Con il continuo progresso del livello di intelligenza nella produzione, le macchine utensili CNC, in quanto apparecchiature fondamentali nella produzione moderna, devono far fronte a richieste sempre più stringenti in termini di automazione e precisione di lavorazione.
Il sistema portautensili, componente fondamentale delle macchine utensili CNC, ha un impatto diretto sia sull'efficienza della lavorazione che sulla qualità del prodotto.
Una ricerca approfondita sui meccanismi operativi dei portautensili riveste notevole importanza per migliorare gli standard di manutenzione delle attrezzature.
Struttura del portautensili e controllo elettrico esterno
Il portautensili del tornio è il meccanismo per il cambio automatico degli utensili su un tornio e rappresenta un componente fondamentale.
Monta vari utensili da taglio e la sua struttura ha un impatto diretto sulle prestazioni di taglio e sull'efficienza operativa della macchina utensile.
Esistono molti tipi di portautensili: portautensili semplici che utilizzano sensori ad effetto Hall per il rilevamento della posizione dell'utensile, portautensili automatici con encoder di posizione che consentono il cambio utensile bidirezionale e portautensili motorizzati in grado di azionare gli utensili.
Il controllo della rotazione utilizza motori CA standard o servomotori, con diversi modelli di torretta portautensili.
In genere, il controllo del cambio utensile richiede funzioni quali l'identificazione della posizione corrente dell'utensile e il suo confronto con la posizione di destinazione.
Le torrette portautensili più comuni nelle macchine CNC rientrano in due categorie principali: torrette verticali e torrette orizzontali, come mostrato nella Figura 1 e nella Figura 2.
Il portautensili a torretta è una configurazione di portautensili ampiamente adottata che consente il cambio automatico degli utensili sulle macchine utensili tramite rotazione, indicizzazione e posizionamento della torretta.
Composto dal corpo portautensili, dalla torretta portautensili (a 4 stazioni), dal meccanismo di posizionamento (ingranaggio terminale/sensore ad effetto Hall), dal motore (standard o servo) e dalla trasmissione a vite senza fine, completa il cambio utensile tramite il controllo PMC della rotazione del motore, della riduzione a vite senza fine, dell'indicizzazione della torretta e del bloccaggio del perno di posizionamento.
Controllo elettrico
Il portautensili semplificato a quattro lati utilizza un sistema di controllo con motore a corrente alternata trifase.
Regolando la rotazione avanti e indietro del motore insieme alla struttura meccanica, si ottengono funzioni di rotazione avanti, indietro, posizionamento e bloccaggio.
Gli operatori controllano la direzione e l'arresto del motore commutando la logica del circuito, che modifica attivamente la sequenza di fase dell'alimentazione dell'avvolgimento dello statore.
Questa modifica inverte il campo magnetico rotante, consentendo al motore di ruotare in avanti o indietro.
Gli operatori arrestano il motore scollegando l'alimentazione o interrompendo il circuito.
L'approccio più classico è il circuito di interblocco che utilizza contattori e pulsanti, che impedisce l'eccitazione simultanea dei contattori di marcia avanti e di marcia indietro, che potrebbero causare un cortocircuito.
Il circuito è costituito principalmente da un circuito principale e da un circuito di controllo.
Il circuito principale si collega direttamente all'alimentazione trifase (L1, L2, L3 ) e al motore ( M ).
I suoi componenti principali sono due contattori CA , KM1 e KM2 , i cui contatti principali controllano la sequenza di fase dell'alimentazione del motore.
Il circuito di controllo comprende relè a pulsante equivalenti ( Y2.2 per la rotazione in avanti, Y2.3 per la rotazione all'indietro) e bobine di relè ( KA1, KA2 ), il cui nucleo è costituito dalla logica di interblocco.
Questo interblocco logico viene aggiunto all'interno del programma PMC.
Il circuito hardware di controllo elettrico, comprendente il circuito principale e il circuito di controllo per il portautensili a quattro vie, è illustrato nella Figura 3.
Flusso di lavoro del cambio utensile quadruplo
Il flusso di lavoro del cambio utensili quadruplo funziona inserendo i comandi di selezione utensili T1-T4 sul pannello di controllo della macchina CNC.
Il CNC trasmette quindi il numero dell'utensile ( codice T ) al PMC per la ricezione e l'elaborazione.
Una volta ricevuto il segnale di selezione dell'utensile, il PMC controlla la rotazione in avanti/indietro del motore per azionare la torretta portautensili.
La torretta seleziona l'utensile più vicino. Durante la rotazione, la torretta riceve i dati di posizione dai sensori Hall o dagli encoder per un posizionamento preciso.
Invertendo il senso di marcia del motore si blocca meccanicamente il disco del dente finale e, infine, un segnale di completamento della selezione dell'utensile viene inviato al CNC.
Durante i cambi utensile manuali, premendo il pulsante di cambio utensile è possibile selezionare sequenzialmente gli utensili nella stessa direzione di rotazione.
Quando la torretta portautensili cambia utensile, il programma PMC gestisce in genere processi come l'identificazione del numero dell'utensile nella posizione di lavoro corrente e la verifica che tale numero rientri nell'intervallo di cambio.
Il PMC controlla la rotazione del motore della torretta portautensili per gestire la selezione degli utensili.
Programmi di cambio utensile manuale e automatico (PMC)
Assegnazione manuale e automatica degli indirizzi dei programmi, come mostrato nella Tabella 1.
Condizioni di esecuzione del cambio utensile automatico
La Figura 4 mostra il collegamento del segnale di selezione dell'utensile. Quando la macchina CNC riceve il comando T, attiva R119.0.
La macchina CNC trasmette il segnale F al PMC.
F7.3 è il segnale di conferma inviato dal sistema CNC al PMC dopo aver ricevuto il comando T , mentre F1.3 è il segnale di conferma di inibizione dell'asse di avanzamento.
La Figura 5 mostra il programma di codifica dei numeri degli utensili a T, mentre la Tabella 2 presenta la tabella di codifica dei numeri degli utensili.
La Figura 6 trasferisce i quattro bit meno significativi della posizione di memoria R120 al registro K.
Questo trasferimento facilita la determinazione del codice utensile.
Quando il numero dell'utensile richiesto viene inserito tramite il pannello della macchina CNC, il sistema CNC genera il codice binario corrispondente in F26.
L' istruzione COIN confronta l'unità di memoria K con il segnale del codice utensile.
Quando i dati in K9 corrispondono ai dati in F26 , il sistema genera un segnale di uscita, chiude il relè intermedio e completa l'identificazione dell'utensile.
Allo stesso modo, il sistema può gestire i messaggi di errore quando gli operatori inseriscono comandi non validi o digitano TO.
Spiegazioni dettagliate delle istruzioni di funzionamento sono reperibili nella relativa documentazione FANUC .
Metodo di implementazione della selezione manuale e automatica degli strumenti
(a) Spostarsi alla posizione successiva dell'utensile.
- Passo 1: X0.2 guida il Y-2.3 motore portautensili per ruotare in avanti.
- Fase 2: Individuare la posizione successiva dell'utensile entro il tempo specificato.
- Fase 3: Dopo Y2.3=0 sottoposto a un tempo di buffer specificato, aziona il motore in retromarcia.
- Fase 4: Dopo Y-2.2 inverte e si ritrae per il tempo specificato, Y-2.2 si disconnette.
Programmare la rotazione del motore del portautensili, impostare le condizioni di connessione e i segnali di arresto per abilitare le funzioni avanti/indietro e di arresto.
Il circuito avanti/indietro/stop rappresenta un tipico circuito di controllo, quindi non lo approfondiremo qui.
(b) Selezione manuale degli utensili.
Gli operatori devono eseguire la selezione manuale degli utensili in modalità manuale. Durante la programmazione, devono impostare la macchina in modalità di selezione manuale.
La differenza sta nel passaggio 2: non impostare un tempo di inversione finché X0.2 non si disconnette. Tutti gli altri passaggi rimangono invariati.
(c) Selezione automatica degli utensili.
La differenza sta nel passaggio 1: R119.0=1 avvia l'avvio.
Infine, aggiungi una funzione ausiliaria per completare il segnale G4.3 , impostando G4.3=1 , come mostrato in Figura 7.
Il programma di cambio utensile è caratterizzato da una logica rigorosa, che affronta sia l'implementazione funzionale sia le potenziali eccezioni.
Tra questi rientrano scenari quali errori di timeout nella selezione degli strumenti dovuti a danni al sensore, immissione di codici non validi, errori nella selezione della modalità e stalli del motore.
Tutti questi casi richiedono una gestione approfondita nell'ambito del programma PMC.
Il PMC della macchina utensile CNC funge da "ponte" che collega il sistema di controllo numerico ( NC ) con gli attuatori della macchina utensile.
Gestisce lo scambio di segnali di controllo logici e impiega la gestione, costituendo il componente principale che consente la lavorazione automatizzata nelle macchine utensili CNC.
Per il programma completo, fare riferimento al programma integrato della macchina utensile. Questo documento spiega solo i principi applicativi.
Conclusione
Grazie a una solida conoscenza dei principi operativi dei sistemi PMC delle macchine utensili CNC , sfruttare le capacità diagnostiche del sistema FANUC può ridurre significativamente il tempo necessario al personale di manutenzione per risolvere i guasti.
Interrogando lo stato degli ingressi e delle uscite I/O , gli operatori possono individuare e risolvere rapidamente i guasti, migliorando così l'efficienza della manutenzione e della gestione delle apparecchiature.
Inoltre, gli ingegneri possono condurre lo sviluppo funzionale secondo necessità, concentrandosi su aggiornamenti basati su PMC come modifiche alla logica ad alta tensione per macchine utensili, controlli di protezione di sicurezza, gestione dello stato delle macchine utensili e funzioni ausiliarie personalizzate.
FAQ
Qual è il ruolo del portautensili nelle macchine utensili CNC?
Il portautensili è un componente fondamentale per il montaggio degli utensili da taglio su una macchina CNC. Influisce direttamente sull'efficienza di lavorazione, sulle prestazioni di taglio e sulla qualità del prodotto. I portautensili avanzati, inclusi quelli motorizzati e automatici, consentono un posizionamento preciso degli utensili e cambi utensile bidirezionali o tramite torretta.
In che cosa differiscono i portautensili a torretta verticali e orizzontali nei torni CNC?
Le torrette verticali e orizzontali sono due configurazioni principali per i portautensili delle macchine utensili CNC. Le torrette verticali ruotano gli utensili attorno a un asse verticale, ottimizzando lo spazio e l'accesso agli utensili, mentre le torrette orizzontali ruotano attorno a un asse orizzontale, migliorando la stabilità e la distribuzione della forza di lavorazione per le operazioni più gravose.
In che modo il sistema PMC controlla il cambio utensile nelle macchine CNC?
Il PMC (Programmable Machine Controller) funge da ponte tra il sistema CNC e gli attuatori della macchina. Riceve i comandi di selezione utensile, controlla la rotazione del motore per l'indicizzazione della torretta, monitora la posizione tramite sensori Hall o encoder e garantisce il corretto bloccaggio dell'utensile. Il sistema gestisce anche le condizioni di errore e le operazioni di cambio utensile manuale.
Quali sono i principali metodi di controllo elettrico per un portautensili CNC a quattro lati?
Un portautensili a quattro lati utilizza in genere un motore CA trifase controllato tramite logica di rotazione avanti/indietro. I circuiti di interblocco impediscono l'eccitazione simultanea dei contattori di rotazione avanti e indietro, garantendo un funzionamento sicuro. I circuiti di controllo gestiscono gli ingressi dei pulsanti e i segnali dei relè per automatizzare la rotazione, il posizionamento e il bloccaggio dell'utensile.
Come vengono implementati i processi di selezione manuale e automatica degli utensili sui torni CNC?
La selezione manuale degli utensili avviene in modalità manuale, con gli operatori che muovono la torretta nella posizione desiderata. La selezione automatica utilizza la logica PMC, in cui i comandi utensile dal pannello CNC attivano la rotazione del motore, l'indicizzazione della torretta e il bloccaggio dell'utensile. Segnali ausiliari confermano il completamento del cambio utensile e garantiscono un posizionamento preciso.
In che modo la comprensione delle operazioni PMC migliora la manutenzione e gli aggiornamenti delle macchine CNC?
Una solida conoscenza della logica PMC e degli stati I/O consente al personale addetto alla manutenzione di diagnosticare e risolvere rapidamente i guasti. Questa conoscenza consente inoltre di apportare aggiornamenti funzionali, tra cui regolazioni della logica ad alta tensione, controlli di sicurezza e funzioni ausiliarie personalizzate, migliorando le prestazioni, l'affidabilità e l'efficienza operativa della macchina.
Solomon Yang è un professionista del settore manifatturiero con una vasta esperienza nella produzione di componenti elettronici, meccanici e industriali. Avendo ricoperto diverse posizioni in aziende manifatturiere americane e taiwanesi, ha maturato una conoscenza approfondita dei processi produttivi, della gestione della produzione, del controllo qualità e delle operazioni della catena di fornitura globale.
Grazie alla sua esperienza nello sviluppo commerciale, nelle operazioni di vendita, nel commercio internazionale, nella gestione delle relazioni con i clienti e nel supporto ai progetti di ingegneria, Solomon coniuga le competenze tecniche con la strategia commerciale per offrire soluzioni di produzione innovative ed economicamente vantaggiose. È appassionato di tecnologie di produzione avanzate, miglioramento dei processi e crescita professionale continua, con un forte impegno a creare valore per clienti e partner in tutto il mondo.
