Eine umfassende Analyse der Werkzeugeinstellmethoden in CNC-Bearbeitungszentren
In der Welt der Präzisionsbearbeitung in CNC-Bearbeitungszentren ist die Genauigkeit der Werkzeugeinstellung der Grundstein eines Gebäudes und bestimmt direkt die Bearbeitungsgenauigkeit und -qualität des fertigen Werkstücks. Zu den gängigen Werkzeugeinstellungsmethoden in Bohr- und Gewindeschneidzentren sowie CNC-Bearbeitungszentren gehören hauptsächlich die Werkzeugeinstellung mit einem Werkzeugvoreinstellgerät, die automatische Werkzeugeinstellung und die Werkzeugeinstellung durch Probeschneiden. Die Werkzeugeinstellung durch Probeschneiden ist aufgrund ihrer Einschränkungen weniger verbreitet, während die automatische Werkzeugeinstellung und die Werkzeugeinstellung mit einem Werkzeugvoreinstellgerät aufgrund ihrer jeweiligen Vorteile zum Mainstream geworden sind.
I. Automatische Werkzeugeinstellungsmethode: Eine perfekte Kombination aus hoher Präzision und hoher Effizienz
Die automatische Werkzeugeinstellung basiert auf dem fortschrittlichen Werkzeugerkennungssystem des CNC-Bearbeitungszentrums. Dieses System ist wie ein präziser „Meister der Werkzeugmessung“ und kann die Länge jedes Werkzeugs in jeder Koordinatenrichtung während des normalen Betriebs der Werkzeugmaschine präzise und geordnet messen. Es nutzt modernste technische Mittel wie hochpräzise Lasersensoren und Infrarotdetektoren. Nähert sich das Werkzeug dem Erkennungsbereich, erfassen diese empfindlichen Sensoren schnell feine Merkmale und Positionsinformationen des Werkzeugs und übermitteln diese umgehend an die intelligente Steuerung der Werkzeugmaschine. Die komplexen und präzisen Algorithmen der Steuerung werden dann sofort aktiviert, wie ein mathematisches Genie, das im Handumdrehen komplexe Berechnungen durchführt und schnell und präzise die Abweichung zwischen der tatsächlichen und der theoretischen Position des Werkzeugs ermittelt. Unmittelbar danach passt die Werkzeugmaschine die Kompensationsparameter des Werkzeugs automatisch und präzise entsprechend diesen Berechnungsergebnissen an, sodass das Werkzeug wie von einer unsichtbaren, aber äußerst präzisen Hand geführt genau in der idealen Position im Werkstückkoordinatensystem positioniert wird.
Die Vorteile dieser Werkzeugeinstellungsmethode sind erheblich. Die Präzision der Werkzeugeinstellung liegt im Mikrometerbereich oder sogar noch höher. Da subjektive Faktoren wie Handzittern und optische Fehler, die bei der manuellen Werkzeugeinstellung unvermeidlich sind, vollständig eliminiert werden, werden Positionierungsfehler des Werkzeugs minimiert. Beispielsweise kann bei der Bearbeitung von Hochpräzisionskomponenten in der Luft- und Raumfahrt durch die automatische Werkzeugeinstellung sichergestellt werden, dass bei der Bearbeitung komplexer gekrümmter Oberflächen wie Turbinenschaufeln der Positionierungsfehler auf einen sehr kleinen Bereich begrenzt bleibt. Dadurch werden die Profilgenauigkeit und Oberflächenqualität der Schaufeln sichergestellt und die stabile Leistung des Triebwerks ermöglicht.
Gleichzeitig zeichnet sich die automatische Werkzeugeinstellung auch durch hervorragende Effizienz aus. Der gesamte Erkennungs- und Korrekturprozess ähnelt dem einer hochtourigen Präzisionsmaschine, läuft reibungslos und in kürzester Zeit ab. Im Vergleich zur herkömmlichen Werkzeugeinstellung durch Probeschneiden kann die Werkzeugeinstellungszeit um ein Vielfaches oder sogar Dutzende Male verkürzt werden. Bei der Massenproduktion von Komponenten wie Automobilmotorblöcken kann eine effiziente automatische Werkzeugeinstellung die Ausfallzeiten der Werkzeugmaschine deutlich reduzieren und die Produktionseffizienz deutlich verbessern. Dadurch werden die strengen Anforderungen der Automobilindustrie an schnelle Produktion und pünktliche Lieferung erfüllt.
Automatische Werkzeugmesssysteme sind jedoch nicht perfekt. Die hohen Kosten für die Ausrüstung schrecken viele kleine Unternehmen ab. Von der Beschaffung über die Installation bis hin zur späteren Wartung und Modernisierung des Systems ist ein hoher Kapitaleinsatz erforderlich. Darüber hinaus stellt das automatische Werkzeugmesssystem relativ hohe Anforderungen an das technische Niveau und die Wartungsfähigkeiten der Bediener. Die Bediener müssen die Funktionsweise des Systems, die Parametereinstellungen und die Methoden zur Behebung häufiger Fehler genau kennen, was zweifellos eine Herausforderung für die Talentförderung und die Mitarbeiterreserven der Unternehmen darstellt.
II. Werkzeugeinstellung mit einem Werkzeugvoreinstellgerät: Die gängige Wahl für Wirtschaftlichkeit und Praxis
Die Werkzeugeinstellung mit einem Werkzeugvoreinstellgerät nimmt im Bereich der Werkzeugeinstellung in CNC-Bearbeitungszentren eine wichtige Stellung ein. Ihr größter Reiz liegt in der perfekten Balance zwischen Wirtschaftlichkeit und Praktikabilität. Das Werkzeugvoreinstellgerät kann in ein maschineninternes und ein maschinenexternes Werkzeugvoreinstellgerät unterteilt werden, die jeweils ihre eigenen Eigenschaften aufweisen und gemeinsam die präzise Werkzeugeinstellung bei der CNC-Bearbeitung gewährleisten.
Die Werkzeugeinstellung mit einem externen Werkzeugvoreinstellgerät ist einzigartig. In einem dafür vorgesehenen Bereich außerhalb der Werkzeugmaschine installiert der Bediener das Werkzeug sorgfältig auf dem zuvor hochpräzise kalibrierten externen Werkzeugvoreinstellgerät. Das Präzisionsmessgerät im Werkzeugvoreinstellgerät, beispielsweise ein hochpräzises Messtastersystem, entfaltet seine Wirkung. Der Taster tastet jedes wichtige Teil des Werkzeugs mit Mikrometergenauigkeit ab und misst präzise Parameter wie Länge, Radius und mikroskopische Geometrie der Werkzeugschneide. Diese Messdaten werden schnell erfasst und an die Steuerung der Werkzeugmaschine übermittelt. Anschließend wird das Werkzeug in das Werkzeugmagazin oder die Spindel der Werkzeugmaschine eingesetzt. Die Maschinensteuerung stellt den Korrekturwert des Werkzeugs anhand der vom Werkzeugvoreinstellgerät übermittelten Daten präzise ein und gewährleistet so den präzisen Betrieb des Werkzeugs während des Bearbeitungsprozesses.
Der Vorteil des externen Werkzeugvoreinstellgeräts liegt in der optimalen Ausnutzung der Bearbeitungszeit der Werkzeugmaschine. Bei intensiven Bearbeitungen kann der Bediener parallel und ohne gegenseitige Beeinträchtigung der Produktion Messungen und Kalibrierungen durchführen. Dieser Parallelbetrieb verbessert die Gesamtauslastung der Werkzeugmaschine deutlich und reduziert den Zeitaufwand im Produktionsprozess. Beispielsweise erfordert die Formenbearbeitung in einem Formenbauunternehmen oft den abwechselnden Einsatz mehrerer Werkzeuge. Das externe Werkzeugvoreinstellgerät kann das nächste Werkzeug bereits während der Formenbearbeitung messen und vorbereiten, wodurch der gesamte Bearbeitungsprozess kompakter und effizienter wird. Gleichzeitig ist die Messgenauigkeit des externen Werkzeugvoreinstellgeräts relativ hoch und erfüllt die Präzisionsanforderungen der meisten konventionellen Bearbeitungen. Der unabhängige Aufbau erleichtert Wartung und Kalibrierung und senkt die Wartungskosten.
Bei der Werkzeugeinstellung mit einem maschinenintegrierten Werkzeugvoreinstellgerät wird das Werkzeug zur Messung direkt an einer festgelegten Position in der Werkzeugmaschine platziert. Erfordert der Bearbeitungsprozess der Werkzeugmaschine eine Werkzeugeinstellung, transportiert die Spindel das Werkzeug sanft zum Messbereich des maschinenintegrierten Werkzeugvoreinstellgeräts. Der Messtaster des Werkzeugvoreinstellgeräts berührt das Werkzeug sanft. In diesem kurzen und präzisen Kontaktmoment werden die relevanten Werkzeugparameter gemessen und diese wertvollen Daten schnell an die Steuerung der Werkzeugmaschine übermittelt. Der Komfort der Werkzeugeinstellung mit einem maschinenintegrierten Werkzeugvoreinstellgerät liegt auf der Hand. Es vermeidet die Hin- und Herbewegung des Werkzeugs zwischen der Werkzeugmaschine und dem maschinenexternen Werkzeugvoreinstellgerät, reduziert das Kollisionsrisiko beim Be- und Entladen des Werkzeugs und bietet gleichzeitig einen sicheren und bequemen „internen Durchgang“ für das Werkzeug. Wenn das Werkzeug während des Bearbeitungsprozesses verschleißt oder eine leichte Abweichung aufweist, kann das maschineninterne Werkzeugvoreinstellgerät dies jederzeit erkennen und korrigieren, genau wie ein Schutz in Bereitschaft, wodurch die Kontinuität und Stabilität des Bearbeitungsprozesses gewährleistet wird. Wenn sich beispielsweise bei der Langzeit-Präzisionsfräsbearbeitung die Größe des Werkzeugs aufgrund von Verschleiß ändert, kann das maschineninterne Werkzeugvoreinstellgerät dies rechtzeitig erkennen und korrigieren, um die Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität des Werkstücks sicherzustellen.
Die Werkzeugeinstellung mit einem Werkzeugvoreinstellgerät unterliegt jedoch auch einigen Einschränkungen. Unabhängig davon, ob es sich um ein maschineninternes oder ein maschinenexternes Werkzeugvoreinstellgerät handelt, erfüllt die Messgenauigkeit zwar die meisten Bearbeitungsanforderungen, ist aber im Bereich der hochpräzisen Bearbeitung im Vergleich zu einem erstklassigen automatischen Werkzeugvoreinstellsystem immer noch etwas schlechter. Darüber hinaus erfordert die Verwendung des Werkzeugvoreinstellgeräts gewisse Bedienkenntnisse und Erfahrung. Bediener müssen mit dem Bedienungsablauf, den Parametereinstellungen und den Datenverarbeitungsmethoden des Werkzeugvoreinstellgeräts vertraut sein, da andernfalls eine unsachgemäße Bedienung die Genauigkeit der Werkzeugeinstellung beeinträchtigen kann.
In der CNC-Bearbeitung müssen Unternehmen verschiedene Faktoren berücksichtigen, um die geeignete Werkzeugeinstellung auszuwählen. Für Unternehmen mit hohem Präzisionsanspruch, großem Produktionsvolumen und guter Finanzkraft ist ein automatisches Werkzeugeinstellungssystem möglicherweise die beste Wahl. Für die meisten kleinen und mittleren Unternehmen ist die Werkzeugeinstellung mit einem Werkzeugvoreinstellgerät aufgrund ihrer wirtschaftlichen und praktischen Eigenschaften die bevorzugte Wahl. Mit der kontinuierlichen Innovation und Weiterentwicklung der CNC-Technologie werden sich die Werkzeugeinstellungsmethoden in Zukunft stetig weiterentwickeln und mutig intelligenter, präziser, effizienter und kostengünstiger werden. Dies wird der dynamischen Entwicklung der CNC-Bearbeitungsindustrie kontinuierlichen Schwung verleihen.