Линейният стелаж за инструменти е най-икономичният път за надграждане ATC, но е необходима точност на подравняване на вилиците в рамките на 1mm. Инженерният работен процес обхваща механичния дизайн, калибрирането на Z-оста, автоматизацията на пневматичния прахозащитен капак и логиката на M6 макроса за смяна на инструмента, която свързва всичко заедно.
Проектиране на разстоянието между вилиците за инструменти и зазорите
Разстоянието от център до център между съседните вилици за инструменти трябва да побере най-големия диаметър на тялото на държача за инструмент плюс зазор за пръстите на захвата ATC по време на операциите за вземане и поставяне.
BT30 държач за инструмент (макс. диаметър на тялото 46mm)
- Крачка: 65–70mm center-to-center
- 65mm крачка оставя приблизително 19mm зазор между съседните държачи за инструменти с диаметър 46mm. Това е достатъчно за стандартни крайни фрези с диаметър до 16mm. Ако се използват по-големи челни фрези или фрези-черупки, увеличете крачката на 80mm или осигурете празни слотове между големите инструменти.
HSK40E държач за инструмент (макс. диаметър на тялото 40mm)
- Крачка: 60–65mm center-to-center
- HSK40E държачите са по-тесни от BT30, което позволява по-плътна крачка. Въпреки това, поддържайте поне 20mm зазор между държачите, за да се поберат пръстите на захвата ATC по време на вземане и поставяне – захватът се нуждае от пространство за зазор, което тялото на държача не предоставя.
Смесен BT30 + HSK40E магазин
- Pitch: 70mm минимум за побиране на ширината на тялото BT30
- Смесените магазини са възможни, но изискват по-голямата крачка BT30. Макросът за смяна на инструмента трябва да знае кой слот съдържа кой тип държач, тъй като височината на вземане на Z-оста се различава между BT30 и HSK40E.
Z-ос Калибриране на височината на вземане и поставяне
Ходът на освобождаване на инструмента удължава носа на шпиндела с 0.5–0.8mm. Позициите за вземане и поставяне на Z-оста трябва да бъдат калибрирани да работят с това удължение – не срещу него.
1. Намерете Z позицията на освобождаване на инструмента
Монтирайте часовников индикатор върху масата на машината с върхът му опрян в носа на шпиндела. Изпълнете M6 освобождаване на инструмента. Измерете колко надолу се премества носът на шпиндела по време на хода на освобождаване (разстоянието на удължаване на изтеглящата щанга). Обикновено това е 0.5–0.8mm. Запишете тази стойност – тя определя колко над вилката за инструмента трябва да бъде шпинделът преди хода на освобождаване.
2. Измерете дълбочината на зацепване на вилката за инструмента
Вилката за инструмента BT30 или HSK40E има специфичен жлеб на фланеца на държача. Измерете дълбочината на този жлеб (обикновено 2.5–3.5mm за BT30). Оста Z трябва да позиционира държача така, че вилката напълно да зацепи жлеба, без да опира в дъното – опирането в дъното поврежда вилката и пречи на чистото освобождаване.
3. Изчислете позицията за вземане
Z на вземане = Z позиция на вилката за инструмента + половината от дълбочината на зацепване на вилката. За вилка BT30 с жлеб 3mm при Z=0 (референтна), Z на вземане = 0 + 1.5mm. Тествайте като ръчно позиционирате шпиндела на тази Z, освободите инструмента и проверите, че държачат пада точно във вилката, без да се накланя.
4. Изчислете позицията за поставяне
Z на поставяне = Z позиция на вилката за инструмента - 0.5mm (за да се гарантира, че фланецът на държача се отдалечи от горната част на вилката, преди оста Z да се отдръпне). Този отстъп от 0.5mm предотвратява одраскването на горната повърхност на вилката от фланеца по време на отдръпване.
5. Проверете със сух цикъл
Изпълнете пълен цикъл на вземане и поставяне без режещ инструмент в държача (използвайте празен държател за симулация на тегло). Наблюдавайте зацепването на вилката отстрани. Държателят трябва да се намести във вилката с видим процеп от 0.5–1.0mm между долната част на фланеца и горната част на вилката – което показва, че вилката е зацепена, но не е опряна в дъното.
Конструкция на пневматичен прахозащитен капак
Прахозащитният капак предпазва неактивните държатели за инструменти от прах от рязане, мъгла от охлаждаща течност и отломки. Той трябва да бъде автоматизиран – оператор, който забрави да затвори капака, обезсмисля предназначението му.
Механична конструкция
Използвайте плъзгаща се алуминиева плоча (с дебелина 2–3mm), направлявана от линейни релси или V-образен профил от двете страни. Плочата трябва да излиза с 30–50mm извън първия и последния слот за инструменти, за да осигури пълно покритие.
Задвижване: малък пневматичен цилиндър (бор 16–20mm, ход = ширина на магазина + 30mm преход) задвижван от 5/2-пътен едносоленоиден клапан. Цилиндрите с пружинно връщане при отказ остават затворени – безопасната посока.
Монтирайте два индуктивни сензора за приближаване: един в напълно отворена позиция, един в напълно затворена позиция. Те са окабелени като входове на контролера и се проверяват от макроса M6 преди всяко движение за смяна на инструмента.
Контролна логика
Последователност на отваряне: M6 макросът започва -> задействане на соленоида на праховия капак -> изчакване на сензора Отворен капак (таймаут 2s) -> ако е потвърдено, преминаване към смяна на инструмента -> след смяната на инструмента, дезактивиране на соленоида -> капакът се затваря с пружина -> изчакване на сензора Затворен капак.
Предпазна блокировка: Ако сензорът Отворен капак не се задейства в рамките на 2 секунди, прекъснете макроса и активирайте аларма. Никога не опитвайте смяна на инструмент, ако състоянието на капака е неизвестно.
Отказ на захранването: Соленоидът се дезактивира -> капакът се затваря с пружина. Шпинделът, дори да е паркиран над магазина, не може да се спусне в зоната на магазина, без капакът да е отворен.
M6 Поток на макроса за смяна на инструмента
Преди да проектирате собствен макрос, прегледайте ръководството за осъществимост на ретрофит от ръчен шпиндел към ATC за контролер и пневматични предпоставки. Предпазните блокировки на макроса, зависещи от сензори, разчитат на правилно окабеляването на PNP/NPN приближени сензори — грешно свързан сензор Инструментът е затегнат прави цялата верига на блокировките безполезна.
Фаза 1: Приближаване
Действие: Бързо Z до безопасна височина над всички вилици за инструменти (обикновено Z Начало). Преместете X/Y до целевата позиция на вилицата за инструмент. Спуснете Z до позицията за вземане Z (изчислена според Стъпка 3 по-горе).
Проверка за безопасност: Проверете дали текущият слот за инструмент е празен, ако поставяте инструмент, или зает, ако вземате такъв.
Фаза 2: Освобождаване / Закрепване
Действие: При поставяне: активирайте соленоида за освобождаване, изчакайте сензора за освободен инструмент, след това Z се спуска до Z за поставяне, дезактивирайте соленоида. При вземане: активирайте соленоида за освобождаване (за да се освободи захватът), Z се спуска до Z за вземане, дезактивирайте соленоида, изчакайте сензора за захванат инструмент.
Проверка за безопасност: Проверете дали сензорът за захванат инструмент преминава в TRUE след захващането. Ако не, прекъснете макроса и подайте аларма.
Фаза 3: Изтегляне
Действие: Z се изтегля до безопасна височина. Проверете дали състоянието на сензора за липса на инструмент съответства на очаквания резултат (TRUE ако инструментът е поставен, FALSE ако инструментът е взет).
Проверка за безопасност: Уверете се, че скоростта на шпиндела е 0 RPM преди каквото и да е движение по Z — блокировка от енкодера на шпиндела или статуса на VFD.
Фаза 4: Потвърждение
Действие: Запишете смяната на инструмента в таблицата с инструменти на контролера. Обновете номера на активния инструмент. По желание изпълнете измерване на дължината на инструмента с устройство за измерване на инструмента.
Проверка за безопасност: Изпълнете измерване на дължината на инструмента. Ако измерената дължина се различава от очакваната с повече от 2mm, спрете и проверете за неправилен инструмент или непълно захващане.
контролен списък за безопасност
Преди да стартирате първата автоматична смяна на инструмента, проверете всяко перо в този списък. Пропусната проверка за безопасност тук може да доведе до сблъсък между шпиндела и вилицата за инструмента – а сблъсък в система ATC никога не е незначителен.
- Всички Z позиции на вилиците за инструмента са измерени и съхранени в таблицата с инструменти на контролера – никога не разчитайте на „на око“ при позициите на вилиците.
- Макросът M6 твърдо блокира движението по оста Z, ако сензорът за захванат инструмент е FALSE – без изключения, без заобикаляне.
- Механичен твърд стоп ограничава хода по Z под вилицата за инструмента – предотвратява шпинделът да прокара инструментодържател през вилицата при повреда на сервото по оста Z.
- Сензорите за отваряне/затваряне на прахозащитния капак са свързани като входове и макросът проверява дали капакът е напълно отворен преди всякакво движение по X/Y към зоната на магазина.
- Аварийното спиране незабавно дезактивира соленоида за освобождаване (безопасно състояние: пружинно захващане) и паузира цялото движение по осите.
- Макросът за смяна на инструмента има таймаут: ако някой сензор не отговори в рамките на 2 секунди, макросът прекъсва с аларма, вместо да чака неопределено време.
FAQ
Какъв е минималният брой гнезда за инструменти за полезна настройка ATC?
Четири гнезда са практическият минимум: едно за инструмент за грубо фрезоване, едно за инструмент за финиране, едно за инструмент за пробиване/нарязване на резба и едно празно гнездо за смяна на инструмента. От шест до осем гнезда покриват нуждите на повечето малки работилници. При повече от дванадесет гнезда е по-добре да се разгледа каруселен или верижен магазин за инструменти вместо линеен стелаж — линейното разстояние на преместване става тясно място във времето на цикъла.
Може ли да се 3D-принтират вилиците за инструменти?
За прототипиране и леко ползване: да, в PETG или ABS с 50%+ запълване. За производство: не. 3D-принтираните вилици се износват бързо от повтарящия се плъзгащ се контакт с закалени стоманени фланци на държачите на инструменти. В рамките на 500–1000 цикъла, жлебът на вилицата се разширява и седенето на държача става хлабаво. Производствените вилици трябва да се обработват от алуминий (6061-T6) или стомана с закален или анодиран жлеб.
Как да предотвратя шпинделът да се удари във вилица за инструмент при прекъсване на захранването?
Това е сериозен риск. Мерки за смекчаване: (1) Инсталирайте UPS (непрекъсваемо захранване) на контролера – не за шпиндела, а само за контролера и задвижванията на осите. (2) Конфигурирайте контролера да изпълнява „рутина при прекъсване на захранването“, която вдига Z на безопасна височина при засичане на ниско напрежение. (3) Пружинно затваряне на праховия капак – ако токът спре, капакът се затваря и физически блокира шпиндела да влезе в зоната на магазина.