Prinsipyo at Mga Hakbang ng Awtomatikong Pagbabago ng Tool sa CNC Machining Centers
Abstract: Ang papel na ito ay nagpapaliwanag nang detalyado sa kahalagahan ng awtomatikong tool change device sa CNC machining center, ang prinsipyo ng awtomatikong pagbabago ng tool, at mga partikular na hakbang, kabilang ang mga aspeto tulad ng pag-load ng tool, pagpili ng tool, at pagbabago ng tool. Nilalayon nitong malalim na pag-aralan ang teknolohiya ng awtomatikong pagbabago ng tool, magbigay ng teoretikal na suporta at praktikal na patnubay para sa pagpapabuti ng kahusayan sa pagproseso at katumpakan ng mga CNC machining center, tulungan ang mga operator na mas maunawaan at makabisado ang pangunahing teknolohiyang ito, at pagkatapos ay mapahusay ang kahusayan sa produksyon at kalidad ng produkto.
I. Panimula
Bilang pangunahing kagamitan sa modernong pagmamanupaktura, ang mga CNC machining center ay may mahalagang papel sa kanilang mga awtomatikong tool change device, cutting tool system, at awtomatikong pallet changer device. Ang paglalapat ng mga device na ito ay nagbibigay-daan sa mga machining center na kumpletuhin ang pagproseso ng maraming iba't ibang bahagi ng isang workpiece pagkatapos ng isang pag-install, na lubos na binabawasan ang non-fault downtime, epektibong nagpapaikli sa cycle ng pagmamanupaktura ng produkto, at mayroon ding makabuluhang kahalagahan para sa pagpapabuti ng katumpakan ng pagproseso ng mga produkto. Bilang pangunahing bahagi sa kanila, ang pagganap ng awtomatikong tool sa pagbabago ng aparato ay direktang nauugnay sa antas ng kahusayan sa pagproseso. Samakatuwid, ang malalim na pananaliksik sa prinsipyo at hakbang nito ay may mahalagang praktikal na halaga.
II. Prinsipyo ng Awtomatikong Pagbabago ng Tool sa CNC Machining Centers
(I) Pangunahing Proseso ng Pagbabago ng Tool
Bagama't may iba't ibang uri ng tool magazine sa CNC machining center, tulad ng disc-type tool magazine at chain-type tool magazine, pare-pareho ang pangunahing proseso ng pagbabago ng tool. Kapag ang awtomatikong tool change device ay nakatanggap ng tool change instruction, mabilis na sinisimulan ng buong system ang tool change program. Una, ang spindle ay agad na hihinto sa pag-ikot at tumpak na hihinto sa preset na posisyon ng pagbabago ng tool sa pamamagitan ng isang high-precision positioning system. Kasunod nito, ang mekanismo ng pag-unclamping ng tool ay isinaaktibo upang gawin ang tool sa spindle sa isang maaaring palitan na estado. Samantala, ayon sa mga tagubilin ng control system, ang tool magazine ay nagtutulak sa kaukulang mga transmission device upang mabilis at tumpak na ilipat ang bagong tool sa posisyon ng pagbabago ng tool at gumaganap din ng tool unclamping operation. Pagkatapos, mabilis na kumikilos ang double-arm manipulator upang tumpak na kunin ang bago at lumang mga tool nang sabay. Matapos umikot ang talahanayan ng palitan ng tool sa tamang posisyon, ini-install ng manipulator ang bagong tool sa spindle at inilalagay ang lumang tool sa walang laman na posisyon ng tool magazine. Sa wakas, ang spindle ay gumaganap ng clamping action upang mahigpit na hawakan ang bagong tool at bumalik sa paunang posisyon sa pagpoproseso sa ilalim ng mga tagubilin ng control system, kaya nakumpleto ang buong proseso ng pagbabago ng tool.
(II) Pagsusuri ng Tool Movement
Sa panahon ng proseso ng pagbabago ng tool sa machining center, ang paggalaw ng tool ay pangunahing binubuo ng apat na pangunahing bahagi:
- Huminto ang Tool gamit ang Spindle at Lumipat sa Posisyon ng Pagbabago ng Tool: Ang prosesong ito ay nangangailangan ng spindle na huminto sa pag-ikot nang mabilis at tumpak at lumipat sa partikular na posisyon ng pagbabago ng tool sa pamamagitan ng gumagalaw na sistema ng mga coordinate ax ng machine tool. Karaniwan, ang paggalaw na ito ay nakakamit sa pamamagitan ng mekanismo ng paghahatid tulad ng pares ng screw-nut na hinimok ng motor upang matiyak na ang katumpakan ng pagpoposisyon ng spindle ay nakakatugon sa mga kinakailangan sa pagproseso.
- Paggalaw ng Tool sa Tool Magazine: Ang mode ng paggalaw ng tool sa tool magazine ay depende sa uri ng tool magazine. Halimbawa, sa isang chain-type na tool magazine, ang tool ay gumagalaw sa tinukoy na posisyon kasama ang pag-ikot ng chain. Ang prosesong ito ay nangangailangan ng motor sa pagmamaneho ng tool magazine upang tumpak na kontrolin ang anggulo ng pag-ikot at bilis ng chain upang matiyak na maaabot ng tool ang posisyon ng pagbabago ng tool nang tumpak. Sa isang disc-type na tool magazine, ang pagpoposisyon ng tool ay nakakamit sa pamamagitan ng umiikot na mekanismo ng tool magazine.
- Paglipat ng Paggalaw ng Tool gamit ang Tool Change Manipulator: Ang paggalaw ng tool change manipulator ay medyo kumplikado dahil kailangan nitong makamit ang parehong rotational at linear na paggalaw. Sa panahon ng tool gripping at tool release stages, ang manipulator ay kailangang lumapit at umalis sa tool sa pamamagitan ng tumpak na linear na paggalaw. Karaniwan, ito ay nakakamit sa pamamagitan ng mekanismo ng rack at pinion na hinimok ng isang hydraulic cylinder o isang air cylinder, na pagkatapos ay nagtutulak sa mekanikal na braso upang makamit ang linear na paggalaw. Sa panahon ng tool withdrawal at tool insertion stages, bilang karagdagan sa linear na paggalaw, kailangan din ng manipulator na magsagawa ng isang tiyak na anggulo ng pag-ikot upang matiyak na ang tool ay maaaring maayos na maalis at maipasok sa spindle o sa tool magazine. Ang paikot na paggalaw na ito ay nakakamit sa pamamagitan ng pakikipagtulungan sa pagitan ng mekanikal na braso at ng gear shaft, na kinasasangkutan ng conversion ng mga kinematic na pares.
- Paggalaw ng Tool na Bumabalik sa Posisyon ng Pagproseso na may 主轴: Pagkatapos makumpleto ang pagbabago ng tool, kailangang mabilis na bumalik ang spindle sa orihinal na posisyon sa pagpoproseso gamit ang bagong tool upang ipagpatuloy ang mga susunod na operasyon sa pagproseso. Ang prosesong ito ay katulad ng paggalaw ng tool na lumilipat sa posisyon ng pagbabago ng tool ngunit sa kabilang direksyon. Nangangailangan din ito ng mataas na katumpakan na pagpoposisyon at isang mabilis na pagtugon upang bawasan ang downtime sa panahon ng proseso ng pagproseso at pagbutihin ang kahusayan sa pagproseso.
III. Mga Hakbang ng Awtomatikong Pagbabago ng Tool sa CNC Machining Centers
(I) Naglo-load ng Tool
- Random na Paraan ng Paglo-load ng May-hawak ng Tool
Ang paraan ng pag-load ng tool na ito ay medyo mataas ang flexibility. Ang mga operator ay maaaring maglagay ng mga tool sa anumang tool holder sa tool magazine. Gayunpaman, dapat tandaan na pagkatapos makumpleto ang pag-install ng tool, ang numero ng tool holder kung saan matatagpuan ang tool ay dapat na tumpak na naitala upang ang control system ay tumpak na mahanap at matawagan ang tool ayon sa mga tagubilin ng programa sa kasunod na proseso ng pagproseso. Halimbawa, sa ilang kumplikadong pagpoproseso ng amag, maaaring kailanganing madalas na baguhin ang mga tool ayon sa iba't ibang mga pamamaraan sa pagproseso. Sa kasong ito, ang random na paraan ng paglo-load ng may hawak ng tool ay maaaring madaling ayusin ang mga posisyon ng imbakan ng mga tool ayon sa aktwal na sitwasyon at mapabuti ang kahusayan sa paglo-load ng tool. - Nakapirming Paraan ng Paglo-load ng May-hawak ng Tool
Iba sa random na tool holder loading method, ang fixed tool holder loading method ay nangangailangan na ang mga tool ay dapat ilagay sa preset specific tool holder. Ang bentahe ng pamamaraang ito ay ang mga posisyon ng imbakan ng mga tool ay naayos, na kung saan ay maginhawa para sa mga operator na matandaan at pamahalaan, at ito ay nakakatulong din sa mabilis na pagpoposisyon at pagtawag ng mga tool ng control system. Sa ilang mga gawain sa pagpoproseso ng produksyon ng batch, kung ang proseso ng pagpoproseso ay medyo naayos, ang paggamit ng nakapirming paraan ng paglo-load ng may hawak ng tool ay maaaring mapabuti ang katatagan at pagiging maaasahan ng pagproseso at mabawasan ang mga aksidente sa pagproseso na dulot ng mga maling posisyon sa pag-iimbak ng tool.
(II) Pagpili ng Tool
Ang pagpili ng tool ay isang mahalagang link sa proseso ng awtomatikong pagbabago ng tool, at ang layunin nito ay mabilis at tumpak na piliin ang tinukoy na tool mula sa tool magazine upang matugunan ang mga pangangailangan ng iba't ibang mga pamamaraan sa pagproseso. Sa kasalukuyan, pangunahing mayroong sumusunod na dalawang karaniwang paraan ng pagpili ng tool:
- Sequential Tool Selection
Ang sequential na paraan ng pagpili ng tool ay nangangailangan ng mga operator na maglagay ng mga tool sa mga tool holder nang mahigpit na alinsunod sa pagkakasunud-sunod ng teknolohikal na proseso kapag naglo-load ng mga tool. Sa panahon ng proseso ng pagproseso, kukunin ng control system ang mga tool nang paisa-isa ayon sa pagkakasunud-sunod ng pagkakalagay ng mga tool at ibabalik ang mga ito sa orihinal na mga may hawak ng tool pagkatapos gamitin. Ang bentahe ng paraan ng pagpili ng tool na ito ay simple itong patakbuhin at may mababang gastos, at angkop ito para sa ilang mga gawain sa pagpoproseso na may medyo simpleng proseso ng pagproseso at mga nakapirming pagkakasunud-sunod ng paggamit ng tool. Halimbawa, sa pagpoproseso ng ilang simpleng bahagi ng baras, maaaring kailanganin lamang ng ilang kasangkapan sa isang nakapirming pagkakasunud-sunod. Sa kasong ito, maaaring matugunan ng sunud-sunod na paraan ng pagpili ng tool ang mga kinakailangan sa pagproseso at maaaring mabawasan ang gastos at pagiging kumplikado ng kagamitan. - Random na Pagpili ng Tool
- Tool Holder Coding Tool Selection
Kasama sa paraan ng pagpili ng tool na ito ang pag-coding sa bawat tool holder sa tool magazine at pagkatapos ay ilagay ang mga tool na naaayon sa mga tool holder code sa mga tinukoy na tool holder nang paisa-isa. Kapag nagprograma, ginagamit ng mga operator ang address na T upang tukuyin ang code ng may hawak ng tool kung saan matatagpuan ang tool. Ang control system ay nagtutulak sa tool magazine upang ilipat ang kaukulang tool sa posisyon ng pagbabago ng tool ayon sa impormasyong ito sa coding. Ang bentahe ng tool holder coding tool na paraan ng pagpili ay ang pagpili ng tool ay mas nababaluktot at maaaring umangkop sa ilang mga gawain sa pagpoproseso na may medyo kumplikadong proseso sa pagproseso at hindi naayos na mga pagkakasunud-sunod ng paggamit ng tool. Halimbawa, sa pagpoproseso ng ilang kumplikadong bahagi ng aviation, maaaring kailanganing madalas na baguhin ang mga tool ayon sa iba't ibang bahagi ng pagproseso at mga kinakailangan sa proseso, at ang pagkakasunud-sunod ng paggamit ng tool ay hindi naayos. Sa kasong ito, ang tool holder coding tool na paraan ng pagpili ay maaaring maginhawang mapagtanto ang mabilis na pagpili at pagpapalit ng mga tool at pagbutihin ang kahusayan sa pagproseso. - Pagpili ng Computer Memory Tool
Ang pagpili ng tool sa memorya ng computer ay isang mas advanced at matalinong paraan ng pagpili ng tool. Sa ilalim ng pamamaraang ito, ang mga numero ng tool at ang kanilang mga posisyon sa imbakan o mga numero ng may hawak ng tool ay katumbas na kabisado sa memorya ng computer o sa memorya ng programmable logic controller. Kapag kinakailangan na baguhin ang mga tool sa panahon ng proseso ng pagpoproseso, direktang kukunin ng control system ang impormasyon ng posisyon ng mga tool mula sa memorya ayon sa mga tagubilin ng programa at itaboy ang tool magazine upang mabilis at tumpak na ilipat ang mga tool sa posisyon ng pagbabago ng tool. Bukod dito, dahil ang pagbabago ng address ng imbakan ng tool ay maaaring maalala ng computer sa real time, ang mga tool ay maaaring kunin at ibalik nang random sa tool magazine, na lubos na nagpapabuti sa kahusayan sa pamamahala at flexibility ng paggamit ng mga tool. Ang paraan ng pagpili ng tool na ito ay malawakang ginagamit sa modernong high-precision at high-efficiency na CNC machining center, lalo na angkop para sa mga gawain sa pagproseso na may kumplikadong proseso ng pagproseso at maraming uri ng mga tool, tulad ng pagproseso ng mga bahagi tulad ng mga bloke ng makina ng sasakyan at cylinder head.
(III) Pagbabago ng Tool
Ang proseso ng pagbabago ng tool ay maaaring hatiin sa mga sumusunod na sitwasyon ayon sa mga uri ng tool holder ng tool sa spindle at ang tool na papalitan sa tool magazine:
- Parehong ang Tool sa Spindle at ang Tool na Papalitan sa Tool Magazine ay nasa Random Tool Holders
Sa kasong ito, ang proseso ng pagbabago ng tool ay ang mga sumusunod: Una, ang tool magazine ay nagsasagawa ng pagpapatakbo ng pagpili ng tool ayon sa mga tagubilin ng control system upang mabilis na ilipat ang tool na papalitan sa posisyon ng pagbabago ng tool. Pagkatapos, ang double-arm manipulator ay umaabot upang tumpak na makuha ang bagong tool sa tool magazine at ang lumang tool sa spindle. Susunod, ang talahanayan ng palitan ng tool ay umiikot upang paikutin ang bagong tool at ang lumang tool sa mga kaukulang posisyon ng spindle at tool magazine ayon sa pagkakabanggit. Sa wakas, ipinapasok ng manipulator ang bagong tool sa spindle at i-clamp ito, at kasabay nito, inilalagay ang lumang tool sa walang laman na posisyon ng tool magazine upang makumpleto ang pagpapatakbo ng pagbabago ng tool. Ang paraan ng pagbabago ng tool na ito ay may medyo mataas na flexibility at maaaring umangkop sa iba't ibang mga proseso ng pagproseso at kumbinasyon ng tool, ngunit mayroon itong mas mataas na mga kinakailangan para sa katumpakan ng manipulator at ang bilis ng pagtugon ng control system. - Ang Tool sa Spindle ay inilalagay sa isang Fixed Tool Holder, at ang Tool na Papalitan ay nasa isang Random Tool Holder o isang Fixed Tool Holder.
Ang proseso ng pagpili ng tool ay katulad ng nasa itaas na random na tool holder na paraan ng pagpili ng tool. Kapag pinapalitan ang tool, pagkatapos kunin ang tool mula sa spindle, ang tool magazine ay kailangang paikutin nang maaga sa partikular na posisyon para sa pagtanggap ng spindle tool upang ang lumang tool ay tumpak na maipadala pabalik sa tool magazine. Ang paraan ng pagbabago ng tool na ito ay mas karaniwan sa ilang mga gawain sa pagpoproseso na may medyo nakapirming mga proseso sa pagproseso at mataas na frequency ng paggamit ng spindle tool. Halimbawa, sa ilang batch production hole processing procedure, ang mga partikular na drill o reamer ay maaaring gamitin sa spindle sa mahabang panahon. Sa kasong ito, ang paglalagay ng spindle tool sa isang nakapirming tool holder ay maaaring mapabuti ang katatagan at kahusayan ng pagproseso. - Ang Tool sa Spindle ay nasa Random Tool Holder, at ang Tool na Papalitan ay nasa Fixed Tool Holder
Ang proseso ng pagpili ng tool ay upang piliin din ang tinukoy na tool mula sa tool magazine ayon sa mga kinakailangan sa proseso ng pagproseso. Kapag pinapalitan ang tool, ang tool na kinuha mula sa spindle ay ipapadala sa pinakamalapit na bakanteng posisyon ng tool para sa kasunod na paggamit. Ang paraan ng pagbabago ng tool na ito, sa isang tiyak na lawak, ay isinasaalang-alang ang flexibility ng pag-iimbak ng tool at ang kaginhawahan ng pamamahala ng tool magazine. Ito ay angkop para sa ilang mga gawain sa pagpoproseso na may medyo kumplikadong mga proseso sa pagpoproseso, maraming uri ng mga tool, at medyo mababa ang dalas ng paggamit ng ilang mga tool. Halimbawa, sa ilang pagpoproseso ng amag, maraming mga tool na may iba't ibang mga detalye ang maaaring gamitin, ngunit ang ilang mga espesyal na tool ay hindi gaanong ginagamit. Sa kasong ito, ang paglalagay ng mga tool na ito sa mga nakapirming tool holder at pag-iimbak ng mga ginamit na tool sa spindle sa malapit ay maaaring mapabuti ang rate ng paggamit ng espasyo ng tool magazine at ang kahusayan sa pagbabago ng tool.
IV. Konklusyon
Ang prinsipyo at mga hakbang ng awtomatikong pagbabago ng tool sa mga CNC machining center ay isang kumplikado at tumpak na system engineering, na kinasasangkutan ng teknikal na kaalaman sa maraming larangan tulad ng mekanikal na istraktura, electrical control, at software programming. Ang malalim na pag-unawa at kasanayan sa teknolohiya ng awtomatikong pagbabago ng tool ay may malaking kahalagahan para sa pagpapabuti ng kahusayan sa pagpoproseso, katumpakan ng pagproseso, at pagiging maaasahan ng kagamitan ng mga CNC machining center. Sa patuloy na pag-unlad ng industriya ng pagmamanupaktura at pag-unlad ng teknolohiya, ang mga awtomatikong tool change device ng mga CNC machining center ay magpapatuloy din sa pagbabago at pagbuti, patungo sa mas mataas na bilis, mas mataas na katumpakan, at mas malakas na katalinuhan upang matugunan ang lumalaking pangangailangan para sa pagproseso ng mga kumplikadong bahagi at magbigay ng malakas na suporta para sa pagtataguyod ng pagbabago at pag-upgrade ng industriya ng pagmamanupaktura. Sa praktikal na mga aplikasyon, ang mga operator ay dapat na makatwirang pumili ng mga paraan ng pag-load ng tool, mga paraan ng pagpili ng tool, at mga diskarte sa pagbabago ng tool ayon sa mga katangian at kinakailangan ng mga gawain sa pagpoproseso upang lubos na magamit ang mga bentahe ng CNC machining center, mapabuti ang kahusayan sa produksyon at kalidad ng produkto. Samantala, ang mga tagagawa ng kagamitan ay dapat ding patuloy na i-optimize ang disenyo at mga proseso ng pagmamanupaktura ng mga awtomatikong tool sa pagpapalit ng mga aparato upang mapabuti ang pagganap at katatagan ng kagamitan at mabigyan ang mga user ng mas mataas na kalidad at mas mahusay na mga solusyon sa CNC machining.