Nguyên lý và các bước thay dao tự động trong trung tâm gia công CNC

Nguyên lý và các bước thay dao tự động trong trung tâm gia công CNC

I. Giới thiệu

II. Nguyên lý thay dao tự động trong trung tâm gia công CNC

(I) Quy trình cơ bản của việc thay đổi công cụ

(II) Phân tích chuyển động của dụng cụ

• Dụng cụ dừng lại cùng với trục chính và di chuyển đến vị trí thay dụng cụ: Quá trình này yêu cầu trục chính dừng quay nhanh chóng và chính xác, di chuyển đến vị trí thay dụng cụ cụ thể thông qua hệ thống chuyển động của các trục tọa độ trên máy công cụ. Thông thường, chuyển động này được thực hiện bằng cơ cấu truyền động như cặp vít-đai ốc được dẫn động bởi động cơ để đảm bảo độ chính xác định vị của trục chính đáp ứng các yêu cầu gia công.
• Chuyển động của dụng cụ trong ổ dao: Chế độ chuyển động của dụng cụ trong ổ dao phụ thuộc vào loại ổ dao. Ví dụ, trong ổ dao dạng xích, dụng cụ di chuyển đến vị trí được chỉ định cùng với chuyển động quay của xích. Quá trình này đòi hỏi động cơ dẫn động của ổ dao phải điều khiển chính xác góc quay và tốc độ của xích để đảm bảo dụng cụ có thể đến đúng vị trí thay dao. Trong ổ dao dạng đĩa, việc định vị dụng cụ được thực hiện thông qua cơ cấu quay của ổ dao.
• Chuyển động chuyển giao của dụng cụ với bộ điều khiển thay đổi dụng cụ: Chuyển động của bộ điều khiển thay đổi dụng cụ tương đối phức tạp vì nó cần đạt được cả chuyển động quay và chuyển động tuyến tính. Trong giai đoạn kẹp dụng cụ và nhả dụng cụ, bộ điều khiển cần tiếp cận và rời khỏi dụng cụ thông qua chuyển động tuyến tính chính xác. Thông thường, điều này đạt được nhờ cơ cấu thanh răng và bánh răng được dẫn động bởi xi lanh thủy lực hoặc xi lanh khí, sau đó dẫn động cánh tay cơ khí để đạt được chuyển động tuyến tính. Trong giai đoạn rút dụng cụ và đưa dụng cụ vào, ngoài chuyển động tuyến tính, bộ điều khiển còn cần thực hiện một góc quay nhất định để đảm bảo dụng cụ có thể được rút ra và đưa vào trục chính hoặc ổ chứa dụng cụ một cách trơn tru. Chuyển động quay này đạt được thông qua sự hợp tác giữa cánh tay cơ khí và trục bánh răng, liên quan đến việc chuyển đổi các cặp động học.
• Chuyển động của dụng cụ trở về vị trí gia công với trục chính: Sau khi hoàn tất việc thay đổi dụng cụ, trục chính cần nhanh chóng trở về vị trí gia công ban đầu với dụng cụ mới để tiếp tục các thao tác gia công tiếp theo. Quá trình này tương tự như chuyển động của dụng cụ di chuyển đến vị trí thay đổi dụng cụ nhưng theo hướng ngược lại. Nó cũng đòi hỏi độ chính xác cao về vị trí và phản ứng nhanh để giảm thời gian chết trong quá trình gia công và cải thiện hiệu quả gia công.

III. Các bước thay dao tự động trong trung tâm gia công CNC

(I) Tải công cụ

• Phương pháp tải giá đỡ dụng cụ ngẫu nhiên
  Phương pháp nạp dao này có tính linh hoạt tương đối cao. Người vận hành có thể đặt dao vào bất kỳ giá đỡ dao nào trong khoang chứa dao. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng sau khi lắp đặt xong dao, số hiệu giá đỡ dao nơi đặt dao phải được ghi lại chính xác để hệ thống điều khiển có thể tìm và gọi dao chính xác theo lệnh chương trình trong quá trình gia công tiếp theo. Ví dụ, trong một số quy trình gia công khuôn phức tạp, dao có thể cần thay đổi thường xuyên theo các quy trình gia công khác nhau. Trong trường hợp này, phương pháp nạp dao ngẫu nhiên có thể sắp xếp vị trí lưu trữ dao một cách thuận tiện theo tình hình thực tế và nâng cao hiệu quả nạp dao.
• Phương pháp tải giá đỡ dụng cụ cố định
  Khác với phương pháp nạp dao ngẫu nhiên, phương pháp nạp dao cố định yêu cầu dao phải được đặt vào các giá đỡ dao được cài đặt sẵn. Ưu điểm của phương pháp này là vị trí lưu trữ dao cố định, thuận tiện cho người vận hành ghi nhớ và quản lý, đồng thời giúp hệ thống điều khiển định vị và gọi dao nhanh chóng. Trong một số tác vụ gia công sản xuất hàng loạt, nếu quy trình gia công tương đối cố định, việc áp dụng phương pháp nạp dao cố định có thể cải thiện tính ổn định và độ tin cậy của quá trình gia công, đồng thời giảm thiểu tai nạn gia công do vị trí lưu trữ dao không đúng.

(II) Lựa chọn công cụ

• Lựa chọn công cụ tuần tự
  Phương pháp lựa chọn dao tuần tự yêu cầu người vận hành phải đặt dao vào giá đỡ dao theo đúng trình tự công nghệ khi nạp dao. Trong quá trình gia công, hệ thống điều khiển sẽ lấy từng dao theo trình tự đặt dao và lắp lại vào giá đỡ dao ban đầu sau khi sử dụng. Ưu điểm của phương pháp lựa chọn dao này là dễ vận hành, chi phí thấp, phù hợp với một số tác vụ gia công có quy trình gia công tương đối đơn giản và trình tự sử dụng dao cố định. Ví dụ, khi gia công một số chi tiết trục đơn giản, có thể chỉ cần một vài dao theo trình tự cố định. Trong trường hợp này, phương pháp lựa chọn dao tuần tự có thể đáp ứng được yêu cầu gia công, đồng thời giảm chi phí và độ phức tạp của thiết bị.
• Lựa chọn công cụ ngẫu nhiên
• Lựa chọn công cụ mã hóa giá đỡ công cụ
  Phương pháp lựa chọn dụng cụ này bao gồm việc mã hóa từng giá đỡ dụng cụ trong ổ chứa dụng cụ, sau đó lần lượt đặt các dụng cụ tương ứng với mã giá đỡ dụng cụ vào các giá đỡ dụng cụ đã chỉ định. Khi lập trình, người vận hành sử dụng địa chỉ T để chỉ định mã giá đỡ dụng cụ nơi dụng cụ được đặt. Hệ thống điều khiển sẽ điều khiển ổ chứa dụng cụ di chuyển dụng cụ tương ứng đến vị trí thay dụng cụ theo thông tin mã hóa này. Ưu điểm của phương pháp lựa chọn dụng cụ mã hóa giá đỡ dụng cụ là việc lựa chọn dụng cụ linh hoạt hơn và có thể thích ứng với một số tác vụ xử lý có quy trình xử lý tương đối phức tạp và trình tự sử dụng dụng cụ không cố định. Ví dụ, trong quá trình xử lý một số bộ phận hàng không phức tạp, dụng cụ có thể cần được thay đổi thường xuyên theo các bộ phận xử lý và yêu cầu quy trình khác nhau, và trình tự sử dụng dụng cụ không cố định. Trong trường hợp này, phương pháp lựa chọn dụng cụ mã hóa giá đỡ dụng cụ có thể thực hiện việc lựa chọn và thay thế dụng cụ nhanh chóng một cách thuận tiện, đồng thời cải thiện hiệu quả xử lý.
• Lựa chọn công cụ bộ nhớ máy tính
  Lựa chọn dụng cụ bằng bộ nhớ máy tính là một phương pháp lựa chọn dụng cụ thông minh và tiên tiến hơn. Theo phương pháp này, số hiệu dụng cụ và vị trí lưu trữ của chúng hoặc số hiệu giá đỡ dụng cụ được ghi nhớ tương ứng trong bộ nhớ của máy tính hoặc bộ nhớ của bộ điều khiển logic khả trình. Khi cần thay đổi dụng cụ trong quá trình gia công, hệ thống điều khiển sẽ trực tiếp lấy thông tin vị trí của dụng cụ từ bộ nhớ theo hướng dẫn của chương trình và điều khiển ổ dụng cụ để di chuyển dụng cụ nhanh chóng và chính xác đến vị trí thay đổi dụng cụ. Hơn nữa, do máy tính có thể ghi nhớ việc thay đổi địa chỉ lưu trữ dụng cụ theo thời gian thực, nên dụng cụ có thể được lấy ra và gửi lại ngẫu nhiên trong ổ dụng cụ, cải thiện đáng kể hiệu quả quản lý và tính linh hoạt trong sử dụng dụng cụ. Phương pháp lựa chọn dụng cụ này được sử dụng rộng rãi trong các trung tâm gia công CNC hiện đại có độ chính xác và hiệu suất cao, đặc biệt phù hợp cho các tác vụ gia công có quy trình gia công phức tạp và nhiều loại dụng cụ, chẳng hạn như gia công các chi tiết như khối động cơ ô tô và đầu xi lanh.

(III) Thay đổi công cụ

• Cả Công cụ trên Trục chính và Công cụ cần Thay thế trong Ổ cắm Công cụ đều nằm trong Giá đỡ Công cụ Ngẫu nhiên
  Trong trường hợp này, quy trình thay đổi dụng cụ như sau: Đầu tiên, ổ chứa dụng cụ thực hiện thao tác chọn dụng cụ theo hướng dẫn của hệ thống điều khiển để nhanh chóng di chuyển dụng cụ cần thay thế đến vị trí thay dụng cụ. Sau đó, bộ điều khiển hai tay mở rộng để giữ chính xác dụng cụ mới trong ổ chứa dụng cụ và dụng cụ cũ trên trục chính. Tiếp theo, bàn trao đổi dụng cụ quay để xoay dụng cụ mới và dụng cụ cũ đến các vị trí tương ứng của trục chính và ổ chứa dụng cụ. Cuối cùng, bộ điều khiển đưa dụng cụ mới vào trục chính và kẹp chặt, đồng thời đặt dụng cụ cũ vào vị trí trống của ổ chứa dụng cụ để hoàn tất thao tác thay dụng cụ. Phương pháp thay dụng cụ này có tính linh hoạt tương đối cao và có thể thích ứng với nhiều quy trình xử lý và kết hợp dụng cụ khác nhau, nhưng có yêu cầu cao hơn về độ chính xác của bộ điều khiển và tốc độ phản hồi của hệ thống điều khiển.
• Dụng cụ trên trục chính được đặt trong giá đỡ dụng cụ cố định và dụng cụ cần thay thế được đặt trong giá đỡ dụng cụ ngẫu nhiên hoặc giá đỡ dụng cụ cố định
  Quy trình lựa chọn dụng cụ tương tự như phương pháp lựa chọn dụng cụ kẹp dao ngẫu nhiên nêu trên. Khi thay đổi dụng cụ, sau khi lấy dụng cụ ra khỏi trục chính, ổ dao cần được xoay trước đến vị trí cụ thể để nhận dụng cụ của trục chính, để dụng cụ cũ có thể được đưa chính xác trở lại ổ dao. Phương pháp thay đổi dụng cụ này phổ biến hơn trong một số tác vụ gia công có quy trình gia công tương đối cố định và tần suất sử dụng dụng cụ của trục chính cao. Ví dụ, trong một số quy trình gia công lỗ sản xuất hàng loạt, các mũi khoan hoặc mũi doa chuyên dụng có thể được sử dụng trên trục chính trong thời gian dài. Trong trường hợp này, việc đặt dụng cụ của trục chính vào ổ dao cố định có thể cải thiện độ ổn định và hiệu quả gia công.
• Công cụ trên trục chính nằm trong giá đỡ công cụ ngẫu nhiên và công cụ cần thay thế nằm trong giá đỡ công cụ cố định
  Quy trình lựa chọn dụng cụ cũng là chọn dụng cụ được chỉ định từ ổ dụng cụ theo yêu cầu của quy trình gia công. Khi thay đổi dụng cụ, dụng cụ lấy từ trục chính sẽ được đưa đến vị trí dụng cụ trống gần nhất để sử dụng sau. Phương pháp thay đổi dụng cụ này, ở một mức độ nhất định, có tính đến tính linh hoạt của việc lưu trữ dụng cụ và sự tiện lợi của việc quản lý ổ dụng cụ. Nó phù hợp với một số nhiệm vụ gia công có quy trình gia công tương đối phức tạp, nhiều loại dụng cụ và tần suất sử dụng tương đối thấp của một số dụng cụ. Ví dụ, trong một số quá trình gia công khuôn, có thể sử dụng nhiều dụng cụ có thông số kỹ thuật khác nhau, nhưng một số dụng cụ đặc biệt được sử dụng ít thường xuyên hơn. Trong trường hợp này, việc đặt các dụng cụ này vào giá đỡ dụng cụ cố định và lưu trữ các dụng cụ đã sử dụng trên trục chính gần đó có thể cải thiện tỷ lệ sử dụng không gian của ổ dụng cụ và hiệu quả thay đổi dụng cụ.

IV. Kết luận