Meginregla og skref sjálfvirkra verkfæraskipta í CNC vinnslumiðstöðvum
Ágrip: Þessi grein fjallar ítarlega um mikilvægi sjálfvirkra verkfæraskipta í CNC vinnslustöðvum, meginregluna á bak við sjálfvirk verkfæraskipti og tiltekin skref, þar á meðal þætti eins og verkfærahleðslu, verkfæraval og verkfæraskipti. Markmiðið er að greina ítarlega tækni sjálfvirkra verkfæraskipta, veita fræðilegan stuðning og hagnýta leiðsögn til að bæta vinnsluhagkvæmni og nákvæmni í CNC vinnslustöðvum, hjálpa rekstraraðilum að skilja og ná tökum á þessari lykiltækni betur og síðan auka framleiðsluhagkvæmni og gæði vöru.
I. Inngangur
Sem lykilbúnaður í nútíma framleiðslu gegna CNC-vinnslustöðvar lykilhlutverki með sjálfvirkum verkfæraskiptatækjum, skurðarverkfærakerfum og sjálfvirkum brettaskiptatækjum. Notkun þessara tækja gerir vinnslustöðvum kleift að ljúka vinnslu margra mismunandi hluta vinnustykkis eftir eina uppsetningu, sem dregur verulega úr bilunartíma, styttir framleiðsluferlið á áhrifaríkan hátt og hefur einnig mikla þýðingu fyrir að bæta nákvæmni afurða. Sem kjarninn í þessu öllu er afköst sjálfvirka verkfæraskiptatækisins í beinu samhengi við vinnsluhagkvæmni. Þess vegna hefur ítarleg rannsókn á meginreglum þess og skrefum mikilvægt hagnýtt gildi.
II. Meginregla sjálfvirkra verkfæraskipta í CNC vinnslustöðvum
(I) Grunnferli verkfæraskipta
Þó að til séu ýmsar gerðir af verkfærageymslum í CNC vinnslumiðstöðvum, svo sem diskagerð verkfærageymslum og keðjugerð verkfærageymslum, er grunnferlið við verkfæraskiptingu einsleitt. Þegar sjálfvirka verkfæraskiptatækið fær skipun um verkfæraskipti, ræsir allt kerfið verkfæraskiptaforritið hratt. Í fyrsta lagi hættir spindillinn strax að snúast og stoppar nákvæmlega í forstilltri verkfæraskiptastöðu með nákvæmu staðsetningarkerfi. Í kjölfarið er verkfæralosunarbúnaðurinn virkjaður til að gera verkfærið á spindlinum í skiptanlegt ástand. Á sama tíma, samkvæmt leiðbeiningum stjórnkerfisins, knýr verkfærageymsluna samsvarandi gírkassa til að færa nýja verkfærið hratt og nákvæmlega í verkfæraskiptastöðuna og framkvæmir einnig losunaraðgerðina. Síðan grípur tvíarma stjórntækið hratt bæði nýju og gömlu verkfærin nákvæmlega á sama tíma. Eftir að verkfæraskiptaborðið snýst í rétta stöðu setur stjórntækið nýja verkfærið upp á spindilinn og setur gamla verkfærið í tóma stöðu verkfærageymslunnar. Að lokum framkvæmir spindillinn klemmuaðgerðina til að halda nýja verkfærinu fast og fer aftur í upphafsstöðu samkvæmt fyrirmælum stjórnkerfisins og lýkur þannig öllu verkfæraskiptaferlinu.
(II) Greining á hreyfingu verkfæra
Við verkfæraskiptingu í vinnslumiðstöð samanstendur hreyfing verkfærisins aðallega af fjórum lykilþáttum:
- Verkfæri stoppar með spindlinum og færist í verkfæraskiptistöðu: Þetta ferli krefst þess að spindillinn hætti að snúast hratt og nákvæmlega og færist í tiltekna verkfæraskiptistöðu með hreyfikerfi hnitása vélarinnar. Venjulega er þessi hreyfing náð fram með gírkassa eins og skrúfu-mötuparinu sem er knúið áfram af mótornum til að tryggja að staðsetningarnákvæmni spindlsins uppfylli vinnslukröfur.
- Hreyfing verkfærisins í verkfærablaðinu: Hreyfingarháttur verkfærisins í verkfærablaðinu fer eftir gerð verkfærablaðsins. Til dæmis, í keðjulaga verkfærablaði færist verkfærið í tilgreinda stöðu samhliða snúningi keðjunnar. Þetta ferli krefst þess að drifmótor verkfærablaðsins stjórni nákvæmlega snúningshorni og hraða keðjunnar til að tryggja að verkfærið geti náð verkfæraskiptistöðunni nákvæmlega. Í disklaga verkfærablaði er staðsetning verkfærisins náð með snúningskerfi verkfærablaðsins.
- Flutningur verkfæris með verkfæraskiptibúnaðinum: Hreyfing verkfæraskiptibúnaðarins er tiltölulega flókin þar sem hún þarf að ná bæði snúnings- og línulegum hreyfingum. Á meðan verkfærið er gripið og losað þarf verkfæratækið að nálgast og yfirgefa verkfærið með nákvæmri línulegri hreyfingu. Venjulega er þetta náð með tannhjóls- og tannhjólskerfi sem er knúið áfram af vökvastrokka eða loftstrokka, sem síðan knýr vélræna arminn til að ná línulegri hreyfingu. Á meðan verkfærið er tekið út og sett inn þarf verkfæratækið, auk línulegrar hreyfingar, einnig að framkvæma ákveðið snúningshorn til að tryggja að verkfærið geti verið dregið út og sett inn í spindil eða verkfærageymslu. Þessi snúningshreyfing er náð með samvinnu milli vélræna armsins og gírskaftsins, sem felur í sér umbreytingu hreyfifræðilegra para.
- Hreyfing verkfærisins aftur í vinnslustöðu með 主轴: Eftir að verkfæraskipti eru lokið þarf spindillinn að snúa fljótt aftur í upprunalegu vinnslustöðuna með nýja verkfærinu til að halda áfram vinnsluaðgerðum. Þetta ferli er svipað og hreyfing verkfærisins þegar það færist í verkfæraskiptastöðuna en í gagnstæða átt. Það krefst einnig mikillar nákvæmrar staðsetningar og skjótra viðbragða til að draga úr niðurtíma meðan á vinnsluferlinu stendur og bæta vinnsluhagkvæmni.
III. Skref sjálfvirkra verkfæraskipta í CNC vinnslustöðvum
(I) Hleðsla verkfæra
- Handahófskennd aðferð til að hlaða verkfæri
Þessi aðferð við að hlaða verkfæri hefur tiltölulega mikinn sveigjanleika. Rekstraraðilar geta sett verkfæri í hvaða verkfærahaldara sem er í verkfærageymslunni. Hins vegar skal tekið fram að eftir að verkfærauppsetningu er lokið verður að skrá nákvæmlega númer verkfærahaldarans þar sem verkfærið er staðsett svo að stjórnkerfið geti fundið og kallað á verkfærið nákvæmlega samkvæmt leiðbeiningum forritsins í síðari vinnsluferli. Til dæmis, í sumum flóknum mótvinnslum gæti þurft að skipta oft um verkfæri í samræmi við mismunandi vinnsluferla. Í þessu tilfelli getur handahófskennd aðferð við að hlaða verkfærahaldara raðað geymslustöðum verkfæra í samræmi við raunverulegar aðstæður og bætt skilvirkni verkfærahleðslu. - Aðferð til að hlaða fasta verkfærahaldara
Ólíkt handahófskenndri verkfærahleðsluaðferð krefst fastrar verkfærahleðsluaðferðar þess að verkfæri séu sett í fyrirfram ákveðna verkfærahaldara. Kosturinn við þessa aðferð er að geymslustaðsetning verkfæra er föst, sem er þægilegt fyrir rekstraraðila að muna og stjórna, og einnig stuðlar það að fljótlegri staðsetningu og köllun verkfæra af stjórnkerfinu. Í sumum framleiðsluverkefnum í lotuframleiðslu, ef vinnsluferlið er tiltölulega fast, getur notkun fastrar verkfærahleðsluaðferðar bætt stöðugleika og áreiðanleika vinnslunnar og dregið úr vinnsluslysum af völdum rangrar geymslustöðu verkfæra.
(II) Val á verkfærum
Val á verkfærum er lykilatriði í sjálfvirku verkfæraskiptiferlinu og tilgangur þess er að velja tiltekið verkfæri fljótt og nákvæmlega úr verkfærablaðinu til að mæta þörfum mismunandi vinnsluferla. Eins og er eru aðallega eftirfarandi tvær algengar aðferðir við val á verkfærum:
- Raðbundin verkfæraval
Raðbundin verkfæravalsaðferð krefst þess að rekstraraðilar setji verkfæri í verkfærahaldarana í ströngu samræmi við röð tækniferlisins þegar verkfæri eru sett í. Meðan á vinnsluferlinu stendur tekur stjórnkerfið verkfærin eitt af öðru í samræmi við röð verkfæranna og setur þau aftur í upprunalegu verkfærahaldarana eftir notkun. Kosturinn við þessa verkfæravalsaðferð er að hún er einföld í notkun og kostnaður lágur og hún hentar fyrir sum vinnsluverkefni með tiltölulega einföldum vinnsluferlum og fastri notkunarröð verkfæra. Til dæmis, við vinnslu sumra einfaldra áshluta, gæti aðeins verið þörf á fáum verkfærum í fastri röð. Í þessu tilfelli getur raðbundin verkfæravalsaðferð uppfyllt vinnslukröfur og dregið úr kostnaði og flækjustigi búnaðarins. - Handahófskennt verkfæraval
- Val á verkfærakróðu fyrir verkfærahaldara
Þessi verkfæravalsaðferð felur í sér að kóða hvern verkfærahaldara í verkfærageymslunni og setja síðan verkfærin sem samsvara verkfærahaldarakóðunum í tilgreinda verkfærahaldara eitt af öðru. Við forritun nota stjórnendur vistfangið T til að tilgreina verkfærahaldarakóðann þar sem verkfærið er staðsett. Stjórnkerfið knýr verkfærageymsluna til að færa samsvarandi verkfæri í verkfæraskiptastöðu samkvæmt þessum kóðunarupplýsingum. Kosturinn við verkfæravalsaðferðina með kóðun verkfærahaldara er að verkfæravalið er sveigjanlegra og getur aðlagað sig að sumum vinnsluverkefnum með tiltölulega flóknum vinnsluferlum og óföstum notkunarröð verkfæra. Til dæmis, við vinnslu flókinna flugvélahluta gæti þurft að skipta oft um verkfæri í samræmi við mismunandi vinnsluhluta og ferliskröfur, og notkunarröð verkfæra er óföst. Í þessu tilfelli getur verkfæravalsaðferðin með kóðun verkfærahaldara auðveldlega gert kleift að velja og skipta um verkfæri fljótt og bæta vinnsluhagkvæmni. - Val á minnisverkfærum tölvunnar
Val á verkfærum í minni tölvunnar er háþróaðri og snjallari aðferð við verkfæraval. Með þessari aðferð eru verkfæranúmerin og geymslustaðsetningar þeirra eða verkfærahaldarnúmerin samsvarandi geymd í minni tölvunnar eða minni forritanlegs rökstýringar. Þegar nauðsynlegt er að skipta um verkfæri meðan á vinnsluferlinu stendur, mun stjórnkerfið sækja staðsetningarupplýsingar verkfæranna beint úr minninu samkvæmt leiðbeiningum forritsins og knýja verkfærageymsluna til að færa verkfærin fljótt og nákvæmlega í verkfæraskiptastöðuna. Þar að auki, þar sem tölvan getur munað breytingar á geymslustað verkfærisins í rauntíma, er hægt að taka verkfæri út og senda þau til baka af handahófi í verkfærageymslunni, sem bætir verulega skilvirkni stjórnunar og sveigjanleika í notkun verkfæra. Þessi verkfæravalsaðferð er mikið notuð í nútíma nákvæmum og skilvirkum CNC vinnslustöðvum, sérstaklega hentug fyrir vinnsluverkefni með flóknum vinnsluferlum og fjölmörgum gerðum verkfæra, svo sem vinnslu á hlutum eins og bílavélablokkum og strokkahausum.
(III) Verkfæraskipti
Hægt er að skipta verkfæraskiptingarferlinu í eftirfarandi aðstæður eftir gerðum verkfærahaldara verkfærisins á spindlinum og verkfærisins sem á að skipta út í verkfærageymslunni:
- Bæði verkfærið á spindlinum og verkfærið sem á að skipta út í verkfærablaðinu eru í handahófskenndum verkfærahöldurum.
Í þessu tilviki er verkfæraskiptaferlið sem hér segir: Í fyrsta lagi framkvæmir verkfærablaðið verkfæraval samkvæmt leiðbeiningum stjórnkerfisins til að færa verkfærið sem á að skipta út fljótt í verkfæraskiptastöðu. Síðan teygir tvíarma verkfærarinn sig út til að grípa nákvæmlega nýja verkfærið í verkfærablaðinu og gamla verkfærið á spindlinum. Næst snýst verkfæraskiptaborðið til að snúa nýja verkfærinu og gamla verkfærinu í samsvarandi stöður spindlsins og verkfærablaðsins, hver um sig. Að lokum setur verkfærarinn nýja verkfærið inn í spindlinn og klemmir það, og setur um leið gamla verkfærið í tóma stöðu verkfærablaðsins til að ljúka verkfæraskiptaaðgerðinni. Þessi verkfæraskiptaaðferð hefur tiltölulega mikinn sveigjanleika og getur aðlagað sig að ýmsum vinnsluferlum og verkfærasamsetningum, en hún hefur meiri kröfur um nákvæmni verkfærarinnar og svörunarhraða stjórnkerfisins. - Verkfærið á spindlinum er sett í fastan verkfærahaldara og verkfærið sem á að skipta út er í handahófskenndum verkfærahaldara eða föstum verkfærahaldara.
Ferlið við verkfæraval er svipað og aðferðin við handahófskennda verkfærahaldara sem lýst er hér að ofan. Þegar skipt er um verkfæri og verkfærið hefur verið tekið af spindlinum þarf að snúa verkfærageymslunni fyrirfram í tiltekna stöðu fyrir spindilverkfærið svo að hægt sé að senda gamla verkfærið nákvæmlega aftur í verkfærageymsluna. Þessi verkfæraskiptaaðferð er algengari í sumum vinnsluverkefnum með tiltölulega föstum vinnsluferlum og mikilli notkunartíðni spindilverkfærisins. Til dæmis, í sumum framleiðsluferlum fyrir holur, má nota sérstakar borvélar eða rúmmara á spindlinum í langan tíma. Í þessu tilfelli getur það að setja spindilverkfærið í fastan verkfærahaldara aukið stöðugleika og skilvirkni vinnslunnar. - Verkfærið á spindlinum er í handahófskenndum verkfærahaldara og verkfærið sem á að skipta út er í föstum verkfærahaldara.
Verkfæravalsferlið felst einnig í því að velja tiltekið verkfæri úr verkfærageymslunni í samræmi við kröfur vinnsluferlisins. Þegar skipt er um verkfæri verður verkfærið sem tekið er úr spindlinum sent á næsta tóma verkfærastað til síðari notkunar. Þessi verkfæraskiptaaðferð tekur að vissu leyti tillit til sveigjanleika í verkfærageymslu og þæginda við stjórnun verkfærageymslu. Hún hentar fyrir sumar vinnsluverkefni með tiltölulega flóknum vinnsluferlum, fjölmörgum gerðum verkfæra og tiltölulega lágri notkunartíðni sumra verkfæra. Til dæmis, í sumum mótvinnslum má nota mörg verkfæri með mismunandi forskriftum, en sum sérverkfæri eru notuð sjaldnar. Í þessu tilviki getur það að setja þessi verkfæri í fasta verkfærahaldara og geyma notuð verkfæri á spindlinum í nágrenninu bætt nýtingu rýmis í verkfærageymslunni og skilvirkni verkfæraskipta.
IV. Niðurstaða
Meginreglan og skrefin í sjálfvirkum verkfæraskiptum í CNC vinnslustöðvum eru flókin og nákvæm kerfisverkfræði sem felur í sér tæknilega þekkingu á mörgum sviðum eins og vélrænni uppbyggingu, rafmagnsstýringu og hugbúnaðarforritun. Ítarlegur skilningur og þekking á sjálfvirkum verkfæraskiptatækni er afar mikilvæg til að bæta vinnsluhagkvæmni, nákvæmni vinnslu og áreiðanleika búnaðar í CNC vinnslustöðvum. Með sífelldri þróun framleiðsluiðnaðarins og tækniframförum munu sjálfvirk verkfæraskiptatæki í CNC vinnslustöðvum einnig halda áfram að þróast og bæta sig, stefna að meiri hraða, meiri nákvæmni og sterkari greind til að mæta vaxandi eftirspurn eftir vinnslu flókinna hluta og veita sterkan stuðning við að efla umbreytingu og uppfærslu framleiðsluiðnaðarins. Í hagnýtum tilgangi ættu rekstraraðilar að velja skynsamlegar aðferðir við verkfærahleðslu, verkfæraval og verkfæraskiptastefnur í samræmi við eiginleika og kröfur vinnsluverkefna til að nýta kosti CNC vinnslustöðva til fulls, bæta framleiðsluhagkvæmni og gæði vöru. Á sama tíma ættu framleiðendur búnaðar einnig stöðugt að hámarka hönnunar- og framleiðsluferli sjálfvirkra verkfæraskiptatækja til að bæta afköst og stöðugleika búnaðar og veita notendum hágæða og skilvirkari CNC vinnslulausnir.