Automatikus szerszámcserélő rendszerek megmunkálógépeken I.

A CNC szerszámgépek, közöttük is a CNC megmunkáló központok egyik legfontosabb jellemzője – mely magas automatizáltságukat eredményezi -, hogy egy felfogásból több forgácsolási műveletet is képesek elvégezni, különböző szerszámokkal. Ezt a CNC megmunkáló központok szerszámtárai teszik lehetővé. Napjainkra a megmunkáló központok szerszámtárai a szerszámgépgyártás területén hasonló helyzetbe kerültek, mint a CNC esztergák revolverfejei: külön gyártók szakosodtak automata szerszámtárak gyártására, kifejezetten megmunkáló központokhoz. Jelen cikksorozatunkban a CNC megmunkáló központok automata szerszámtárait, szerszámkezelési rendszerüket szeretnénk bemutatni.

Alapfogalmak, szerkezeti részegységek, típusaik

A szerszámtárakat az angolszász szakirodalmakban ATC-nek nevezik (Automatic Tool Changer, magyarra lefordítva: Automata szerszámcserélő), mely véleményem szerint jobban kifejezik a CNC megmunkáló központokban ellátott szerepüket. Alapvetően nemcsak a szerszámok tárolása, de azok kezelése, a főorsóból történő kihelyezése, cserélése is a feladatuk. A magyar szakmai nyelvben a szerszámtár szó terjedt el leginkább, ezért továbbra is így használom cikkemben.

A szerszámtárak két fő szerkezeti egységre bonthatóak: a tényleges tároló egység és a cserélő mechanizmus. A tároló egységbe a szerszámokat szerszámbefogóikon keresztül helyezik be valamilyen bepattanó szerkezetes vagy peremes hüvelybe. A szerszámcserélő egység feladata a tárban, illetve a főorsóban levő szerszámok tetszés szerinti kicserélése. Látni fogjuk, hogy sok esetben a cserélési műveletet maga a tároló egység végzi el relatív mozgásával.

A CNC megmunkáló központokba épített szerszámtárak négy fő típusba sorolhatóak: dobtáras, ernyőtáras, lánctáras, illetve külön kuriózumként a fúró-menetmegmunkáló központok forgó-billenő dobtára.

Dobtáras szerkezeti kialakítás

ATC1_cikk1

Kettős cserélőkar megfogó egysége

A szerszámok a szerszámbefogókon keresztül egy kör alakú tároló egységbe kerülnek felhelyezésre. A kör alakú tároló feladata, hogy a cserélni kívánt szerszámot a cserélés pozíciójába forgassa. A tároló egység, a „dobtár” helyezkedhet függőleges, vagy vízszintes helyzetben. A dobtárakat a főorsó szekrényre szerelik fel általában, így a főorsó mozgása közben a szerszámtár is vele együtt mozog. A dobtáras szerkezeti egység elengedhetetlen részegysége a cserélő kar, mely általában ikerkaros kialakítású. A szerszám cserélése során a cserélő kar két mozgást végez: 180 fokos forgás a kar tengelye körül, illetve alternáló, fel-lemozgást. Első lépésben a cserélő kar mindkét szerszámbefogót megfogja (ami az orsóban van, illetve a cserélésre kívánt szerszám a tárból), majd lefelé mozog, miközben megcseréli a két szerszám helyét. Ezt követően visszahelyezi őket az orsókúpba, illetve a tárba.

ATC1_cikk2

Vízszintes elhelyezésű dobtár

A cserélő karok hajtásának megoldására két szerkezeti kialakítás terjedt el. Az egyik két pneumatikus aktuátorral megoldott hajtás: egy pneumatikus forgatómű végzi a ikerkar forgatását és egy pneumatikus munkahenger a cserélő kar fel-lemozgását. Egyre gyakoribb megoldás a pneumatikus aktuátorok lecserélése villamos hajtásra, DC szervó motorokra. A másik megoldás mechanikus elven működik: valamilyen bütykös mechanizmussal vezetik meg a cserélő karját, így amikor egy munkahenger kitolja, közben elvégzi a forgatást is. Ha a bütykös mechanizmust szervó motorral hajtják, akkor a forgás közben a kar képes hosszanti irányú elmozdulásra.

Ha a tároló egység, a „dob” függőleges tengelyű elrendezésbe kerül beépítésre, arról is gondoskodni kell, hogy a szerszám egy irányba mutasson a főorsó tengelyével. Függőleges megmunkáló központoknál, ha a dobtárat vízszintes elrendezésben építik be, akkor a tárban lévő szerszám tengelye merőleges az orsótengelyre. Ilyen szerkezeti kialakításnál a tárban lévő befogó patronokat, amik a szerszámbefogót rögzítik, úgy alakítják ki, hogy egy pneumatikus munkahenger be tudja dönteni a megfelelő irányba, így a cserélő kar képes ráfogni. Miután a csere megtörtént, a munkahenger pedig párhuzamos helyzetbe hozta a szerszámot a hüvellyel, a hüvelyt általában rugó rántja vissza a tár tengelyével párhuzamos állásba. Bár ez a szerkezeti kialakítás bonyolultabb, a több mozgó szerkezeti egység több meghibásodási lehetőséget is magában rejt, mégis sokkal helytakarékosabb megoldás, mint a függőleges helyzetű dobtáré. Függőleges helyzetű dobtáraknál a cserélő kar 90 fokonként képes pozícionálni, amikor nincs szükség a cserélő karra, a dobtár és a főorsó között helyezkedik el.

ATC1_cikk3

Vízszintes elhelyezkedésű dobtár, a szerszámmegfogó hüvely billentő mechanizmusával

Ernyőtáras szerkezeti kialakítás

Az ernyőtáras szerszámtár esetében is egy kör alakú tároló egység kerülete mentén, szerszámbefogókkal együtt helyezkednek el a szerszámok. Az ernyőtárak legfontosabb, és egyben leglényegesebb szerkezeti különbsége a dobtáras megoldáshoz képest, az a cserélőkar hiánya. A ernyős tárak esetén vagy a főorsó mozog az ernyőtár egy adott cserélési pozíciójába, vagy az ernyőtár mozog a főorsó pozíciójába.

ATC1_cikk7

Ernyős tár portál kialakítású gép, felső hídszerkezetének szélén elhelyezve

Amikor a főorsó mozog az ernyő egyik adott szerszám férőhelyére, a szerszámtár szervo motorja először beforgatja a gép vezérlőjében megadott abszolút, gépi koordinátás pozíciójában leírt pontba az üres férőhelyet, majd a főorsó kvázi „bepattintja” a főorsó kúpból a befogót a tárhelybe. A főorsó ezután elmozdul a tártól, míg az a következő szerszámot pozícióba forgatja, majd az új szerszámot „pattintja ki” a tárból az orsó.

ATC1_cikk8

Mozgótáras, ernyőtár szerszámcsere közben

Amikor az ernyős tárat mozgatjuk a főorsóhoz, szükség van egy betoló mechanizmusra is, ami a tárat mozgatja. Ilyen szerkezeti kialakítás esetén a szerszámtár a főorsó tartó oszlopon helyezkedik el. Amikor a gép megmunkálást végez, a tár kitolva helyezkedik el a főorsóhoz képest. Szerszámcsere esetén a főorsó Z-tengely mentén feláll egy adott gépi koordinátás pozícióba, majd az előbb leírt ütem szerint végzi a szerszámcserét.

ATC1_cikk9

Ernyőstár belülről nézve

cncmedia_orangehr

MÁSODIK RÉSZ

cncmedia_orangehr

Források:

www.tormach.com/upgrades_tts_atc.html
www.nct.hu/machine2.php?szam=M0007&lang=eng
www.cens.com/cens/html/en/product/product_main_102981.html
www.directindustry.com/prod/cds-cam-driven-systems/product-26477-163440.html
www.diytrade.com/china/pd/5768345/CNC_Routers_with_Auto_Tool_Changer_Spindle.html
www.practicalmachinist.com/vb/haas/broken-tool-changer-how-did-happen-147004/
www.ebay.ca/itm/HAAS-Carousel-Plate-WILL-NOT-BREAK-Read-the-details-6th-Year-SOLD-/271611822351
www.arpimachinesales.com/index.php?route=product/product&product_id=1898
www.cnczone.com/forums/haas-mills/266638-tool-changer-throws-tools.html
www.mmsonline.com/articles/milltap-700-high-speed-vertical-machining-center-from-dmgmori-seiki
www.linkedin.com/pulse/zc-430-new-automatic-high-precission-drilling-tapping-mina-chan
www.youtube.com/watch?v=N5MID_T2xxg
www.cnczone.com/forums/vertical-mill-lathe-project-log/213078-brother-tc225-retrofit-2.html
www.machineryvalues.com/xdetails.cfm/QN/153676
promarchive.com/catalog/976/993