaver med relativt komplekse prosesseringsprosesser og ufaste verktøybrukssekvenser. For eksempel, i prosessering av noen komplekse flydeler, kan verktøy måtte byttes ofte i henhold til forskjellige prosesseringsdeler og prosesskrav, og verktøybrukssekvensen er ufast. I dette tilfellet kan verktøyvalgmetoden for verktøyholderkoding enkelt realisere raskt valg og utskifting av verktøy og forbedre prosesseringseffektiviteten. - Valg av verktøy for datamaskinminne
Verktøyvalg i dataminne er en mer avansert og intelligent metode for verktøyvalg. Med denne metoden lagres verktøynumrene og deres lagringsposisjoner eller verktøyholdernumre tilsvarende i datamaskinens minne eller minnet til den programmerbare logiske kontrolleren. Når det er nødvendig å bytte verktøy under behandlingsprosessen, vil kontrollsystemet direkte hente posisjonsinformasjonen til verktøyene fra minnet i henhold til programinstruksjonene og drive verktøymagasinet for raskt og nøyaktig å flytte verktøyene til verktøybytteposisjonen. Siden endringen av verktøylagringsadressen kan huskes av datamaskinen i sanntid, kan verktøy dessuten tas ut og sendes tilbake tilfeldig i verktøymagasinet, noe som forbedrer administrasjonseffektiviteten og bruksfleksibiliteten til verktøyene betraktelig. Denne metoden for verktøyvalg er mye brukt i moderne høypresisjons- og høyeffektive CNC-maskineringssentre, spesielt egnet for behandlingsoppgaver med komplekse behandlingsprosesser og en rekke typer verktøy, for eksempel behandling av deler som bilmotorblokker og sylinderhoder.
(III) Verktøybytte
Verktøybytteprosessen kan deles inn i følgende situasjoner i henhold til typene verktøyholdere til verktøyet på spindelen og verktøyet som skal byttes ut i verktøymagasinet:
- Både verktøyet på spindelen og verktøyet som skal byttes ut i verktøymagasinet er i tilfeldige verktøyholdere.
I dette tilfellet er verktøybytteprosessen som følger: Først utfører verktøymagasinet verktøyvalgoperasjonen i henhold til instruksjonene fra kontrollsystemet for raskt å flytte verktøyet som skal byttes til verktøybytteposisjonen. Deretter strekker dobbeltarmsmanipulatoren seg ut for å gripe det nye verktøyet i verktøymagasinet og det gamle verktøyet nøyaktig på spindelen. Deretter roterer verktøybyttebordet for å rotere det nye verktøyet og det gamle verktøyet til de tilsvarende posisjonene til henholdsvis spindelen og verktøymagasinet. Til slutt setter manipulatoren det nye verktøyet inn i spindelen og klemmer det fast, og plasserer samtidig det gamle verktøyet i den tomme posisjonen i verktøymagasinet for å fullføre verktøybytteoperasjonen. Denne verktøybyttemetoden har relativt høy fleksibilitet og kan tilpasses ulike prosesseringsprosesser og verktøykombinasjoner, men den har høyere krav til manipulatorens nøyaktighet og kontrollsystemets responshastighet. - Verktøyet på spindelen er plassert i en fast verktøyholder, og verktøyet som skal byttes ut er i en tilfeldig verktøyholder eller en fast verktøyholder.
Verktøyvalgsprosessen ligner på den ovennevnte metoden for tilfeldig verktøyholdervalg. Når du bytter verktøy, etter at verktøyet er tatt fra spindelen, må verktøymagasinet roteres på forhånd til den spesifikke posisjonen for å motta spindelverktøyet, slik at det gamle verktøyet nøyaktig kan sendes tilbake til verktøymagasinet. Denne verktøybyttemetoden er mer vanlig i noen prosesseringsoppgaver med relativt faste prosesseringsprosesser og høy bruksfrekvens for spindelverktøyet. For eksempel, i noen hullbehandlingsprosedyrer for batchproduksjon, kan spesifikke bor eller opprømmere brukes på spindelen over lengre tid. I dette tilfellet kan det å plassere spindelverktøyet i en fast verktøyholder forbedre stabiliteten og effektiviteten til behandlingen. - Verktøyet på spindelen er i en tilfeldig verktøyholder, og verktøyet som skal byttes ut er i en fast verktøyholder.
Verktøyvalgsprosessen går også ut på å velge det spesifiserte verktøyet fra verktøymagasinet i henhold til prosesseringsprosessens krav. Når verktøyet byttes, sendes verktøyet som tas fra spindelen til nærmeste ledige verktøyposisjon for senere bruk. Denne verktøybyttemetoden tar til en viss grad hensyn til fleksibiliteten ved verktøylagring og bekvemmeligheten ved verktøymagasinhåndtering. Den er egnet for noen prosesseringsoppgaver med relativt komplekse prosesseringsprosesser, mange typer verktøy og relativt lave bruksfrekvenser for noen verktøy. For eksempel kan flere verktøy med forskjellige spesifikasjoner brukes i noen formprosesser, men noen spesialverktøy brukes sjeldnere. I dette tilfellet kan det å plassere disse verktøyene i faste verktøyholdere og lagre de brukte verktøyene på spindelen i nærheten forbedre plassutnyttelsesgraden til verktøymagasinet og effektiviteten ved verktøybytte.
IV. Konklusjon
Prinsippet og trinnene for automatisk verktøybytte i CNC-maskineringssentre er et komplekst og presist systemteknikk som involverer teknisk kunnskap på flere felt som mekanisk struktur, elektrisk styring og programvareprogrammering. Dybdegående forståelse og mestring av automatisk verktøybytteteknologi er av stor betydning for å forbedre prosesseringseffektiviteten, prosesseringsnøyaktigheten og utstyrets pålitelighet i CNC-maskineringssentre. Med den kontinuerlige utviklingen av produksjonsindustrien og teknologiske fremskritt, vil de automatiske verktøybytteenhetene i CNC-maskineringssentre også fortsette å innovere og forbedre seg, og bevege seg mot høyere hastighet, høyere nøyaktighet og sterkere intelligens for å møte den økende etterspørselen etter prosessering av komplekse deler og gi sterk støtte for å fremme transformasjonen og oppgraderingen av produksjonsindustrien. I praktiske anvendelser bør operatører med rimelighet velge verktøylastingsmetoder, verktøyvalgsmetoder og verktøybyttestrategier i henhold til egenskapene og kravene til prosesseringsoppgavene for å fullt ut utnytte fordelene med CNC-maskineringssentre, forbedre produksjonseffektiviteten og produktkvaliteten. Samtidig bør utstyrsprodusenter også kontinuerlig optimalisere design- og produksjonsprosessene til automatiske verktøybytteenheter for å forbedre ytelsen og stabiliteten til utstyr og gi brukerne CNC-maskineringsløsninger av høyere kvalitet og mer effektive.