Automātiskās instrumentu maiņas princips un soļi CNC apstrādes centros
Kopsavilkums: Šajā rakstā detalizēti aplūkota automātiskās instrumentu maiņas ierīces nozīme CNC apstrādes centros, automātiskās instrumentu maiņas princips un konkrēti soļi, tostarp tādi aspekti kā instrumentu ielāde, instrumentu izvēle un instrumentu maiņa. Tā mērķis ir padziļināti analizēt automātiskās instrumentu maiņas tehnoloģiju, sniegt teorētisku atbalstu un praktiskus norādījumus CNC apstrādes centru apstrādes efektivitātes un precizitātes uzlabošanai, palīdzēt operatoriem labāk izprast un apgūt šo svarīgo tehnoloģiju, kā arī pēc tam uzlabot ražošanas efektivitāti un produktu kvalitāti.
I. Ievads
Kā galvenais aprīkojums mūsdienu ražošanā, CNC apstrādes centriem ir izšķiroša nozīme ar to automātiskajām instrumentu maiņas ierīcēm, griezējinstrumentu sistēmām un automātiskajām palešu maiņas ierīcēm. Šo ierīču izmantošana ļauj apstrādes centriem pabeigt vairāku dažādu sagataves daļu apstrādi pēc vienas uzstādīšanas, ievērojami samazinot dīkstāves laiku bez kļūmēm, efektīvi saīsinot produktu ražošanas ciklu un arī būtiski uzlabojot produktu apstrādes precizitāti. Kā galvenā sastāvdaļa automātiskās instrumentu maiņas ierīces veiktspēja ir tieši saistīta ar apstrādes efektivitātes līmeni. Tāpēc padziļinātai tās principa un soļu izpētei ir svarīga praktiska vērtība.
II. Automātiskas instrumentu maiņas princips CNC apstrādes centros
(I) Instrumentu maiņas pamatprocess
Lai gan CNC apstrādes centros ir dažādi instrumentu magazīnu veidi, piemēram, diska tipa instrumentu magazīnas un ķēdes tipa instrumentu magazīnas, instrumentu maiņas pamatprocess ir vienāds. Kad automātiskā instrumentu maiņas ierīce saņem instrumentu maiņas norādījumu, visa sistēma ātri iedarbina instrumentu maiņas programmu. Pirmkārt, vārpsta nekavējoties pārstāj griezties un precīzi apstājas iepriekš iestatītajā instrumenta maiņas pozīcijā, izmantojot augstas precizitātes pozicionēšanas sistēmu. Pēc tam tiek aktivizēts instrumenta atbloķēšanas mehānisms, lai instrumentu uz vārpstas novietotu nomaināmā stāvoklī. Tikmēr saskaņā ar vadības sistēmas norādījumiem instrumentu magazīna darbina atbilstošās transmisijas ierīces, lai ātri un precīzi pārvietotu jauno instrumentu instrumenta maiņas pozīcijā un veiktu arī instrumenta atbloķēšanas darbību. Pēc tam divu roku manipulators ātri rīkojas, lai vienlaikus precīzi satvertu gan jauno, gan veco instrumentu. Pēc tam, kad instrumentu maiņas galds pagriežas pareizajā pozīcijā, manipulators uzstāda jauno instrumentu uz vārpstas un novieto veco instrumentu instrumentu magazīnas tukšajā pozīcijā. Visbeidzot, vārpsta veic iespīlēšanas darbību, lai stingri noturētu jauno instrumentu, un atgriežas sākotnējā apstrādes pozīcijā saskaņā ar vadības sistēmas norādījumiem, tādējādi pabeidzot visu instrumenta maiņas procesu.
(II) Instrumentu kustības analīze
Instrumentu maiņas procesā apstrādes centrā instrumenta kustība galvenokārt sastāv no četrām galvenajām daļām:
- Instruments apstājas kopā ar vārpstu un pārvietojas uz instrumenta maiņas pozīciju: Šajā procesā vārpstai ātri un precīzi jāpārtrauc griešanās un jāpārvietojas uz konkrēto instrumenta maiņas pozīciju, izmantojot darbgalda koordinātu asu kustības sistēmu. Parasti šo kustību panāk ar transmisijas mehānismu, piemēram, skrūvju un uzgriežņu pāri, ko darbina motors, lai nodrošinātu, ka vārpstas pozicionēšanas precizitāte atbilst apstrādes prasībām.
- Instrumenta kustība instrumentu magazīnā: Instrumenta kustības režīms instrumentu magazīnā ir atkarīgs no instrumentu magazīnas veida. Piemēram, ķēdes tipa instrumentu magazīnā instruments pārvietojas uz norādīto pozīciju līdz ar ķēdes rotāciju. Šim procesam ir nepieciešams, lai instrumentu magazīnas piedziņas motors precīzi kontrolētu ķēdes griešanās leņķi un ātrumu, lai nodrošinātu, ka instruments var precīzi sasniegt instrumenta maiņas pozīciju. Diska tipa instrumentu magazīnā instrumenta pozicionēšana tiek panākta, izmantojot instrumentu magazīnas rotācijas mehānismu.
- Instrumenta pārvietošanas kustība ar instrumentu maiņas manipulatoru: Instrumentu maiņas manipulatora kustība ir samērā sarežģīta, jo tai jāpanāk gan rotācijas, gan lineāras kustības. Instrumenta satveršanas un atbrīvošanas posmos manipulatoram ir jāpieiet pie instrumenta un jāatstāj tas, veicot precīzu lineāru kustību. Parasti to panāk ar zobrata mehānismu, ko darbina hidrauliskais cilindrs vai gaisa cilindrs, kas pēc tam darbina mehānisko sviru, lai panāktu lineāru kustību. Instrumenta izņemšanas un ievietošanas posmos papildus lineārajai kustībai manipulatoram ir jāveic arī noteikts rotācijas leņķis, lai nodrošinātu, ka instrumentu var vienmērīgi izņemt no vārpstas vai instrumentu magazīnā un ievietot tajā. Šī rotācijas kustība tiek panākta, pateicoties mehāniskās sviras un zobrata vārpstas sadarbībai, kas ietver kinemātisko pāru pārveidošanu.
- Instrumenta atgriešanās apstrādes pozīcijā ar 主轴: Pēc instrumenta maiņas pabeigšanas vārpstai ir ātri jāatgriežas sākotnējā apstrādes pozīcijā ar jauno instrumentu, lai turpinātu turpmākās apstrādes darbības. Šis process ir līdzīgs instrumenta pārvietošanai uz instrumenta maiņas pozīciju, bet pretējā virzienā. Tas prasa arī augstas precizitātes pozicionēšanu un ātru reakciju, lai samazinātu dīkstāves laiku apstrādes procesā un uzlabotu apstrādes efektivitāti.
III. Automātiskās instrumentu maiņas soļi CNC apstrādes centros
(I) Instrumentu ielāde
- Nejauša instrumentu turētāja ielādes metode
Šai instrumentu ielādes metodei ir relatīvi augsta elastība. Operatori var ievietot instrumentus jebkurā instrumentu turētājā instrumentu magazīnā. Tomēr jāatzīmē, ka pēc instrumentu uzstādīšanas pabeigšanas ir precīzi jāreģistrē instrumentu turētāja numurs, kurā instruments atrodas, lai vadības sistēma varētu precīzi atrast un izsaukt instrumentu saskaņā ar programmas norādījumiem turpmākajā apstrādes procesā. Piemēram, dažās sarežģītās veidņu apstrādēs instrumenti var būt bieži jāmaina atbilstoši dažādām apstrādes procedūrām. Šajā gadījumā nejaušās instrumentu turētāju ielādes metode var ērti sakārtot instrumentu uzglabāšanas pozīcijas atbilstoši faktiskajai situācijai un uzlabot instrumentu ielādes efektivitāti. - Fiksēta instrumentu turētāja ielādes metode
Atšķirībā no nejaušas instrumentu turētāju ielādes metodes, fiksēto instrumentu turētāju ielādes metode paredz, ka instrumenti jāievieto iepriekš iestatītos īpašos instrumentu turētājos. Šīs metodes priekšrocība ir tāda, ka instrumentu uzglabāšanas pozīcijas ir fiksētas, kas operatoriem ir ērti atcerēties un pārvaldīt, kā arī veicina instrumentu ātru pozicionēšanu un izsaukšanu vadības sistēmā. Dažos sērijveida ražošanas uzdevumos, ja apstrādes process ir relatīvi fiksēts, fiksēto instrumentu turētāju ielādes metodes izmantošana var uzlabot apstrādes stabilitāti un uzticamību, kā arī samazināt apstrādes negadījumus, ko izraisa nepareizas instrumentu uzglabāšanas pozīcijas.
(II) Instrumentu izvēle
Instrumentu izvēle ir galvenā saikne automātiskajā instrumentu maiņas procesā, un tās mērķis ir ātri un precīzi atlasīt norādīto instrumentu no instrumentu žurnāla, lai apmierinātu dažādu apstrādes procedūru vajadzības. Pašlaik galvenokārt pastāv šādas divas izplatītas instrumentu izvēles metodes:
- Secīga instrumentu izvēle
Secīgā instrumentu atlases metode prasa, lai operatori ievietotu instrumentus instrumentu turētājos, stingri ievērojot tehnoloģiskā procesa secību, iekraujot instrumentus. Apstrādes procesa laikā vadības sistēma paņems instrumentus pa vienam atbilstoši instrumentu izvietošanas secībai un pēc lietošanas ievietos tos atpakaļ sākotnējos instrumentu turētājos. Šīs instrumentu atlases metodes priekšrocība ir tā, ka to ir vienkārši lietot un tai ir zemas izmaksas, un tā ir piemērota dažiem apstrādes uzdevumiem ar relatīvi vienkāršiem apstrādes procesiem un fiksētu instrumentu lietošanas secību. Piemēram, dažu vienkāršu vārpstas detaļu apstrādē var būt nepieciešami tikai daži instrumenti fiksētā secībā. Šajā gadījumā secīgā instrumentu atlases metode var izpildīt apstrādes prasības un samazināt iekārtas izmaksas un sarežģītību. - Nejauša rīka izvēle
- Instrumentu turētāja kodēšanas instrumentu izvēle
Šī instrumentu izvēles metode ietver katra instrumentu turētāja kodēšanu instrumentu magazīnā un pēc tam instrumentu, kas atbilst instrumentu turētāju kodiem, ievietošanu norādītajos instrumentu turētājos pa vienam. Programmējot, operatori izmanto adresi T, lai norādītu instrumentu turētāja kodu, kur instruments atrodas. Vadības sistēma vada instrumentu magazīnu, lai pārvietotu atbilstošo instrumentu uz instrumentu maiņas pozīciju saskaņā ar šo kodēšanas informāciju. Instrumentu turētāja kodēšanas instrumentu izvēles metodes priekšrocība ir tā, ka instrumentu izvēle ir elastīgāka un var pielāgoties dažiem apstrādes uzdevumiem ar relatīvi sarežģītiem apstrādes procesiem un nefiksētām instrumentu lietošanas secībām. Piemēram, apstrādājot dažas sarežģītas aviācijas detaļas, instrumenti var būt bieži jāmaina atbilstoši dažādām apstrādes detaļām un procesa prasībām, un instrumentu lietošanas secība nav fiksēta. Šajā gadījumā instrumentu turētāja kodēšanas instrumentu izvēles metode var ērti realizēt instrumentu ātru izvēli un nomaiņu, kā arī uzlabot apstrādes efektivitāti. - Datora atmiņas rīka izvēle
Datora atmiņas instrumentu izvēle ir modernāka un inteliģentāka instrumentu izvēles metode. Izmantojot šo metodi, instrumentu numuri un to glabāšanas pozīcijas vai instrumentu turētāju numuri tiek attiecīgi iegaumēti datora atmiņā vai programmējamā loģiskā kontrollera atmiņā. Ja apstrādes procesa laikā ir nepieciešams mainīt instrumentus, vadības sistēma tieši iegūs instrumentu pozīcijas informāciju no atmiņas saskaņā ar programmas norādījumiem un vadīs instrumentu magazīnu, lai ātri un precīzi pārvietotu instrumentus uz instrumentu maiņas pozīciju. Turklāt, tā kā dators var atcerēties instrumentu glabāšanas adreses maiņu reāllaikā, instrumentus var izņemt un nosūtīt atpakaļ instrumentu magazīnā nejaušā secībā, ievērojami uzlabojot instrumentu pārvaldības efektivitāti un lietošanas elastību. Šī instrumentu izvēles metode tiek plaši izmantota mūsdienu augstas precizitātes un augstas efektivitātes CNC apstrādes centros, īpaši piemērota apstrādes uzdevumiem ar sarežģītiem apstrādes procesiem un daudzu veidu instrumentiem, piemēram, tādu detaļu kā automašīnu dzinēju bloku un cilindru galvu apstrādei.
(III) Instrumentu maiņa
Instrumentu maiņas procesu var iedalīt šādās situācijās atkarībā no instrumenta turētāju veidiem uz vārpstas un instrumenta, kas jāaizstāj instrumentu magazīnā:
- Gan instruments uz vārpstas, gan instruments, kas jāaizstāj instrumentu magazīnā, atrodas nejaušos instrumentu turētājos.
Šajā gadījumā instrumentu maiņas process ir šāds: vispirms instrumentu magazīna veic instrumentu atlases darbību saskaņā ar vadības sistēmas norādījumiem, lai ātri pārvietotu nomaināmo instrumentu uz instrumentu maiņas pozīciju. Pēc tam divu roku manipulators izstiepjas, lai precīzi satvertu jauno instrumentu instrumentu magazīnā un veco instrumentu uz vārpstas. Pēc tam instrumentu maiņas galds pagriežas, lai pagrieztu jauno instrumentu un veco instrumentu attiecīgi atbilstošajās vārpstas un instrumentu magazīnas pozīcijās. Visbeidzot, manipulators ievieto jauno instrumentu vārpstā un nostiprina to, un vienlaikus novieto veco instrumentu instrumentu magazīnas tukšajā pozīcijā, lai pabeigtu instrumentu maiņas darbību. Šai instrumentu maiņas metodei ir relatīvi augsta elastība un tā var pielāgoties dažādiem apstrādes procesiem un instrumentu kombinācijām, taču tai ir augstākas prasības attiecībā uz manipulatora precizitāti un vadības sistēmas reakcijas ātrumu. - Vārpstas instruments ir ievietots fiksētā instrumentu turētājā, un nomaināmais instruments atrodas nejaušā instrumentu turētājā vai fiksētā instrumentu turētājā.
Instrumentu izvēles process ir līdzīgs iepriekš minētajai nejaušās instrumentu turētāja instrumentu izvēles metodei. Mainot instrumentu, pēc instrumenta izņemšanas no vārpstas, instrumentu magazīna iepriekš jāpagriež konkrētajā pozīcijā vārpstas instrumenta uzņemšanai, lai veco instrumentu varētu precīzi nosūtīt atpakaļ uz instrumentu magazīnu. Šī instrumentu maiņas metode ir biežāk sastopama dažos apstrādes uzdevumos ar relatīvi fiksētiem apstrādes procesiem un augstu vārpstas instrumenta lietošanas biežumu. Piemēram, dažās sērijveida ražošanas caurumu apstrādes procedūrās uz vārpstas ilgstoši var tikt izmantoti īpaši urbji vai urbji. Šajā gadījumā vārpstas instrumenta ievietošana fiksētā instrumentu turētājā var uzlabot apstrādes stabilitāti un efektivitāti. - Vārpstas instruments atrodas nejaušā instrumentu turētājā, un nomaināmais instruments atrodas fiksētā instrumentu turētājā.
Instrumentu izvēles process ietver arī norādītā instrumenta atlasi no instrumentu magazīnas atbilstoši apstrādes procesa prasībām. Mainot instrumentu, no vārpstas paņemtais instruments tiks nosūtīts uz tuvāko brīvo instrumenta pozīciju turpmākai izmantošanai. Šī instrumentu maiņas metode zināmā mērā ņem vērā instrumentu uzglabāšanas elastību un instrumentu magazīnu pārvaldības ērtības. Tā ir piemērota dažiem apstrādes uzdevumiem ar relatīvi sarežģītiem apstrādes procesiem, daudziem instrumentu veidiem un relatīvi zemu dažu instrumentu lietošanas biežumu. Piemēram, dažās veidņu apstrādēs var izmantot vairākus instrumentus ar dažādām specifikācijām, bet daži speciālie instrumenti tiek izmantoti retāk. Šajā gadījumā šo instrumentu novietošana fiksētos instrumentu turētājos un izmantoto instrumentu glabāšana uz vārpstas tuvumā var uzlabot instrumentu magazīnas vietas izmantošanas līmeni un instrumentu maiņas efektivitāti.
IV. Secinājums
Automātiskās instrumentu maiņas princips un soļi CNC apstrādes centros ir sarežģīta un precīza sistēmu inženierija, kas ietver tehniskas zināšanas vairākās jomās, piemēram, mehāniskajā konstrukcijā, elektriskajā vadībā un programmatūras programmēšanā. Padziļināta automātiskās instrumentu maiņas tehnoloģijas izpratne un apgūšana ir ļoti svarīga, lai uzlabotu CNC apstrādes centru apstrādes efektivitāti, apstrādes precizitāti un iekārtu uzticamību. Līdz ar ražošanas nozares nepārtrauktu attīstību un tehnoloģisko progresu, CNC apstrādes centru automātiskās instrumentu maiņas ierīces arī turpinās ieviest jauninājumus un uzlaboties, virzoties uz lielāku ātrumu, augstāku precizitāti un spēcīgāku intelektu, lai apmierinātu pieaugošo pieprasījumu pēc sarežģītu detaļu apstrādes un sniegtu spēcīgu atbalstu ražošanas nozares pārveidošanas un modernizācijas veicināšanai. Praktiskajos pielietojumos operatoriem vajadzētu saprātīgi izvēlēties instrumentu ielādes metodes, instrumentu izvēles metodes un instrumentu maiņas stratēģijas atbilstoši apstrādes uzdevumu īpašībām un prasībām, lai pilnībā izmantotu CNC apstrādes centru priekšrocības, uzlabotu ražošanas efektivitāti un produktu kvalitāti. Tikmēr iekārtu ražotājiem vajadzētu arī nepārtraukti optimizēt automātisko instrumentu maiņas ierīču projektēšanas un ražošanas procesus, lai uzlabotu iekārtu veiktspēju un stabilitāti un nodrošinātu lietotājiem augstākas kvalitātes un efektīvākus CNC apstrādes risinājumus.