Principiul de funcționare al sculei cu ax principal – Slăbire și strângere în centrele de prelucrare CNC
Rezumat: Această lucrare detaliază structura de bază și principiul de funcționare al mecanismului de slăbire și prindere a sculelor pe axul principal din centrele de prelucrare CNC, inclusiv compoziția diferitelor componente, procesul de lucru și parametrii cheie. Scopul său este de a analiza în profunzime mecanismul intern al acestei funcții cruciale, de a oferi referințe teoretice personalului tehnic relevant, de a-i ajuta să înțeleagă și să întrețină mai bine sistemul de axuri al centrelor de prelucrare CNC și de a asigura o eficiență și o precizie ridicate ale procesului de prelucrare.
I. Introducere
Funcția de slăbire și fixare a sculelor axului în centrele de prelucrare este o bază importantă pentru centrele de prelucrare CNC pentru a realiza prelucrarea automatizată. Deși există anumite diferențe în structura și principiul său de funcționare între diferitele modele, cadrul de bază este similar. Cercetările aprofundate asupra principiului său de funcționare sunt de mare importanță pentru îmbunătățirea performanței centrelor de prelucrare, asigurarea calității prelucrării și optimizarea întreținerii echipamentelor.
II. Structura de bază
Mecanismul de slăbire și prindere a sculelor axului din centrele de prelucrare CNC constă în principal din următoarele componente:
- Știft de tracțiune: Instalat la coada tijei conice a sculei, este o componentă cheie de conectare pentru tija de tracțiune pentru a strânge scula. Acesta cooperează cu bilele de oțel din vârful tijei de tracțiune pentru a realiza poziționarea și fixarea sculei.
- Tijă de tracțiune: Prin interacțiunea cu știftul de tracțiune prin intermediul bilelor de oțel, aceasta transmite forțe de întindere și împingere pentru a realiza acțiunile de prindere și slăbire ale sculei. Mișcarea sa este controlată de piston și arcuri.
- Scripete: De obicei, servește ca o componentă intermediară pentru transmiterea puterii, în mecanismul de slăbire și prindere a sculelor axului, poate fi implicată în legăturile de transmisie care acționează mișcarea componentelor aferente. De exemplu, poate fi conectată la sistemul hidraulic sau la alte dispozitive de acționare pentru a acționa mișcarea componentelor, cum ar fi pistonul.
- Arc Belleville: Compus din mai multe perechi de lamele arcului, este o componentă cheie pentru generarea forței de tensionare a sculei. Forța sa elastică puternică poate asigura fixarea stabilă a sculei în orificiul conic al axului în timpul procesului de prelucrare, garantând precizia prelucrării.
- Piuliță de blocare: Folosită pentru a fixa componente precum arcul Belleville, pentru a preveni slăbirea acestora în timpul procesului de lucru și pentru a asigura stabilitatea și fiabilitatea întregului mecanism de slăbire și prindere a sculei.
- Șaibă de reglare: Prin rectificarea șaibei de reglare, starea de contact dintre tija de tracțiune și știftul de tracțiune la capătul cursei pistonului poate fi controlată cu precizie, asigurând slăbirea și strângerea lină a sculei. Aceasta joacă un rol crucial în reglarea de precizie a întregului mecanism de slăbire și prindere a sculei.
- Arc elicoidal: Acesta joacă un rol în procesul de slăbire a sculei și ajută la mișcarea pistonului. De exemplu, atunci când pistonul se mișcă în jos pentru a împinge tija de tracțiune pentru a slăbi scula, arcul elicoidal oferă o anumită forță elastică pentru a asigura fluiditatea și fiabilitatea acțiunii.
- Piston: Este componenta care transmite puterea în mecanismul de slăbire și prindere a sculei. Acționat de presiunea hidraulică, se mișcă în sus și în jos, apoi acționează tija de tracțiune pentru a realiza acțiunile de prindere și slăbire a sculei. Controlul precis al cursei și forței de împingere este crucial pentru întregul proces de slăbire și prindere a sculei.
- Comutatoarele de limită 9 și 10: Acestea sunt utilizate pentru a trimite semnale pentru strângerea și slăbirea sculei. Aceste semnale sunt transmise înapoi sistemului CNC, astfel încât sistemul să poată controla cu precizie procesul de prelucrare, să asigure progresul coordonat al fiecărui proces și să evite accidentele de prelucrare cauzate de evaluarea greșită a stării de strângere a sculei.
- Scripete: Similar scripetelui menționat la punctul 3 de mai sus, acesta participă împreună la sistemul de transmisie pentru a asigura transmiterea stabilă a puterii și pentru a permite tuturor componentelor mecanismului de slăbire și prindere a sculei să funcționeze în mod cooperativ conform programului predeterminat.
- Capac de capăt: Acesta joacă rolul de a proteja și etanșa structura internă a axului, împiedicând impuritățile precum praful și așchiile să pătrundă în interiorul axului și să afecteze funcționarea normală a mecanismului de slăbire și prindere a sculei. În același timp, oferă și un mediu de lucru relativ stabil pentru componentele interne.
- Șurub de reglare: Poate fi utilizat pentru a efectua ajustări fine ale pozițiilor sau spațiilor libere ale unor componente pentru a optimiza în continuare performanța mecanismului de slăbire și prindere a sculei și pentru a asigura menținerea unei stări de lucru de înaltă precizie în timpul utilizării pe termen lung.
III. Principiul de funcționare
(I) Procesul de prindere a sculelor
Când centrul de prelucrare se află în starea normală de prelucrare, nu există presiune a uleiului hidraulic la capătul superior al pistonului 8. În acest moment, arcul elicoidal 7 se află într-o stare extinsă natural, iar forța sa elastică face ca pistonul 8 să se deplaseze în sus, într-o poziție specifică. Între timp, arcul Belleville 4 joacă și el un rol. Datorită propriilor sale caracteristici elastice, arcul Belleville 4 împinge tija de tracțiune 2 să se deplaseze în sus, astfel încât cele 4 bile de oțel din capul tijei de tracțiune 2 intră în canelura inelară de la coada știftului de tracțiune 1 al tijei sculei. Odată cu încorporarea bilelor de oțel, forța de tensionare a arcului Belleville 4 este transmisă știftului de tracțiune 1 prin tija de tracțiune 2 și bilele de oțel, fixând astfel strâns tija sculei și realizând poziționarea precisă și fixarea fermă a sculei în orificiul conic al axului. Această metodă de prindere utilizează energia potențială elastică puternică a arcului Belleville și poate oferi o forță de tensionare suficientă pentru a se asigura că scula nu se va slăbi sub acțiunea forțelor de rotație și așchiere de mare viteză, garantând precizia și stabilitatea prelucrării.
(II) Procesul de slăbire a sculelor
Când este necesară schimbarea sculei, sistemul hidraulic este activat, iar uleiul hidraulic intră în capătul inferior al pistonului 8, generând o împingere ascendentă. Sub acțiunea împingerii hidraulice, pistonul 8 depășește forța elastică a arcului elicoidal 7 și începe să se miște în jos. Mișcarea descendentă a pistonului 8 împinge tija de tracțiune 2 să se miște în jos sincron. Pe măsură ce tija de tracțiune 2 se mișcă în jos, bilele de oțel se eliberează din canelura inelară de la coada știftului de tracțiune 1 al tijei sculei și intră în canelura inelară din partea superioară a orificiului conic posterior al axului. În acest moment, bilele de oțel nu mai au un efect de restricționare asupra știftului de tracțiune 1, iar scula este slăbită. Când manipulatorul trage tija sculei afară din ax, aer comprimat va ieși prin orificiile centrale ale pistonului și ale tijei de tracțiune pentru a curăța impuritățile precum așchiile și praful din orificiul conic al axului, pregătind următoarea instalare a sculei.
(III) Rolul întrerupătoarelor de limită
Comutatoarele de limită 9 și 10 joacă un rol crucial în feedback-ul semnalului pe tot parcursul procesului de slăbire și prindere a sculei. Când scula este fixată, schimbarea poziției componentelor relevante declanșează comutatorul de limită 9, iar comutatorul de limită 9 trimite imediat un semnal de prindere a sculei către sistemul CNC. După primirea acestui semnal, sistemul CNC confirmă că scula se află într-o stare de prindere stabilă și poate apoi începe operațiunile de prelucrare ulterioare, cum ar fi rotirea axului și avansul sculei. În mod similar, când acțiunea de slăbire a sculei este finalizată, comutatorul de limită 10 este declanșat și trimite un semnal de slăbire a sculei către sistemul CNC. În acest moment, sistemul CNC poate controla manipulatorul pentru a efectua operațiunea de schimbare a sculei, asigurând automatizarea și precizia întregului proces de schimbare a sculei.
(IV) Parametri cheie și puncte de proiectare
- Forță de tensionare: Centrul de prelucrare CNC utilizează un total de 34 de perechi (68 de bucăți) de arcuri Belleville, care pot genera o forță de tensionare puternică. În circumstanțe normale, forța de tensionare pentru strângerea sculei este de 10 kN și poate atinge un maxim de 13 kN. O astfel de proiectare a forței de tensionare este suficientă pentru a face față diferitelor forțe de așchiere și forțe centrifuge care acționează asupra sculei în timpul procesului de prelucrare, asigurând fixarea stabilă a sculei în orificiul conic al axului, împiedicând deplasarea sau căderea sculei în timpul procesului de prelucrare și garantând astfel precizia prelucrării și calitatea suprafeței.
- Cursa pistonului: La schimbarea sculei, cursa pistonului 8 este de 12 mm. În timpul acestei curse de 12 mm, mișcarea pistonului este împărțită în două etape. Mai întâi, după ce pistonul avansează aproximativ 4 mm, acesta începe să împingă tija de tracțiune 2 pentru a se deplasa până când bilele de oțel intră în canelura inelară de Φ37 mm din partea superioară a orificiului conic al axului. În acest moment, scula începe să se slăbească. Ulterior, tija de tracțiune continuă să coboare până când suprafața „a” a tijei de tracțiune intră în contact cu partea superioară a știftului de tracțiune, împingând complet scula în afara orificiului conic al axului, astfel încât manipulatorul să o poată scoate ușor. Prin controlul precis al cursei pistonului, acțiunile de slăbire și strângere a sculei pot fi efectuate cu precizie, evitând probleme precum cursa insuficientă sau excesivă care poate duce la strângere slăbită sau la incapacitatea de a slăbi sculei.
- Tensiunea de contact și cerințele materialelor: Deoarece cele 4 bile de oțel, suprafața conică a știftului de tracțiune, suprafața orificiului axului și găurile în care sunt amplasate bilele de oțel suportă o tensiune de contact considerabilă în timpul procesului de prelucrare, există cerințe ridicate privind materialele și duritatea suprafeței acestor piese. Pentru a asigura consecvența forței asupra bilelor de oțel, găurile în care sunt amplasate cele 4 bile de oțel trebuie să fie strict aliniate. De obicei, aceste piese cheie vor fi fabricate din materiale de înaltă rezistență, duritate ridicată și rezistență la uzură și vor fi supuse unor procese precise de prelucrare și tratament termic pentru a le îmbunătăți duritatea suprafeței și rezistența la uzură, asigurându-se că suprafețele de contact ale diferitelor componente își pot menține o stare bună de funcționare în timpul utilizării frecvente și pe termen lung, reducând uzura și deformarea și prelungind durata de viață a mecanismului de slăbire și prindere a sculelor.
IV. Concluzie
Structura de bază și principiul de funcționare al mecanismului de slăbire și prindere a sculelor pe axul principal din centrele de prelucrare CNC formează un sistem complex și sofisticat. Fiecare componentă cooperează și se coordonează strâns cu cealaltă. Prin proiectarea mecanică precisă și structurile mecanice ingenioase, se realizează o prindere și o slăbire rapidă și precisă a sculelor, oferind o garanție puternică pentru prelucrarea eficientă și automatizată a centrelor de prelucrare CNC. Înțelegerea aprofundată a principiului său de funcționare și a punctelor tehnice cheie este de o importanță deosebită pentru proiectarea, fabricarea, utilizarea și întreținerea centrelor de prelucrare CNC. În dezvoltarea viitoare, odată cu progresul continuu al tehnologiei de prelucrare CNC, mecanismul de slăbire și prindere a sculelor pe ax principal va fi, de asemenea, optimizat și îmbunătățit continuu, îndreptându-se către o precizie mai mare, o viteză mai mare și performanțe mai fiabile pentru a satisface cerințele tot mai mari ale industriei de producție de înaltă performanță.