Princípio e etapas da troca automática de ferramentas em centros de usinagem CNC
Resumo: Este artigo aborda em detalhes a importância do dispositivo de troca automática de ferramentas em centros de usinagem CNC, o princípio da troca automática de ferramentas e suas etapas específicas, incluindo aspectos como carregamento, seleção e troca de ferramentas. O objetivo é analisar profundamente a tecnologia de troca automática de ferramentas, fornecer suporte teórico e orientação prática para aprimorar a eficiência e a precisão do processamento em centros de usinagem CNC, auxiliar os operadores a compreender e dominar melhor essa tecnologia essencial e, assim, aprimorar a eficiência da produção e a qualidade do produto.
I. Introdução
Como equipamentos essenciais na manufatura moderna, os centros de usinagem CNC desempenham um papel crucial com seus dispositivos de troca automática de ferramentas, sistemas de ferramentas de corte e dispositivos de troca automática de paletes. A aplicação desses dispositivos permite que os centros de usinagem concluam o processamento de múltiplas partes diferentes de uma peça após uma única instalação, reduzindo significativamente o tempo de inatividade sem falhas, encurtando efetivamente o ciclo de fabricação do produto e tendo também uma importância significativa para a melhoria da precisão do processamento dos produtos. Sendo a peça central entre eles, o desempenho do dispositivo de troca automática de ferramentas está diretamente relacionado ao nível de eficiência do processamento. Portanto, uma pesquisa aprofundada sobre seus princípios e etapas tem importante valor prático.
II. Princípio da Troca Automática de Ferramentas em Centros de Usinagem CNC
(I) Processo básico de troca de ferramentas
Embora existam vários tipos de magazines de ferramentas em centros de usinagem CNC, como magazines de ferramentas do tipo disco e magazines de ferramentas do tipo corrente, o processo básico de troca de ferramentas é consistente. Quando o dispositivo automático de troca de ferramentas recebe uma instrução de troca de ferramenta, todo o sistema inicia rapidamente o programa de troca de ferramentas. Primeiramente, o fuso para de girar imediatamente e para com precisão na posição predefinida de troca de ferramenta por meio de um sistema de posicionamento de alta precisão. Posteriormente, o mecanismo de desbloqueio da ferramenta é ativado para tornar a ferramenta no fuso em um estado substituível. Enquanto isso, de acordo com as instruções do sistema de controle, o magazine de ferramentas aciona os dispositivos de transmissão correspondentes para mover a nova ferramenta de forma rápida e precisa para a posição de troca de ferramenta e também executa a operação de desbloqueio da ferramenta. Em seguida, o manipulador de braço duplo atua rapidamente para agarrar com precisão as ferramentas novas e antigas ao mesmo tempo. Após a mesa de troca de ferramentas girar para a posição correta, o manipulador instala a nova ferramenta no fuso e coloca a ferramenta antiga na posição vazia do magazine de ferramentas. Por fim, o fuso realiza a ação de fixação para segurar firmemente a nova ferramenta e retorna à posição inicial de processamento sob as instruções do sistema de controle, completando assim todo o processo de troca de ferramenta.
(II) Análise do Movimento da Ferramenta
Durante o processo de troca de ferramentas no centro de usinagem, o movimento da ferramenta consiste principalmente em quatro partes principais:
- A ferramenta para junto com o fuso e se move para a posição de troca de ferramenta: Este processo requer que o fuso pare de girar de forma rápida e precisa e se mova para a posição específica de troca de ferramenta através do sistema de movimentação dos eixos coordenados da máquina-ferramenta. Normalmente, esse movimento é realizado pelo mecanismo de transmissão, como o par parafuso-porca acionado pelo motor, para garantir que a precisão de posicionamento do fuso atenda aos requisitos de processamento.
- Movimento da ferramenta no magazine de ferramentas: O modo de movimento da ferramenta no magazine de ferramentas depende do tipo de magazine. Por exemplo, em um magazine de ferramentas do tipo corrente, a ferramenta se move para a posição especificada junto com a rotação da corrente. Esse processo requer que o motor de acionamento do magazine de ferramentas controle com precisão o ângulo de rotação e a velocidade da corrente para garantir que a ferramenta possa atingir a posição de troca de ferramenta com precisão. Em um magazine de ferramentas do tipo disco, o posicionamento da ferramenta é obtido por meio do mecanismo de rotação do magazine de ferramentas.
- Movimento de Transferência da Ferramenta com o Manipulador de Troca de Ferramentas: O movimento do manipulador de troca de ferramentas é relativamente complexo, pois precisa realizar movimentos rotacionais e lineares. Durante os estágios de preensão e liberação da ferramenta, o manipulador precisa se aproximar e se afastar da ferramenta por meio de um movimento linear preciso. Normalmente, isso é obtido pelo mecanismo de cremalheira e pinhão acionado por um cilindro hidráulico ou um cilindro de ar, que então aciona o braço mecânico para obter movimento linear. Durante os estágios de retirada e inserção da ferramenta, além do movimento linear, o manipulador também precisa executar um determinado ângulo de rotação para garantir que a ferramenta possa ser suavemente retirada e inserida no fuso ou no magazine de ferramentas. Esse movimento rotacional é obtido por meio da cooperação entre o braço mecânico e o eixo da engrenagem, envolvendo a conversão de pares cinemáticos.
- Movimento da ferramenta retornando à posição de processamento com o 主轴: Após a troca da ferramenta, o fuso precisa retornar rapidamente à posição de processamento original com a nova ferramenta para continuar as operações de processamento subsequentes. Este processo é semelhante ao movimento da ferramenta em direção à posição de troca, mas na direção oposta. Também requer posicionamento de alta precisão e resposta rápida para reduzir o tempo de inatividade durante o processo de processamento e melhorar a eficiência do processamento.
III. Etapas da Troca Automática de Ferramentas em Centros de Usinagem CNC
(I) Carregamento de ferramentas
- Método de carregamento aleatório do porta-ferramentas
Este método de carregamento de ferramentas apresenta uma flexibilidade relativamente alta. Os operadores podem posicionar as ferramentas em qualquer porta-ferramentas do magazine de ferramentas. No entanto, é importante observar que, após a instalação da ferramenta, o número do porta-ferramentas onde a ferramenta está localizada deve ser registrado com precisão para que o sistema de controle possa localizar e chamar a ferramenta com precisão, de acordo com as instruções do programa, no processo de processamento subsequente. Por exemplo, em alguns processamentos complexos de moldes, as ferramentas podem precisar ser trocadas com frequência, de acordo com diferentes procedimentos de processamento. Nesse caso, o método de carregamento aleatório do porta-ferramentas pode organizar convenientemente as posições de armazenamento das ferramentas de acordo com a situação real e melhorar a eficiência do carregamento da ferramenta. - Método de carregamento de porta-ferramentas fixo
Diferentemente do método de carregamento aleatório de porta-ferramentas, o método de carregamento fixo de porta-ferramentas exige que as ferramentas sejam colocadas em porta-ferramentas específicos predefinidos. A vantagem desse método é que as posições de armazenamento das ferramentas são fixas, o que é conveniente para os operadores memorizarem e gerenciarem, além de facilitar o posicionamento e a chamada rápida das ferramentas pelo sistema de controle. Em algumas tarefas de processamento de produção em lote, se o processo de processamento for relativamente fixo, a adoção do método de carregamento fixo de porta-ferramentas pode melhorar a estabilidade e a confiabilidade do processamento e reduzir acidentes de processamento causados por posições incorretas de armazenamento das ferramentas.
(II) Seleção de ferramentas
A seleção de ferramentas é um elo fundamental no processo de troca automática de ferramentas, e seu objetivo é selecionar com rapidez e precisão a ferramenta especificada no magazine de ferramentas para atender às necessidades de diferentes procedimentos de processamento. Atualmente, existem principalmente os dois métodos comuns de seleção de ferramentas a seguir:
- Seleção sequencial de ferramentas
O método de seleção sequencial de ferramentas exige que os operadores coloquem as ferramentas nos porta-ferramentas em estrita conformidade com a sequência do processo tecnológico ao carregar as ferramentas. Durante o processo de processamento, o sistema de controle pegará as ferramentas uma a uma, de acordo com a sequência de posicionamento das ferramentas, e as recolocará nos porta-ferramentas originais após o uso. A vantagem desse método de seleção de ferramentas é que ele é simples de operar e tem baixo custo, sendo adequado para algumas tarefas de processamento com processos de processamento relativamente simples e sequências de uso de ferramentas fixas. Por exemplo, no processamento de algumas peças simples de eixo, apenas algumas ferramentas em uma sequência fixa podem ser necessárias. Nesse caso, o método de seleção sequencial de ferramentas pode atender aos requisitos de processamento e reduzir o custo e a complexidade do equipamento. - Seleção aleatória de ferramentas
- Seleção de ferramentas de codificação de porta-ferramentas
Este método de seleção de ferramentas envolve a codificação de cada porta-ferramentas no magazine de ferramentas e, em seguida, a inserção das ferramentas correspondentes aos códigos dos porta-ferramentas nos porta-ferramentas especificados, uma a uma. Durante a programação, os operadores usam o endereço T para especificar o código do porta-ferramentas onde a ferramenta está localizada. O sistema de controle aciona o magazine de ferramentas para mover a ferramenta correspondente para a posição de troca de ferramenta de acordo com essas informações de codificação. A vantagem do método de seleção de ferramentas com codificação de porta-ferramentas é que a seleção de ferramentas é mais flexível e pode se adaptar a algumas tarefas de processamento com processos de processamento relativamente complexos e sequências de uso de ferramentas não fixas. Por exemplo, no processamento de algumas peças complexas de aviação, as ferramentas podem precisar ser trocadas com frequência de acordo com diferentes peças de processamento e requisitos do processo, e a sequência de uso das ferramentas não é fixa. Nesse caso, o método de seleção de ferramentas com codificação de porta-ferramentas pode realizar convenientemente a seleção e a substituição rápidas de ferramentas e melhorar a eficiência do processamento. - Seleção de ferramentas de memória do computador
A seleção de ferramentas por memória de computador é um método de seleção de ferramentas mais avançado e inteligente. Com este método, os números das ferramentas e suas posições de armazenamento ou números dos porta-ferramentas são memorizados na memória do computador ou na memória do controlador lógico programável. Quando for necessário trocar ferramentas durante o processo de processamento, o sistema de controle obterá diretamente as informações de posição das ferramentas da memória, de acordo com as instruções do programa, e acionará o magazine de ferramentas para mover as ferramentas de forma rápida e precisa para a posição de troca de ferramentas. Além disso, como a alteração do endereço de armazenamento da ferramenta pode ser lembrada pelo computador em tempo real, as ferramentas podem ser retiradas e devolvidas aleatoriamente no magazine de ferramentas, melhorando significativamente a eficiência do gerenciamento e a flexibilidade de uso das ferramentas. Este método de seleção de ferramentas é amplamente utilizado em modernos centros de usinagem CNC de alta precisão e alta eficiência, especialmente adequado para tarefas de processamento com processos de processamento complexos e diversos tipos de ferramentas, como o processamento de peças como blocos de motor e cabeçotes de automóveis.
(III) Troca de ferramenta
O processo de troca de ferramentas pode ser dividido nas seguintes situações de acordo com os tipos de porta-ferramentas da ferramenta no fuso e da ferramenta a ser substituída no magazine de ferramentas:
- Tanto a ferramenta no fuso quanto a ferramenta a ser substituída no magazine de ferramentas estão em porta-ferramentas aleatórios
Neste caso, o processo de troca de ferramentas é o seguinte: Primeiramente, o magazine de ferramentas realiza a operação de seleção da ferramenta de acordo com as instruções do sistema de controle para mover rapidamente a ferramenta a ser substituída para a posição de troca de ferramenta. Em seguida, o manipulador de braço duplo se estende para agarrar com precisão a nova ferramenta no magazine de ferramentas e a ferramenta antiga no fuso. Em seguida, a mesa de troca de ferramentas gira para girar a nova ferramenta e a ferramenta antiga para as posições correspondentes do fuso e do magazine de ferramentas, respectivamente. Finalmente, o manipulador insere a nova ferramenta no fuso e a fixa, e ao mesmo tempo, coloca a ferramenta antiga na posição vazia do magazine de ferramentas para concluir a operação de troca de ferramenta. Este método de troca de ferramenta tem flexibilidade relativamente alta e pode se adaptar a vários processos de processamento e combinações de ferramentas diferentes, mas tem requisitos mais altos para a precisão do manipulador e a velocidade de resposta do sistema de controle. - A ferramenta no fuso é colocada em um suporte de ferramenta fixo e a ferramenta a ser substituída está em um suporte de ferramenta aleatório ou em um suporte de ferramenta fixo
O processo de seleção de ferramentas é semelhante ao método de seleção aleatória de ferramentas para porta-ferramentas acima. Ao trocar a ferramenta, após retirá-la do fuso, o magazine de ferramentas precisa ser girado previamente para a posição específica de recebimento da ferramenta do fuso, para que a ferramenta antiga possa ser enviada de volta com precisão ao magazine. Esse método de troca de ferramentas é mais comum em algumas tarefas de processamento com processos de processamento relativamente fixos e altas frequências de uso da ferramenta do fuso. Por exemplo, em alguns procedimentos de processamento de furos para produção em lote, brocas ou alargadores específicos podem ser usados no fuso por um longo tempo. Nesse caso, colocar a ferramenta do fuso em um porta-ferramentas fixo pode melhorar a estabilidade e a eficiência do processamento. - A ferramenta no fuso está em um suporte de ferramenta aleatório e a ferramenta a ser substituída está em um suporte de ferramenta fixo
O processo de seleção de ferramentas também consiste em selecionar a ferramenta especificada no magazine de ferramentas, de acordo com os requisitos do processo de usinagem. Ao trocar a ferramenta, a ferramenta retirada do fuso será enviada para a posição de ferramenta vazia mais próxima para uso subsequente. Este método de troca de ferramentas, até certo ponto, leva em consideração a flexibilidade de armazenamento de ferramentas e a conveniência do gerenciamento do magazine de ferramentas. É adequado para algumas tarefas de usinagem com processos de usinagem relativamente complexos, vários tipos de ferramentas e frequências de uso relativamente baixas de algumas ferramentas. Por exemplo, em alguns processamentos de moldes, várias ferramentas de especificações diferentes podem ser usadas, mas algumas ferramentas especiais são usadas com menos frequência. Nesse caso, colocar essas ferramentas em porta-ferramentas fixos e armazenar as ferramentas usadas no fuso próximo pode melhorar a taxa de utilização do espaço do magazine de ferramentas e a eficiência da troca de ferramentas.
IV. Conclusão
O princípio e as etapas da troca automática de ferramentas em centros de usinagem CNC constituem um sistema complexo e preciso de engenharia, envolvendo conhecimento técnico em diversas áreas, como estrutura mecânica, controle elétrico e programação de software. O profundo conhecimento e domínio da tecnologia de troca automática de ferramentas são de grande importância para aprimorar a eficiência e a precisão do processamento e a confiabilidade dos equipamentos em centros de usinagem CNC. Com o desenvolvimento contínuo da indústria de manufatura e o progresso tecnológico, os dispositivos de troca automática de ferramentas em centros de usinagem CNC também continuarão a inovar e aprimorar, buscando maior velocidade, maior precisão e inteligência aprimorada para atender à crescente demanda por processamento de peças complexas e fornecer um forte suporte para promover a transformação e a modernização da indústria de manufatura. Em aplicações práticas, os operadores devem escolher métodos de carregamento de ferramentas, métodos de seleção de ferramentas e estratégias de troca de ferramentas de acordo com as características e requisitos das tarefas de processamento para aproveitar ao máximo as vantagens dos centros de usinagem CNC, melhorar a eficiência da produção e a qualidade do produto. Ao mesmo tempo, os fabricantes de equipamentos também devem otimizar continuamente os processos de projeto e fabricação de dispositivos de troca automática de ferramentas para melhorar o desempenho e a estabilidade dos equipamentos e fornecer aos usuários soluções de usinagem CNC de maior qualidade e mais eficientes.