Da der Grad an Intelligenz in der Fertigung stetig zunimmt, sehen sich CNC-Werkzeugmaschinen – als Kernausrüstung in der modernen Fertigung – immer strengeren Anforderungen an Automatisierung und Bearbeitungsgenauigkeit gegenüber.
Das Werkzeughaltersystem, eine kritische Komponente von CNC-Werkzeugmaschinen, hat direkten Einfluss sowohl auf die Bearbeitungseffizienz als auch auf die Produktqualität.
Eine eingehende Untersuchung der Funktionsmechanismen von Werkzeughaltern ist von großer Bedeutung für die Verbesserung der Instandhaltungsstandards von Ausrüstung.
Werkzeughalterstruktur und externe elektrische Steuerung
Der Werkzeughalter der Drehmaschine ist der Mechanismus zum automatischen Werkzeugwechsel an einer Drehmaschine und stellt somit eine wichtige Komponente dar.
Sie dient zur Montage verschiedener Schneidwerkzeuge, und ihre Struktur hat direkten Einfluss auf die Schneidleistung und die Betriebseffizienz der Werkzeugmaschine.
Werkzeughalter gibt es in vielen Ausführungen: einfache Halter mit Hall-Effekt-Sensoren zur Werkzeugpositionserkennung, automatische Halter mit Positionsgebern, die einen bidirektionalen Werkzeugwechsel ermöglichen, und motorisierte Halter, die Werkzeuge antreiben können.
Die Rotationssteuerung erfolgt entweder über Standard -Wechselstrommotoren oder Servomotoren, wobei verschiedene Werkzeugrevolvermodelle zum Einsatz kommen.
Typischerweise erfordert die Werkzeugwechselsteuerung Funktionen wie die Ermittlung der aktuellen Werkzeugposition und deren Vergleich mit der Zielposition.
Gängige Werkzeugrevolver in CNC-Maschinen lassen sich in zwei Hauptkategorien einteilen: vertikale Revolver und horizontale Revolver, wie in Abbildung 1 und Abbildung 2 dargestellt.
Der Revolverwerkzeughalter ist eine weit verbreitete Werkzeughalterkonfiguration, die durch Revolverrotation, Indexierung und Positionierung einen automatischen Werkzeugwechsel an Werkzeugmaschinen ermöglicht.
Die Maschine besteht aus dem Werkzeughalterkörper, dem Werkzeugrevolver (4-Stationen), dem Positioniermechanismus (Endrad/Hall-Effekt-Sensor), dem Motor (Standard oder Servo) und dem Schneckengetriebe und führt Werkzeugwechsel durch PMC- Steuerung der Motorrotation, der Schneckengetriebeuntersetzung, der Revolverindexierung und der Positionierstiftverriegelung durch.
Elektrische Steuerung
Der vereinfachte vierseitige Werkzeughalter verwendet ein dreiphasiges Wechselstrommotor -Steuerungssystem.
Durch die Regelung der Vorwärts- und Rückwärtsdrehung des Motors in Verbindung mit der mechanischen Struktur werden Vorwärtsdrehung, Rückwärtsdrehung, Positionierung und Verriegelungsfunktionen erreicht.
Die Bediener steuern die Drehrichtung und das Anhalten des Motors durch Umschalten der Schaltungslogik, wodurch die Phasenfolge der Statorwicklungsstromversorgung aktiv verändert wird.
Durch diese Änderung wird das rotierende Magnetfeld umgekehrt, wodurch sich der Motor vorwärts oder rückwärts drehen kann.
Die Bediener stoppen den Motor, indem sie die Stromzufuhr unterbrechen oder den Stromkreis unterbrechen.
Die klassischste Methode ist die Verriegelungsschaltung mit Schützen und Drucktasten, die ein gleichzeitiges Bestromen von Vorwärts- und Rückwärtsschützen verhindert, was einen Kurzschluss verursachen könnte.
Der Schaltkreis besteht im Wesentlichen aus einem Hauptschaltkreis und einem Steuerschaltkreis.
Der Hauptstromkreis ist direkt mit dem dreiphasigen Stromnetz (L1, L2, L3 ) und dem Motor ( M ) verbunden.
Die Kernkomponenten sind zwei Wechselstromschütze , KM1 und KM2 , deren Hauptkontakte die Phasenfolge der Stromversorgung des Motors steuern.
Die Steuerschaltung besteht aus gleichwertigen Drucktasterrelais ( Y2.2 für Vorwärtsdrehung, Y2.3 für Rückwärtsdrehung) und Relaisspulen ( KA1, KA2 ), wobei der Kern die Verriegelungslogik ist.
Diese logische Verriegelung ist im PMC-Programm implementiert.
Die elektrische Steuerungshardwareschaltung, einschließlich der Hauptschaltung und des Regelkreises für den Vierwege-Werkzeughalter, ist in Abbildung 3 dargestellt.
Arbeitsablauf für Vierfach-Werkzeugwechsler
Der Arbeitsablauf des Vierfach-Werkzeugwechslers wird durch Eingabe der Werkzeugauswahlbefehle T1-T4 auf dem Bedienfeld der CNC-Maschine realisiert.
Die CNC-Maschine übermittelt dann die Werkzeugnummer ( T- Code) zur Weiterverarbeitung an das PMC.
Nach Empfang des Werkzeugauswahlsignals steuert die PMC die Vorwärts-/Rückwärtsdrehung des Motors, um den Werkzeugrevolver anzutreiben.
Der Werkzeugrevolver wählt das nächstgelegene Werkzeug aus. Während der Rotation empfängt der Werkzeugrevolver Positionsdaten von Hall-Sensoren oder Encodern zur präzisen Positionierung.
Durch Umkehrung der Motordrehrichtung wird die Endzahnscheibe mechanisch verriegelt, und schließlich wird ein Signal zur Werkzeugauswahl an die CNC-Steuerung zurückgemeldet.
Bei manuellen Werkzeugwechseln ermöglicht das Drücken der Werkzeugwechseltaste die sequentielle Auswahl von Werkzeugen in der gleichen Drehrichtung.
Beim Werkzeugwechsel am Werkzeugrevolver übernimmt das PMC- Programm typischerweise Prozesse wie die Ermittlung der Werkzeugnummer an der aktuellen Arbeitsposition und die Feststellung, ob die Werkzeugnummer innerhalb des Wechselbereichs liegt.
PMC steuert die Rotation des Werkzeugrevolvermotors, um die Werkzeugauswahl zu verwalten.
Programme für manuelle und automatische Werkzeugwechsler (PMC)
Manuelle und automatische Programmadresszuweisung, wie in Tabelle 1 dargestellt.
Ausführungsbedingungen für den automatischen Werkzeugwechsel
Abbildung 4 zeigt den Anschluss des Werkzeugauswahlsignals. Wenn die CNC-Maschine den Befehl T empfängt, aktiviert sie R119.0.
Die CNC-Maschine sendet das F -Signal an das PMC.
F7.3 ist das Bestätigungssignal, das vom CNC-System nach Empfang des T -Befehls an das PMC gesendet wird , während F1.3 das Bestätigungssignal für die Sperrung der Vorschubachse ist.
Abbildung 5 zeigt das T-Werkzeugnummern-Codierungsprogramm, und Tabelle 2 stellt die Werkzeugnummern-Codierungstabelle dar.
Abbildung 6 überträgt die unteren vier Bits der Speicheradresse R120 in das K- Register.
Dieser Transfer erleichtert die Ermittlung des Werkzeugcodes.
Wenn die benötigte Werkzeugnummer über das Bedienfeld der CNC-Maschine eingegeben wird, generiert das CNC-System den entsprechenden Binärcode in F26.
Der COIN -Befehl vergleicht die Speichereinheit K mit dem Werkzeugcodesignal.
Wenn die Daten in K9 mit den Daten in F26 übereinstimmen , erzeugt das System ein Ausgangssignal, schließt das Zwischenrelais und schließt die Werkzeugidentifizierung ab.
Ebenso kann das System Fehlermeldungen verarbeiten, wenn Bediener ungültige Befehle eingeben oder TO eingeben.
Detaillierte Erläuterungen der Funktionsanweisungen finden Sie in der entsprechenden FANUC- Dokumentation.
Implementierungsmethode für die manuelle und automatische Werkzeugauswahl
(a) Zur nächsten Werkzeugposition fahren.
- Schritt 1: X0.2 fährt die Y2.3 Werkzeughaltermotor dreht sich vorwärts.
- Schritt 2: Innerhalb der vorgegebenen Zeit die nächste Werkzeugposition finden.
- Schritt 3: Nach Y2.3=0 Nach einer festgelegten Pufferzeit wird der Motor in die entgegengesetzte Richtung gedreht.
- Schritt 4: Nach Y2.2 kehrt um und zieht sich für die angegebene Zeit zurück, Y2.2 Verbindungsabbrüche.
Programmieren Sie die Drehung des Werkzeughaltermotors, legen Sie die Verbindungsbedingungen und Stoppsignale fest, um Vorwärts-/Rückwärts- und Stoppfunktionen zu aktivieren.
Die Vorwärts-/Rückwärts-/Stopp-Schaltung stellt eine typische Steuerschaltung dar, daher werden wir sie hier nicht näher erläutern.
b) Manuelle Werkzeugauswahl.
Die Bediener müssen die Werkzeugauswahl im manuellen Modus manuell vornehmen. Während der Programmierung sollten sie die Maschine auf manuellen Auswahlmodus einstellen.
Der Unterschied liegt in Schritt 2: Stellen Sie die Rücklaufzeit erst ein, wenn X0.2 die Verbindung trennt. Alle anderen Schritte bleiben gleich.
(c) Automatische Werkzeugauswahl.
Der Unterschied liegt in Schritt 1: R119.0=1 initiiert den Startvorgang.
Zum Schluss fügen Sie eine Hilfsfunktion hinzu, um das Signal G4.3 zu vervollständigen , indem Sie G4.3=1 setzen , wie in Abbildung 7 gezeigt.
Das Programm zum Werkzeugwechsel zeichnet sich durch eine strenge Logik aus, die sowohl die funktionale Umsetzung als auch mögliche Ausnahmen berücksichtigt.
Dazu gehören Szenarien wie etwa Werkzeugauswahlfehler aufgrund von Sensorschäden, Eingabe ungültiger Codes, Modusauswahlfehler und Motorstillstände.
Alle diese Fälle erfordern eine sorgfältige Bearbeitung im Rahmen des PMC- Programms.
Die PMC der CNC-Werkzeugmaschine dient als „Brücke“ zwischen dem numerischen Steuerungssystem ( NC ) und den Aktuatoren der Werkzeugmaschine.
Es steuert den Austausch logischer Steuersignale und übernimmt Managementfunktionen; damit bildet es die Kernkomponente, die die automatisierte Bearbeitung in CNC-Werkzeugmaschinen ermöglicht.
Das vollständige Programm finden Sie im integrierten Programm der Werkzeugmaschine. Dieses Dokument erläutert lediglich die Anwendungsprinzipien.
Fazit
Mit einem soliden Verständnis der Funktionsprinzipien von CNC-Werkzeugmaschinen -PMC- Systemen kann die Nutzung der Diagnosefunktionen des FANUC -Systems den Zeitaufwand für das Wartungspersonal zur Fehlerbehebung erheblich reduzieren.
Durch Abfragen der Eingangs- und Ausgangszustände der Ein-/Ausgabe können die Bediener Fehler schnell lokalisieren und beheben und so die Effizienz der Gerätewartung und -verwaltung verbessern.
Darüber hinaus können Ingenieure bei Bedarf funktionale Entwicklungen durchführen und sich dabei auf PMC -basierte Upgrades konzentrieren, wie z. B. Hochspannungslogikmodifikationen für Werkzeugmaschinen, Sicherheitssteuerungen, Statusverwaltung für Werkzeugmaschinen und kundenspezifische Hilfsfunktionen.
FAQ
Welche Funktion hat ein Werkzeughalter in CNC-Werkzeugmaschinen?
Der Werkzeughalter ist eine entscheidende Komponente zur Befestigung von Schneidwerkzeugen an einer CNC-Maschine. Er beeinflusst maßgeblich die Bearbeitungseffizienz, die Schnittleistung und die Produktqualität. Moderne Werkzeughalter, darunter motorisierte und automatische Ausführungen, ermöglichen eine präzise Werkzeugpositionierung sowie bidirektionale oder drehturmbasierte Werkzeugwechsel.
Worin unterscheiden sich vertikale und horizontale Revolverwerkzeughalter bei CNC-Drehmaschinen?
Vertikale und horizontale Revolverköpfe sind zwei Hauptkonfigurationen für Werkzeughalter an CNC-Werkzeugmaschinen. Vertikale Revolverköpfe rotieren die Werkzeuge um eine vertikale Achse und optimieren so Platzbedarf und Werkzeugzugänglichkeit, während horizontale Revolverköpfe um eine horizontale Achse rotieren und dadurch die Stabilität und die Kraftverteilung bei anspruchsvollen Bearbeitungen verbessern.
Wie steuert das PMC-System den Werkzeugwechsel in CNC-Maschinen?
Die speicherprogrammierbare Maschinensteuerung (SPS) dient als Schnittstelle zwischen dem CNC-System und den Maschinenaktuatoren. Sie empfängt Werkzeugauswahlbefehle, steuert die Motorrotation für die Revolverpositionierung, überwacht die Position mittels Hall-Sensoren oder Encodern und stellt die korrekte Werkzeugverriegelung sicher. Das System verarbeitet außerdem Fehlerzustände und führt manuelle Werkzeugwechsel durch.
Welche elektrischen Steuerungsmethoden sind für einen vierseitigen CNC-Werkzeughalter von zentraler Bedeutung?
Ein vierseitiger Werkzeughalter verwendet typischerweise einen Drehstrommotor, der über eine Vorwärts-/Rückwärtslogik gesteuert wird. Verriegelungsschaltungen verhindern das gleichzeitige Ansteuern der Vorwärts- und Rückwärtsschütze und gewährleisten so einen sicheren Betrieb. Steuerschaltungen verarbeiten die Eingaben von Drucktasten und Relaissignalen, um die Werkzeugrotation, -positionierung und -verriegelung zu automatisieren.
Wie werden manuelle und automatische Werkzeugauswahlprozesse an CNC-Drehmaschinen umgesetzt?
Die manuelle Werkzeugauswahl erfolgt im manuellen Modus, wobei der Bediener den Revolver in die gewünschte Position bewegt. Die automatische Auswahl nutzt die PMC-Logik: Werkzeugbefehle vom CNC-Bedienfeld lösen die Motorrotation, die Revolverpositionierung und die Werkzeugverriegelung aus. Hilfssignale bestätigen den abgeschlossenen Werkzeugwechsel und gewährleisten eine präzise Positionierung.
Wie kann das Verständnis von PMC-Prozessen die Wartung und Modernisierung von CNC-Maschinen verbessern?
Ein fundiertes Verständnis der PMC-Logik und der I/O-Zustände ermöglicht dem Wartungspersonal die schnelle Diagnose und Behebung von Fehlern. Dieses Wissen ermöglicht zudem funktionale Erweiterungen, darunter Anpassungen der Hochspannungslogik, Sicherheitssteuerungen und kundenspezifische Zusatzfunktionen, wodurch Maschinenleistung, Zuverlässigkeit und Betriebseffizienz verbessert werden.
Solomon Yang ist ein Experte der Fertigungsindustrie mit umfassender Erfahrung in der Herstellung von Elektronik-, Maschinenbau- und Industriekomponenten. Durch seine verschiedenen Positionen in amerikanischen und taiwanesischen Fertigungsunternehmen hat er sich ein tiefgreifendes Verständnis von Fertigungsprozessen, Produktionsmanagement, Qualitätskontrolle und globalen Lieferkettenabläufen angeeignet.
Mit seiner Expertise in den Bereichen Geschäftsentwicklung, Vertrieb, internationaler Handel, Kundenbeziehungsmanagement und Projektunterstützung im Engineering verbindet Solomon technisches Know-how mit kaufmännischer Strategie, um innovative und kosteneffiziente Fertigungslösungen zu entwickeln. Seine Leidenschaft gilt fortschrittlichen Fertigungstechnologien, Prozessoptimierung und kontinuierlicher beruflicher Weiterentwicklung. Er engagiert sich stark für die Wertschöpfung für Kunden und Partner weltweit.
