Definicja
Automatyczna Zmieniarka Narzędzi to urządzenie do przenoszenia, ładowania i rozładowywania narzędzi pomiędzy wrzecionem a magazynem narzędzi. Automatyczna Zmieniarka Narzędzi to pełna nazwa ATC w obróbce CNC.
Zestawy automatycznej wymiany narzędzi napędzają maszynę CNC, zapewniając ciągłą pracę, tzn. po zakończeniu każdego procesu nowe narzędzie używane w następnym procesie jest automatycznie wymieniane na wrzeciono, a wrzeciono je pobiera. Wymiana narzędzi jest zazwyczaj realizowana przez skoordynowane działanie manipulatora, magazynka i wrzeciona.
W porównaniu z wielowrzecionowymi routerami CNC, ATC potrzebuje tylko jednego wrzeciona w głowicy, komponenty wrzeciona mają wystarczającą sztywność, aby sprostać wymaganiom różnych precyzyjnych procesów obróbki. Ponadto magazyn narzędzi może przechowywać dużą liczbę narzędzi do wieloetapowej obróbki złożonych części, co może znacznie poprawić adaptowalność i wydajność obróbki obrabiarek. System ATC składa się z 2 części: magazynu narzędzi i automatycznego urządzenia do wymiany narzędzi. Ma 2 główne zalety: pierwsza to zarezerwowanie tylko jednego wrzeciona, co jest korzystne dla uproszczenia struktury wrzeciona i poprawy sztywności wrzeciona; druga to duża liczba frezów o różnych typach i funkcjach, które można przechowywać w bibliotece, co jest wygodne do ukończenia różnych złożonych i wieloetapowych procedur obróbki.
Zestaw automatycznej wymiany narzędzi składa się z magazynka narzędzi, systemu wyboru narzędzi, mechanizmu wymiany narzędzi i innych części, a jego struktura jest bardziej skomplikowana. Odpowiada za przenoszenie bitu między magazynkiem a wrzecionem, wpychanie bitu, który ma być użyty, do wrzeciona, a następnie odsyłanie wymienionego bitu z powrotem do magazynka wewnątrz. Chociaż ta metoda wymiany nie jest tak prosta jak poprzednia, zapobiega ona przesuwaniu się magazynka i wrzeciona w celu wymiany narzędzia i jest zastępowana przez automatyczną wymianę narzędzi. W ten sposób zakres ruchu elementów mechanicznych jest zmniejszony, wymiana jest wykonywana szybciej, a układ projektu jest również bardziej elastyczny.
Zasada działania
W automatycznym systemie wymiany narzędzi urządzenie, które realizuje transfer oraz ładowanie i rozładowywanie narzędzia między magazynem a wrzecionem, nazywa się zmieniaczem narzędzi. Istnieją 2 sposoby wymiany narzędzi: względny ruch magazynka i wrzeciona oraz manipulator. Urządzenie, które wykorzystuje względny ruch magazynka i wrzeciona do realizacji wymiany narzędzi, musi najpierw zwrócić używane narzędzie do magazynka podczas wymiany narzędzia, a następnie wyjąć nowe narzędzie z magazynka. Te 1 czynności nie mogą być wykonywane w tym samym czasie, a czas wymiany narzędzia jest dłuższy.
Jednakże zmieniacz narzędzi manipulatora może chwytać i ładować i rozładowywać bity we wrzecionie i magazynku w tym samym czasie podczas wymiany, więc czas wymiany jest jeszcze bardziej skrócony. Metoda wymiany narzędzi za pomocą robota jest najszerzej stosowana. Dzieje się tak, ponieważ manipulator jest elastyczny w zmianie, szybki w działaniu i prosty w konstrukcji. Manipulator może wykonać szereg czynności, takich jak chwytanie - ciągnięcie - obracanie - wkładanie - zwracanie. Aby zapobiec wypadnięciu bitu, ruchomy pazur manipulatora jest wyposażony w mechanizm samoblokujący.
Funkcje i zalety
Zastosowano wrzeciono o dużej mocy do automatycznej wymiany narzędzi, z dobrą wydajnością rozruchową i dużym momentem obrotowym, co pozwala w pełni wykorzystać zalety wysokiej prędkości maszyny i jej wyższej wydajności. Zastosowano serwosilnik o wysokim momencie obrotowym wyprodukowany w Japonii, który ma zalety niskiego poziomu hałasu, dużej prędkości i wysokiej dokładności pozycjonowania. Wyposażony w unikalny magazynek narzędzi, możesz dowolnie wymieniać wymagane frezy. Czas wymiany narzędzia zajmuje tylko kilka sekund. Standardowy magazynek narzędzi zawiera 8 narzędzi, a magazynek narzędzi o większej pojemności można dostosować.
Koszty:
Koszt frezarki CNC z automatyczną zmianą narzędzi (ATC) może się znacznie różnić w zależności od specyfikacji maszyny, jej rozmiaru, funkcji i marki, zwykle wahając się od około $10,800 do końca $100,000. Zestawy routerów CNC klasy podstawowej ATC kosztują średnio $12,000, podczas gdy niektóre bardziej zaawansowane przemysłowe stoły frezarskie ATC CNC z zaawansowanymi możliwościami, większymi obszarami roboczymi i dodatkowymi funkcjami są zazwyczaj droższe. Podsumowując, średni koszt zakupu frezarki ATC CNC z wymieniaczem narzędzi wynosi około $16,000. Zaleca się skonsultowanie się z konkretnymi producentami lub dostawcami w celu uzyskania dokładnych cen na podstawie swoich potrzeb.
Większość stolarzy chętnie posiada router CNC ATC, ale niektórzy z nich nie mają pojęcia, ile kosztuje ulepszenie zwykłej maszyny CNC o zestaw do automatycznej wymiany narzędzi. Według raportu na temat rynku przemysłowego CNC w 2025 r. będziesz musiał wydać dodatkowe $3000 do $8000 na standardową maszynę, jeśli chcesz to zrobić sam.
Dane Techniczne
| Marka | STYLECNC |
| Tabela rozmiarów | 4' x 4', 4' x 6', 4' x 8', 5' x 10', 6' x 12' |
| Oś | 3 osi, 4th Axis, 4 osi, 5 osi |
| Zdolność | Obróbka 2D, Obróbka 2.5D, 3D Obróbka metalu |
| Materiały
| Drewno, Metal, Aluminium, Miedź, Mosiądz, Kamień, Pianka, Plastik |
| rodzaje | Typy hobbystyczne do użytku domowego i typy przemysłowe do użytku komercyjnego |
| Oprogramowanie | ArtCAM, Type3, Wizja gabinetu, CorelDraw, UG, Solidworks, MeshCAM, AlphaCAM, UcanCAM, MasterCAM, CASmate, PowerMILL, Fusion360, Aspire, AutoCAD, Autodesk Inventor, Alibre, Rhinoceros 3D |
| kontroler | OSAI, Syntec, LNC |
| Przedział cenowy | $ 6,000.00 - $110,000.00 |
| OEM Service | Obszar roboczy osi X, Y, Z |
| Części opcjonalne | Odpylacz, Urządzenie obrotowe, Pompa próżniowa, Silniki serwo, Układ chłodzenia, Wrzeciono Colombo |
rodzaje
Automatyczne zmieniacze narzędzi dzielą się na 3 najpopularniejsze typy: liniowy, bębnowy i łańcuchowy. Przedstawimy je po kolei.
Typ liniowy
To typ zmieniacza liniowego, który jest używany do magazynków z 4 do 12 narzędziami. Charakteryzuje się szybką wymianą narzędzi i łatwością użytkowania.
Typ bębna
To typ zmieniacza obrotowego, który jest również znany jako ATC typu CTM i ATC typu tarczowego. Jest używany do magazynków z 8 do 20 narzędziami.
Typ łańcucha
Jest stosowany do pionowych maszyn CNC z niższą prędkością wymiany narzędzi. Jest przeznaczony do magazynów z ponad 30 narzędziami, które mają najlepszą nośność narzędzi.
Jak zmienić narzędzie w obróbce CNC?
Uchwyt na narzędzia obrotowe
Obrotowy uchwyt narzędziowy jest jednym z najprostszych zmieniaczy, powszechnie stosowanych w tokarkach CNC. Może być zaprojektowany w różnych formach, takich jak kwadratowy, sześciokątny lub tarczowy osiowy podpórka narzędziowa. Cztery, sześć lub więcej narzędzi jest odpowiednio instalowanych na obrotowym uchwycie, a bity są wymieniane zgodnie z instrukcjami urządzenia sterowanego numerycznie. Obrotowy uchwyt narzędziowy musi mieć dobrą wytrzymałość i sztywność w strukturze, aby wytrzymać opór skrawania podczas obróbki zgrubnej. Ponieważ dokładność obróbki tokarskiej w dużej mierze zależy od położenia końcówki narzędzia, w przypadku tokarek sterowanych numerycznie komputerowo położenie narzędzia nie jest regulowane ręcznie podczas procesu obróbki, dlatego bardziej konieczne jest wybranie niezawodnego schematu pozycjonowania i rozsądnej struktury pozycjonowania, aby zapewnić obrotowe narzędzie. Po każdym indeksowaniu stojak ma najwyższą możliwą dokładność powtarzania pozycjonowania (zwykle 0.001-0.005mm). W normalnych okolicznościach działanie zmiany uchwytu obrotowego obejmuje podnoszenie uchwytu, indeksowanie uchwytu i dociskanie uchwytu.
Zmiana głowicy wrzeciona
Zmiana narzędzia głowicy wrzeciona to stosunkowo prosta metoda zmiany narzędzia dla maszyn CNC z narzędziami obrotowymi. Ta głowica wrzeciona jest w rzeczywistości magazynem narzędzi rewolwerowych. Istnieją 2 rodzaje głowic wrzeciona: poziome i pionowe. Zwykle indeksowanie rewolweru służy do wymiany głowicy wrzeciona w celu realizacji automatycznej zmiany narzędzia. Na każdym wrzecionie rewolweru wstępnie zainstalowane są narzędzia obrotowe wymagane do każdego procesu. Po wydaniu polecenia zmiany narzędzia każda głowica wrzeciona obraca się kolejno do pozycji przetwarzania, a ruch główny jest włączany, tak aby odpowiednie wrzeciono napędzało bit do obrotu. Pozostałe wrzeciona w pozycjach nieobróbkowych są odłączane od ruchu głównego. Urządzenie do zmiany narzędzia wrzeciona oszczędza szeregu skomplikowanych operacji, takich jak automatyczne luzowanie, zaciskanie, rozładowywanie, ładowanie i rozładowywanie, skracając w ten sposób czas zmiany i poprawiając niezawodność zmiany. Jednak ze względu na ograniczenie miejsca położenia, rozmiar konstrukcyjny elementów wrzeciona nie może być zbyt duży, co wpływa na sztywność układu wrzeciona. Aby zapewnić sztywność wrzeciona, liczba wrzecion musi być ograniczona, w przeciwnym razie rozmiar konstrukcji zostanie zwiększony. Dlatego głowica wrzeciona rewolwerowego jest zwykle odpowiednia tylko do maszyn z niewielką liczbą procesów i niskimi wymaganiami dotyczącymi precyzji, takich jak wiertarki i frezarki sterowane numerycznie komputerowo.
Automatyczny system wymiany narzędzi
Ponieważ obrotowy uchwyt narzędziowy i zmieniacz typu głowicy rewolwerowej nie mogą pomieścić zbyt wielu bitów, nie mogą sprostać potrzebom obróbki złożonych części. Dlatego maszyny ATC CNC najczęściej używają automatycznych zmieniaczy z magazynami narzędzi. Urządzenie z magazynem narzędzi składa się z magazynka i mechanizmu zmiany narzędzi, a proces zmiany jest bardziej skomplikowany. Po pierwsze, wszystkie bity używane w procesie obróbki powinny być zainstalowane w standardowym uchwycie, a po wstępnym dostosowaniu rozmiaru poza maszyną, należy umieścić je w magazynku w określony sposób. Podczas zmiany, najpierw wybierz bit w magazynku, a następnie zmieniacz wyjmie bit z magazynku lub wrzeciona w celu wymiany, włoży nowy bit do wrzeciona i włoży stary bit z powrotem do magazynku. Magazynek ma dużą pojemność i może być zamontowany z boku lub nad wrzeciennikiem. Ponieważ w wrzecienniku maszyny z automatycznym magazynkiem zmiany narzędzi znajduje się tylko jedno wrzeciono, sztywność komponentów wrzeciona powinna być wysoka, aby spełnić wymagania precyzyjnej obróbki. Ponadto liczba bitów w magazynku jest duża, co umożliwia wieloprocesową obróbkę skomplikowanych części, co znacznie poprawia adaptowalność i wydajność obróbki maszyny. System ATC z magazynkiem nadaje się do centrów wiertniczych i centrów obróbczych.
Jak wybrać magazynek i narzędzie?
Typ magazynka narzędzi
Magazyn narzędzi służy do rezerwowania określonej liczby frezów, które można wymienić z frezami na wrzecionie za pomocą manipulatora. Istnieją różne rodzaje magazynów, takie jak magazyny typu tarczowego i magazyny typu łańcuchowego. Forma i pojemność magazynów powinny być określone zgodnie z zakresem technologicznym maszyny. W magazynku narzędzi tarczowych kierunek frezu jest taki sam jak kierunek wrzeciona. Podczas wymiany frezu, skrzynka wrzeciona podnosi się do określonej pozycji, tak aby frez na wrzecionie był wyrównany z dolną pozycją magazynku, a frez jest zaciskany, wrzeciono jest sterowane przez komputer, zwolnij uchwyt, magazyn narzędzi tarczowych przesuwa się do przodu, wyciąga frez na wrzeciono, a następnie magazyn obraca frez używany w następnym procesie do pozycji wyrównanej z wrzecionem, magazyn cofa się, włóż nowy frez do otworu wrzeciona, wrzeciono zaciska uchwyt, skrzynka wrzeciona jest opuszczana do pozycji roboczej, zadanie wymiany narzędzia jest zakończone, a następny proces zaczyna działać. Zalety tego urządzenia do wymiany narzędzi to prosta konstrukcja, niski koszt i dobra niezawodność wymiany. Wadą jest długi czas wymiany i nadaje się do centrów obróbczych o małej pojemności magazynka. W centrach obróbczych wymagających dużej pojemności magazynka używany będzie magazynek narzędzi łańcuchowych. Magazynek ma zwartą konstrukcję i dużą pojemność magazynka. Kształt pierścienia łańcucha można wykonać w różnych typach w zależności od układu maszyny. Kształt, pozycja wymiany może być również wystająca, aby ułatwić wymianę. Gdy liczba frezów musi zostać zwiększona, wystarczy zwiększyć długość łańcucha, co ułatwia projektowanie i produkcję magazynka.
Metoda wyboru narzędzi
W magazynku przechowywanych jest wiele bitów. Przed każdą wymianą bit musi zostać wybrany. Powszechnie stosowane metody doboru narzędzi obejmują metodę sekwencyjną i metodę dowolną. Narzędzia są wkładane do uchwytów magazynka po kolei zgodnie z wymaganiami procesu. Przetwarzanie polega na dostosowywaniu bitów w kolejności. Podczas obróbki różnych przedmiotów obrabianych kolejność bitów w magazynku musi zostać ponownie dostosowana. Zaletą jest to, że napęd i sterowanie magazynkiem są stosunkowo proste. Dlatego ta metoda nadaje się do automatycznej wymiany narzędzi małych i średnich maszyn sterowanych numerycznie komputerowo z dużymi partiami przetwarzania i małą liczbą odmian przedmiotów obrabianych. Wraz z rozwojem systemów sterowania numerycznego większość systemów sterowania numerycznego przyjmuje metodę dowolnego wyboru narzędzi, która jest podzielona na 3 typy kodowania uchwytu narzędzia, kodowania narzędzia i typu pamięci.
Metoda kodowania narzędzi
Kod narzędzia lub kod uchwytu musi zostać zidentyfikowany poprzez zainstalowanie paska kodu na narzędziu lub uchwycie, który jest zazwyczaj kodowany zgodnie z zasadą kodowania binarnego. Metoda selekcji przyjmuje specjalną strukturę uchwytu narzędzia, a każdy bit ma swój własny kod, dzięki czemu bit może być ponownie użyty w różnych procesach, a wymieniony bit nie musi być ponownie umieszczany w oryginalnym uchwycie. Magazyn o dużej pojemności można odpowiednio zmniejszyć. Jednak każdy bit ma specjalny pierścień kodujący, długość jest wydłużona, jest trudny w produkcji, a struktura magazynku i manipulatora staje się skomplikowana. Metoda kodowania uchwytu polega na tym, że jeden nóż odpowiada jednemu uchwytowi. Narzędzia wyjęte z jednego uchwytu muszą być ponownie umieszczone w tym samym uchwycie. Bity typu pick and place są uciążliwe i ich zmiana zajmuje dużo czasu. Obecnie metoda pamięci jest szeroko stosowana w centrach obróbczych. W ten sposób liczba i pozycja uchwytu w magazynie mogą być odpowiednio przechowywane w PLC systemu CNC. Informacje o narzędziach są zawsze przechowywane w PLC, niezależnie od tego, w którym uchwycie narzędzie jest umieszczone. Magazynek jest wyposażony w urządzenie do wykrywania położenia, które może uzyskać informacje o położeniu każdego uchwytu. W ten sposób narzędzie można wyjąć i odłożyć według uznania. Magazynek ma również mechaniczne pochodzenie, więc za każdym razem, gdy wybierany jest nóż, wybierany jest nóż najbliższy.
Zastosowania
Frezarki ATC CNC mogą być używane w szerokim zakresie branż, takich jak meblarstwo i majsterkowanie, rzemiosło drewniane, szafki, ekrany, reklama, instrumenty muzyczne lub przemysł obróbki korpusów instrumentów precyzyjnych. Materiały, które można przetwarzać, obejmują głównie różne materiały niemetalowe, takie jak drewno, szkło, kamień, plastik, akryl i materiały izolacyjne.
Obróbka drewna
Drzwi domowe, 3D obróbka płyt falistych, drzwi szafkowych, drzwi z litego drewna, drzwi z drewna rzemieślniczego, drzwi bez malowania, ekrany, rzemieślnicza produkcja okien, pasty do butów, obudowy i panele do automatów do gier, stoły komputerowe oraz produkcja mebli panelowych.
Produkcja form
Może wykonywać formy z metali takich jak miedź, aluminium, żelazo i inne, a także z metali niemetalowych, takich jak drewno, kamień, plastik, PVC i inne.
Reklama i hobbyści
Wykonywanie znaków, logotypów, napisów, cięcie akrylu, formowanie blistrowe i dekoracje.
Produkcja przemysłowa
Może wykonywać wszelkiego rodzaju rzeźby cieniowe i płaskorzeźby, które są szeroko wykorzystywane w przemyśle rzemieślniczym i upominkowym.
Rozwiązywanie problemów
Frezarka CNC z ATC jest najpotężniejszą klasyfikacją maszyn sterowanych numerycznie. Chociaż siła obróbki i prędkość są nieporównywalne z innymi maszynami sterowanymi numerycznie, jako w pełni zautomatyzowany sprzęt mechaniczny, codzienne kontrole i konserwacja są również bardzo konieczne. Frezarka CNC z wymieniaczem narzędzi jest całkowicie inna niż metody wykrywania i diagnostyki błędów zwykłych maszyn sterowanych numerycznie.
Metoda kontroli działania maszyny
Metoda inspekcji operacyjnej to metoda obserwacji i monitorowania rzeczywistej pracy maszyny w celu określenia położenia usterki, a tym samym wyśledzenia przyczyny usterki. Mówiąc ogólnie, zestawy maszyn sterowanych numerycznie komputerowo przyjmują hydrauliczne i pneumatyczne części sterujące, takie jak automatyczna zmieniarka narzędzi, urządzenie stołu wymiany, urządzenie mocujące i przekładniowe itp., które można wykorzystać do określenia przyczyny usterki poprzez diagnostykę ruchu.
Metoda analizy stanu
System CNC może nie tylko wyświetlać informacje o diagnostyce błędów, ale także dostarczać różne stany diagnostyki w postaci adresu diagnostycznego i danych diagnostycznych. Na przykład, gdy system niepoprawnie powraca do punktu odniesienia, można sprawdzić wartość statusu odpowiedniego parametru, aby ustalić przyczynę awarii.
Metoda kontroli programowania CNC
Metoda kontroli programowania CNC jest również nazywana metodą testowania funkcji programu. Jest to metoda potwierdzania przyczyny awarii poprzez kompilację specjalnego segmentu programu testowego. Możesz użyć metody programowania ręcznego, aby skompilować program testowania funkcji dla funkcji systemu (takich jak pozycjonowanie liniowe, interpolacja kołowa, nacinanie gwintów, cykle konserwowe, programy makro użytkownika itp.) i uruchomić program testowy, aby sprawdzić dokładność i niezawodność maszyny do wykonywania tych funkcji, a następnie określić przyczynę awarii. Zwykle program testowy jest pisany z instrukcjami dotyczącymi naprawy maszyny, a program jest uruchamiany, gdy wystąpi awaria, aby określić, jaka jest awaria.
Metoda kontroli przyrządów
Metoda kontroli przyrządów polega na użyciu konwencjonalnych przyrządów elektrycznych do pomiaru napięcia każdej grupy zasilaczy prądu przemiennego i stałego, sygnałów fazowych prądu stałego i impulsowych itd. w celu wykrycia usterek.
Metoda autodiagnostyki systemu sterowania numerycznego
Autodiagnostyka systemu sterowania numerycznego to metoda diagnostyczna, która wykorzystuje wewnętrzny program autodiagnostyki lub specjalne oprogramowanie diagnostyczne systemu do autodiagnostyki i testowania kluczowego sprzętu wewnątrz systemu oraz oprogramowania sterującego systemu. Obejmuje ona głównie autodiagnostykę po włączeniu zasilania, monitorowanie online i testowanie offline. Maszyna CNC wykorzystuje funkcję autodiagnostyki systemu, która może łatwo wyświetlić status sygnału interfejsu między systemem a każdą częścią i znaleźć ogólną lokalizację usterki. Jest to najczęściej stosowana metoda w procesie diagnostyki usterek.
