Обеспечение надежности автоматизированного оборудования напрямую зависит от двух ключевых факторов: применения современных материалов для инструмента с оптимальными режимами резания и внедрения систем автоматической замены изношенных инструментов на заранее подготовленные дублирующие. Этот подход позволяет минимизировать простои и поддерживать непрерывность производственного процесса.
Планирование инструментального обеспечения
Количество необходимых дублеров рассчитывается исходя из требований к безотказной работе и определяется такими параметрами, как интенсивность использования инструментов (загрузка) и их расчетная стойкость. При планировании обработки нескольких партий деталей общий инструментальный комплект формируется из суммы рабочих инструментов и дублеров для каждой партии, с учетом возможности взаимозаменяемости некоторых позиций.
Рост числа инструментов, необходимых для сложных операций, ведет к увеличению вместимости инструментальных магазинов и затрат времени на их ротацию. Это, в свою очередь, стимулирует развитие более вместительных магазинов и создание новых, более эффективных систем автоматической смены.
Стратегии замены и требования к системам
Анализ конструкций показывает, что существует три основных уровня замены изношенного инструмента: смена неперетачиваемой режущей пластины, замена головки инструмента вместе с пластиной или полная замена всего режущего инструмента в сборе со вспомогательной оснасткой.
Хотя автоматическая смена только режущих пластин отличается компактностью, ее применение ограничено. Основные препятствия — сложность автоматизации для пластин разнообразной геометрии и типов крепления, а также неприменимость этого метода для осевых инструментов (например, сверл).
Для успешной автоматической смены полного инструмента требуется специальное соединение его с державкой. К этому соединению предъявляется комплекс строгих требований: оно должно быть компактным, точным и стабильным, обладать высокой жесткостью и универсальностью. Обязательными элементами являются поверхности для захвата манипулятором, быстросъемность, а также возможность размещения кодирующих элементов (для идентификации системой ЧПУ и правильной ориентации режущей кромки). Немаловажны технологичность изготовления и совместимость со стандартными системами крепления на станках.
Принципы и преимущества автоматической смены
В условиях автоматизированного производства сокращение простоев, связанных со сменой инструмента, достигается именно за счет внедрения механизмов его автоматической замены. При проектировании таких систем руководствуются следующими ключевыми принципами:
- Автоматически сменяемый инструмент должен быть предварительно настроен (преднастроен) вне станка.
- Целесообразно использовать силы резания для дополнительного фиксирования инструмента в державке.
- Замена должна производиться в нерабочие моменты — во время холостых ходов станка.
- Для осуществления смены можно использовать как стандартные цикловые движения станка, так и специальные механизмы.
- Процессы пополнения и ротации инструмента в магазине должны происходить без остановки основного оборудования.
- Для прецизионных станков вопросы автоматической смены инструмента необходимо решать совместно с задачами его автоматической подналадки и компенсации износа.
Примеры конструктивных решений
Рассмотрим конкретные примеры механизмов для автоматической замены затупившегося инструмента.
Пример 1: Смена резцов. В данной схеме резцы заранее размещаются в магазине. По команде на замену поршень гидроцилиндра с толкателем перемещается, и следующий резец под собственным весом поступает на загрузочную площадку. В крайнем положении шток через рычаг приводит в движение ползун, который выталкивает изношенный резец вперед. Сферический наконечник регулировочного винта освобождает подпружиненные фиксирующие шарики. Затем поршень движется в обратном направлении, и толкатель устанавливает новый резец из загрузочной площадки в паз державки. При этом новый инструмент выталкивает старый в сборник для отходов. После установки шарики снова фиксируют резец, прижимая его регулировочный винт к торцу толкателя, который впоследствии воспринимает радиальную составляющую силы резания.
Пример 2: Смена пальцевых фрез. Это устройство предназначено для замены фрез, используемых при закруглении зубьев зубчатых колес. По сигналу соленоид поворачивает откидной копир в положение «замена». После завершения рабочего хода шпиндельная бабка отводится, и ее рычаг наезжает на скос копира, что приводит к разжиманию цанги. Бабка с разжатой цангой и фрезой продолжает движение в исходную точку; в это время толкатель копира продвигает фрезы, подаваемые из кассеты. Они перемещаются внутри цанговой втулки на величину хода бабки. Изношенная фреза падает в сборник, а новая занимает ее позицию. При последующем движении бабки на рабочую позицию рычаг сходит с копира, цанга под действием пружины сжимается, фиксируя новый инструмент, а следующая фреза из кассеты поступает в приемник. Осевая точность установки обеспечивается откидным упором. Главное достоинство этой системы — возможность замены инструмента без остановки вращения шпинделя, что экономит время.
Экономическая эффективность
Различные конструкции устройств для автоматической смены и крепления инструмента были рассмотрены ранее. Их внедрение дает значительный экономический эффект: переменная часть себестоимости операции (связанная, в том числе, с затратами на замену инструмента) может быть снижена примерно в 1.6 раза. Это достигается за счет радикального сокращения ручного труда, минимизации вспомогательного времени и повышения общего коэффициента использования оборудования.