Systémy automatické výměny nástrojů (AVN)

SYSTÉMY AUTOMATICKÉ VÝMĚNY NÁSTROJŮ



Systémy automatické výměny nástrojů musí splňovat následující požadavky:

[*] Čas výměny nástroje z řezu do řezu, tzv. chip-to-chip, musí být co nejkratší,

[*] Zásobník nástrojů musí mít dostatečnou kapacitu nástrojů,

[*] Uzel, který nese nástroj při obrábění, musí mít vysokou tuhost,

[*] Systém AVN nesmí omezovat pracovní prostor stroje a zároveň nemá být náročný na prostor nebo půdorysnou plochu,

[*] Musí mít vysokou spolehlivost a životnost.

Systémy automatické výměny nástrojů se na obráběcích strojích vyskytují v celé řadě variant a provedení. Podle konstrukce systémy automatické výměny nástrojů můžeme rozdělit do tří základních skupin:

* Systémy s nosnými zásobníky

Vyznačují se menším počtem nástrojových míst. Mají malé rozměry a proto jsou umísťovány přímo na stroji, takže nezvětšují půdorysnou plochu stroje. Nástroj, vřeteno s nástrojem nebo vícevřetenová hlava jsou pevně uchyceny na zásobníku, který musí přenášet řezné síly při obrábění.

Stroje s nosnými zásobníky se nejčastěji používají se systémem s výměnou jednotlivých nástrojů pevně upnutých v zásobníku (tzv. revolverové hlavy). Typickými představiteli těchto zařízení jsou revolverové a nožové hlavy soustružnických center. Na obr. 1 je dvouvřetenový soustruh série TM firmy SPINNER s trojnásobnou revolverovou hlavou (detail viz obr. 2). Tato revolverová hlava může být osazena až 24 nástroji, z toho 18 nástrojů může být rotačních.

U strojů pro opracování tvrdých povrchů na hřídelových nebo přírubových součástech jsou revolverové hlavy osazovány brousicími vřeteny pro dokončení některých ploch po osoustružení. Na obr. 3 je schématicky znázorněno vertikální soustružnické centrum VSC 250 DS firmy EMAG, které je osazeno brousicím vřetenem pro dokončení povrchů na přírubových součástech.

* Systémy se skladovacími zásobníky

Systémy s výměnou jednotlivých nástrojů se používají pro skříňové a prizmatické obrobky, ale i u soustružnických center. Tyto systémy jsou koncipovány v celé řadě různých uspořádání a s různou složitostí. Nejsložitější typy těchto zařízení mají tyto hlavní části:

[*] Skladovací zásobník nástrojů,

[*] Dopravní manipulátor sloužící k přenesení nástroje do místa výměny,

[*] Manipulátor pro výměnu nástrojů v pracovním místě.

V současné době se výrobci obráběcích strojů snaží, aby AVN byla co nejjednodušší a tím zároveň levnější a čas výměny nástroje z řezu do řezu byl co nejkratší. Proto se u AVN upouští od dopravního manipulátoru a v některých případech i od manipulátoru pro výměnu nástrojů.

Skladovací systémy je možné rozdělit podle kapacity zásobníku na systémy s maloobjemovým zásobníkem a systémy s velkoobjemovým zásobníkem.

Firma HELLER na stroji MC16.2 (obr. 4) používá řetězový zásobník s mechanickou rukou. Čas výměny nástroje z řezu do řezu udává firma HELLER 1,8 s.

Firma HANDTMAN na svých vertikálních strojích používá diskový zásobník (obr. 5) bez manipulátoru, tzv. způsob "PICK-UP"; podobný diskový zásobník pro horizontální stroje používá firma ALFING (obr.6). Výměna nástroje u tohoto systému je rychlá, podle posuvové rychlosti stroje, ale jen za předpokladu, že se zásobník nástrojů pootáčí jen o několik roztečí, jinak dochází k časové prodlevě při výměně nástroje.

Nevýhodou obou výše popsaných AVN je jejich malá nástrojová kapacita (20 až 50 nástrojů) a tedy potřeba výměny nástrojů v zásobníku při změně vyráběné součásti.

Pokud jde o tendenci zvyšování počtu nástrojů v zásobníku, firma DEMMELER nabízí ke všem typům strojů (horizontální, vertikální) velkoobjemové zásobníky nástrojů. Uvádíme dva příklady těchto zásobníků: na obr. 7 je řetězový zásobník, detailní pohled na dva prvky řetězového zásobníku je na obr. 8. Na obr. 9 je diskový typ zásobníku. Výhodou řetězového zásobníku nástrojů je úspora prostoru: může pojmout dvojnásobný počet nástrojů při téže délce, jakou má jednořadý řetězový zásobník - umožňuje umístění až 250 nástrojů do zásobníku. U diskového typu je možné skládat jednotlivé disky na sebe a tím zvyšovat počet nástrojů v zásobníku. Princip výměny nástroje pomocí mechanické ruky je vidět na obr. 10.

Další typ velkoobjemového regálového zásobníku, který vyrobila firma DEMMELER, byl použit na stroji MULTI-TEC firmy Waldrich Coburg (obr. 11), využívající pro výměnu nástrojů průmyslový robot. Do regálového zásobníku je možno umístit až 500 nástrojů, které mohou mít velké rozměry (průměr do 500 mm a délku až 1200 mm) a velkou hmotnost (do 350 kg).

* Systémy kombinované

Jsou vytvořeny jako kombinace dvou předcházejících typů systémů. Zpravidla mají jeden nebo více zásobníků se skladovací funkcí a jednu nebo více nástrojových či vřetenových hlav.

U systémů automatické výměny nástrojů byl potvrzen trend zvyšování počtu nástrojů v zásobnících a také tendence (hlavně u vysokorychlostních obráběcích strojů) zkracování času, kdy stroj neobrábí. Časy výměny nástroje z řezu do řezu u nejrychlejších systémů se pohybují kolem 2 s.