Definición
El cambiador automático de herramientas es un dispositivo para transferir, cargar y descargar herramientas entre el husillo y el almacén de herramientas. Cambiador automático de herramientas es el nombre completo de ATC en el mecanizado CNC.
Los kits de cambio automático de herramientas impulsan la máquina CNC con trabajo continuo, es decir, después de que se completa cada proceso, la nueva herramienta utilizada en el siguiente proceso se cambia automáticamente al husillo y el husillo recoge la herramienta, el intercambio de herramientas generalmente es completado por la acción coordinada del manipulador, el cargador y el husillo.
En comparación con las fresadoras CNC de husillo múltiple, ATC solo necesita un husillo en el cabezal, los componentes del husillo tienen suficiente rigidez para cumplir con los requisitos de varios mecanizados de precisión. Además, el almacén de herramientas puede almacenar una gran cantidad de herramientas para el mecanizado de varios pasos de piezas complejas, lo que puede mejorar significativamente la adaptabilidad y la eficiencia de mecanizado de las máquinas herramienta. El sistema ATC consta de 2 partes: un almacén de herramientas y un dispositivo de cambio automático de herramientas. Tiene 2 ventajas principales: la 1ª es que solo se reserva un husillo, lo que es beneficioso para simplificar la estructura del husillo y mejorar la rigidez del husillo; la 2ª es que se puede almacenar una gran cantidad de brocas de fresadora con diferentes tipos y funciones en la biblioteca, lo que es conveniente para completar varios procedimientos de procesamiento complejos y de varios pasos.
El kit de cambio de herramientas automatizado se compone de un almacén de herramientas, un sistema de selección de herramientas, un mecanismo de intercambio de herramientas y otras partes, y la estructura es más complicada. Es responsable de transferir la broca entre el cargador y el husillo, empujar la broca que se utilizará hacia el husillo y luego enviar la broca reemplazada de regreso al interior del cargador. Aunque este método de cambio no es tan sencillo como el anterior, evita que el cargador y el husillo se muevan para el cambio de herramienta, y se sustituye por un cambiador de herramientas automatizado. De esta manera, se reduce el rango de movimiento de los componentes mecánicos, el cambio se completa más rápido y el diseño también es más flexible.
Principio de funcionamiento
En el sistema automático de cambio de herramientas, el dispositivo que realiza la transferencia y la carga y descarga de la herramienta entre el almacén y el husillo se denomina cambiador de herramientas. Hay 2 formas de intercambiar herramientas: el movimiento relativo del almacén y el husillo, y el manipulador. El dispositivo que utiliza el movimiento relativo del almacén y el husillo para realizar el intercambio de herramientas debe devolver primero la herramienta usada al almacén al cambiar la herramienta, y luego sacar la nueva herramienta del almacén. Las 1 acciones no se pueden realizar al mismo tiempo y el tiempo de cambio de herramienta es más largo.
Sin embargo, el cambiador de herramientas del manipulador puede agarrar y cargar y descargar las brocas en el husillo y el cargador al mismo tiempo durante el cambio, por lo que el tiempo de cambio se acorta aún más. El método de intercambio de herramientas mediante un robot es el más utilizado. Esto se debe a que el manipulador es flexible en el cambio, rápido en acción y simple en estructura. El manipulador puede completar una serie de acciones como agarrar, extraer, girar, insertar y devolver. Para evitar que la broca se caiga, la garra móvil del manipulador está equipada con un mecanismo de autobloqueo.
Características y ventajas
Se adopta el husillo de cambio automático de herramientas de alta potencia, con un buen rendimiento de arranque y un gran par, que puede aprovechar al máximo las ventajas de la alta velocidad y la mayor eficiencia de la máquina. Adopta un servomotor de alto par fabricado en Japón, que tiene las ventajas de bajo nivel de ruido, alta velocidad y alta precisión de posicionamiento. Equipado con un cargador de herramientas único, puede intercambiar las brocas de enrutador requeridas a voluntad. El tiempo de cambio de herramienta solo toma unos segundos. El cargador de herramientas estándar viene con 8 herramientas y se puede personalizar un cargador de herramientas de mayor capacidad.
Precio
El costo de una máquina fresadora CNC con cambiador automático de herramientas (ATC) puede variar ampliamente según las especificaciones, el tamaño, las características y la marca de la máquina, y generalmente oscila entre $10,800 a más $100,000. Los kits de enrutadores CNC ATC para aficionados de nivel de entrada cuestan un promedio de $12,000, mientras que algunas mesas de fresado CNC ATC industriales de gama alta con capacidades avanzadas, áreas de trabajo más grandes y características adicionales tienden a ser más caras. En general, el costo promedio de comprar una fresadora CNC ATC con cambiador de herramientas es de aproximadamente $16,000. Es recomendable consultar a fabricantes o proveedores específicos para obtener precios precisos en función de sus necesidades.
La mayoría de los carpinteros están ansiosos por tener una fresadora CNC ATC, pero algunos de ellos no tienen idea de cuánto cuesta actualizar una máquina CNC común con un kit de cambio automático de herramientas. Según el informe del mercado industrial CNC de 2025, tendrá que gastar un monto adicional $3,000 a $8000 además de una máquina normal si quieres hacerlo tú mismo.
Especificaciones
| Marca | STYLECNC |
| Tamaños de mesa | 4' x 4', 4' x 6', 4' x 8', 5' x 10', 6' x 12' |
| Eje | 3 ejes, 4th eje, 4 ejes, 5 ejes |
| Capacidad | Mecanizado 2D, Mecanizado 2.5D, 3D Maquinado |
| Materiales | Madera, metal, aluminio, cobre, latón, piedra, espuma, plástico |
| Tipos | Tipos de pasatiempos para uso doméstico y tipos industriales para uso comercial |
| Software | ArtCAM, Type3, Cabinet Vision, CorelDraw, UG, Solidworks, MeshCAM, AlphaCAM, UcanCAM, MasterCAM, CASmate, PowerMILL, Fusion360, Aspire, AutoCAD, Autodesk Inventor, Alibre, Rhinoceros 3D |
| Control | OSAI, Syntec, LNC |
| Precio | $6,000.00 - $110,000.00 |
| Servicio del OEM | Área de trabajo de los ejes X, Y, Z |
| Piezas opcionales | Colector de polvo, dispositivo rotatorio, bomba de vacío, servomotores, sistema de enfriamiento, husillo Colombo |
Tipos
Los cambiadores automáticos de herramientas se dividen en 3 tipos comunes: tipo lineal, tipo de tambor y tipo de cadena, los presentaremos uno por uno.
Tipo lineal
Se trata de un tipo de cambiador en línea que se utiliza para cargadores con entre 4 y 12 herramientas. Se caracteriza por un cambio rápido de herramientas y por su fácil uso.
Tipo de tambor
Se trata de un tipo de cambiador rotativo, también conocido como ATC tipo CTM y ATC tipo disco. Se utiliza para cargadores de 8 a 20 herramientas.
Tipo de cadena
Se utiliza para máquinas CNC verticales con menor velocidad de cambio de herramientas. Está diseñado para almacenes con más de 30 herramientas, lo que ofrece la mejor capacidad de transporte de herramientas.
¿Cómo cambiar de herramienta en el mecanizado CNC?
Portaherramientas giratorio
El portaherramientas rotativo es uno de los cambiadores más sencillos, comúnmente utilizado en tornos CNC. Puede diseñarse en diversas formas, como portaherramientas axiales de tipo cuadrado, hexagonal o de disco. Se instalan cuatro, seis o más herramientas, respectivamente, en el portaherramientas rotativo, y las brocas se cambian según las instrucciones del dispositivo de control numérico. El portaherramientas rotativo debe tener una estructura resistente y rígida para soportar la resistencia de corte durante el mecanizado de desbaste. Dado que la precisión del torneado depende en gran medida de la posición de la punta de la herramienta, en los tornos de control numérico computarizado, la posición de la herramienta no se ajusta manualmente durante el proceso de mecanizado, por lo que es más necesario elegir un esquema de posicionamiento fiable y una estructura de posicionamiento razonable para asegurar la herramienta rotativa. Después de cada indexación, el portaherramientas alcanza la mayor precisión de posicionamiento repetida posible (normalmente... 0.001-0.005mm). En circunstancias normales, la acción de cambio del soporte giratorio incluye la elevación del soporte, la indexación del soporte y la presión del soporte.
Cambio de cabezal del husillo
El cambio de herramienta del cabezal del husillo es un método de cambio de herramienta relativamente simple para máquinas CNC con herramientas giratorias. Este cabezal del husillo es en realidad un almacén de herramientas de torreta. Hay 2 tipos de cabezales de husillo: horizontales y verticales. Por lo general, la indexación de la torreta se utiliza para reemplazar el cabezal del husillo para realizar el cambio automático de herramienta. En cada husillo de la torreta, se preinstalan las herramientas rotativas necesarias para cada proceso. Cuando se emite un comando de cambio de herramienta, cada cabezal del husillo gira a la posición de procesamiento por turno y se activa el movimiento principal, de modo que el husillo correspondiente impulsa la broca para girar. Otros husillos en posiciones que no son de mecanizado se desconectan del movimiento principal. El dispositivo de cambio de herramienta del husillo ahorra una serie de operaciones complicadas como aflojamiento, sujeción, descarga, carga y descarga automáticos, acortando así el tiempo de cambio y mejorando la confiabilidad del cambio. Sin embargo, debido a la limitación de la posición del espacio, el tamaño estructural de los componentes del husillo no puede ser demasiado grande, lo que afecta la rigidez del sistema del husillo. Para garantizar la rigidez del husillo, se debe limitar el número de husillos, de lo contrario, el tamaño de la estructura aumentará. Por lo tanto, el cabezal de husillo de torreta generalmente solo es adecuado para máquinas con pocos procesos y requisitos de baja precisión, como taladradoras y fresadoras con control numérico por computadora.
Sistema de cambio automático de herramientas
Dado que el cambiador de tipo cabezal de torreta y de soporte de herramienta rotativa no puede acomodar demasiadas brocas, no pueden satisfacer las necesidades de procesamiento de piezas complejas. Por lo tanto, las máquinas CNC ATC utilizan principalmente cambiadores automáticos con cargadores de herramientas. El dispositivo con cargador de herramientas consta de un cargador y un mecanismo de cambio de herramientas, y el proceso de cambio es más complicado. En primer lugar, todas las brocas utilizadas en el proceso de mecanizado deben instalarse en el soporte estándar y, después de preajustar el tamaño fuera de la máquina, colocarlas en el cargador de una determinada manera. Al cambiar, primero seleccione la broca en el cargador y luego el cambiador sacará la broca del cargador o del husillo para cambiarla, colocará la nueva broca en el husillo y volverá a colocar la broca vieja en el cargador. El cargador tiene una gran capacidad y se puede montar en el lateral o encima del cabezal. Dado que solo hay un husillo en el cabezal de la máquina con el cargador de cambio automático de herramientas, la rigidez de los componentes del husillo debe ser alta para cumplir con los requisitos de mecanizado de precisión. Además, el número de brocas en el cargador es grande, por lo que se puede realizar el procesamiento multiproceso de piezas complejas, lo que mejora en gran medida la adaptabilidad y la eficiencia de procesamiento de la máquina. El sistema ATC con cargador es adecuado para centros de taladrado y centros de mecanizado.
¿Cómo elegir cargador y herramienta?
Tipo de cargador de herramientas
El almacén de herramientas se utiliza para reservar una cierta cantidad de brocas de fresado, que se pueden intercambiar con las brocas del husillo a través del manipulador. Hay varios tipos de almacenes, como los almacenes de tipo disco y los almacenes de tipo cadena. La forma y la capacidad de los almacenes deben determinarse de acuerdo con el alcance tecnológico de la máquina. En el almacén de herramientas de disco, la dirección de la broca de fresado es la misma que la del husillo. Al cambiar la broca, la caja del husillo se eleva a una determinada posición, de modo que la broca del husillo se alinea con la posición inferior del almacén, y la broca de fresado se sujeta, el husillo está bajo el control de la computadora, suelte el mango, el almacén de herramientas de disco se mueve hacia adelante, saca la broca de fresado del husillo y luego el almacén gira la broca utilizada en el siguiente proceso a la posición alineada con el husillo, el almacén hacia atrás, inserte la nueva broca en el orificio del husillo, el husillo sujeta el soporte, la caja del husillo se baja a la posición de trabajo, se completa la tarea de cambio de herramienta y comienza a funcionar el siguiente proceso. Las ventajas de este dispositivo de cambio de herramientas son su estructura simple, su bajo costo y su buena confiabilidad en el cambio. La desventaja es que el tiempo de cambio es largo y es adecuado para centros de mecanizado con una pequeña capacidad de cargador. Para centros de mecanizado que requieren una gran capacidad de cargador, se utilizará un cargador de herramientas de cadena. El cargador tiene una estructura compacta y una gran capacidad de cargador. La forma del anillo de la cadena se puede hacer en varios tipos según el diseño de la máquina. La forma, la posición de cambio también se puede sobresalir para facilitar el cambio. Cuando se necesita aumentar el número de brocas de enrutador, solo es necesario aumentar la longitud de la cadena, lo que brinda comodidad al diseño y fabricación del cargador.
Método de selección de herramientas
Hay muchas brocas almacenadas en el cargador. Antes de cada cambio, se debe seleccionar la broca. Los métodos de selección de herramientas comúnmente utilizados incluyen el método secuencial y el método arbitrario. Las herramientas se insertan en los portaherramientas del cargador por turno según los requisitos del proceso. El procesamiento consiste en ajustar las brocas en secuencia. Al procesar diferentes piezas de trabajo, se debe reajustar el orden de las brocas en el cargador. La ventaja es que el accionamiento y el control del cargador son relativamente simples. Por lo tanto, este método es adecuado para el cambio automático de herramientas de máquinas de control numérico por computadora de tamaño pequeño y mediano con grandes lotes de procesamiento y una pequeña cantidad de variedades de piezas de trabajo. Con el desarrollo del sistema de control numérico, la mayoría de los sistemas de control numérico adoptan el método de selección de herramientas arbitrarias, que se divide en 3 tipos de codificación de portaherramientas, codificación de herramientas y tipo de memoria.
Método de codificación de herramientas
El código de la herramienta o el código del portaherramientas debe identificarse instalando una barra de código en la herramienta o portaherramientas, que generalmente se codifica de acuerdo con el principio de codificación binaria. El método de selección adopta una estructura de portaherramientas especial, y cada bit tiene su propio código, por lo que el bit se puede reutilizar en diferentes procesos y el bit reemplazado no necesita volver a colocarse en el portaherramientas original. El cargador de gran capacidad se puede reducir en consecuencia. Sin embargo, cada bit tiene un anillo de codificación especial, la longitud se alarga, es difícil de fabricar y la estructura del cargador y el manipulador se vuelven complicados. El método de codificación del portaherramientas es que una cuchilla corresponde a un portaherramientas. Las herramientas extraídas de un portaherramientas deben volver a colocarse en el mismo portaherramientas. Las brocas de selección y colocación son engorrosas y tardan mucho en cambiarse. En la actualidad, el método de memoria se utiliza ampliamente en los centros de mecanizado. De esta forma, el número y la posición del portaherramientas en el cargador se pueden almacenar en el PLC del sistema CNC en consecuencia. La información de la herramienta siempre se almacena en el PLC, independientemente del soporte en el que se coloque la herramienta. El cargador está equipado con un dispositivo de detección de posición, que puede obtener la información de posición de cada soporte. De esta manera, la herramienta se puede sacar y devolver a voluntad. También hay un origen mecánico en el cargador, de modo que cada vez que se selecciona una cuchilla, se seleccionará la cuchilla más cercana.
Aplicaciones
Las máquinas fresadoras CNC ATC se pueden utilizar en una amplia gama de industrias, como la de muebles y mejoras para el hogar, artesanías de madera, gabinetes, pantallas, publicidad, instrumentos musicales o industrias de procesamiento de carcasas de instrumentos de precisión. Y los materiales que se pueden procesar incluyen principalmente varios materiales no metálicos como madera, vidrio, piedra, plástico, acrílico y materiales aislantes.
Tratamiento de la madera
Puertas de casa, 3D Mecanizado de tableros ondulados, puertas de armarios, puertas de madera maciza, puertas de madera artesanales, puertas sin pintura, mamparas, fabricación de ventanas artesanales, lustradoras de zapatos, armarios y paneles para máquinas de juegos, mesas de ordenador y fabricación de muebles con paneles.
Fabricación de moldes
Puede fabricar moldes metálicos como cobre, aluminio, hierro y más, así como moldes no metálicos como madera, piedra, plástico, PVC y más.
Publicidad y aficionados
Fabricación de rótulos, creación de logotipos, rotulación, corte de acrílico, molduras en blister y decoraciones.
Manufactura Industrial
Puede realizar todo tipo de esculturas de sombras y esculturas en relieve, que se utilizan ampliamente en las industrias de artesanías y regalos.
Diagnóstico
La fresadora CNC con cambiador de herramientas es la clasificación más potente de las máquinas de control numérico por computadora. Aunque la fuerza y la velocidad de mecanizado son incomparables con otras máquinas de control numérico por computadora, como equipo mecánico completamente automatizado, la inspección y el mantenimiento diarios también son muy necesarios. Una fresadora CNC con cambiador de herramientas es completamente diferente de los métodos de detección y diagnóstico de fallas de las máquinas de control numérico por computadora comunes.
Método de inspección del funcionamiento de la máquina
El método de inspección de funcionamiento es un método de observación y control del funcionamiento real de la máquina para determinar la posición del mal funcionamiento y, de esta manera, rastrear la causa raíz de la falla. En términos generales, los kits de máquinas de control numérico por computadora adoptan piezas de control hidráulicas y neumáticas, como un cambiador de herramientas automático, un dispositivo de mesa de intercambio, un dispositivo de fijación y transmisión, etc., que se pueden utilizar para determinar la causa de la falla a través del diagnóstico de movimiento.
Método de análisis de estados
El sistema CNC no solo puede mostrar información de diagnóstico de fallas, sino que también proporciona varios estados de diagnóstico en forma de dirección de diagnóstico y datos de diagnóstico. Por ejemplo, cuando el sistema regresa al punto de referencia de manera incorrecta, puede verificar el valor de estado del parámetro relevante para determinar la causa de la falla.
Método de verificación de programación CNC
El método de verificación de programación CNC también se denomina método de prueba de función de programa. Es un método para confirmar la causa de la falla mediante la compilación de un segmento de programa de prueba especial. Puede utilizar el método de programación manual para compilar un programa de prueba de función para las funciones del sistema (como posicionamiento lineal, interpolación circular, corte de roscas, ciclos fijos, programas de macro de usuario, etc.) y ejecutar el programa de prueba para verificar la precisión y confiabilidad de la máquina para realizar estas funciones y luego determinar la causa de la falla. Por lo general, se escribe un programa de prueba con instrucciones para reparar la máquina y el programa se ejecuta cuando ocurre una falla para determinar cuál es la falla.
Método de inspección de instrumentos
El método de inspección de instrumentos se refiere al uso de instrumentos eléctricos convencionales para medir el voltaje de cada grupo de fuentes de alimentación de CA y CC, señales de fase de CC y de pulso, etc., para encontrar fallas.
Método de autodiagnóstico del sistema de control numérico
El autodiagnóstico del sistema de control numérico es un método de diagnóstico que utiliza el programa de autodiagnóstico interno o el software de diagnóstico especial del sistema para autodiagnóstico y prueba del hardware clave dentro del sistema y el software de control del sistema. Incluye principalmente autodiagnóstico de encendido, monitoreo en línea y prueba fuera de línea. La máquina CNC utiliza la función de autodiagnóstico del sistema, que puede mostrar fácilmente el estado de la señal de interfaz entre el sistema y cada parte, y averiguar la ubicación general de la falla. Es el método más utilizado en el proceso de diagnóstico de fallas.