Смена инструмента

При использовании обрабатывающего центра в составе ГПМ возникает необходимость автоматизации операции смены инструмента в инструментальном магазине станка. Наиболее часто реализуются два основных способа: смена инструмента в магазине через шпиндель станка и непосредственная смена инструментов в магазине с использованием вспомогательного инструментального манипулятора.

При использовании первого способа инструментальный комплект доставляется к станку на стандартном спутнике в едином транспортном потоке с заготовками. Однако в этом случае спутник оснащен инструментальной кассетой, в ложементы которой установлены нужные инструменты (рис. 114, где 1 – спутник; 2 – инструментальная кассета; 3 – сменный инструмент). Инструменты в кассете фиксированы в определенном положении, но могут выниматься из ложемента движением вверх.

Спутник устанавливается на стол станка и закрепляется. Свободный от инструмента шпиндель станка под управлением программы смены инструмента перемещается таким образом, что его приёмный конец надвигается на хвостовую часть инструментальной оправки и становится возможным захват инструмента в шпинделе. После захвата шпиндель движется вверх, вынимает инструмент из ложемента и затем перемещается в позицию перегрузки инструмента из шпинделя в штатный инструментальный магазин станка. Доставленный инструментальным манипулятором станка инструмент перегружается в свободное гнездо инструментального магазина, а в шпиндель вставляется инструмент, который необходимо удалить из инструментального магазина. Шпиндель переносит этот инструмент в свободный ложемент инструментальной кассеты, и программа переходит к замене следующего инструмента. Операция повторяется до окончания смены всех доставленных в кассете инструментов.

Этот способ прост и требует минимума дополнительных средств (инструментальная кассета). Однако из-за длительности процесса смены инструмента возникает существенная потеря производительности станка.

Непосредственная смена инструмента в инструментальном магазине станка с использованием специального инструментального манипулятора свободна от этого недостатка и позволяет заменять инструмент непосредственно во время обработки детали на станке. Однако техническое осуществление способа значительно сложнее. Способ непосредственной смены инструмента в магазине станка использован в ГПС модели АЛП-3 (рис. 115, где 1 – внешний инструментальный магазин; 2 – робот-автооператор; 3 – инструмент с оправкой; 4 – перегрузочное гнездо; 5 – инструментальный манипулятор; 6 – цепной инструментальный магазин станка).

Запас сменного инструмента хранится в линейном магазине 1, вдоль которого перемещается робот-автооператор 2. Робот-автооператор извлекает нужный инструмент 3 из внешнего магазина и переносит его в перегрузочное гнездо 4, где считывается код инструмента, и система управления проверяет правильность подачи инструмента.

Если требуемый код инструмента подтверждается, то перегрузочное гнездо с установленным инструментом поворачивается в горизонтальное положение и инструментальный манипулятор 5 передает инструмент из перегрузочного гнезда 4 в свободное гнездо инструментального магазина 6 станка. Удаление инструмента из инструментального магазина происходит в обратной последовательности.

Представляет интерес инструментальный робокар, оснащенный инструментальной стойкой и роботом (рис. 116). Робокар 1 оснащен сравнительно простым роботом 2 с тремя степенями свободы и инструментальной вертикальной стойкой 3 на 10–50 инструментов.

При перемещении робокар вдоль инструментального склада рука робота захватывает инструмент из ячеек склада и помещает его в ячейки инструментальной стойки 3. После окончания загрузки робокар транспортирует инструмент к обслуживаемому обрабатывающему центру, имеющему инструментальный магазин 4, обслуживаемый инструментальным манипулятором 5, обеспечивающим перенос инструмента из магазина 4 в шпиндель станка 6.

Загрузку инструмента из инструментальной стойки 3 в гнезда станочного инструментального магазина 4 осуществляет рука робота 2. При этом возможно обратное перемещение удаляемых из магазина 4 инструментов в инструментальную стойку 3.

Кроме рассмотренных узлов на рис. 116 выделены также: 7 – стол станка с установленным спутником, 8 – приёмно-передающий стол, 9 – транспортный конвейер для стружки.

Использование робокаров для смены инструмента получило распространение ввиду преимуществ подобной системы. На рис.117 показан инструментальный робокар фирмы "Тойода машин уоркс" в процессе обслуживания инструментального магазина ГПМ. В состав ГПМ входит накопитель спутников с установленными на них заготовками 1 и многоцелевой станок 2. Станок (обрабатывающий центр) имеет цепной инструментальный магазин 3.

Для смены инструментов в магазине 3 используется робот 4, установленный на робокаре. Запас сменного инструмента транспортируется на спутнике 5, также установленном на робокаре. Робокар может обслуживать всю ГПС, исключая необходимость в дополнительных инструментальных системах, устанавливаемых на каждом станке (например, дополнительных инструментальных манипуляторов).

Известны инструментальные системы, предусматривающие смену барабанных инструментальных магазинов станка. В результате резко увеличивается количество включаемых в систему инструментов. В одном из вариантов станок оснащен двумя инструментальными барабанными магазинами на 40 инструментов. Магазины выполнены съемными, причем один установлен непосредственно на станке, а другой на подвижной каретке. На эту каретку магазин подаётся с помощью робокара и затем происходит замена инструментального магазина станка резервным магазином, находящимся на каретке.

В последнее время применяются ГПМ с многошпиндельными головками, обеспечивающими одновременную обработку детали несколькими инструментами. При этом инструментальная система обеспечивает хранение и смену многошпиндельных головок на станке. В состав системы входит склад многошпиндельных головок с устройством их приёма-выдачи и автооператор для смены головок на станке.

При организации инструментальной системы важной является проблема идентификации инструмента. Для этого используются три основных способа. Первый заключается в том, что инструментальная наладка имеет кодовый датчик того или иного конструктивного исполнения. Так, например, на корпусной части оправки может быть выполнена лыска с резьбовыми отверстиями, куда вворачиваются резьбовые штыри для набора кода. Код инструментальной наладки считается устройством считывания, например, в виде электромеханической схемы. В этом случае инструмент может загружаться в любое гнездо инструментального магазина.

При втором способе каждому гнезду инструментального магазина соответствует вполне определенный инструмент и для выбора нужного инструмента происходит управляемое позиционирование инструментального магазина.

В основе третьего способа лежит переменное кодирование гнезда под инструмент. При этом устройство ЧПУ хранит динамическую систему таблиц, в которых каждому инструменту соответствуют коды инструмента, коррекция длины и радиуса инструмента, признак годности для дальнейшей работы, признак резервирования, код гнезда магазина, несущего инструмент. При смене инструмента предыдущий инструмент устанавливается на место последующего, а в таблицы автоматически вносятся изменения.

В последнее время для кодирования инструментов используются микросхемы памяти, куда заносится информация о номере, длине и диаметре инструмента, а также о других его характеристиках, например, стойкости. Блок с микросхемой диаметром 10–12 мм и толщиной 8–10 мм встраивается в инструментальную оправку. Информация считывается электронным устройством.