Načelo delovanja vretenastega orodja – rahljanje in vpenjanje v CNC obdelovalnih centrih
Povzetek: Ta članek podrobno obravnava osnovno strukturo in princip delovanja mehanizma za odvijanje in vpenjanje vretena v CNC obdelovalnih centrih, vključno s sestavo različnih komponent, delovnim procesom in ključnimi parametri. Namen članka je poglobljeno analizirati notranji mehanizem te ključne funkcije, zagotoviti teoretične reference za ustrezno tehnično osebje, jim pomagati bolje razumeti in vzdrževati sistem vretena CNC obdelovalnih centrov ter zagotoviti visoko učinkovitost in natančnost obdelovalnega procesa.
I. Uvod
Funkcija rahljanja in vpenjanja orodja vretena v obdelovalnih centrih je pomembna osnova za CNC obdelovalne centre za doseganje avtomatizirane obdelave. Čeprav obstajajo določene razlike v strukturi in principu delovanja med različnimi modeli, je osnovni okvir podoben. Poglobljene raziskave principa delovanja so zelo pomembne za izboljšanje delovanja obdelovalnih centrov, zagotavljanje kakovosti obdelave in optimizacijo vzdrževanja opreme.
II. Osnovna struktura
Mehanizem za odvijanje in vpenjanje orodja vretena v CNC obdelovalnih centrih je sestavljen predvsem iz naslednjih komponent:
- Vlečni čep: Nameščen na repu stožčastega stebla orodja, je ključni povezovalni element za pritrditev vlečne palice. Sodeluje z jeklenimi kroglicami na glavi vlečne palice, da doseže pozicioniranje in vpenjanje orodja.
- Vlečna palica: Z interakcijo z vlečnim čepom preko jeklenih kroglic prenaša natezne in potisne sile za doseganje vpenjanja in rahljanja orodja. Njeno gibanje nadzirajo bat in vzmeti.
- Jermenica: Običajno služi kot vmesni sestavni del za prenos moči v mehanizmu za odvijanje in vpenjanje orodja vretena, lahko pa je vključena v prenosne člene, ki poganjajo gibanje povezanih komponent. Na primer, lahko je povezana s hidravličnim sistemom ali drugimi pogonskimi napravami za pogon gibanja komponent, kot je bat.
- Vzmet Belleville: Sestavljena je iz več parov vzmetnih listov in je ključni sestavni del za ustvarjanje napenjalne sile orodja. Njena močna elastična sila zagotavlja, da je orodje med obdelavo stabilno pritrjeno v zoženi luknji vretena, kar zagotavlja natančnost obdelave.
- Varnostna matica: Uporablja se za pritrditev komponent, kot je vzmet Belleville, da se prepreči njihovo rahljanje med delovnim procesom in zagotovi stabilnost in zanesljivost celotnega mehanizma za rahljanje in vpenjanje orodja.
- Nastavitvena podložka: Z brušenjem nastavitvene podložke je mogoče natančno nadzorovati stanje stika med vlečno palico in vlečnim čepom na koncu giba bata, kar zagotavlja gladko odvijanje in zategovanje orodja. Igra ključno vlogo pri natančni nastavitvi celotnega mehanizma za odvijanje in vpenjanje orodja.
- Vijačna vzmet: Igra vlogo pri procesu odvijanja orodja in pomaga pri gibanju bata. Na primer, ko se bat premika navzdol, da potisne vlečno palico za odvijanje orodja, vijačna vzmet zagotavlja določeno elastično silo, ki zagotavlja gladkost in zanesljivost delovanja.
- Bat: Je pogonski element v mehanizmu za odvijanje in vpenjanje orodja. Poganja ga hidravlični tlak, ki ga premika gor in dol, nato pa poganja vlečno palico za vpenjanje in odvijanje orodja. Natančen nadzor nad njegovim hodom in potiskom je ključnega pomena za celoten postopek odvijanja in vpenjanja orodja.
- Končni stikali 9 in 10: Uporabljata se za pošiljanje signalov za vpenjanje in rahljanje orodja. Ta signala se vrneta v CNC sistem, tako da lahko sistem natančno nadzoruje postopek obdelave, zagotavlja usklajen potek vsakega postopka in preprečuje nesreče pri obdelavi, ki jih povzroči napačna ocena stanja vpenjanja orodja.
- Škripec: Podobno kot škripec, omenjen v točki 3 zgoraj, sodeluje v prenosnem sistemu, da zagotovi stabilen prenos moči in omogoči, da vse komponente mehanizma za odvijanje in vpenjanje orodja delujejo skupaj v skladu z vnaprej določenim programom.
- Končni pokrov: Igra vlogo zaščite in tesnjenja notranje strukture vretena, preprečuje vdor nečistoč, kot so prah in ostružki, v notranjost vretena in vpliva na normalno delovanje mehanizma za odvijanje in vpenjanje orodja. Hkrati zagotavlja relativno stabilno delovno okolje za notranje komponente.
- Nastavitveni vijak: Uporablja se lahko za fino nastavitev položajev ali razmikov nekaterih komponent, da se dodatno optimizira delovanje mehanizma za odvijanje in vpenjanje orodja ter zagotovi visoko natančno delovno stanje med dolgotrajno uporabo.
III. Načelo delovanja
(I) Postopek vpenjanja orodja
Ko je obdelovalni center v normalnem stanju obdelave, na zgornjem koncu bata 8 ni tlaka hidravličnega olja. V tem času je vijačna vzmet 7 v naravno raztegnjenem stanju in njena elastična sila povzroči, da se bat 8 premakne navzgor v določen položaj. Hkrati ima vlogo tudi Bellevillejeva vzmet 4. Zaradi svojih elastičnih lastnosti Bellevillejeva vzmet 4 potisne vlečno palico 2 navzgor, tako da 4 jeklene kroglice na glavi vlečne palice 2 vstopijo v obročasti utor na repu vlečnega čepa 1 stebla orodja. Z vgradnjo jeklenih kroglic se napenjalna sila Bellevillejeve vzmeti 4 prenaša na vlečni čep 1 preko vlečne palice 2 in jeklenih kroglic, s čimer se steblo orodja tesno drži in orodje natančno pozicionira ter trdno vpne v zoženo luknjo vretena. Ta metoda vpenjanja izkorišča močno elastično potencialno energijo Bellevilleove vzmeti in lahko zagotovi zadostno napenjalno silo, da se orodje ne bo zrahljalo pod vplivom visokohitrostnega vrtenja in rezalnih sil, kar zagotavlja natančnost in stabilnost obdelave.
(II) Postopek odvijanja orodja
Ko je treba zamenjati orodje, se aktivira hidravlični sistem in hidravlično olje vstopi v spodnji konec bata 8, kar ustvari potisk navzgor. Pod delovanjem hidravličnega potiska bat 8 premaga elastično silo vijačne vzmeti 7 in se začne premikati navzdol. Gibanje bata 8 navzdol potisne vlečno palico 2, da se sinhrono premika navzdol. Ko se vlečna palica 2 premika navzdol, se jeklene kroglice sprostijo iz obročastega utora na repu vlečnega čepa 1 stebla orodja in vstopijo v obročasti utor v zgornjem delu zadnje zožene luknje vretena. V tem trenutku jeklene kroglice nimajo več zadrževalnega učinka na vlečni čep 1 in orodje se zrahlja. Ko manipulator izvleče steblo orodja iz vretena, stisnjen zrak izpiha skozi osrednje luknje bata in vlečne palice, da očisti nečistoče, kot so ostružki in prah, v zoženi luknji vretena, s čimer se pripravi na naslednjo namestitev orodja.
(III) Vloga končnih stikal
Končna stikala 9 in 10 igrata ključno vlogo pri povratnih informacijah o signalih med celotnim postopkom odvijanja in vpenjanja orodja. Ko je orodje vpeto, sprememba položaja ustreznih komponent sproži končno stikalo 9, ki takoj pošlje signal za vpenjanje orodja v CNC sistem. Po prejemu tega signala CNC sistem potrdi, da je orodje v stabilnem stanju vpetja, in lahko nato začne z nadaljnjimi obdelovalnimi operacijami, kot sta vrtenje vretena in podajanje orodja. Podobno se po končanem odvijanju odvijanja orodja sproži končno stikalo 10 in pošlje signal za vpenjanje orodja v CNC sistem. V tem času lahko CNC sistem krmili manipulator za izvedbo menjave orodja, s čimer zagotovi avtomatizacijo in natančnost celotnega postopka menjave orodja.
(IV) Ključni parametri in oblikovalske točke
- Napenjalna sila: CNC obdelovalni center uporablja skupno 34 parov (68 kosov) vzmeti Belleville, ki lahko ustvarijo močno napenjalno silo. V normalnih okoliščinah je napenjalna sila za zategovanje orodja 10 kN in lahko doseže največ 13 kN. Takšna zasnova napenjalne sile zadostuje za obvladovanje različnih rezalnih in centrifugalnih sil, ki delujejo na orodje med postopkom obdelave, kar zagotavlja stabilno pritrditev orodja znotraj zožene luknje vretena, preprečuje premikanje ali padec orodja med postopkom obdelave in s tem zagotavlja natančnost obdelave in kakovost površine.
- Hod bata: Pri menjavi orodja je hod bata 8 12 mm. Med tem 12-milimetrskim hodom se gibanje bata razdeli na dve stopnji. Najprej, ko se bat premakne za približno 4 mm, začne potiskati vlečno palico 2, da se premika, dokler jeklene kroglice ne vstopijo v obročasti utor Φ37 mm v zgornjem delu zožene luknje vretena. V tem trenutku se orodje začne rahljati. Nato se vlečna palica še naprej spušča, dokler se površina "a" vlečne palice ne dotakne vrha vlečnega čepa, s čimer orodje popolnoma potisne iz zožene luknje vretena, tako da ga lahko manipulator gladko odstrani. Z natančnim nadzorom hoda bata je mogoče natančno izvesti rahljanje in vpenjanje orodja, s čimer se izognemo težavam, kot so premajhen ali pretiran hod, ki lahko povzročijo ohlapno vpenjanje ali nezmožnost rahljanja orodja.
- Kontaktne napetosti in zahteve glede materiala: Ker 4 jeklene kroglice, stožčasta površina vlečnega čepa, površina luknje vretena in luknje, kjer se nahajajo jeklene kroglice, med delovnim procesom prenašajo precejšnje kontaktne napetosti, so glede materialov in trdote površine teh delov postavljene visoke zahteve. Da bi zagotovili enakomernost sile na jeklenih kroglicah, je treba strogo zagotoviti, da so luknje, kjer se nahajajo 4 jeklene kroglice, v isti ravnini. Običajno so ti ključni deli izdelani iz visoko trdnih, visoko trdih in obrabno odpornih materialov ter so podvrženi natančni obdelavi in toplotni obdelavi za izboljšanje njihove površinske trdote in odpornosti proti obrabi, kar zagotavlja, da lahko kontaktne površine različnih komponent ohranijo dobro delovno stanje med dolgotrajno in pogosto uporabo, zmanjšajo obrabo in deformacije ter podaljšajo življenjsko dobo mehanizma za odvijanje in vpenjanje orodja.
IV. Zaključek
Osnovna struktura in princip delovanja mehanizma za odvijanje in vpenjanje orodij v CNC obdelovalnih centrih tvorita kompleksen in dovršen sistem. Vsaka komponenta medsebojno sodeluje in se tesno usklajuje. Z natančno mehansko zasnovo in domiselnimi mehanskimi strukturami se doseže hitro in natančno vpenjanje in odvijanje orodij, kar zagotavlja učinkovito in avtomatizirano obdelavo v CNC obdelovalnih centrih. Poglobljeno razumevanje principa delovanja in ključnih tehničnih točk je zelo pomembno za načrtovanje, proizvodnjo, uporabo in vzdrževanje CNC obdelovalnih centrov. V prihodnjem razvoju se bo z nenehnim napredkom tehnologije CNC obdelave mehanizem za odvijanje in vpenjanje orodij vretena nenehno optimiziral in izboljševal, s čimer se bo dosegla večja natančnost, večja hitrost in zanesljivejše delovanje, da bi zadostila naraščajočim zahtevam visokokakovostne predelovalne industrije.