Celovita analiza metod nastavitve orodij v CNC obdelovalnih centrih
V svetu precizne obdelave na CNC obdelovalnih centrih je natančnost nastavitve orodja kot temelj stavbe, ki neposredno določa natančnost obdelave in kakovost končnega obdelovanca. Pogosto uporabljene metode nastavitve orodja v vrtalnih in navojnih centrih ter CNC obdelovalnih centrih vključujejo predvsem nastavitev orodja z napravo za prednastavitev orodja, samodejno nastavitev orodja in nastavitev orodja s poskusnim rezanjem. Med njimi je nastavitev orodja s poskusnim rezanjem manj uporabljena zaradi svojih omejitev, medtem ko sta samodejno nastavljanje orodja in nastavitev orodja z napravo za prednastavitev orodja postala glavna zaradi svojih prednosti.
I. Metoda samodejnega nastavljanja orodij: popolna kombinacija visoke natančnosti in visoke učinkovitosti
Samodejno nastavljanje orodij se opira na napredni sistem za zaznavanje orodij, ki je vgrajen v CNC obdelovalni center. Ta sistem je kot natančen "mojster merjenja orodij", ki je sposoben natančno izmeriti dolžino vsakega orodja v vsaki koordinatni smeri na urejen način med normalnim delovanjem obdelovalnega stroja. Uporablja napredna tehnična sredstva, kot so visoko natančni laserski senzorji in infrardeči detektorji. Ko se orodje približa območju zaznavanja, lahko ti občutljivi senzorji hitro zajamejo subtilne značilnosti in informacije o položaju orodja ter jih takoj posredujejo inteligentnemu krmilnemu sistemu obdelovalnega stroja. Kompleksni in natančni algoritmi, prednastavljeni v krmilnem sistemu, se nato takoj aktivirajo, tako kot matematični genij, ki v trenutku opravi kompleksne izračune ter hitro in natančno dobi vrednost odstopanja med dejanskim položajem in teoretičnim položajem orodja. Takoj zatem obdelovalni stroj samodejno in natančno prilagodi kompenzacijske parametre orodja glede na te rezultate izračuna, kar omogoča natančno pozicioniranje orodja v idealen položaj v koordinatnem sistemu obdelovanca, kot da bi ga vodila nevidna, a izjemno natančna roka.
Prednosti te metode nastavitve orodja so znatne. Njena natančnost nastavitve orodja je lahko na ravni mikronov ali celo višje. Ker popolnoma odpravi vpliv subjektivnih dejavnikov, kot so tresenje rok in vizualne napake, ki so neizogibne pri postopku ročnega nastavljanja orodja, je napaka pozicioniranja orodja čim manjša. Na primer, pri obdelavi ultra preciznih komponent v letalski in vesoljski industriji lahko samodejno nastavljanje orodja zagotovi, da se pri obdelavi kompleksnih ukrivljenih površin, kot so lopatice turbin, napaka pozicioniranja nadzoruje v zelo majhnem območju, s čimer se zagotavlja natančnost profila in kakovost površine lopatic ter omogoča stabilno delovanje letalskega motorja.
Hkrati se samodejno nastavljanje orodij odlično obnese tudi z vidika učinkovitosti. Celoten postopek zaznavanja in popravljanja je podoben visokohitrostnemu natančnemu stroju, ki poteka gladko in traja zelo malo časa. V primerjavi s tradicionalnim nastavljanjem orodij s poskusnim rezanjem se lahko čas nastavitve orodja skrajša za nekajkrat ali celo desetkrat. Pri množični proizvodnji komponent, kot so bloki avtomobilskih motorjev, lahko učinkovito samodejno nastavljanje orodij znatno zmanjša čas izpada obdelovalnega stroja in močno izboljša učinkovitost proizvodnje, s čimer izpolni stroge zahteve avtomobilske industrije za hitro proizvodnjo in pravočasno dobavo.
Vendar pa sistem za avtomatsko nastavljanje orodij ni popoln. Stroški opreme so visoki, kot gora kapitalskih naložb, kar odvrača številna mala podjetja. Od nabave, namestitve do kasnejšega vzdrževanja in nadgradnje sistema je potrebna velika kapitalska podpora. Poleg tega ima sistem za avtomatsko nastavljanje orodij relativno visoke zahteve glede tehnične ravni in vzdrževalnih sposobnosti operaterjev. Operaterji morajo imeti poglobljeno razumevanje načela delovanja sistema, nastavitev parametrov in metod za odpravljanje pogostih napak, kar nedvomno predstavlja izziv za razvoj talentov in rezerve podjetij.
II. Nastavitev orodja z napravo za prednastavitev orodja: Splošna izbira ekonomičnosti in praktičnosti
Nastavljanje orodij z napravo za prednastavitev orodij zavzema pomembno mesto na področju nastavljanja orodij v CNC obdelovalnih centrih. Njen največji čar je v popolnem ravnovesju med ekonomičnostjo in praktičnostjo. Napravo za prednastavitev orodij lahko razdelimo na napravo za prednastavitev v stroju in napravo za prednastavitev izven stroja, pri čemer ima vsaka svoje značilnosti in skupaj zagotavlja natančno nastavitev orodja pri CNC obdelavi.
Postopek nastavitve orodja z napravo za prednastavitev orodja zunaj stroja je edinstven. V namenskem območju zunaj stroja operater skrbno namesti orodje na napravo za prednastavitev orodja zunaj stroja, ki je bila vnaprej kalibrirana na visoko natančnost. Natančna merilna naprava znotraj naprave za prednastavitev orodja, kot je visoko natančen merilni sistem, začne izvajati svojo »čarovnijo«. Merilna glava se nežno dotika vsakega ključnega dela orodja z mikronsko natančnostjo in natančno meri ključne parametre, kot so dolžina, polmer in mikroskopska geometrijska oblika rezalnega roba orodja. Ti merilni podatki se hitro zabeležijo in prenesejo v krmilni sistem stroja. Nato se orodje namesti na magazin za orodja ali vreteno stroja. Krmilni sistem stroja natančno nastavi vrednost kompenzacije orodja glede na podatke, poslane iz naprave za prednastavitev orodja, kar zagotavlja natančno delovanje orodja med postopkom obdelave.
Prednost naprave za prednastavitev orodja zunaj stroja je, da lahko v celoti izkoristi čas obdelave obdelovalnega stroja. Ko je obdelovalni stroj vključen v intenzivno obdelovalno nalogo, lahko upravljavec hkrati izvaja meritve in kalibracije orodja zunaj stroja, podobno kot vzporedna in nemoteča proizvodna simfonija. Ta vzporedni način delovanja močno izboljša splošno stopnjo izkoriščenosti obdelovalnega stroja in zmanjša izgubo časa v proizvodnem procesu. Na primer, v podjetju za proizvodnjo kalupov obdelava kalupov pogosto zahteva izmenično uporabo več orodij. Naprava za prednastavitev orodja zunaj stroja lahko med postopkom obdelave kalupa vnaprej izmeri in pripravi naslednje orodje, zaradi česar je celoten postopek obdelave bolj kompakten in učinkovit. Hkrati je natančnost merjenja naprave za prednastavitev orodja zunaj stroja relativno visoka in lahko izpolnjuje zahteve glede natančnosti večine običajnih obdelovalnih postopkov, njena struktura pa je relativno neodvisna, kar olajša vzdrževanje in kalibracijo ter zmanjšuje stroške vzdrževanja opreme v podjetjih.
Nastavitev orodja z napravo za prednastavitev v stroju pomeni neposredno namestitev orodja na določen fiksni položaj znotraj stroja za meritev. Ko postopek obdelave stroja zahteva nastavitev orodja, vreteno elegantno prenese orodje na merilno območje naprave za prednastavitev v stroju. Sonda naprave za prednastavitev orodja se nežno dotakne orodja in v tem kratkem in natančnem trenutku stika se izmerijo ustrezni parametri orodja, ti dragoceni podatki pa se hitro prenesejo v krmilni sistem stroja. Priročnost nastavitve orodja z napravo za prednastavitev v stroju je samoumevna. Izogiba se premikanju orodja naprej in nazaj med strojom in napravo za prednastavitev zunaj stroja, kar zmanjšuje tveganje trčenja med postopkom nalaganja in razkladanja orodja, hkrati pa zagotavlja varen in priročen "notranji prehod" za orodje. Med postopkom obdelave, če se orodje obrabi ali ima rahlo odstopanje, lahko naprava za prednastavitev v stroju kadar koli zazna in popravi orodje, tako kot varovalo v pripravljenosti, kar zagotavlja neprekinjenost in stabilnost postopka obdelave. Na primer, pri dolgotrajni natančni rezkalni obdelavi, če se velikost orodja zaradi obrabe spremeni, lahko naprava za prednastavitev v stroju to pravočasno zazna in popravi, s čimer zagotovi natančnost velikosti in kakovost površine obdelovanca.
Vendar pa ima nastavitev orodja z napravo za prednastavitev orodja tudi nekaj omejitev. Ne glede na to, ali gre za napravo za prednastavitev orodja v stroju ali zunaj stroja, čeprav lahko njena natančnost merjenja zadosti večini zahtev obdelave, je na področju ultra visoke natančnosti obdelave še vedno nekoliko slabša v primerjavi z vrhunskim sistemom za samodejno nastavitev orodja. Poleg tega uporaba naprave za prednastavitev orodja zahteva določene operativne spretnosti in izkušnje. Operaterji morajo biti seznanjeni s postopkom delovanja, nastavitvami parametrov in metodami obdelave podatkov naprave za prednastavitev orodja, sicer lahko nepravilno delovanje vpliva na natančnost nastavitve orodja.
V dejanskem scenariju CNC obdelave morajo podjetja celovito upoštevati različne dejavnike, da izberejo ustrezno metodo nastavitve orodja. Za podjetja, ki si prizadevajo za izjemno natančnost, imajo velik obseg proizvodnje in so dobro financirana, je sistem za samodejno nastavljanje orodja morda najboljša izbira; za večino malih in srednje velikih podjetij postane nastavljanje orodja z napravo za prednastavitev orodja zaradi svojih ekonomskih in praktičnih lastnosti prednostna izbira. V prihodnosti se bodo z nenehnimi inovacijami in razvojem CNC tehnologije metode nastavitve orodja zagotovo še naprej razvijale in pogumno napredovale v smeri večje inteligentnosti, visoke natančnosti, visoke učinkovitosti in nizkih stroškov, kar bo nenehno spodbujalo energičen razvoj industrije CNC obdelave.