animateMainmenucolor
activeMenucolor
Главная / ЧПУ станок / Фрезерный ОЦ / Инструментальный Магазин Станков С Чпу (обрабатывающих центров)

Инструментальный Магазин Станков С Чпу (обрабатывающих центров)

инструментальный магазин станка с чпу

Рост доли обрабатывающих центров в станочном парке машиностроительных производств приводит к увеличению внимания к состоянию и тенденциям развития этого оборудования, к вопросам автоматизации системы инструментообеспечения обрабатывающих центров, как отличительной черты этого вида станков. В статье сформированы признаки классификации инструментальных магазинов, предложена структура их классификации, проведен краткий анализ и обоснование тенденций развития систем автоматической смены инструментов.

Основной отличительной особенностью обрабатывающих центров от станков с ЧПУ является система автоматической смены инструментов (АСИ). В состав системы автоматической смены инструмента входят:

  • инструментальные магазины станка с ЧПУ, являющиеся локальными накопителями инструментов;
  • перегружатели, предназначенные для загрузки разгрузки инструментов в шпиндель станка из ячейки магазина-накопителя (эту роль могут выполнять автооператоры или роботы).

При детальном рассмотрении инструментального обеспечения обрабатывающих центров, был выявлен тот факт, что, несмотря на многолетнее использование этого вида станочного оборудования, до сих пор не выработан единый подход к определению видов магазинов - накопителей инструментов. В различных литературных источниках можно встретить достаточно вольные трактовки: «звёздный», «звёздчатый» тип, «круглый» и «овальный» вид магазинов и т.д., отсутствуют даже предположения о схеме классификации инструментальных магазинов.

Для того чтобы внести ясность в определение того или иного вида инструментального магазина (ИМ), необходимо провести внимательный и подробный анализ имеющегося оборудования и выделить признаки классификации ИМ.

В первую очередь, следует выделить конструктивное оформление инструментальных магазинов, и этому способствует четкое деление, заложенное в самом принципе, в конструкции: стеллажные, барабанные, цепные.

Стеллажные конструкции представляют собой стационарные магазины, часто отдельно, рядом стоящие у станка, и определение этого вида конструкций, как правило, не вызывает затруднений.

При необходимости использования значительного количества инструмента, магазин-накопитель разделяют на основной и дополнительный. Во втором случае реализации инструментальных магазинов также часто используют стеллажные конструкции. Практическое удобство такого деления можно сравнить с основной и оперативной памятью компьютера.

Например, в моделях ProdMod's (Mikron Швейцария) дополнительный стеллажный накопитель инструментов сконструирован в виде кругового подвесного стеллажа, и рассчитан на 120, 170 или 220 мест. Инструмент загружается снаружи через шлюзовую дверь. Время замены инструмента менее 3 секунд, время от реза до реза составляет около 5 секунд.

Инструментальные магазины-накопители станков с ЧПУ в виде барабанов могут быть круглыми или иметь грани, но при этом они имеют единое конструктивное решение, позволяющее перемещать инструмент только по окружности.

Любая другая траектория перемещения инструмента может быть разделена на сочетания угловых (круговых) и линейных перемещений (рис. 1).

Рис. 1. Траектории перемещения инструмента в инструментальном магазине обрабатывающего центра

Реализация такого сочетания перемещений возможна только при помощи цепи. Следовательно, при любой, отличной от окружности, траектории перемещений инструмента («овальные», «квадратные» и прочие) исполнение инструментального магазина может быть только цепным.

Следующим признаком классификации нужно выделить рядность инструментального магазина и подразделять на однорядные и многорядные конструкции. Такое деление не производится для стеллажной конструкции инструментального магазина, но для барабанного и цепного ИМ имеет широкое распространение.

Часто можно встретить определение барабанного однорядного магазина (рис. 2) как «дискового» из-за его внешней схожести.

И, третьей отличительной характеристикой инструментальных магазинов, можно считать направление установки инструмента в конструкции.

Рис. 2. Барабанные инструментальные магазины с однорядным (а) и многорядным (б) исполнением

Стеллажные инструментальные магазины с успехом применяемые в многоцелевых станках, предусматривают как горизонтальное, так и вертикальное положения хранения инструментов. Такое деление приемлемо только для стационарных стеллажных конструкций инструментальных магазинов. Учитывая различное местоположение цепных и, особенно, барабанных инструментальных магазинов в конструкции станков (рис. 3), подобное деление для этих видов инструментальных станочных накопителей является слишком условным и упрощённым.

Рис. 3. Местоположение инструментального магазина в конструкции станков

Становиться очевидным, что следует подразделять не положение инструмента в пространстве или системе станка, а его положение относительно самого инструментального магазина обрабатывающего центра.

В барабанных магазинах есть чётко выраженная ось вращения ось траектории перемещения инструментов, в цепных магазинах она достаточно условна. Поэтому ссылаться на перпендикулярность или параллельность оси перемещения инструментов, наверно, также не представляется возможным. В этом случае единым критерием является расположение инструмента относительно торцов, граней накопителей, что даёт возможность проводить деление накопителей по расположению инструмента параллельно или перпендикулярно торцам инструментального магазина.

Таким образом, определились три признака классификации инструментальных магазинов:

  • по конструктивному исполнению;
  • по рядности конструкции;
  • по расположению инструмента.

В результате анализа разнообразных видов инструментальных магазинов, возникает следующая структура классификации ИМ (рис. 4).

Рис. 4. Классификация инструментальных магазинов станков с ЧПУ

Стоит добавить немного о технических средствах смены инструментов. Для стеллажных конструкций это, как правило, роботы. Для цепных и барабанных инструментальных магазинов-накопителей используют более простые, но и более надёжные автооператоры.

Интересны изменения, происходящие в конструкциях токарных обрабатывающих центров. Ещё недавно к традиционной токарной обработке были добавлены функции фрезерования за счёт размещения над рабочей зоной барабанов с осевыми инструментами, сегодня не редкость встретить расширение технологических возможностей станка за счёт использования цепных магазинов (станки фирмы HAMUEL, компании Nakamura-Tome).

Некоторые инженерно-консалтинговые компании стали использовать терминологию токарно-фрезерные станки и фрезерно-токарные, характеризуя центры для обработки тел вращения и корпусных деталей соответственно. По сути, функции оборудования не только расширяются, но и практически перекрываются вне зависимости от первоначального назначения оборудования, ставящегося первым в названии группы станков.

Чтобы понять направления дальнейших путей развития систем инструментообеспечения обрабатывающих центров, необходимо учитывать, что обработка ведется в условиях незавершенного производства.

Потери от связывания оборотных средств Пос в незавершенном производстве при обработке партии заготовок можно определить как:

Пос=Сдет(Тцпр/Фд)kпт

где Сдет - заводская себестоимость партии заготовок, руб.; Тцпр - производственный цикл изготовления партии заготовок, учитывающий трудоёмкость механообработки партии и время пролёживания заготовок между операциями, ч.; Фд - действительный фонд времени работы оборудования, ч.; kпт - коэффициент потерь от связывания оборотных средств в незавершенном производстве, (равен 0,1-10% годовых).

Таким образом, потери от связывания оборотных средств в незавершенном производстве пропорциональны величине партии деталей и особенно ощутимы при высокой стоимости деталей, одной из составляющих которых является технологическая себестоимость обработки.

Установка инструмента «про запас» значительно снижает коэффициент использования режущего и вспомогательного инструмента, а также увеличивает потери от связывания оборотных средств, которые более ощутимы при эксплуатации группы многоцелевых станков, где они возрастают в п раз.

Использование широкого ассортимента инструментов необходимо либо в условиях многономенклатурного производства (при значительных конструктивных отличиях и различных материалах партий заготовок), либо в узкоспециализированном производстве, связанном с многоинструментальной обработкой (при необходимости смены большого количества инструмента в процессе обработки одной заготовки). В этих случаях используют оборудование с цепным инструментальным магазином. Это приводит к значительному снижению коэффициента использования режущего и вспомогательного инструмента, его обороту в незавершённом производстве, и увеличению потерь от связывания оборотных средств. Такие потери ещё более ощутимы при эксплуатации группы многоцелевых станков, где они возрастают в n-ное число раз.

При нехватке количества гнёзд в цепных магазинах используют стеллажные накопители. Однако из-за значительной стоимости комплектов инструментов с оправками (порой превышающей стоимость самого инструмента) вместо применения такого вида накопителей может быть организовано инструментообеспечение за счёт использования центрального склада инструментов. Это объясняет ограниченное использование обрабатывающих центров со стеллажными конструкциями инструментальных магазинов-накопителей.

Отсюда объясняется ограниченное использование обрабатывающих центров со стеллажными конструкциями инструментальных магазинов - накопителей.

Кроме того, подтверждается актуальность задачи обоснованного выбора технологического оборудования, учитывая теперь не только вид инструментального магазина, но и количество гнёзд накопителя инструментов. Принцип «чем больше, тем лучше» перестаёт действовать. Наглядным примером являются фрезерные обрабатывающие центры с ЧПУ компании FANUC, выпускающей станки с однорядными инструментальными барабанами для 14 инструментов, максимум для 21. Это рационально в случае конструктивного сходства или большой партии обрабатываемых заготовок. При этом время смены инструментов сокращено до 1,8 секунды. Таким образом, кроме сокращения затрат на обеспечение многоцелевого станка несколькими комплектами редко используемых инструментов, можно получить сокращение вспомогательного времени и повысить отдачу дорогостоящего оборудования.