Principio e pasos do cambio automático de ferramentas en centros de mecanizado CNC
Resumo: Este artigo explica en detalle a importancia do dispositivo de cambio automático de ferramentas nos centros de mecanizado CNC, o principio do cambio automático de ferramentas e os pasos específicos, incluíndo aspectos como a carga de ferramentas, a selección de ferramentas e o cambio de ferramentas. O seu obxectivo é analizar en profundidade a tecnoloxía de cambio automático de ferramentas, proporcionar apoio teórico e orientación práctica para mellorar a eficiencia e a precisión do procesamento dos centros de mecanizado CNC, axudar aos operadores a comprender e dominar mellor esta tecnoloxía clave e, a continuación, mellorar a eficiencia da produción e a calidade do produto.
I. Introdución
Como equipamento clave na fabricación moderna, os centros de mecanizado CNC desempeñan un papel crucial cos seus dispositivos automáticos de cambio de ferramentas, sistemas de ferramentas de corte e dispositivos automáticos de cambio de palés. A aplicación destes dispositivos permite aos centros de mecanizado completar o procesamento de varias partes diferentes dunha peza despois dunha soa instalación, reducindo en gran medida o tempo de inactividade sen fallos, acurtando eficazmente o ciclo de fabricación do produto e tamén tendo unha importancia significativa para mellorar a precisión do procesamento dos produtos. Como parte central entre eles, o rendemento do dispositivo automático de cambio de ferramentas está directamente relacionado co nivel de eficiencia do procesamento. Polo tanto, a investigación en profundidade sobre o seu principio e os seus pasos ten un importante valor práctico.
II. Principio do cambio automático de ferramentas en centros de mecanizado CNC
(I) Proceso básico de cambio de ferramentas
Aínda que existen varios tipos de almacéns de ferramentas nos centros de mecanizado CNC, como os almacéns de ferramentas de tipo disco e os almacéns de ferramentas de tipo cadea, o proceso básico de cambio de ferramentas é consistente. Cando o dispositivo de cambio automático de ferramentas recibe unha instrución de cambio de ferramenta, todo o sistema inicia rapidamente o programa de cambio de ferramentas. En primeiro lugar, o fuso deixa de xirar inmediatamente e detense con precisión na posición de cambio de ferramenta preestablecida mediante un sistema de posicionamento de alta precisión. Posteriormente, actívase o mecanismo de desbloqueo da ferramenta para que a ferramenta do fuso estea nun estado substituíble. Mentres tanto, segundo as instrucións do sistema de control, o almacén de ferramentas acciona os dispositivos de transmisión correspondentes para mover de forma rápida e precisa a nova ferramenta á posición de cambio de ferramentas e tamén realiza a operación de desbloqueo da ferramenta. Despois, o manipulador de dobre brazo actúa rapidamente para coller con precisión as ferramentas novas e antigas ao mesmo tempo. Despois de que a mesa de cambio de ferramentas xire á posición correcta, o manipulador instala a nova ferramenta no fuso e coloca a ferramenta antiga na posición baleira do almacén de ferramentas. Finalmente, o fuso realiza a acción de suxeición para suxeitar firmemente a nova ferramenta e volve á posición inicial de procesamento segundo as instrucións do sistema de control, completando así todo o proceso de cambio de ferramenta.
(II) Análise do movemento das ferramentas
Durante o proceso de cambio de ferramenta no centro de mecanizado, o movemento da ferramenta consta principalmente de catro partes clave:
- A ferramenta detense co fuso e móvese á posición de cambio de ferramenta: este proceso require que o fuso deixe de xirar de forma rápida e precisa e se mova á posición específica de cambio de ferramenta a través do sistema de movemento dos eixes de coordenadas da máquina ferramenta. Normalmente, este movemento conséguese mediante o mecanismo de transmisión, como o par parafuso-porca accionado polo motor, para garantir que a precisión de posicionamento do fuso cumpra cos requisitos de procesamento.
- Movemento da ferramenta no almacén de ferramentas: O modo de movemento da ferramenta no almacén de ferramentas depende do tipo de almacén de ferramentas. Por exemplo, nun almacén de ferramentas de tipo cadea, a ferramenta móvese á posición especificada xunto coa rotación da cadea. Este proceso require que o motor de accionamento do almacén de ferramentas controle con precisión o ángulo de rotación e a velocidade da cadea para garantir que a ferramenta poida alcanzar con precisión a posición de cambio de ferramenta. Nun almacén de ferramentas de tipo disco, o posicionamento da ferramenta conséguese mediante o mecanismo de rotación do almacén de ferramentas.
- Movemento de transferencia da ferramenta co manipulador de cambio de ferramentas: O movemento do manipulador de cambio de ferramentas é relativamente complexo, xa que precisa realizar movementos tanto de rotación como lineais. Durante as etapas de agarre e liberación da ferramenta, o manipulador necesita achegarse e abandonala mediante un movemento lineal preciso. Normalmente, isto conséguese mediante o mecanismo de piñón e cremalleira accionado por un cilindro hidráulico ou un cilindro de aire, que logo acciona o brazo mecánico para lograr o movemento lineal. Durante as etapas de retirada e inserción da ferramenta, ademais do movemento lineal, o manipulador tamén necesita realizar un certo ángulo de rotación para garantir que a ferramenta se poida retirar e inserir suavemente no eixo ou no almacén de ferramentas. Este movemento de rotación conséguese mediante a cooperación entre o brazo mecánico e o eixe de engrenaxes, o que implica a conversión de pares cinemáticos.
- Movemento da ferramenta que volve á posición de procesamento coa ferramenta: Unha vez finalizado o cambio de ferramenta, o fuso debe volver rapidamente á posición de procesamento orixinal coa nova ferramenta para continuar coas operacións de procesamento posteriores. Este proceso é similar ao movemento da ferramenta que se move á posición de cambio de ferramenta, pero na dirección oposta. Tamén require un posicionamento de alta precisión e unha resposta rápida para reducir o tempo de inactividade durante o proceso de procesamento e mellorar a eficiencia do procesamento.
III. Pasos do cambio automático de ferramentas en centros de mecanizado CNC
(I) Carga de ferramentas
- Método de carga aleatoria do portaferramentas
Este método de carga de ferramentas ten unha flexibilidade relativamente alta. Os operadores poden colocar as ferramentas en calquera portaferramentas do almacén de ferramentas. Non obstante, débese ter en conta que, unha vez completada a instalación da ferramenta, o número do portaferramentas onde se atopa a ferramenta debe rexistrarse con precisión para que o sistema de control poida atopar e chamar con precisión a ferramenta segundo as instrucións do programa no proceso de procesamento posterior. Por exemplo, nalgúns procesamentos de moldes complexos, pode ser necesario cambiar as ferramentas con frecuencia segundo os diferentes procedementos de procesamento. Neste caso, o método de carga aleatoria do portaferramentas pode organizar convenientemente as posicións de almacenamento das ferramentas segundo a situación real e mellorar a eficiencia da carga da ferramenta. - Método de carga de portaferramentas fixo
A diferenza do método de carga de portaferramentas aleatorio, o método de carga de portaferramentas fixo require que as ferramentas se coloquen en portaferramentas específicos predefinidos. A vantaxe deste método é que as posicións de almacenamento das ferramentas son fixas, o que resulta cómodo para que os operadores as lembren e as xestionen, e tamén favorece o posicionamento e a chamada rápidos das ferramentas por parte do sistema de control. Nalgunhas tarefas de procesamento de produción por lotes, se o proceso de procesamento é relativamente fixo, adoptar o método de carga de portaferramentas fixo pode mellorar a estabilidade e a fiabilidade do procesamento e reducir os accidentes de procesamento causados por posicións incorrectas de almacenamento de ferramentas.
(II) Selección de ferramentas
A selección de ferramentas é un elo clave no proceso automático de cambio de ferramentas e o seu propósito é seleccionar de forma rápida e precisa a ferramenta especificada do almacén de ferramentas para satisfacer as necesidades dos diferentes procedementos de procesamento. Actualmente, existen principalmente os seguintes dous métodos comúns de selección de ferramentas:
- Selección secuencial de ferramentas
O método de selección secuencial de ferramentas require que os operadores coloquen as ferramentas nos portaferramentas en estrita conformidade coa secuencia do proceso tecnolóxico ao cargalas. Durante o proceso de procesamento, o sistema de control collerá as ferramentas unha por unha segundo a secuencia de colocación das ferramentas e volverá colocalas nos portaferramentas orixinais despois do seu uso. A vantaxe deste método de selección de ferramentas é que é sinxelo de operar e ten un baixo custo, e é axeitado para algunhas tarefas de procesamento con procesos de procesamento relativamente sinxelos e secuencias de uso de ferramentas fixas. Por exemplo, no procesamento dalgunhas pezas sinxelas do eixe, só poden ser necesarias unhas poucas ferramentas nunha secuencia fixa. Neste caso, o método de selección secuencial de ferramentas pode cumprir os requisitos de procesamento e pode reducir o custo e a complexidade do equipo. - Selección aleatoria de ferramentas
- Selección de ferramentas de codificación de portaferramentas
Este método de selección de ferramentas implica codificar cada portaferramentas no almacén de ferramentas e, a continuación, colocar as ferramentas correspondentes aos códigos de portaferramentas nos portaferramentas especificados unha por unha. Ao programar, os operadores usan o enderezo T para especificar o código do portaferramentas onde se atopa a ferramenta. O sistema de control impulsa o almacén de ferramentas para mover a ferramenta correspondente á posición de cambio de ferramenta segundo esta información de codificación. A vantaxe do método de selección de ferramentas de codificación de portaferramentas é que a selección de ferramentas é máis flexible e pode adaptarse a algunhas tarefas de procesamento con procesos de procesamento relativamente complexos e secuencias de uso de ferramentas non fixas. Por exemplo, no procesamento dalgunhas pezas de aviación complexas, pode ser necesario cambiar as ferramentas con frecuencia segundo as diferentes pezas de procesamento e os requisitos do proceso, e a secuencia de uso da ferramenta non é fixa. Neste caso, o método de selección de ferramentas de codificación de portaferramentas pode realizar comodamente a selección e substitución rápidas de ferramentas e mellorar a eficiencia do procesamento. - Selección de ferramentas de memoria do ordenador
A selección de ferramentas na memoria do ordenador é un método de selección de ferramentas máis avanzado e intelixente. Con este método, os números de ferramenta e as súas posicións de almacenamento ou os números de portaferramentas memorízanse correspondentemente na memoria do ordenador ou na memoria do controlador lóxico programable. Cando sexa necesario cambiar de ferramentas durante o proceso de procesamento, o sistema de control obterá directamente a información de posición das ferramentas da memoria segundo as instrucións do programa e impulsará o almacén de ferramentas para mover as ferramentas de forma rápida e precisa á posición de cambio de ferramentas. Ademais, dado que o cambio do enderezo de almacenamento da ferramenta pode ser lembrado polo ordenador en tempo real, as ferramentas poden extraerse e enviarse de volta aleatoriamente ao almacén de ferramentas, o que mellora considerablemente a eficiencia da xestión e a flexibilidade de uso das ferramentas. Este método de selección de ferramentas úsase amplamente nos centros de mecanizado CNC modernos de alta precisión e alta eficiencia, especialmente axeitado para tarefas de procesamento con procesos de procesamento complexos e numerosos tipos de ferramentas, como o procesamento de pezas como bloques de motores de automóbiles e culatas.
(III) Cambio de ferramenta
O proceso de cambio de ferramentas pódese dividir nas seguintes situacións segundo os tipos de portaferramentas da ferramenta no fuso e a ferramenta que se vai substituír no almacén de ferramentas:
- Tanto a ferramenta do fuso como a ferramenta que se vai substituír no almacén de ferramentas están en portaferramentas aleatorios.
Neste caso, o proceso de cambio de ferramentas é o seguinte: en primeiro lugar, o almacén de ferramentas realiza a operación de selección de ferramentas segundo as instrucións do sistema de control para mover rapidamente a ferramenta que se vai substituír á posición de cambio de ferramentas. Despois, o manipulador de dobre brazo esténdese para coller con precisión a nova ferramenta no almacén de ferramentas e a antiga ferramenta no fuso. A continuación, a mesa de intercambio de ferramentas xira para rotar a nova ferramenta e a antiga ferramenta ás posicións correspondentes do fuso e do almacén de ferramentas respectivamente. Finalmente, o manipulador insire a nova ferramenta no fuso e suxéitaa, e ao mesmo tempo, coloca a antiga ferramenta na posición baleira do almacén de ferramentas para completar a operación de cambio de ferramentas. Este método de cambio de ferramentas ten unha flexibilidade relativamente alta e pode adaptarse a varios procesos de procesamento e combinacións de ferramentas diferentes, pero ten requisitos máis altos para a precisión do manipulador e a velocidade de resposta do sistema de control. - A ferramenta do fuso está colocada nun portaferramentas fixo e a ferramenta que se vai substituír está nun portaferramentas aleatorio ou nun portaferramentas fixo.
O proceso de selección de ferramentas é similar ao método de selección de portaferramentas aleatorio anterior. Ao cambiar a ferramenta, despois de retirala do fuso, o almacén de ferramentas debe xirar previamente ata a posición específica para recibir a ferramenta do fuso, de xeito que a ferramenta antiga poida ser enviada de volta con precisión ao almacén de ferramentas. Este método de cambio de ferramentas é máis común nalgunhas tarefas de procesamento con procesos de procesamento relativamente fixos e altas frecuencias de uso da ferramenta do fuso. Por exemplo, nalgúns procedementos de procesamento de orificios de produción por lotes, pódense usar brocas ou escariadores específicos no fuso durante moito tempo. Neste caso, colocar a ferramenta do fuso nun portaferramentas fixo pode mellorar a estabilidade e a eficiencia do procesamento. - A ferramenta do fuso está nun portaferramentas aleatorio e a ferramenta que se vai substituír está nun portaferramentas fixo.
O proceso de selección de ferramentas tamén consiste en seleccionar a ferramenta especificada do almacén de ferramentas segundo os requisitos do proceso de procesamento. Ao cambiar a ferramenta, a ferramenta retirada do fuso enviarase á posición de ferramenta baleira máis próxima para o seu uso posterior. Este método de cambio de ferramentas, ata certo punto, ten en conta a flexibilidade do almacenamento de ferramentas e a comodidade da xestión do almacén de ferramentas. É axeitado para algunhas tarefas de procesamento con procesos de procesamento relativamente complexos, numerosos tipos de ferramentas e frecuencias de uso relativamente baixas dalgunhas ferramentas. Por exemplo, nalgúns procesamentos de moldes, pódense usar varias ferramentas de diferentes especificacións, pero algunhas ferramentas especiais úsanse con menos frecuencia. Neste caso, colocar estas ferramentas en portaferramentas fixos e almacenar as ferramentas usadas no fuso próximo pode mellorar a taxa de utilización do espazo do almacén de ferramentas e a eficiencia do cambio de ferramentas.
IV. Conclusión
O principio e os pasos do cambio automático de ferramentas nos centros de mecanizado CNC son unha enxeñaría de sistemas complexa e precisa, que implica coñecementos técnicos en múltiples campos como a estrutura mecánica, o control eléctrico e a programación de software. Unha comprensión e un dominio profundos da tecnoloxía de cambio automático de ferramentas son de gran importancia para mellorar a eficiencia do procesamento, a precisión do procesamento e a fiabilidade dos equipos dos centros de mecanizado CNC. Co desenvolvemento continuo da industria manufacturera e o progreso tecnolóxico, os dispositivos de cambio automático de ferramentas dos centros de mecanizado CNC tamén continuarán innovando e mellorando, avanzando cara a unha maior velocidade, maior precisión e maior intelixencia para satisfacer a crecente demanda de procesamento de pezas complexas e proporcionar un forte apoio para promover a transformación e a mellora da industria manufacturera. Nas aplicacións prácticas, os operadores deben elixir razoablemente os métodos de carga de ferramentas, os métodos de selección de ferramentas e as estratexias de cambio de ferramentas segundo as características e os requisitos das tarefas de procesamento para aproveitar plenamente as vantaxes dos centros de mecanizado CNC, mellorar a eficiencia da produción e a calidade do produto. Mentres tanto, os fabricantes de equipos tamén deben optimizar continuamente os procesos de deseño e fabricación dos dispositivos de cambio automático de ferramentas para mellorar o rendemento e a estabilidade dos equipos e proporcionar aos usuarios solucións de mecanizado CNC de maior calidade e máis eficientes.