Простейшим устройством, реализующим принцип многоинструментности, является револьверная головка. Однако револьверные головки в МС не нашли широкого применения, так как им присущи некоторые существенные недостатки. Шести-восьми инструментов недостаточно для осуществления полной обработки достаточно сложной детали. Шпиндельные узлы револьверной головки не обладают необходимой жесткостью. Кроме того, закрепленные в соседних позициях револьверной головки длинные инструменты препятствуют работе с большими ходами, когда необходимо углубиться в тело заготовки.

Емкость хранения

Магазины инструментов МС имеют емкость для хранения до 100 инструментов. По конструктивному оформлению магазины разнообразны (дисковые, цепные, кассетные и др.). Магазины располагают на шпиндельной бабке, колонне, станине, столе станка и даже вне станка на отдельном фундаменте.

В конструкциях МС применяют три системы поиска необходимых инструментов: с кодированием номера инструмента; с кодированием номера гнезда магазина; без кодирования, но с расположением инструментов в последовательности обработки.

Рис. 1. Размещение кодовых колец на инструментальных оправках: 1 — корпус оправки; 2 — промежуточное кольцо; 3 — кодовое кольцо; 4 — штырь

Координирование номера инструмента

При кодировании номера инструмента инструментальную оправку снабжают набором сменных кодовых колец двух диаметров (рис 1). При вращении магазина кольца большого диаметра нажимают на электрические конечные выключатели, установленные на неподвижных элементах магазина. Комбинация сигналов от набора конечных выключателей сравнивается с заданным кодом, соответствующим номеру инструмента, и при совпадении сигналов дается команда на останов вращения магазина. Кодирование инструментов обычно выполняется в двоично-десятичной системе, кодовые кольца размещаются по дорожкам с весами 1, 2, 4, 8 для разряда единиц и отдельно для разряда десятков.

Система поиска инструмента

Поиск инструмента при кодировании номера гнезда магазина осуществляется несколько иначе. При каждом включении станка в сеть происходит поворот магазина до базового гнезда № 1 для настройки системы поиска нужного гнезда. В дальнейшем устройство ЧПУ всегда имеет информацию, в каком положении находится магазин, в связи с чем поворот в требуемую позицию совершается по кратчайшему пути, даже минуя гнездо № 1.

При кодировании номера инструмента магазин заряжается в произвольном порядке, при кодировании номера гнезда расстановку инструментов в магазине нужно выполнять в строгом соответствии с порядком, установленным управляющей программой. При кодировании номера инструмента нет необходимости в повороте магазина в момент возврата инструмента в магазин, так как сменяемый инструмент может устанавливаться автоматической рукой в произвольное гнездо магазина.

Третья система поиска инструмента, при которой инструменты расположены в магазине в последовательности обработки, допускает пропуски гнезд, оставляя их без инструментов. После каждого цикла смены магазин совершает поворот до подхода в позицию разгрузки-загрузки следующего инструмента. После выполнения всей операции обработки окажется, что инструменты сохранили первоначальную последовательность, сместившись в магазине на один или несколько шагов против исходного положения.

Чаще всего инструмент из магазина в шпиндель передается с помощью специального манипулятора автоматической поворотной двухзахватной руки. Ось шпинделя в момент загрузки располагается так, что ось поворота руки находится на равном расстоянии между осью шпинделя и разгрузочно-загрузочной позицией магазина. Оба конца руки снабжены специальными пружинными захватами.

Смена инструмента автоматической рукой

Инструмент с помощью автоматической двухзахватной руки заменяется следующим образом:

• рабочие органы смещаются в позицию смены инструментов;
• автоматическая рука из исходного горизонтального положения поворачивается в вертикальное, отжимая захваты инструмента в магазине и захватывая одновременно инструмент в магазине и отработавший инструмент в шпинделе;
• механизм закрепления освобождает инструмент в шпинделе;
• автоматическая рука, перемещаясь вперед, извлекает инструменты из шпинделя и магазина;
• автоматическая рука с инструментами поворачивается на 180° и инструменты меняются местами, если закодированы инструменты;
• при кодировании гнезда магазина происходит поворот магазина до того свободного гнезда, в которое необходимо поместить сменяемый инструмент;
• автоматическая рука перемещается назад, посылая отработавший инструмент в гнездо магазина, а новый — в шпиндель станка;
• механизм закрепления зажимает инструменты в шпинделе;
• автоматическая рука поворачивается в горизонтальное положение;
• рабочие органы перемещаются в рабочую зону станка, возобновляя процесс обработки;
• при поступлении команды от управляющей программы магазин поворачивается и последующий инструмент занимает разгрузочно-загрузочную позицию.

Смена инструмента в современных МС происходит за малые промежутки времени. Весь цикл приемов занимает 9-18 с. Эти затраты времени называют временем «от стружки до стружки» (от «реза до реза»), в отличие от затрат времени в 3-6 с на выполнение собственно смены инструментов без включения времени на перемещение режущих инструментов к обрабатываемым поверхностям.

Условием производительного выполнения смены инструментов является совмещение с процессом обработки выхода требу емого инструмента в позицию смены. С этой целью поворот магазина заблаговременно совершается по адресу Т управляющей программы, а смена инструментов в необходимый момент по команде разрешения М06.

Расположение магазина инструментов

Далеко не во всех станках автоматическая рука извлекает инструмент непосредственно из гнезда магазина. Большие, тяжелые магазины цепного (конвейерного) типа обычно удаляют от зоны резания, устанавливают на отдельные фундаменты или крепят к станине станка. Удаленность от зоны резания благотворно сказывается на чистоте рабочих поверхностей конусов вспомогательных инструментов, так как брызги эмульсии и стружка из зоны резания не достигают гнезд магазина. Кроме того, удаленный магазин легче обслуживать в ходе выполнения операции, осматривать находящиеся в нем и участвовавшие в работе инструменты, заменять изношенные и даже пополнять магазин инструментами, если его емкость недостаточна для выполнения всей запрограммированной операции.

Инструмент из удаленного от зоны резания магазина доставляется в позицию загрузки-разгрузки с помощью промежуточного перегружателя, работа которого (извлечение инструмента из магазина, доставка его в зону действия автоматической руки и возврат отработавшего инструмента в магазин) совмещается с выполнением рабочими органами станка процесса обработки.

Любой магазин имеет ограничения по диаметру и массе устанавливаемого в нем режущего инструмента. Максимально допустимый диаметр равен шагу магазина, так как если в двух соседних гнездах окажутся инструменты с размерами, превышающими допустимые, то произойдет поломка. Применять инструменты с превышением допустимых диаметров можно при соблюдении определенных предосторожностей: соседние с крупногабаритным инструментом гнезда не должны быть заняты инструментом либо следует прервать автоматический цикл и произвести смену инструмента вручную, не отправляя его в магазин. Ограничения по массе обусловливаются грузоподъемностью автоматической руки.