सीएनसी मशीनिंग केंद्रों में स्वचालित उपकरण परिवर्तन के सिद्धांत और चरण
सार: यह शोधपत्र सीएनसी मशीनिंग केंद्रों में स्वचालित उपकरण परिवर्तन उपकरण के महत्व, स्वचालित उपकरण परिवर्तन के सिद्धांत और विशिष्ट चरणों, जैसे उपकरण लोडिंग, उपकरण चयन और उपकरण परिवर्तन, पर विस्तार से प्रकाश डालता है। इसका उद्देश्य स्वचालित उपकरण परिवर्तन तकनीक का गहन विश्लेषण करना, सीएनसी मशीनिंग केंद्रों की प्रसंस्करण दक्षता और सटीकता में सुधार के लिए सैद्धांतिक समर्थन और व्यावहारिक मार्गदर्शन प्रदान करना, ऑपरेटरों को इस प्रमुख तकनीक को बेहतर ढंग से समझने और उसमें महारत हासिल करने में मदद करना, और फिर उत्पादन दक्षता और उत्पाद की गुणवत्ता में सुधार करना है।
I. प्रस्तावना
आधुनिक विनिर्माण में प्रमुख उपकरणों के रूप में, सीएनसी मशीनिंग केंद्र अपने स्वचालित उपकरण परिवर्तन उपकरणों, कटिंग टूल प्रणालियों और स्वचालित पैलेट परिवर्तक उपकरणों के साथ एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। इन उपकरणों का अनुप्रयोग मशीनिंग केंद्रों को एक बार स्थापना के बाद एक वर्कपीस के कई अलग-अलग भागों का प्रसंस्करण पूरा करने में सक्षम बनाता है, जिससे गैर-दोषपूर्ण डाउनटाइम में काफी कमी आती है, उत्पाद निर्माण चक्र प्रभावी रूप से छोटा हो जाता है, और उत्पादों की प्रसंस्करण सटीकता में सुधार के लिए भी महत्वपूर्ण महत्व रखता है। इनमें से एक प्रमुख घटक के रूप में, स्वचालित उपकरण परिवर्तन उपकरण का प्रदर्शन सीधे प्रसंस्करण दक्षता के स्तर से संबंधित है। इसलिए, इसके सिद्धांतों और चरणों पर गहन शोध का महत्वपूर्ण व्यावहारिक महत्व है।
II. सीएनसी मशीनिंग केंद्रों में स्वचालित उपकरण परिवर्तन का सिद्धांत
(I) उपकरण परिवर्तन की मूल प्रक्रिया
यद्यपि सीएनसी मशीनिंग केंद्रों में विभिन्न प्रकार की टूल मैगज़ीन होती हैं, जैसे डिस्क-प्रकार की टूल मैगज़ीन और चेन-प्रकार की टूल मैगज़ीन, फिर भी टूल बदलने की मूल प्रक्रिया एक समान होती है। जब स्वचालित टूल चेंज डिवाइस को टूल बदलने का निर्देश मिलता है, तो पूरा सिस्टम तुरंत टूल चेंज प्रोग्राम शुरू कर देता है। सबसे पहले, स्पिंडल तुरंत घूमना बंद कर देगा और एक उच्च-सटीक पोजिशनिंग सिस्टम के माध्यम से पूर्व निर्धारित टूल चेंज स्थिति पर सटीक रूप से रुक जाएगा। इसके बाद, टूल अनक्लैम्पिंग मैकेनिज्म सक्रिय हो जाता है ताकि स्पिंडल पर टूल बदली जा सके। इस बीच, नियंत्रण प्रणाली के निर्देशों के अनुसार, टूल मैगज़ीन संबंधित ट्रांसमिशन उपकरणों को चलाकर नए टूल को टूल चेंज स्थिति में तेज़ी से और सटीक रूप से ले जाता है और टूल अनक्लैम्पिंग ऑपरेशन भी करता है। फिर, डबल-आर्म मैनिपुलेटर तेज़ी से कार्य करता है और नए और पुराने दोनों टूल्स को एक साथ सटीक रूप से पकड़ लेता है। टूल एक्सचेंज टेबल के सही स्थिति में घूमने के बाद, मैनिपुलेटर नए टूल को स्पिंडल पर स्थापित करता है और पुराने टूल को टूल मैगज़ीन के खाली स्थान पर रखता है। अंत में, स्पिंडल नए उपकरण को मजबूती से पकड़ने के लिए क्लैम्पिंग क्रिया करता है और नियंत्रण प्रणाली के निर्देशों के तहत प्रारंभिक प्रसंस्करण स्थिति में वापस आ जाता है, इस प्रकार संपूर्ण उपकरण परिवर्तन प्रक्रिया पूरी हो जाती है।
(II) उपकरण संचलन का विश्लेषण
मशीनिंग केंद्र में उपकरण परिवर्तन प्रक्रिया के दौरान, उपकरण की गति मुख्य रूप से चार प्रमुख भागों से मिलकर बनती है:
- उपकरण स्पिंडल के साथ रुक जाता है और उपकरण परिवर्तन स्थिति में चला जाता है: इस प्रक्रिया में स्पिंडल को तेज़ी से और सटीक रूप से घूमना बंद करना पड़ता है और मशीन टूल के निर्देशांक अक्षों की गतिमान प्रणाली के माध्यम से विशिष्ट उपकरण परिवर्तन स्थिति में जाना पड़ता है। आमतौर पर, यह गति मोटर द्वारा संचालित स्क्रू-नट युग्म जैसे संचरण तंत्र द्वारा प्राप्त की जाती है ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि स्पिंडल की स्थिति सटीकता प्रसंस्करण आवश्यकताओं को पूरा करती है।
- टूल मैगज़ीन में उपकरण की गति: टूल मैगज़ीन में उपकरण की गति का तरीका टूल मैगज़ीन के प्रकार पर निर्भर करता है। उदाहरण के लिए, चेन-प्रकार के टूल मैगज़ीन में, उपकरण चेन के घूमने के साथ-साथ निर्दिष्ट स्थिति में गति करता है। इस प्रक्रिया के लिए टूल मैगज़ीन की ड्राइविंग मोटर को चेन के घूर्णन कोण और गति को सटीक रूप से नियंत्रित करने की आवश्यकता होती है ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि उपकरण सही ढंग से टूल परिवर्तन स्थिति तक पहुँच सके। डिस्क-प्रकार के टूल मैगज़ीन में, उपकरण की स्थिति टूल मैगज़ीन के घूर्णन तंत्र के माध्यम से प्राप्त की जाती है।
- टूल चेंज मैनिपुलेटर के साथ टूल की गति को स्थानांतरित करें: टूल चेंज मैनिपुलेटर की गति अपेक्षाकृत जटिल है क्योंकि इसे घूर्णी और रैखिक, दोनों गतियों को प्राप्त करने की आवश्यकता होती है। टूल ग्रिपिंग और टूल रिलीज चरणों के दौरान, मैनिपुलेटर को सटीक रैखिक गति के माध्यम से टूल के पास जाने और छोड़ने की आवश्यकता होती है। आमतौर पर, यह हाइड्रोलिक सिलेंडर या एयर सिलेंडर द्वारा संचालित रैक और पिनियन तंत्र द्वारा प्राप्त किया जाता है, जो फिर रैखिक गति प्राप्त करने के लिए यांत्रिक भुजा को चलाता है। उपकरण निकासी और उपकरण सम्मिलन चरणों के दौरान, रैखिक गति के अलावा, मैनिपुलेटर को घूर्णन का एक निश्चित कोण भी बनाने की आवश्यकता होती है ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि उपकरण को आसानी से वापस निकाला जा सके और स्पिंडल या टूल मैगज़ीन में डाला जा सके।
- उपकरण को मशीन के साथ प्रसंस्करण स्थिति में वापस लाने की गति: उपकरण परिवर्तन पूरा होने के बाद, आगे के प्रसंस्करण कार्यों को जारी रखने के लिए, नए उपकरण के साथ स्पिंडल को मूल प्रसंस्करण स्थिति में जल्दी से वापस लौटना होगा। यह प्रक्रिया उपकरण को उपकरण परिवर्तन स्थिति में ले जाने की गति के समान है, लेकिन विपरीत दिशा में। प्रसंस्करण प्रक्रिया के दौरान डाउनटाइम को कम करने और प्रसंस्करण दक्षता में सुधार के लिए उच्च-सटीक स्थिति निर्धारण और त्वरित प्रतिक्रिया की भी आवश्यकता होती है।
III. सीएनसी मशीनिंग केंद्रों में स्वचालित उपकरण परिवर्तन के चरण
(I) टूल लोडिंग
- रैंडम टूल होल्डर लोडिंग विधि
इस टूल लोडिंग विधि में अपेक्षाकृत उच्च लचीलापन है। ऑपरेटर टूल मैगज़ीन में किसी भी टूल होल्डर में टूल रख सकते हैं। हालाँकि, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि टूल इंस्टॉलेशन पूरा होने के बाद, टूल होल्डर की संख्या जहाँ टूल स्थित है, सटीक रूप से दर्ज की जानी चाहिए ताकि नियंत्रण प्रणाली बाद की प्रसंस्करण प्रक्रिया में प्रोग्राम निर्देशों के अनुसार टूल को सटीक रूप से ढूंढ और कॉल कर सके। उदाहरण के लिए, कुछ जटिल मोल्ड प्रसंस्करण में, विभिन्न प्रसंस्करण प्रक्रियाओं के अनुसार उपकरणों को बार-बार बदलने की आवश्यकता हो सकती है। ऐसे में, रैंडम टूल होल्डर लोडिंग विधि वास्तविक स्थिति के अनुसार उपकरणों के भंडारण स्थानों को आसानी से व्यवस्थित कर सकती है और टूल लोडिंग दक्षता में सुधार कर सकती है। - फिक्स्ड टूल होल्डर लोडिंग विधि
रैंडम टूल होल्डर लोडिंग विधि से अलग, फिक्स्ड टूल होल्डर लोडिंग विधि के लिए आवश्यक है कि उपकरणों को पूर्व-निर्धारित विशिष्ट टूल होल्डर में रखा जाए। इस विधि का लाभ यह है कि उपकरणों के भंडारण स्थान निश्चित होते हैं, जो संचालकों के लिए याद रखने और प्रबंधित करने में सुविधाजनक होते हैं, और नियंत्रण प्रणाली द्वारा उपकरणों की त्वरित स्थिति और कॉलिंग के लिए भी अनुकूल होते हैं। कुछ बैच उत्पादन प्रसंस्करण कार्यों में, यदि प्रसंस्करण प्रक्रिया अपेक्षाकृत स्थिर है, तो फिक्स्ड टूल होल्डर लोडिंग विधि को अपनाने से प्रसंस्करण की स्थिरता और विश्वसनीयता में सुधार हो सकता है और गलत टूल भंडारण स्थितियों के कारण होने वाली प्रसंस्करण दुर्घटनाओं को कम किया जा सकता है।
(II) उपकरण चयन
उपकरण चयन स्वचालित उपकरण परिवर्तन प्रक्रिया की एक महत्वपूर्ण कड़ी है, और इसका उद्देश्य विभिन्न प्रसंस्करण प्रक्रियाओं की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए उपकरण पत्रिका से निर्दिष्ट उपकरण का शीघ्रतापूर्वक और सटीक चयन करना है। वर्तमान में, उपकरण चयन के मुख्यतः निम्नलिखित दो सामान्य तरीके हैं:
- अनुक्रमिक उपकरण चयन
अनुक्रमिक उपकरण चयन विधि में, ऑपरेटरों को उपकरण लोड करते समय तकनीकी प्रक्रिया के अनुक्रम के अनुसार उपकरण धारकों में उपकरण रखने की आवश्यकता होती है। प्रसंस्करण प्रक्रिया के दौरान, नियंत्रण प्रणाली उपकरणों के प्लेसमेंट अनुक्रम के अनुसार एक-एक करके उपकरणों को लेगी और उपयोग के बाद उन्हें मूल उपकरण धारकों में वापस रख देगी। इस उपकरण चयन विधि का लाभ यह है कि इसे संचालित करना आसान है और इसकी लागत कम है, और यह अपेक्षाकृत सरल प्रसंस्करण प्रक्रियाओं और निश्चित उपकरण उपयोग अनुक्रमों वाले कुछ प्रसंस्करण कार्यों के लिए उपयुक्त है। उदाहरण के लिए, कुछ सरल शाफ्ट भागों के प्रसंस्करण में, एक निश्चित क्रम में केवल कुछ उपकरणों की आवश्यकता हो सकती है। इस मामले में, अनुक्रमिक उपकरण चयन विधि प्रसंस्करण आवश्यकताओं को पूरा कर सकती है और उपकरणों की लागत और जटिलता को कम कर सकती है। - यादृच्छिक उपकरण चयन
- टूल होल्डर कोडिंग टूल चयन
इस उपकरण चयन विधि में उपकरण पत्रिका में प्रत्येक उपकरण धारक को कोडिंग करना और फिर उपकरण धारक कोड के अनुरूप उपकरणों को एक-एक करके निर्दिष्ट उपकरण धारकों में डालना शामिल है। प्रोग्रामिंग करते समय, ऑपरेटर उपकरण धारक कोड को निर्दिष्ट करने के लिए पता टी का उपयोग करते हैं जहां उपकरण स्थित है। नियंत्रण प्रणाली इस कोडिंग जानकारी के अनुसार उपकरण परिवर्तन स्थिति में संबंधित उपकरण को स्थानांतरित करने के लिए उपकरण पत्रिका को चलाती है। उपकरण धारक कोडिंग उपकरण चयन विधि का लाभ यह है कि उपकरण चयन अधिक लचीला होता है और अपेक्षाकृत जटिल प्रसंस्करण प्रक्रियाओं और अनिश्चित उपकरण उपयोग अनुक्रमों के साथ कुछ प्रसंस्करण कार्यों के अनुकूल हो सकता है। उदाहरण के लिए, कुछ जटिल विमानन भागों के प्रसंस्करण में, विभिन्न प्रसंस्करण भागों और प्रक्रिया आवश्यकताओं के अनुसार उपकरणों को बार-बार बदलने की आवश्यकता हो सकती है - कंप्यूटर मेमोरी टूल चयन
कंप्यूटर मेमोरी टूल चयन एक अधिक उन्नत और बुद्धिमान टूल चयन विधि है। इस विधि के अंतर्गत, टूल संख्याएँ और उनके संग्रहण स्थान या टूल होल्डर संख्याएँ कंप्यूटर मेमोरी या प्रोग्रामेबल लॉजिक कंट्रोलर मेमोरी में क्रमशः याद रखी जाती हैं। जब प्रसंस्करण प्रक्रिया के दौरान टूल बदलना आवश्यक होता है, तो नियंत्रण प्रणाली प्रोग्राम निर्देशों के अनुसार मेमोरी से टूल की स्थिति की जानकारी सीधे प्राप्त करेगी और टूल मैगज़ीन को चलाकर टूल को टूल परिवर्तन स्थिति में शीघ्रता और सटीकता से ले जाएगी। इसके अलावा, चूँकि टूल संग्रहण पते में परिवर्तन कंप्यूटर द्वारा वास्तविक समय में याद रखा जा सकता है, इसलिए टूल मैगज़ीन में टूल को बेतरतीब ढंग से निकाला और वापस भेजा जा सकता है, जिससे टूल की प्रबंधन दक्षता और उपयोग लचीलापन में अत्यधिक सुधार होता है। यह टूल चयन विधि आधुनिक उच्च-परिशुद्धता और उच्च-दक्षता वाले सीएनसी मशीनिंग केंद्रों में व्यापक रूप से उपयोग की जाती है, विशेष रूप से जटिल प्रसंस्करण प्रक्रियाओं और विभिन्न प्रकार के टूल, जैसे ऑटोमोबाइल इंजन ब्लॉक और सिलेंडर हेड जैसे पुर्जों के प्रसंस्करण कार्यों के लिए उपयुक्त है।
(III) उपकरण परिवर्तन
उपकरण परिवर्तन प्रक्रिया को स्पिंडल पर उपकरण के उपकरण धारकों के प्रकार और उपकरण पत्रिका में प्रतिस्थापित किए जाने वाले उपकरण के अनुसार निम्नलिखित स्थितियों में विभाजित किया जा सकता है:
- स्पिंडल पर रखा टूल और टूल मैगज़ीन में बदला जाने वाला टूल दोनों रैंडम टूल होल्डर में हैं
इस स्थिति में, उपकरण परिवर्तन प्रक्रिया इस प्रकार है: सबसे पहले, उपकरण पत्रिका नियंत्रण प्रणाली के निर्देशों के अनुसार उपकरण चयन ऑपरेशन करती है ताकि प्रतिस्थापित किए जाने वाले उपकरण को उपकरण परिवर्तन स्थिति में जल्दी से स्थानांतरित किया जा सके। फिर, डबल-आर्म मैनिपुलेटर उपकरण पत्रिका में नए उपकरण और धुरी पर पुराने उपकरण को सटीक रूप से पकड़ने के लिए विस्तारित होता है। इसके बाद, उपकरण विनिमय तालिका नए उपकरण और पुराने उपकरण को क्रमशः धुरी और उपकरण पत्रिका के संबंधित स्थानों पर घुमाने के लिए घूमती है। अंत में, मैनिपुलेटर नए उपकरण को धुरी में डालता है और इसे क्लैंप करता है, और साथ ही, उपकरण परिवर्तन ऑपरेशन को पूरा करने के लिए पुराने उपकरण को उपकरण पत्रिका की खाली स्थिति में रखता है। इस उपकरण परिवर्तन विधि में अपेक्षाकृत उच्च लचीलापन है और विभिन्न प्रसंस्करण प्रक्रियाओं और उपकरण संयोजनों के अनुकूल हो सकता है - स्पिंडल पर लगा उपकरण एक स्थिर उपकरण धारक में रखा जाता है, और प्रतिस्थापित किया जाने वाला उपकरण एक यादृच्छिक उपकरण धारक या एक स्थिर उपकरण धारक में रखा जाता है
उपकरण चयन प्रक्रिया उपरोक्त यादृच्छिक उपकरण धारक उपकरण चयन विधि के समान है। उपकरण बदलते समय, उपकरण को स्पिंडल से निकालने के बाद, उपकरण पत्रिका को स्पिंडल उपकरण प्राप्त करने के लिए पहले से विशिष्ट स्थिति में घुमाना आवश्यक है ताकि पुराने उपकरण को सटीक रूप से उपकरण पत्रिका में वापस भेजा जा सके। यह उपकरण परिवर्तन विधि अपेक्षाकृत निश्चित प्रसंस्करण प्रक्रियाओं और स्पिंडल उपकरण की उच्च उपयोग आवृत्तियों वाले कुछ प्रसंस्करण कार्यों में अधिक सामान्य है। उदाहरण के लिए, कुछ बैच उत्पादन छेद प्रसंस्करण प्रक्रियाओं में, स्पिंडल पर लंबे समय तक विशिष्ट ड्रिल या रीमर का उपयोग किया जा सकता है। ऐसे में, स्पिंडल उपकरण को एक निश्चित उपकरण धारक में रखने से प्रसंस्करण की स्थिरता और दक्षता में सुधार हो सकता है। - स्पिंडल पर लगा उपकरण रैंडम टूल होल्डर में है, और प्रतिस्थापित किया जाने वाला उपकरण फिक्स्ड टूल होल्डर में है
उपकरण चयन प्रक्रिया का उद्देश्य प्रसंस्करण प्रक्रिया की आवश्यकताओं के अनुसार उपकरण पत्रिका से निर्दिष्ट उपकरण का चयन करना भी है। उपकरण बदलते समय, स्पिंडल से लिया गया उपकरण बाद में उपयोग के लिए निकटतम खाली उपकरण स्थान पर भेजा जाएगा। यह उपकरण परिवर्तन विधि, एक निश्चित सीमा तक, उपकरण भंडारण के लचीलेपन और उपकरण पत्रिका प्रबंधन की सुविधा को ध्यान में रखती है। यह अपेक्षाकृत जटिल प्रसंस्करण प्रक्रियाओं, असंख्य उपकरणों और कुछ उपकरणों के अपेक्षाकृत कम उपयोग आवृत्तियों वाले कुछ प्रसंस्करण कार्यों के लिए उपयुक्त है। उदाहरण के लिए, कुछ साँचे प्रसंस्करण में, विभिन्न विशिष्टताओं वाले कई उपकरणों का उपयोग किया जा सकता है, लेकिन कुछ विशेष उपकरणों का उपयोग कम बार किया जाता है। ऐसे में, इन उपकरणों को स्थिर उपकरण धारकों में रखकर और उपयोग किए गए उपकरणों को पास के स्पिंडल पर संग्रहीत करके, उपकरण पत्रिका के स्थान उपयोग दर और उपकरण परिवर्तन दक्षता में सुधार किया जा सकता है।
IV. निष्कर्ष
सीएनसी मशीनिंग केंद्रों में स्वचालित उपकरण परिवर्तन के सिद्धांत और चरण एक जटिल और सटीक प्रणाली इंजीनियरिंग हैं, जिसमें यांत्रिक संरचना, विद्युत नियंत्रण और सॉफ्टवेयर प्रोग्रामिंग जैसे कई क्षेत्रों में तकनीकी ज्ञान शामिल है। सीएनसी मशीनिंग केंद्रों की प्रसंस्करण दक्षता, प्रसंस्करण सटीकता और उपकरण विश्वसनीयता में सुधार के लिए स्वचालित उपकरण परिवर्तन तकनीक की गहन समझ और महारत अत्यंत महत्वपूर्ण है। विनिर्माण उद्योग के निरंतर विकास और तकनीकी प्रगति के साथ, सीएनसी मशीनिंग केंद्रों के स्वचालित उपकरण परिवर्तन उपकरण भी निरंतर नवाचार और सुधार करते रहेंगे, जटिल भागों के प्रसंस्करण की बढ़ती मांग को पूरा करने के लिए उच्च गति, उच्च सटीकता और अधिक कुशल बुद्धिमत्ता की ओर बढ़ेंगे और विनिर्माण उद्योग के परिवर्तन और उन्नयन को बढ़ावा देने के लिए मजबूत समर्थन प्रदान करेंगे। व्यावहारिक अनुप्रयोगों में, ऑपरेटरों को सीएनसी मशीनिंग केंद्रों के लाभों का पूर्ण उपयोग करने, उत्पादन दक्षता और उत्पाद की गुणवत्ता में सुधार करने के लिए प्रसंस्करण कार्यों की विशेषताओं और आवश्यकताओं के अनुसार उपकरण लोडिंग विधियों, उपकरण चयन विधियों और उपकरण परिवर्तन रणनीतियों का उचित चयन करना चाहिए। साथ ही, उपकरण निर्माताओं को उपकरणों के प्रदर्शन और स्थिरता में सुधार करने और उपयोगकर्ताओं को उच्च-गुणवत्ता और अधिक कुशल सीएनसी मशीनिंग समाधान प्रदान करने के लिए स्वचालित उपकरण परिवर्तन उपकरणों की डिज़ाइन और निर्माण प्रक्रियाओं का निरंतर अनुकूलन करना चाहिए।