Principio e fasi del cambio utensile automatico nei centri di lavoro CNC
Abstract: Questo articolo approfondisce l'importanza del dispositivo di cambio utensile automatico nei centri di lavoro CNC, il principio del cambio utensile automatico e le fasi specifiche, inclusi aspetti quali il caricamento, la selezione e il cambio utensile. L'obiettivo è analizzare approfonditamente la tecnologia di cambio utensile automatico, fornire supporto teorico e indicazioni pratiche per migliorare l'efficienza e la precisione di lavorazione dei centri di lavoro CNC, aiutare gli operatori a comprendere e padroneggiare meglio questa tecnologia chiave e, di conseguenza, migliorare l'efficienza produttiva e la qualità del prodotto.
I. Introduzione
In quanto apparecchiature chiave nella produzione moderna, i centri di lavoro CNC svolgono un ruolo cruciale grazie ai loro dispositivi di cambio utensile automatico, ai sistemi di utensili da taglio e ai dispositivi di cambio pallet automatico. L'applicazione di questi dispositivi consente ai centri di lavoro di completare la lavorazione di più parti diverse di un pezzo dopo un'unica installazione, riducendo notevolmente i tempi di fermo macchina non dovuti a guasti, accorciando efficacemente il ciclo di produzione del prodotto e contribuendo notevolmente a migliorare la precisione di lavorazione dei prodotti. Essendo un componente fondamentale, le prestazioni del dispositivo di cambio utensile automatico sono direttamente correlate al livello di efficienza di lavorazione. Pertanto, una ricerca approfondita sul suo principio e sulle sue fasi ha un importante valore pratico.
II. Principio del cambio utensile automatico nei centri di lavoro CNC
(I) Processo di base del cambio utensile
Sebbene esistano vari tipi di magazzini utensili nei centri di lavoro CNC, come i magazzini utensili a disco e i magazzini utensili a catena, il processo di base del cambio utensile è uniforme. Quando il dispositivo di cambio utensile automatico riceve un'istruzione di cambio utensile, l'intero sistema avvia rapidamente il programma di cambio utensile. Innanzitutto, il mandrino smette immediatamente di ruotare e si ferma con precisione nella posizione di cambio utensile preimpostata tramite un sistema di posizionamento ad alta precisione. Successivamente, il meccanismo di sbloccaggio utensile viene attivato per rendere l'utensile sul mandrino in uno stato sostituibile. Nel frattempo, in base alle istruzioni del sistema di controllo, il magazzino utensili aziona i dispositivi di trasmissione corrispondenti per spostare rapidamente e con precisione il nuovo utensile nella posizione di cambio utensile ed esegue anche l'operazione di sbloccaggio utensile. Quindi, il manipolatore a doppio braccio agisce rapidamente per afferrare con precisione sia il nuovo che il vecchio utensile contemporaneamente. Dopo che la tavola di cambio utensile ruota nella posizione corretta, il manipolatore installa il nuovo utensile sul mandrino e posiziona il vecchio utensile nella posizione vuota del magazzino utensili. Infine, il mandrino esegue l'azione di serraggio per trattenere saldamente il nuovo utensile e ritorna nella posizione di lavorazione iniziale secondo le istruzioni del sistema di controllo, completando così l'intero processo di cambio utensile.
(II) Analisi del movimento dell'utensile
Durante il processo di cambio utensile nel centro di lavorazione, il movimento dell'utensile è costituito principalmente da quattro parti chiave:
- L'utensile si arresta con il mandrino e si sposta nella posizione di cambio utensile: questo processo richiede che il mandrino smetta di ruotare in modo rapido e preciso e si sposti nella posizione di cambio utensile specifica tramite il sistema di movimento degli assi coordinati della macchina utensile. Solitamente, questo movimento è ottenuto tramite un meccanismo di trasmissione, come la coppia vite-chiocciola azionata dal motore, per garantire che la precisione di posizionamento del mandrino soddisfi i requisiti di lavorazione.
- Movimento dell'utensile nel magazzino utensili: la modalità di movimento dell'utensile nel magazzino utensili dipende dal tipo di magazzino. Ad esempio, in un magazzino utensili a catena, l'utensile si sposta nella posizione specificata insieme alla rotazione della catena. Questo processo richiede che il motore di azionamento del magazzino utensili controlli con precisione l'angolo di rotazione e la velocità della catena per garantire che l'utensile possa raggiungere con precisione la posizione di cambio utensile. In un magazzino utensili a disco, il posizionamento dell'utensile viene ottenuto tramite il meccanismo di rotazione del magazzino utensili.
- Movimento di trasferimento dell'utensile con il manipolatore di cambio utensile: il movimento del manipolatore di cambio utensile è relativamente complesso in quanto deve realizzare sia movimenti rotazionali che lineari. Durante le fasi di presa e rilascio dell'utensile, il manipolatore deve avvicinarsi e allontanarsi dall'utensile attraverso un movimento lineare preciso. Solitamente, questo viene ottenuto tramite il meccanismo a pignone e cremagliera azionato da un cilindro idraulico o da un cilindro pneumatico, che a sua volta aziona il braccio meccanico per ottenere un movimento lineare. Durante le fasi di estrazione e inserimento dell'utensile, oltre al movimento lineare, il manipolatore deve anche eseguire un certo angolo di rotazione per garantire che l'utensile possa essere estratto e inserito agevolmente dal mandrino o dal magazzino utensili. Questo movimento rotatorio è ottenuto attraverso la cooperazione tra il braccio meccanico e l'albero del cambio, che comporta la conversione di coppie cinematiche.
- Movimento dell'utensile che ritorna alla posizione di lavorazione con il mandrino: una volta completato il cambio utensile, il mandrino deve tornare rapidamente alla posizione di lavorazione originale con il nuovo utensile per continuare le lavorazioni successive. Questo processo è simile al movimento dell'utensile che si sposta verso la posizione di cambio utensile, ma nella direzione opposta. Richiede inoltre un posizionamento ad alta precisione e una risposta rapida per ridurre i tempi di fermo durante il processo di lavorazione e migliorare l'efficienza.
III. Fasi del cambio utensile automatico nei centri di lavoro CNC
(I) Caricamento degli utensili
- Metodo di caricamento casuale del portautensili
Questo metodo di caricamento utensili offre una flessibilità relativamente elevata. Gli operatori possono posizionare gli utensili in qualsiasi portautensili del magazzino utensili. Tuttavia, è importante notare che, una volta completata l'installazione dell'utensile, il numero del portautensili in cui si trova l'utensile deve essere registrato con precisione, in modo che il sistema di controllo possa individuare e richiamare con precisione l'utensile in base alle istruzioni del programma nel processo di lavorazione successivo. Ad esempio, in alcune lavorazioni di stampi complesse, gli utensili potrebbero dover essere sostituiti frequentemente in base alle diverse procedure di lavorazione. In questo caso, il metodo di caricamento casuale dei portautensili può organizzare opportunamente le posizioni di stoccaggio degli utensili in base alla situazione effettiva e migliorare l'efficienza del caricamento degli utensili. - Metodo di caricamento del portautensili fisso
A differenza del metodo di caricamento casuale dei portautensili, il metodo di caricamento fisso dei portautensili richiede che gli utensili siano posizionati in specifici portautensili preimpostati. Il vantaggio di questo metodo è che le posizioni di stoccaggio degli utensili sono fisse, il che è comodo da ricordare e gestire per gli operatori, e favorisce anche il rapido posizionamento e la chiamata degli utensili da parte del sistema di controllo. In alcune attività di produzione in serie, se il processo di lavorazione è relativamente fisso, l'adozione del metodo di caricamento fisso dei portautensili può migliorare la stabilità e l'affidabilità della lavorazione e ridurre gli incidenti causati da posizioni di stoccaggio errate degli utensili.
(II) Selezione degli strumenti
La selezione degli utensili è un passaggio fondamentale nel processo di cambio utensile automatico e il suo scopo è selezionare in modo rapido e preciso l'utensile desiderato dal magazzino utensili per soddisfare le esigenze delle diverse procedure di lavorazione. Attualmente, i metodi di selezione degli utensili più comuni sono principalmente due:
- Selezione sequenziale degli strumenti
Il metodo di selezione sequenziale degli utensili richiede agli operatori di posizionare gli utensili nei portautensili in stretta conformità con la sequenza del processo tecnologico durante il caricamento degli utensili. Durante il processo di lavorazione, il sistema di controllo preleva gli utensili uno alla volta, secondo la sequenza di posizionamento, e li ripone nei portautensili originali dopo l'uso. Il vantaggio di questo metodo di selezione sequenziale degli utensili è la sua semplicità d'uso e il suo costo contenuto, oltre a essere adatto ad alcune attività di lavorazione con processi di lavorazione relativamente semplici e sequenze di utilizzo degli utensili fisse. Ad esempio, nella lavorazione di alcuni componenti di alberi semplici, potrebbero essere necessari solo pochi utensili in una sequenza fissa. In questo caso, il metodo di selezione sequenziale degli utensili può soddisfare i requisiti di lavorazione e ridurre i costi e la complessità dell'attrezzatura. - Selezione casuale degli strumenti
- Codifica del portautensili Selezione dell'utensile
Questo metodo di selezione degli utensili prevede la codifica di ciascun portautensile nel magazzino utensili e il successivo inserimento, uno alla volta, degli utensili corrispondenti ai codici dei portautensili nei portautensili specificati. Durante la programmazione, gli operatori utilizzano l'indirizzo T per specificare il codice del portautensile in cui si trova l'utensile. Il sistema di controllo comanda il magazzino utensili per spostare l'utensile corrispondente nella posizione di cambio utensile in base a queste informazioni di codifica. Il vantaggio del metodo di selezione degli utensili tramite codifica dei portautensili è che la selezione degli utensili è più flessibile e può adattarsi ad alcune attività di lavorazione con processi di lavorazione relativamente complessi e sequenze di utilizzo degli utensili non fisse. Ad esempio, nella lavorazione di alcuni componenti aeronautici complessi, gli utensili potrebbero dover essere sostituiti frequentemente in base alle diverse parti di lavorazione e ai requisiti di processo, e la sequenza di utilizzo degli utensili non è fissa. In questo caso, il metodo di selezione degli utensili tramite codifica dei portautensili può realizzare comodamente la rapida selezione e sostituzione degli utensili e migliorare l'efficienza di lavorazione. - Selezione dello strumento di memoria del computer
La selezione degli utensili tramite memoria computerizzata è un metodo di selezione degli utensili più avanzato e intelligente. Con questo metodo, i numeri degli utensili e le relative posizioni di memorizzazione o i numeri dei portautensili vengono memorizzati nella memoria del computer o nella memoria del controllore logico programmabile. Quando è necessario cambiare utensile durante il processo di lavorazione, il sistema di controllo acquisisce direttamente le informazioni sulla posizione degli utensili dalla memoria in base alle istruzioni del programma e gestisce il magazzino utensili per spostare rapidamente e accuratamente gli utensili nella posizione di cambio utensile. Inoltre, poiché la modifica dell'indirizzo di memorizzazione degli utensili può essere memorizzata dal computer in tempo reale, gli utensili possono essere prelevati e riposizionati casualmente nel magazzino utensili, migliorando notevolmente l'efficienza di gestione e la flessibilità di utilizzo degli utensili. Questo metodo di selezione degli utensili è ampiamente utilizzato nei moderni centri di lavoro CNC ad alta precisione ed efficienza, particolarmente adatto per lavorazioni con processi complessi e numerosi tipi di utensili, come la lavorazione di componenti come blocchi motore e testate per automobili.
(III) Cambio utensile
Il processo di cambio utensile può essere suddiviso nelle seguenti situazioni a seconda del tipo di portautensili dell'utensile sul mandrino e dell'utensile da sostituire nel magazzino utensili:
- Sia l'utensile sul mandrino che l'utensile da sostituire nel magazzino utensili si trovano in portautensili casuali
In questo caso, il processo di cambio utensile è il seguente: in primo luogo, il magazzino utensili esegue l'operazione di selezione dell'utensile secondo le istruzioni del sistema di controllo per spostare rapidamente l'utensile da sostituire nella posizione di cambio utensile. Quindi, il manipolatore a doppio braccio si estende per afferrare con precisione il nuovo utensile nel magazzino utensili e il vecchio utensile sul mandrino. Successivamente, la tavola di cambio utensile ruota per ruotare il nuovo utensile e il vecchio utensile nelle posizioni corrispondenti rispettivamente sul mandrino e sul magazzino utensili. Infine, il manipolatore inserisce il nuovo utensile nel mandrino e lo blocca, e contemporaneamente posiziona il vecchio utensile nella posizione vuota del magazzino utensili per completare l'operazione di cambio utensile. Questo metodo di cambio utensile ha una flessibilità relativamente elevata e può adattarsi a diversi processi di lavorazione e combinazioni di utensili, ma richiede requisiti più elevati per la precisione del manipolatore e la velocità di risposta del sistema di controllo. - L'utensile sul mandrino è posizionato in un portautensili fisso e l'utensile da sostituire è in un portautensili casuale o in un portautensili fisso
Il processo di selezione dell'utensile è simile al metodo di selezione casuale dell'utensile con portautensile sopra descritto. Quando si cambia utensile, dopo averlo prelevato dal mandrino, il magazzino utensili deve essere ruotato in anticipo nella posizione specifica per ricevere l'utensile del mandrino, in modo che il vecchio utensile possa essere reinserito con precisione nel magazzino. Questo metodo di cambio utensile è più comune in alcune lavorazioni con processi di lavorazione relativamente fissi e frequenze di utilizzo elevate dell'utensile del mandrino. Ad esempio, in alcune procedure di foratura per produzione in serie, punte o alesatori specifici possono essere utilizzati sul mandrino per un lungo periodo. In questo caso, posizionare l'utensile del mandrino in un portautensile fisso può migliorare la stabilità e l'efficienza della lavorazione. - L'utensile sul mandrino si trova in un portautensili casuale e l'utensile da sostituire si trova in un portautensili fisso
Il processo di selezione dell'utensile consiste anche nel selezionare l'utensile specifico dal magazzino utensili in base ai requisiti del processo di lavorazione. Quando si cambia utensile, l'utensile prelevato dal mandrino verrà inviato alla posizione utensile libera più vicina per un utilizzo successivo. Questo metodo di cambio utensile, in una certa misura, tiene conto della flessibilità dello stoccaggio utensili e della praticità della gestione del magazzino utensili. È adatto per alcune attività di lavorazione con processi relativamente complessi, numerosi tipi di utensili e frequenze di utilizzo relativamente basse di alcuni utensili. Ad esempio, in alcune lavorazioni di stampi, possono essere utilizzati più utensili con specifiche diverse, ma alcuni utensili speciali vengono utilizzati meno frequentemente. In questo caso, posizionare questi utensili in portautensili fissi e riporre gli utensili usati sul mandrino nelle vicinanze può migliorare il tasso di utilizzo dello spazio nel magazzino utensili e l'efficienza del cambio utensile.
IV. Conclusion
Il principio e le fasi del cambio utensile automatico nei centri di lavoro CNC sono un'ingegneria di sistema complessa e precisa, che richiede conoscenze tecniche in molteplici campi, come la struttura meccanica, il controllo elettrico e la programmazione software. Una conoscenza approfondita e la padronanza della tecnologia di cambio utensile automatico sono di grande importanza per migliorare l'efficienza di lavorazione, la precisione di lavorazione e l'affidabilità delle apparecchiature dei centri di lavoro CNC. Con il continuo sviluppo dell'industria manifatturiera e il progresso tecnologico, anche i dispositivi di cambio utensile automatico dei centri di lavoro CNC continueranno a innovarsi e migliorarsi, orientandosi verso una maggiore velocità, una maggiore precisione e un'intelligenza più avanzata per soddisfare la crescente domanda di lavorazione di componenti complessi e fornire un solido supporto alla promozione della trasformazione e dell'aggiornamento dell'industria manifatturiera. Nelle applicazioni pratiche, gli operatori dovrebbero scegliere con ragionevolezza i metodi di caricamento e selezione degli utensili e le strategie di cambio utensile in base alle caratteristiche e ai requisiti delle attività di lavorazione per sfruttare appieno i vantaggi dei centri di lavoro CNC, migliorare l'efficienza produttiva e la qualità del prodotto. Nel frattempo, i produttori di apparecchiature dovrebbero anche ottimizzare costantemente i processi di progettazione e produzione dei dispositivi di cambio utensile automatico per migliorare le prestazioni e la stabilità delle apparecchiature e fornire agli utenti soluzioni di lavorazione CNC di qualità superiore ed efficienti.