Pozycjonowanie narzędzi

Istnieje wiele różnych sposobów pozycjonowania narzędzi w obrabiarkach CNC, z których każdy ma swoje zalety i wady. Zarówno praca ręczna jak i automatyczna potrafią wpływać na jakość produkcji. Automatyzacja sprawia, że za każdym razem otrzymujemy dokładnie taki sam powtarzalny efekt, w krótszym czasie i ze zwiększoną wydajnością. Praca ręczna, choć dłuższa, mniej precyzyjna często sprawia, że produktu są unikalne, wyjątkowe, a przez to też droższe. Zwłaszcza jeśli projekt wykonany jest przez znanego rzemieślnika. Ręczne ustawianie narzędzi to najprostszy i najtańszy sposób pozycjonowania narzędzi w obrabiarkach CNC. Polega na ręcznym ustawieniu narzędzia w uchwycie i jego wprowadzeniu do maszyny CNC. Wadą tego sposobu jest niska precyzja ustawienia narzędzia oraz duże ryzyko błędów wynikających z ludzkiego czynnika. Ręczne ustawianie narzędzi może być czasochłonne i wymagać od operatora maszyny odpowiedniego szkolenia oraz umiejętności. Wprowadzenie systemu automatycznego ustawiania narzędzi może pomóc w zwiększeniu wydajności produkcji oraz zminimalizowaniu czasu przestojów.

Istnieje wiele różnych sposobów pozycjonowania narzędzi w obrabiarkach CNC, z których każdy ma swoje zalety i wady. Zarówno praca ręczna jak i automatyczna potrafią wpływać na jakość produkcji. Automatyzacja sprawia, że za każdym razem otrzymujemy dokładnie taki sam powtarzalny efekt, w krótszym czasie i ze zwiększoną wydajnością. Praca ręczna, choć dłuższa, mniej precyzyjna często sprawia, że produktu są unikalne, wyjątkowe, a przez to też droższe. Zwłaszcza jeśli projekt wykonany jest przez znanego rzemieślnika. Ręczne ustawianie narzędzi to najprostszy i najtańszy sposób pozycjonowania narzędzi w obrabiarkach CNC. Polega na ręcznym ustawieniu narzędzia w uchwycie i jego wprowadzeniu do maszyny CNC. Wadą tego sposobu jest niska precyzja ustawienia narzędzia oraz duże ryzyko błędów wynikających z ludzkiego czynnika. Ręczne ustawianie narzędzi może być czasochłonne i wymagać od operatora maszyny odpowiedniego szkolenia oraz umiejętności. Wprowadzenie systemu automatycznego ustawiania narzędzi może pomóc w zwiększeniu wydajności produkcji oraz zminimalizowaniu czasu przestojów.

Rozróżnić można 4 główne grupy sposobów ustawiania narzędzia w maszynie, w zależności od złożoności czynności jakie mamy do wykonania:

1. 3-osiowy system pozycjonowania: Jest to najprostszy i najtańszy sposób pozycjonowania narzędzi w przestrzeni. System ten pozwala na ruch narzędzia wzdłuż trzech osi: X, Y i Z. Wadą tego sposobu jest brak możliwości obróbki skomplikowanych kształtów oraz niska precyzja w porównaniu do bardziej zaawansowanych systemów.
2. 4-osiowy system pozycjonowania: System ten pozwala na dodatkowy obrót narzędzia wokół osi A lub B, co umożliwia obróbkę skomplikowanych kształtów z większą precyzją. Wadą tego sposobu jest zwiększony koszt i konieczność użycia bardziej zaawansowanej maszyny.
3. 5-osiowy system pozycjonowania: Jest to zaawansowany system pozycjonowania narzędzi, który pozwala na obróbkę skomplikowanych kształtów z dużą precyzją. System ten pozwala na dodatkowy obrót narzędzia wokół osi C oraz obrót stołu roboczego. Wadą tego sposobu jest znacznie większy koszt maszyny i skomplikowana obsługa.
4. Systemy pozycjonowania przy użyciu robotów: Systemy te pozwalają na użycie robotów do pozycjonowania narzędzi w przestrzeni. Są one szczególnie przydatne w procesach produkcyjnych, gdzie wymagana jest duża elastyczność i łatwa zmiana narzędzi. Wadą tego sposobu jest koszt i konieczność zastosowania specjalistycznych robotów oraz programów.

To właśnie użycie specjalistycznych robotów i rozwiązań pozycjonowania pozwala na zwiększanie możliwości i zastosowania narzędzi. Dostępne do tej pory na rynku rozwiązania pozycjonowania nie zapewniają wystarczającej dokładności pozycjonowania w sposób ciągły – tak, aby możliwe było wykorzystanie tych informacji do prowadzenia narzędzia np. w postaci palnika do cięcia lub spawania. Bardzo rozpowszechnionymi systemami pozycjonowania są systemy satelitarne oraz radiowe wykorzystujące systemy oparte o GPS, RFID, UWB, BLUETOOTH, WiFi – jednakże ich dokładności pozycjonowania nie są wystarczające do zapewnienia prawidłowego prowadzenia narzędzia po zadanej trajektorii, gdzie dokładność pozycjonowania powinna być na poziomie znacznie poniżej 10mm. Najbardziej rozpowszechnionymi systemami są:

1. Systemy pozycjonowania mechanicznego: Ten sposób pozycjonowania narzędzi polega na użyciu mechanizmu, który pozwala na precyzyjne ustawienie narzędzia w obrabiarkach CNC. Mechanizmy te mogą być napędzane silnikiem elektrycznym lub pneumatycznym. Zaletą takiego sposobu jest duża precyzja ustawienia narzędzia, a wadą jest jego koszt oraz gabaryty, a także mała uniwersalność w produkcji.
2. Systemy wizyjne: Systemy wizyjne pozwalają na precyzyjne ustawienie narzędzi w obrabiarkach CNC na podstawie obrazu rejestrowanego przez kamerę. Są one szczególnie przydatne przy obróbce materiałów o nieregularnym kształcie. Wadą tego sposobu jest koszt i konieczność regularnego czyszczenia kamery.
3. Systemy GPS: Jednym z najbardziej powszechnych i znanych systemów bezprzewodowego pozycjonowania jest globalny system GPS umożliwiający odczyt lokalizacji obiektu w obszarze całej kuli ziemskiej - jednak pod warunkiem, że w zasięgu odbiornika tego systemu znajduje się wystarczająca liczba satell - co w praktyce jest możliwe na zewnątrz budynków. Dodatkowo, system ten zapewnia odczyt pozycji z dokładnością do ok. 5m - co w wielu zastosowaniach nie jest wystarczające.
4. WiFi, Bluetooth, Rfid, UWB: Na rynku coraz częściej można spotkać systemy pozycjonowania wewnątrz budynków oparte o technologię WiFi, Bluetooth, Rfid, UWB, gdzie w danym budynku lub obszarze znajdują się punkty dostępowe, które poprzez triangulację na podstawie siły sygnału - pozwalają na zgrubne określenie pozycji odbiornika (z dokładnością do 1 m, a w specyficznych sytuacjach nawet na poziomie kilku mm). Taka dokładność często jest wystarczająca do samej lokalizacji obiektów w budynkach, jednak w przypadku, chęci użycia takiego systemu do pozycjonowania narzędzia umieszczonego na maszynie (np. palnika do cięcia lub spawania) - system ten nie spełnia wymagań jakie są stawiane w takich aplikacjach. Aby sprostać wymaganiom takich aplikacji (tzn. zapewnić pozycjonowanie na poziomie znacznie poniżej 10mm) startup KREOLINK oferuje rozwiązanie systemu WTPS, które umożliwia producentom maszyn na wytwarzanie tańszych, mniejszych oraz bardziej uniwersalnych urządzeń pozycjonujących narzędzie technologiczne (np. palnik).
5. Systemy laserowe: systemy laserowe pozwalają na precyzyjne ustawienie narzędzi w obrabiarkach CNC przy użyciu strumienia lasera. Są one szczególnie przydatne przy obróbce materiałów, które są wrażliwe na wibracje i drgania. Są to najdoskonalsze systemy pozycjonowania, ponieważ zapewniają największą precyzję zadanych czynności oraz są systemami najbardziej uniwersalnymi - pozwalającymi istniejącym już maszynom na wykonywanie nowych czynności

Nie ma wątpliwości, że firmy produkcyjne zaczynają obecnie przestawiać się na bardziej zautomatyzowany, bezobsługowy i cyfrowy sposób pracy. Mając kilka opcji do wykorzystania w przyszłościowych operacjach i maszynach, ważne jest, aby inwestować w niezawodne produkty i systemy. Nowoczesne komponenty, które można skonfigurować lub dostosować do różnych procesów, tak jak WTPS, są opłacalną metodą zabezpieczenia się na przyszłość oraz możliwością rozwoju. Jako niezwykle elastyczne produkty mogą sprostać szerokiemu zakresowi wymagań, jednocześnie zmniejszając złożoność budowy i konserwacji maszyn. System WTPS może mieć wiele innych zastosowań, choć wydaje się że największe posiada w zakresie procesów technologicznych cięcia i spawania detali z użyciem mobilnych wózków spawalniczych, gdzie zastosowanie systemu WTPS pozwala na wyeliminowanie torowiska takich wózków. Co do zasady, dla prawidłowego działania systemu wymagane jest zamontowanie odbiornika w widocznym miejscu na mobilnym wózku z zapewnieniem komunikacji systemu z wózkiem w celu przekazania informacji o pozycji do systemu sterowania wózkiem, gdzie wózek na podstawie informacji o pozycji z odbiornika oraz odsunięciu (parametr) końcówki narzędzia TCP od nadajnika (np. palnika spawalniczego lub tnącego) będzie w stanie określić wartość wymaganej korekty pozycji, aby zachować końcową ścieżkę ruchu palnika. Same nadajniki powinny być rozmieszczone w stałych pozycjach w taki sposób, aby były w zakresie widoczności odbiornika w całym zakresie ruchów wózka. Po każdej zmianie pozycji nadajników – wymagane jest przeprowadzenie procedury kalibracji z użyciem wzornika. System WTPS występuje w 2 wariantach: WTPS3 oraz WTPS4. WTPS4 ze względu na zastosowanie dodatkowego modułu nadajnika pozwala na zwiększenie powierzchni na której może pracować system a dodatkowo zapewnia prawidłowość działania systemu także w momencie, gdy nie będzie widoczności odbiornika z jednym lub dwoma nadajnikiem (np. w momencie, gdy operator zasłoni nadajnik w celu wykonania dodatkowych prac przy procesie technologicznym).