Prinsip dan Langkah-Langkah Pergantian Alat Otomatis di Pusat Permesinan CNC
Abstrak: Makalah ini menguraikan secara rinci pentingnya perangkat penggantian pahat otomatis pada pusat permesinan CNC, prinsip penggantian pahat otomatis, dan langkah-langkah spesifiknya, termasuk aspek-aspek seperti pemuatan pahat, pemilihan pahat, dan penggantian pahat. Tujuannya adalah untuk menganalisis secara mendalam teknologi penggantian pahat otomatis, memberikan dukungan teoretis dan panduan praktis untuk meningkatkan efisiensi dan akurasi pemrosesan pusat permesinan CNC, membantu operator lebih memahami dan menguasai teknologi kunci ini, serta meningkatkan efisiensi produksi dan kualitas produk.
I. Pendahuluan
Sebagai peralatan kunci dalam manufaktur modern, pusat permesinan CNC memainkan peran krusial dengan perangkat penggantian pahat otomatis, sistem pahat potong, dan perangkat penggantian palet otomatis. Penerapan perangkat ini memungkinkan pusat permesinan untuk menyelesaikan pemrosesan beberapa bagian benda kerja yang berbeda hanya dalam satu instalasi, sehingga mengurangi waktu henti non-kesalahan secara signifikan, memperpendek siklus manufaktur produk secara efektif, dan juga memiliki signifikansi yang signifikan dalam meningkatkan akurasi pemrosesan produk. Sebagai komponen inti di antara semuanya, kinerja perangkat penggantian pahat otomatis berkaitan langsung dengan tingkat efisiensi pemrosesan. Oleh karena itu, penelitian mendalam tentang prinsip dan langkah-langkahnya memiliki nilai praktis yang penting.
II. Prinsip Pergantian Pahat Otomatis pada Pusat Permesinan CNC
(I) Proses Dasar Penggantian Alat
Meskipun terdapat berbagai jenis magasin pahat di pusat permesinan CNC, seperti magasin pahat tipe cakram dan magasin pahat tipe rantai, proses dasar penggantian pahat tetap konsisten. Ketika perangkat penggantian pahat otomatis menerima instruksi penggantian pahat, seluruh sistem akan segera memulai program penggantian pahat. Pertama, spindel akan segera berhenti berputar dan berhenti secara akurat pada posisi penggantian pahat yang telah ditentukan melalui sistem pemosisian presisi tinggi. Selanjutnya, mekanisme pelepasan penjepit pahat diaktifkan untuk membuat pahat pada spindel berada dalam kondisi siap pakai. Sementara itu, sesuai instruksi sistem kontrol, magasin pahat menggerakkan perangkat transmisi terkait untuk memindahkan pahat baru dengan cepat dan akurat ke posisi penggantian pahat, sekaligus melakukan operasi pelepasan penjepit pahat. Kemudian, manipulator lengan ganda dengan cepat bertindak untuk mengambil pahat baru dan lama secara akurat secara bersamaan. Setelah meja penggantian pahat berputar ke posisi yang benar, manipulator memasang pahat baru pada spindel dan menempatkan pahat lama pada posisi kosong magasin pahat. Terakhir, spindel melakukan aksi penjepitan untuk menahan alat baru dengan kuat dan kembali ke posisi pemrosesan awal berdasarkan instruksi sistem kontrol, sehingga menyelesaikan seluruh proses penggantian alat.
(II) Analisis Pergerakan Alat
Selama proses penggantian alat di pusat permesinan, pergerakan alat terutama terdiri dari empat bagian utama:
- Pahat Berhenti Bersama Spindel dan Bergerak ke Posisi Penggantian Pahat: Proses ini mengharuskan spindel berhenti berputar dengan cepat dan akurat, lalu bergerak ke posisi penggantian pahat tertentu melalui sistem penggerak sumbu koordinat mesin perkakas. Biasanya, gerakan ini dicapai oleh mekanisme transmisi seperti pasangan sekrup-mur yang digerakkan oleh motor untuk memastikan akurasi posisi spindel memenuhi persyaratan pemrosesan.
- Pergerakan Pahat di dalam Magasin Pahat: Mode pergerakan pahat di dalam magasin pahat bergantung pada jenis magasin pahat. Misalnya, pada magasin pahat tipe rantai, pahat bergerak ke posisi yang ditentukan seiring dengan putaran rantai. Proses ini membutuhkan motor penggerak magasin pahat untuk mengontrol sudut dan kecepatan putaran rantai secara presisi guna memastikan pahat dapat mencapai posisi pergantian pahat secara akurat. Pada magasin pahat tipe cakram, posisi pahat dicapai melalui mekanisme putar magasin pahat.
- Transfer Gerakan Pahat dengan Manipulator Pengganti Pahat: Gerakan manipulator penggantian pahat relatif kompleks karena harus menghasilkan gerakan putar dan linier. Selama tahap mencengkeram pahat dan melepaskan pahat, manipulator harus mendekati dan meninggalkan pahat melalui gerakan linier yang presisi. Biasanya, hal ini dicapai oleh mekanisme rak dan pinion yang digerakkan oleh silinder hidrolik atau silinder udara, yang kemudian menggerakkan lengan mekanis untuk menghasilkan gerakan linier. Selama tahap penarikan pahat dan penyisipan pahat, selain gerakan linier, manipulator juga perlu melakukan sudut rotasi tertentu untuk memastikan pahat dapat ditarik dan dimasukkan dengan mulus ke dalam spindel atau magasin pahat. Gerakan putar ini dicapai melalui kerja sama antara lengan mekanis dan poros roda gigi, yang melibatkan konversi pasangan kinematik.
- Pergerakan Pahat Kembali ke Posisi Pemrosesan dengan 主轴: Setelah penggantian pahat selesai, spindel perlu segera kembali ke posisi pemrosesan semula dengan pahat baru untuk melanjutkan operasi pemrosesan selanjutnya. Proses ini serupa dengan pergerakan pahat ke posisi penggantian pahat, tetapi dalam arah yang berlawanan. Proses ini juga membutuhkan pemosisian presisi tinggi dan respons cepat untuk mengurangi waktu henti selama proses pemrosesan dan meningkatkan efisiensi pemrosesan.
III. Tahapan Penggantian Pahat Otomatis pada Pusat Permesinan CNC
(I) Pemuatan Alat
- Metode Pemuatan Pemegang Alat Acak
Metode pemuatan alat ini memiliki fleksibilitas yang relatif tinggi. Operator dapat menempatkan alat di dudukan alat apa pun yang tersedia di magasin alat. Namun, perlu diperhatikan bahwa setelah pemasangan alat selesai, nomor dudukan alat tempat alat berada harus dicatat secara akurat agar sistem kontrol dapat menemukan dan memanggil alat secara akurat sesuai instruksi program pada proses selanjutnya. Misalnya, dalam beberapa pemrosesan cetakan yang kompleks, alat mungkin perlu sering diganti sesuai dengan prosedur pemrosesan yang berbeda. Dalam hal ini, metode pemuatan dudukan alat acak dapat dengan mudah mengatur posisi penyimpanan alat sesuai dengan situasi aktual dan meningkatkan efisiensi pemuatan alat. - Metode Pemuatan Pemegang Alat Tetap
Berbeda dengan metode pemuatan pemegang pahat acak, metode pemuatan pemegang pahat tetap mengharuskan pahat ditempatkan pada pemegang pahat tertentu yang telah ditentukan sebelumnya. Keunggulan metode ini adalah posisi penyimpanan pahat yang tetap, sehingga mudah diingat dan dikelola oleh operator, serta mendukung pemosisian dan pemanggilan pahat yang cepat oleh sistem kontrol. Dalam beberapa tugas pemrosesan produksi batch, jika proses pemrosesan relatif tetap, penerapan metode pemuatan pemegang pahat tetap dapat meningkatkan stabilitas dan keandalan pemrosesan serta mengurangi kecelakaan pemrosesan yang disebabkan oleh posisi penyimpanan pahat yang salah.
(II) Pemilihan Alat
Pemilihan pahat merupakan kunci dalam proses penggantian pahat otomatis, dan tujuannya adalah untuk memilih pahat yang ditentukan dari magasin pahat secara cepat dan akurat untuk memenuhi kebutuhan berbagai prosedur pemrosesan. Saat ini, terdapat dua metode pemilihan pahat yang umum digunakan:
- Pemilihan Alat Berurutan
Metode pemilihan pahat berurutan mengharuskan operator untuk menempatkan pahat pada dudukan pahat sesuai dengan urutan proses teknologi saat memuat pahat. Selama proses pemrosesan, sistem kontrol akan mengambil pahat satu per satu sesuai dengan urutan penempatan pahat dan mengembalikannya ke dudukan pahat semula setelah digunakan. Keuntungan metode pemilihan pahat ini adalah pengoperasiannya yang mudah dan biayanya rendah, serta cocok untuk beberapa tugas pemrosesan dengan proses pemrosesan yang relatif sederhana dan urutan penggunaan pahat yang tetap. Misalnya, dalam pemrosesan beberapa bagian poros sederhana, mungkin hanya diperlukan beberapa pahat dalam urutan yang tetap. Dalam hal ini, metode pemilihan pahat berurutan dapat memenuhi persyaratan pemrosesan dan dapat mengurangi biaya serta kompleksitas peralatan. - Pemilihan Alat Acak
- Pemilihan Alat Pengkodean Pemegang Alat
Metode pemilihan alat ini melibatkan pengkodean setiap pemegang alat di majalah alat dan kemudian menempatkan alat yang sesuai dengan kode pemegang alat ke dalam pemegang alat yang ditentukan satu per satu. Saat pemrograman, operator menggunakan alamat T untuk menentukan kode pemegang alat di mana alat berada. Sistem kontrol menggerakkan majalah alat untuk menggerakkan alat yang sesuai ke posisi penggantian alat sesuai dengan informasi pengkodean ini. Keuntungan dari metode pemilihan alat pengkodean pemegang alat adalah bahwa pemilihan alat lebih fleksibel dan dapat beradaptasi dengan beberapa tugas pemrosesan dengan proses pemrosesan yang relatif kompleks dan urutan penggunaan alat yang tidak tetap. Misalnya, dalam pemrosesan beberapa bagian penerbangan yang kompleks, alat mungkin perlu sering diganti sesuai dengan bagian pemrosesan dan persyaratan proses yang berbeda, dan urutan penggunaan alat tidak tetap. Dalam hal ini, metode pemilihan alat pengkodean pemegang alat dapat dengan mudah mewujudkan pemilihan dan penggantian alat yang cepat dan meningkatkan efisiensi pemrosesan. - Pemilihan Alat Memori Komputer
Pemilihan pahat memori komputer adalah metode pemilihan pahat yang lebih canggih dan cerdas. Dengan metode ini, nomor pahat dan posisi penyimpanannya atau nomor dudukan pahat akan disimpan dalam memori komputer atau memori pengontrol logika terprogram. Ketika pahat perlu diganti selama proses pemrosesan, sistem kontrol akan langsung mengambil informasi posisi pahat dari memori sesuai instruksi program dan menggerakkan magasin pahat untuk memindahkan pahat dengan cepat dan akurat ke posisi penggantian pahat. Selain itu, karena perubahan alamat penyimpanan pahat dapat diingat oleh komputer secara real-time, pahat dapat dikeluarkan dan dikembalikan secara acak di magasin pahat, sehingga sangat meningkatkan efisiensi manajemen dan fleksibilitas penggunaan pahat. Metode pemilihan pahat ini banyak digunakan di pusat permesinan CNC modern dengan presisi dan efisiensi tinggi, terutama cocok untuk tugas pemrosesan dengan proses pemrosesan yang kompleks dan berbagai jenis pahat, seperti pemrosesan komponen seperti blok mesin mobil dan kepala silinder.
(III) Pergantian Alat
Proses penggantian pahat dapat dibagi ke dalam situasi berikut sesuai dengan jenis pemegang pahat pada spindel dan pahat yang akan diganti di magasin pahat:
- Baik Alat pada Spindel dan Alat yang Akan Diganti di Majalah Alat ada di Pemegang Alat Acak
Dalam hal ini, proses penggantian pahat adalah sebagai berikut: Pertama, magasin pahat melakukan operasi pemilihan pahat sesuai dengan instruksi sistem kontrol untuk segera memindahkan pahat yang akan diganti ke posisi penggantian pahat. Kemudian, manipulator lengan ganda memanjang untuk secara akurat mengambil pahat baru di magasin pahat dan pahat lama pada spindel. Selanjutnya, meja pertukaran pahat berputar untuk memutar pahat baru dan pahat lama ke posisi spindel dan magasin pahat yang sesuai. Akhirnya, manipulator memasukkan pahat baru ke dalam spindel dan menjepitnya, dan pada saat yang sama, menempatkan pahat lama di posisi kosong magasin pahat untuk menyelesaikan operasi penggantian pahat. Metode penggantian pahat ini memiliki fleksibilitas yang relatif tinggi dan dapat beradaptasi dengan berbagai proses pemrosesan dan kombinasi pahat yang berbeda, tetapi memiliki persyaratan yang lebih tinggi untuk akurasi manipulator dan kecepatan respons sistem kontrol. - Pahat pada Spindel Ditempatkan pada Pemegang Pahat Tetap, dan Pahat yang Akan Digantikan Berada pada Pemegang Pahat Acak atau Pemegang Pahat Tetap
Proses pemilihan pahat serupa dengan metode pemilihan pahat pemegang pahat acak di atas. Saat mengganti pahat, setelah pahat dikeluarkan dari spindel, magasin pahat perlu diputar terlebih dahulu ke posisi tertentu untuk menerima pahat spindel agar pahat lama dapat dikembalikan ke magasin pahat secara akurat. Metode penggantian pahat ini lebih umum digunakan dalam beberapa tugas pemrosesan dengan proses pemrosesan yang relatif tetap dan frekuensi penggunaan pahat spindel yang tinggi. Misalnya, dalam beberapa prosedur pemrosesan lubang produksi batch, bor atau reamer tertentu dapat digunakan pada spindel dalam jangka waktu yang lama. Dalam hal ini, menempatkan pahat spindel pada dudukan pahat tetap dapat meningkatkan stabilitas dan efisiensi pemrosesan. - Alat pada Spindel berada di Pemegang Alat Acak, dan Alat yang Akan Diganti berada di Pemegang Alat Tetap
Proses pemilihan pahat juga mencakup pemilihan pahat yang ditentukan dari magasin pahat sesuai dengan kebutuhan proses pemrosesan. Saat mengganti pahat, pahat yang diambil dari spindel akan dikirim ke posisi pahat kosong terdekat untuk penggunaan selanjutnya. Metode penggantian pahat ini, sampai batas tertentu, mempertimbangkan fleksibilitas penyimpanan pahat dan kemudahan pengelolaan magasin pahat. Metode ini cocok untuk beberapa tugas pemrosesan dengan proses pemrosesan yang relatif kompleks, berbagai jenis pahat, dan frekuensi penggunaan beberapa pahat yang relatif rendah. Misalnya, dalam beberapa pemrosesan cetakan, beberapa pahat dengan spesifikasi berbeda dapat digunakan, tetapi beberapa pahat khusus lebih jarang digunakan. Dalam hal ini, menempatkan pahat-pahat ini pada dudukan pahat tetap dan menyimpan pahat bekas pakai pada spindel di dekatnya dapat meningkatkan tingkat pemanfaatan ruang magasin pahat dan efisiensi penggantian pahat.
IV. Kesimpulan
Prinsip dan langkah-langkah penggantian pahat otomatis pada pusat permesinan CNC merupakan rekayasa sistem yang kompleks dan presisi, yang melibatkan pengetahuan teknis di berbagai bidang seperti struktur mekanik, kontrol kelistrikan, dan pemrograman perangkat lunak. Pemahaman dan penguasaan mendalam tentang teknologi penggantian pahat otomatis sangat penting untuk meningkatkan efisiensi pemrosesan, akurasi pemrosesan, dan keandalan peralatan pusat permesinan CNC. Seiring dengan perkembangan industri manufaktur dan kemajuan teknologi yang berkelanjutan, perangkat penggantian pahat otomatis pada pusat permesinan CNC juga akan terus berinovasi dan berkembang, bergerak menuju kecepatan, akurasi, dan kecerdasan yang lebih tinggi untuk memenuhi permintaan pemrosesan komponen kompleks yang terus meningkat dan memberikan dukungan yang kuat untuk mendorong transformasi dan peningkatan industri manufaktur. Dalam aplikasi praktis, operator harus memilih metode pemuatan pahat, metode pemilihan pahat, dan strategi penggantian pahat secara wajar sesuai dengan karakteristik dan persyaratan tugas pemrosesan untuk sepenuhnya memanfaatkan keunggulan pusat permesinan CNC, meningkatkan efisiensi produksi, dan kualitas produk. Sementara itu, produsen peralatan juga harus terus mengoptimalkan proses desain dan manufaktur perangkat penggantian pahat otomatis untuk meningkatkan kinerja dan stabilitas peralatan serta menyediakan solusi permesinan CNC yang lebih berkualitas dan efisien bagi pengguna.