Le principe et les étapes du changement automatique d'outils dans les centres d'usinage CNC

Principe et étapes du changement automatique d'outils dans les centres d'usinage CNC

I. Introduction

II. Principe du changement automatique d'outils dans les centres d'usinage CNC

(I) Processus de base du changement d'outil

(II) Analyse du mouvement de l'outil

• L'outil s'arrête avec la broche et se déplace vers la position de changement d'outil : ce processus nécessite que la broche s'arrête de tourner rapidement et avec précision et se déplace vers la position de changement d'outil spécifique grâce au système de déplacement des axes de coordonnées de la machine-outil. Ce mouvement est généralement assuré par un mécanisme de transmission, tel qu'une paire vis-écrou entraînée par le moteur, afin de garantir un positionnement précis de la broche conforme aux exigences d'usinage.
• Déplacement de l'outil dans le magasin : Le mode de déplacement de l'outil dans le magasin dépend du type de magasin. Par exemple, dans un magasin à chaîne, l'outil se déplace vers la position spécifiée grâce à la rotation de la chaîne. Ce processus nécessite que le moteur d'entraînement du magasin contrôle précisément l'angle de rotation et la vitesse de la chaîne afin que l'outil atteigne précisément la position de changement d'outil. Dans un magasin à disque, le positionnement de l'outil est assuré par le mécanisme de rotation du magasin.
• Mouvement de transfert de l'outil avec le manipulateur de changement d'outil : Le mouvement du manipulateur de changement d'outil est relativement complexe, car il doit réaliser des mouvements rotatifs et linéaires. Lors des phases de préhension et de libération de l'outil, le manipulateur doit s'approcher et se détacher de l'outil par un mouvement linéaire précis. Ce mouvement est généralement assuré par un mécanisme à crémaillère entraîné par un vérin hydraulique ou pneumatique, qui entraîne ensuite le bras mécanique pour obtenir un mouvement linéaire. Lors des phases de retrait et d'insertion de l'outil, outre le mouvement linéaire, le manipulateur doit également effectuer un certain angle de rotation pour garantir un retrait et une insertion fluides de l'outil dans la broche ou le magasin d'outils. Ce mouvement rotatif est obtenu grâce à la coopération entre le bras mécanique et l'arbre de transmission, impliquant la conversion de paires cinématiques.
• Retour de l'outil en position d'usinage avec le 主轴 : Une fois le changement d'outil terminé, la broche doit revenir rapidement à sa position d'usinage initiale avec le nouvel outil pour poursuivre les opérations d'usinage suivantes. Ce processus est similaire au déplacement de l'outil vers sa position de changement d'outil, mais en sens inverse. Il nécessite également un positionnement de haute précision et une réactivité accrue afin de réduire les temps d'arrêt et d'améliorer l'efficacité de l'usinage.

III. Étapes du changement automatique d'outils dans les centres d'usinage CNC

(I) Chargement de l'outil

• Méthode de chargement aléatoire du porte-outil
  Cette méthode de chargement d'outils offre une grande flexibilité. Les opérateurs peuvent placer les outils dans n'importe quel porte-outil du magasin. Cependant, il est important de noter qu'une fois l'installation terminée, le numéro du porte-outil où se trouve l'outil doit être enregistré avec précision afin que le système de contrôle puisse localiser et appeler l'outil avec précision, conformément aux instructions du programme, lors du processus d'usinage ultérieur. Par exemple, dans certains moules complexes, les outils peuvent nécessiter des changements fréquents selon les différentes procédures d'usinage. Dans ce cas, la méthode de chargement aléatoire des porte-outils permet d'adapter facilement les positions de stockage des outils à la situation réelle et d'améliorer l'efficacité du chargement.
• Méthode de chargement du porte-outil fixe
  Contrairement à la méthode de chargement aléatoire des porte-outils, la méthode de chargement fixe des porte-outils nécessite le placement des outils dans des porte-outils spécifiques prédéfinis. L'avantage de cette méthode est que les positions de stockage des outils sont fixes, ce qui facilite la mémorisation et la gestion par les opérateurs, et facilite le positionnement et l'appel rapides des outils par le système de contrôle. Dans certaines tâches de production par lots, si le processus d'usinage est relativement fixe, l'adoption de la méthode de chargement fixe des porte-outils peut améliorer la stabilité et la fiabilité de l'usinage et réduire les accidents dus à des positions de stockage incorrectes.

(II) Sélection des outils

• Sélection séquentielle d'outils
  La méthode de sélection séquentielle des outils exige que les opérateurs placent les outils dans les porte-outils en respectant scrupuleusement la séquence du processus technologique lors du chargement des outils. Pendant l'usinage, le système de contrôle prend les outils un par un selon leur ordre de placement et les replace dans leurs porte-outils d'origine après utilisation. L'avantage de cette méthode réside dans sa simplicité d'utilisation et son faible coût. Elle convient également à certaines tâches d'usinage relativement simples et à séquences d'utilisation fixes. Par exemple, pour l'usinage de pièces d'arbre simples, seuls quelques outils, selon une séquence fixe, peuvent être nécessaires. Dans ce cas, la méthode de sélection séquentielle des outils permet de répondre aux exigences d'usinage et de réduire le coût et la complexité de l'équipement.
• Sélection d'outils aléatoire
• Sélection d'outils de codage de porte-outils
  Cette méthode de sélection d'outils consiste à coder chaque porte-outil du magasin, puis à placer les outils correspondants dans les porte-outils spécifiés, un par un. Lors de la programmation, les opérateurs utilisent l'adresse T pour spécifier le code du porte-outil où se trouve l'outil. Le système de contrôle pilote le magasin pour déplacer l'outil correspondant vers la position de changement d'outil en fonction de ces informations de codage. L'avantage de la méthode de sélection d'outils par codage des porte-outils réside dans sa flexibilité et son adaptabilité à certaines tâches d'usinage relativement complexes et à des séquences d'utilisation variables. Par exemple, pour l'usinage de pièces aéronautiques complexes, les outils peuvent nécessiter des changements fréquents en fonction des différentes pièces et exigences du processus, et la séquence d'utilisation des outils n'est pas fixe. Dans ce cas, la méthode de sélection d'outils par codage des porte-outils permet une sélection et un remplacement rapides des outils et améliore l'efficacité de l'usinage.
• Sélection d'outils de mémoire d'ordinateur
  La sélection d'outils par mémoire est une méthode plus avancée et plus intelligente. Elle mémorise les numéros d'outils et leurs positions de stockage, ou numéros de porte-outils, dans la mémoire de l'ordinateur ou de l'automate programmable. Lorsqu'un changement d'outil est nécessaire pendant l'usinage, le système de contrôle récupère directement les informations de position des outils depuis la mémoire, conformément aux instructions du programme, et pilote le magasin d'outils pour déplacer rapidement et précisément les outils vers leur position de changement. De plus, la modification de l'adresse de stockage des outils étant mémorisée en temps réel par l'ordinateur, les outils peuvent être retirés et réinsérés aléatoirement dans le magasin, améliorant ainsi considérablement l'efficacité de la gestion et la flexibilité d'utilisation des outils. Cette méthode de sélection est largement utilisée dans les centres d'usinage CNC modernes de haute précision et de haute performance, particulièrement adaptée aux tâches d'usinage complexes impliquant de nombreux types d'outils, comme l'usinage de pièces telles que les blocs-moteurs et les culasses automobiles.

(III) Changement d'outil

• L'outil sur la broche et l'outil à remplacer dans le magasin d'outils se trouvent dans des porte-outils aléatoires
  Dans ce cas, le processus de changement d'outil est le suivant : tout d'abord, le magasin d'outils effectue la sélection d'outil selon les instructions du système de commande afin de déplacer rapidement l'outil à remplacer vers la position de changement. Ensuite, le manipulateur à deux bras se déploie pour saisir avec précision le nouvel outil dans le magasin et l'ancien sur la broche. Ensuite, la table de changement d'outils pivote pour positionner le nouvel outil et l'ancien sur la broche et le magasin d'outils. Enfin, le manipulateur insère le nouvel outil dans la broche et le serre, tout en plaçant l'ancien outil dans la position vide du magasin pour terminer l'opération de changement d'outil. Cette méthode de changement d'outil offre une grande flexibilité et s'adapte à différents procédés d'usinage et combinaisons d'outils, mais elle impose des exigences plus élevées en termes de précision du manipulateur et de rapidité de réponse du système de commande.
• L'outil sur la broche est placé dans un porte-outil fixe et l'outil à remplacer est dans un porte-outil aléatoire ou un porte-outil fixe
  Le processus de sélection d'outil est similaire à la méthode de sélection aléatoire d'un porte-outil décrite ci-dessus. Lors du changement d'outil, après avoir retiré l'outil de la broche, le magasin d'outils doit être préalablement tourné jusqu'à la position de réception de l'outil de la broche afin que l'ancien outil puisse être réinséré avec précision dans le magasin. Cette méthode de changement d'outil est plus courante pour certaines tâches d'usinage avec des processus d'usinage relativement fixes et une fréquence d'utilisation élevée de l'outil de la broche. Par exemple, lors de l'usinage de trous en série, des forets ou alésoirs spécifiques peuvent être utilisés sur la broche pendant une longue période. Dans ce cas, placer l'outil de la broche dans un porte-outil fixe peut améliorer la stabilité et l'efficacité de l'usinage.
• L'outil sur la broche est dans un porte-outil aléatoire et l'outil à remplacer est dans un porte-outil fixe
  Le processus de sélection d'outils consiste également à sélectionner l'outil spécifié dans le magasin d'outils en fonction des exigences du procédé d'usinage. Lors du changement d'outil, l'outil prélevé sur la broche est acheminé vers l'emplacement vide le plus proche pour une utilisation ultérieure. Cette méthode de changement d'outil prend en compte, dans une certaine mesure, la flexibilité du stockage des outils et la facilité de gestion du magasin. Elle est adaptée à certaines tâches d'usinage relativement complexes, utilisant de nombreux types d'outils et dont la fréquence d'utilisation est relativement faible. Par exemple, dans certains moules, plusieurs outils de spécifications différentes peuvent être utilisés, mais certains outils spéciaux sont moins fréquemment utilisés. Dans ce cas, le placement de ces outils dans des porte-outils fixes et le stockage des outils usagés sur la broche à proximité peuvent améliorer l'utilisation de l'espace du magasin d'outils et l'efficacité du changement d'outils.

IV. Conclusion