Komplexní analýza metod ustavování nástrojů v CNC obráběcích centrech
Ve světě přesného obrábění na CNC obráběcích centrech je přesnost ustavení nástroje jako základní kámen budovy, který přímo určuje přesnost obrábění a kvalitu konečného obrobku. Mezi běžně používané metody ustavování nástrojů na vrtacích a závitořezných centrech a CNC obráběcích centrech patří především ustavování nástrojů pomocí zařízení pro přednastavení nástroje, automatické ustavování nástrojů a ustavování nástrojů zkušebním řezáním. Mezi nimi je ustavování nástrojů zkušebním řezáním méně používané kvůli svým vlastním omezením, zatímco automatické ustavování nástrojů a ustavování nástrojů pomocí zařízení pro přednastavení nástroje se díky svým výhodám staly běžnými.
I. Metoda automatického ustavování nástrojů: Dokonalá kombinace vysoké přesnosti a vysoké účinnosti
Automatické nastavení nástrojů se opírá o pokročilý systém detekce nástrojů, kterým je CNC obráběcí centrum vybaveno. Tento systém je jako přesný „mistr měření nástrojů“, schopný přesně měřit délku každého nástroje v každém souřadnicovém směru uspořádaným způsobem během běžného provozu obráběcího stroje. Využívá pokročilé technické prostředky, jako jsou vysoce přesné laserové senzory a infračervené detektory. Když se nástroj přiblíží k detekční oblasti, tyto citlivé senzory dokáží rychle zachytit jemné vlastnosti a informace o poloze nástroje a okamžitě je přenést do inteligentního řídicího systému obráběcího stroje. Komplexní a přesné algoritmy přednastavené v řídicím systému se poté okamžitě aktivují, stejně jako matematický génius, který provádí složité výpočty v okamžiku a rychle a přesně získává hodnotu odchylky mezi skutečnou a teoretickou polohou nástroje. Ihned poté obráběcí stroj automaticky a přesně upraví kompenzační parametry nástroje podle těchto výsledků výpočtu, což umožňuje přesné umístění nástroje do ideální polohy v souřadnicovém systému obrobku, jako by byl veden neviditelnou, ale extrémně přesnou rukou.
Výhody této metody ustavování nástrojů jsou značné. Její přesnost ustavování nástrojů lze považovat za hostinu přesnosti na úrovni mikronů nebo i vyšší. Protože zcela eliminuje rušení subjektivních faktorů, jako je třes rukou a vizuální chyby, které jsou při procesu ručního ustavování nástrojů nevyhnutelné, minimalizuje se chyba polohování nástroje. Například při obrábění ultrapřesných součástí v leteckém průmyslu může automatické ustavování nástrojů zajistit, že při obrábění složitých zakřivených povrchů, jako jsou lopatky turbín, je chyba polohování kontrolována ve velmi malém rozsahu, čímž je zajištěna přesnost profilu a kvalita povrchu lopatek a umožněn stabilní výkon leteckého motoru.
Zároveň automatické ustavování nástrojů dosahuje vynikajících výsledků i z hlediska efektivity. Celý proces detekce a korekce je podobný vysokorychlostnímu přesnému stroji, probíhá hladce a trvá velmi málo času. Ve srovnání s tradičním ustavováním nástrojů zkušebním řezáním lze dobu ustavování nástrojů zkrátit několikanásobně, nebo dokonce desítkykrát. Při hromadné výrobě součástí, jako jsou bloky motorů automobilů, může efektivní automatické ustavování nástrojů výrazně zkrátit prostoje obráběcího stroje a výrazně zlepšit efektivitu výroby, čímž splňuje přísné požadavky automobilového průmyslu na rychlou výrobu a včasné dodávky.
Systém automatického seřizování nástrojů však není dokonalý. Náklady na jeho vybavení jsou vysoké, představují horu kapitálových investic, což odrazuje mnoho malých podniků. Od pořízení, instalace až po pozdější údržbu a modernizaci systému je zapotřebí velké kapitálové podpory. Systém automatického seřizování nástrojů navíc klade relativně vysoké nároky na technickou úroveň a schopnosti údržby operátorů. Operátoři musí mít hluboké znalosti principu fungování systému, nastavení parametrů a metod pro řešení běžných závad, což nepochybně představuje výzvu pro rozvoj talentů a rezervy podniků.
II. Nastavení nástroje pomocí zařízení pro přednastavení nástroje: Běžná volba úspornosti a praktičnosti
Nastavení nástroje pomocí přednastavovacího zařízení zaujímá v oblasti nastavení nástrojů v CNC obráběcích centrech důležité místo. Jeho největší kouzlo spočívá v dokonalé rovnováze mezi hospodárností a praktičností. Přednastavovací zařízení lze rozdělit na přednastavovací zařízení uvnitř obráběcího stroje a přednastavovací zařízení mimo obráběcí stroj, přičemž každé z nich má své vlastní charakteristiky a společně zajišťuje přesné nastavení nástroje při CNC obrábění.
Proces ustavování nástroje pomocí zařízení pro přednastavení nástroje mimo obráběcí stroj je jedinečný. Ve vyhrazené oblasti vně obráběcího stroje obsluha pečlivě instaluje nástroj na zařízení pro přednastavení nástroje mimo obráběcí stroj, které bylo předem kalibrováno na vysokou přesnost. Přesné měřicí zařízení uvnitř zařízení pro přednastavení nástroje, například vysoce přesný snímací systém, začíná vykonávat svou „magii“. Sonda se jemně dotýká každé klíčové části nástroje s přesností na mikrony a přesně měří klíčové parametry, jako je délka, poloměr a mikroskopický geometrický tvar břitu nástroje. Tato naměřená data jsou rychle zaznamenána a přenesena do řídicího systému obráběcího stroje. Následně je nástroj instalován do zásobníku nástrojů nebo vřetena obráběcího stroje. Řídicí systém obráběcího stroje přesně nastaví hodnotu kompenzace nástroje podle dat přenášených z zařízení pro přednastavení nástroje, čímž je zajištěn přesný provoz nástroje během obráběcího procesu.
Výhodou zařízení pro přednastavení nástroje mimo obráběcí stroj je, že dokáže plně využít obráběcí čas obráběcího stroje. Když je obráběcí stroj zaměstnán intenzivním obráběcím úkolem, může obsluha současně provádět měření a kalibraci nástroje mimo obráběcí stroj, podobně jako v paralelní a nerušivé výrobní symfonii. Tento paralelní provozní režim výrazně zlepšuje celkovou míru využití obráběcího stroje a snižuje ztrátu času ve výrobním procesu. Například v podniku zabývajícím se výrobou forem vyžaduje obrábění forem střídavé použití více nástrojů. Zařízení pro přednastavení nástroje mimo obráběcí stroj dokáže během procesu obrábění formy předem změřit a připravit další nástroj, čímž se celý obráběcí proces stává kompaktnějším a efektivnějším. Zároveň je přesnost měření zařízení pro přednastavení nástroje mimo obráběcí stroj relativně vysoká, schopná splnit požadavky na přesnost většiny konvenčního obrábění a jeho struktura je relativně nezávislá, což usnadňuje údržbu a kalibraci a snižuje náklady na údržbu zařízení v podniku.
Nastavení nástroje pomocí přednastavovacího zařízení ve stroji spočívá v přímém umístění nástroje na specifické pevné místo uvnitř obráběcího stroje pro měření. Když obráběcí proces vyžaduje operaci nastavení nástroje, vřeteno elegantně přenáší nástroj do měřicí oblasti přednastavovacího zařízení ve stroji. Sonda přednastavovacího zařízení se jemně dotýká nástroje a v tomto krátkém a přesném kontaktním okamžiku se měří relevantní parametry nástroje a tato cenná data se rychle přenášejí do řídicího systému obráběcího stroje. Pohodlí nastavení nástroje pomocí přednastavovacího zařízení ve stroji je samozřejmé. Zabraňuje pohybu nástroje tam a zpět mezi obráběcím strojem a přednastavovacím zařízením vně stroje, čímž se snižuje riziko kolize během procesu vkládání a vykládání nástroje a zároveň se zajišťuje bezpečný a pohodlný „vnitřní průchod“ pro nástroj. Pokud se během obráběcího procesu nástroj opotřebuje nebo má mírnou odchylku, přednastavovací zařízení ve stroji jej může kdykoli detekovat a opravit, stejně jako pohotovostní ochranný kryt, čímž se zajišťuje kontinuita a stabilita obráběcího procesu. Například při dlouhodobém přesném frézování, pokud se v důsledku opotřebení změní velikost nástroje, může zařízení pro přednastavení ve stroji tuto změnu včas detekovat a opravit, čímž zajistí přesnost rozměrů a kvalitu povrchu obrobku.
Nastavení nástroje pomocí zařízení pro přednastavení nástroje má však i určitá omezení. Ať už se jedná o zařízení pro přednastavení nástroje ve stroji nebo mimo něj, ačkoli jeho přesnost měření dokáže splnit většinu požadavků na obrábění, v oblasti ultravysoce přesného obrábění je stále o něco horší ve srovnání s nejmodernějším automatickým systémem pro nastavení nástroje. Použití zařízení pro přednastavení nástroje navíc vyžaduje určité obslužné dovednosti a zkušenosti. Obsluha musí být obeznámena s provozním procesem, nastavením parametrů a metodami zpracování dat zařízení pro přednastavení nástroje, jinak může nesprávná obsluha ovlivnit přesnost nastavení nástroje.
V reálném scénáři CNC obrábění musí podniky komplexně zvážit různé faktory, aby si vybraly vhodnou metodu ustavování nástrojů. Pro podniky, které usilují o extrémní přesnost, mají velký objem výroby a jsou dobře financovány, může být automatický systém ustavování nástrojů nejlepší volbou; pro většinu malých a středních podniků se ustavování nástrojů pomocí zařízení pro přednastavení nástrojů stává preferovanou volbou díky svým ekonomickým a praktickým vlastnostem. V budoucnu se s neustálou inovací a rozvojem CNC technologie budou metody ustavování nástrojů jistě dále vyvíjet a statečně se posunou vpřed směrem k inteligentnějším, vysoce přesným, vysoce efektivním a nízkonákladovým metodám, což bude neustálým impulsem pro dynamický rozvoj odvětví CNC obrábění.