Принцип на работа на шпинделния инструмент – разхлабване и затягане в CNC обработващи центри
Резюме: Тази статия разглежда подробно основната структура и принципа на работа на механизма за разхлабване и затягане на шпинделни инструменти в CNC обработващи центрове, включително състава на различните компоненти, работния процес и ключовите параметри. Целта ѝ е да анализира задълбочено вътрешния механизъм на тази важна функция, да предостави теоретични справки на съответния технически персонал, да им помогне да разберат и поддържат по-добре шпинделната система на CNC обработващите центрове и да гарантират висока ефективност и прецизност на процеса на обработка.
I. Въведение
Функцията за разхлабване и затягане на шпинделните инструменти в обработващите центрове е важна основа за CNC обработващите центрове за постигане на автоматизирана обработка. Въпреки че има известни разлики в структурата и принципа на работа между различните модели, основната рамка е сходна. Задълбочените изследвания на принципа на работа са от голямо значение за подобряване на производителността на обработващите центрове, осигуряване на качество на обработката и оптимизиране на поддръжката на оборудването.
II. Основна структура
Механизмът за разхлабване и затягане на шпинделни инструменти в CNC обработващите центрове се състои главно от следните компоненти:
- Опаковъчна шпилка: Монтирана в задната част на конусния корпус на инструмента, тя е ключов свързващ компонент за опъващата щанга, за да затегне инструмента. Тя взаимодейства със стоманените сачми в горната част на опъваща щанга, за да се постигне позиционирането и затягането на инструмента.
- Опънна щанга: Чрез взаимодействието с опънната шпилка посредством стоманени сачми, тя предава сили на опън и натиск, за да осъществи действията на затягане и разхлабване на инструмента. Движението ѝ се контролира от буталото и пружините.
- Ролка: Обикновено служи като междинен компонент за предаване на мощност в механизма за разхлабване и затягане на шпинделния инструмент и може да участва в трансмисионните звена, които задвижват движението на свързани компоненти. Например, може да бъде свързана с хидравличната система или други задвижващи устройства, за да задвижва движението на компоненти, като например буталото.
- Пружина Белвил: Състои се от множество двойки пружинни листове и е ключов компонент за генериране на силата на опъване на инструмента. Нейната мощна еластична сила може да гарантира, че инструментът е стабилно фиксиран в конусния отвор на шпиндела по време на процеса на обработка, гарантирайки точност на обработката.
- Заключваща гайка: Използва се за фиксиране на компоненти като пружината Белвил, за да се предотврати разхлабването им по време на работния процес и да се осигури стабилност и надеждност на целия механизъм за разхлабване и затягане на инструмента.
- Регулираща подложка: Чрез шлифоване на регулиращата подложка, състоянието на контакт между теглича и опъващия болт в края на хода на буталото може да се контролира прецизно, осигурявайки плавно разхлабване и затягане на инструмента. Тя играе решаваща роля за прецизното регулиране на целия механизъм за разхлабване и затягане на инструмента.
- Винтова пружина: Тя играе роля в процеса на разхлабване на инструмента и подпомага движението на буталото. Например, когато буталото се движи надолу, за да натисне щангата за разхлабване на инструмента, винтовата пружина осигурява определена еластична сила, за да осигури плавност и надеждност на действието.
- Бутало: Това е задвижващият компонент в механизма за разхлабване и затягане на инструмента. Задвижвано от хидравлично налягане, то се движи нагоре и надолу, след което задвижва теглича, за да осъществи действията на затягане и разхлабване на инструмента. Прецизният контрол на неговия ход и натиск е от решаващо значение за целия процес на разхлабване и затягане на инструмента.
- Крайни изключватели 9 и 10: Те се използват съответно за изпращане на сигнали за затягане и разхлабване на инструмента. Тези сигнали се подават обратно към CNC системата, така че тя да може прецизно да контролира процеса на обработка, да осигури координиран напредък на всеки процес и да избегне инциденти при обработка, причинени от неправилна преценка на състоянието на затягане на инструмента.
- Макара: Подобно на макарата, спомената в точка 3 по-горе, тя участва заедно в предавателната система, за да осигури стабилно предаване на мощност и да позволи на всички компоненти на механизма за разхлабване и затягане на инструмента да работят съвместно съгласно предварително определената програма.
- Краен капак: Той играе ролята на защита и уплътняване на вътрешната структура на шпиндела, предотвратявайки навлизането на замърсявания като прах и стружки във вътрешността на шпиндела и влияенето върху нормалната работа на механизма за разхлабване и затягане на инструмента. В същото време осигурява и относително стабилна работна среда за вътрешните компоненти.
- Регулиращ винт: Може да се използва за фино регулиране на позициите или хлабините на някои компоненти, за да се оптимизира допълнително работата на механизма за разхлабване и затягане на инструмента и да се гарантира, че той поддържа високопрецизно работно състояние по време на продължителна употреба.
III. Принцип на работа
(I) Процес на затягане на инструмента
Когато обработващият център е в нормално състояние на обработка, няма хидравлично налягане на маслото в горния край на бутало 8. В този момент спиралната пружина 7 е в естествено разтегнато състояние и нейната еластична сила кара буталото 8 да се движи нагоре до определена позиция. Междувременно, пружината Белвил 4 също играе роля. Поради собствените си еластични характеристики, пружината Белвил 4 избутва теглича 2 да се движи нагоре, така че 4-те стоманени топки в горната част на теглича 2 да влязат в пръстеновидния жлеб в задната част на опъващия шпиндел 1 на опашката на инструмента. С вграждането на стоманените топки, силата на опъване на пружината Белвил 4 се предава към теглича 1 през теглича 2 и стоманените топки, като по този начин здраво държи опашката на инструмента и осъществява прецизно позициониране и здраво затягане на инструмента в конусния отвор на шпиндела. Този метод на затягане използва мощната еластична потенциална енергия на пружината Белвил и може да осигури достатъчна сила на опъване, за да гарантира, че инструментът няма да се разхлаби под действието на високоскоростно въртене и сили на рязане, гарантирайки точността и стабилността на обработката.
(II) Процес на разхлабване на инструмента
Когато е необходимо да се смени инструментът, хидравличната система се активира и хидравличното масло навлиза в долния край на бутало 8, генерирайки натиск нагоре. Под действието на хидравличния натиск, буталото 8 преодолява еластичната сила на спиралната пружина 7 и започва да се движи надолу. Движението надолу на буталото 8 избутва теглича 2 да се движи надолу синхронно. Докато тегличът 2 се движи надолу, стоманените сачми се освобождават от пръстеновидния жлеб в задната част на теглича 1 на опашката на инструмента и навлизат в пръстеновидния жлеб в горната част на задния конусен отвор на шпиндела. В този момент стоманените сачми вече нямат ограничаващ ефект върху теглича 1 и инструментът се разхлабва. Когато манипулаторът издърпа опашката на инструмента от шпиндела, сгъстен въздух ще излезе през централните отвори на буталото и теглича, за да почисти замърсяванията като стружки и прах в конусен отвор на шпиндела, подготвяйки инструмента за следващия монтаж.
(III) Ролята на крайните изключватели
Крайните изключватели 9 и 10 играят ключова роля в обратната връзка по сигнала по време на процеса на разхлабване и затягане на инструмента. Когато инструментът е затегнат на място, промяната в позицията на съответните компоненти задейства крайния изключвател 9 и той незабавно изпраща сигнал за затягане на инструмента към CNC системата. След получаване на този сигнал, CNC системата потвърждава, че инструментът е в стабилно състояние на затягане и може да започне последващи операции по обработка, като например въртене на шпиндела и подаване на инструмента. По подобен начин, когато действието по разхлабване на инструмента е завършено, крайният изключвател 10 се задейства и изпраща сигнал за разхлабване на инструмента към CNC системата. В този момент CNC системата може да управлява манипулатора, за да извърши операцията по смяна на инструмента, за да осигури автоматизация и прецизност на целия процес на смяна на инструмента.
(IV) Ключови параметри и дизайнерски точки
- Сила на опъване: CNC обработващият център използва общо 34 чифта (68 броя) пружини Belleville, които могат да генерират мощна сила на опъване. При нормални обстоятелства силата на опъване за затягане на инструмента е 10 kN и може да достигне максимум 13 kN. Такава конструкция на силата на опъване е достатъчна, за да се справи с различни сили на рязане и центробежни сили, действащи върху инструмента по време на процеса на обработка, осигурявайки стабилно фиксиране на инструмента в конусния отвор на шпиндела, предотвратявайки изместване или падане на инструмента по време на процеса на обработка и по този начин гарантирайки точност на обработката и качество на повърхността.
- Ход на буталото: При смяна на инструмента, ходът на бутало 8 е 12 мм. По време на този 12-милиметров ход, движението на буталото е разделено на два етапа. Първо, след като буталото се придвижи с около 4 мм, то започва да натиска теглича 2, докато стоманените топки влязат в пръстеновидния жлеб Φ37 мм в горната част на конусния отвор на шпиндела. В този момент инструментът започва да се разхлабва. Впоследствие тегличът продължава да се спуска, докато повърхността „а“ на теглича не докосне горната част на теглича, като избутва инструмента напълно от конусния отвор на шпиндела, така че манипулаторът да може плавно да го извади. Чрез прецизно контролиране на хода на буталото, действията по разхлабване и затягане на инструмента могат да се извършват точно, като се избягват проблеми като недостатъчен или прекомерен ход, които могат да доведат до хлабаво затягане или невъзможност за разхлабване на инструмента.
- Контактно напрежение и изисквания към материалите: Тъй като 4-те стоманени сачми, коничната повърхност на опъната шпилка, повърхността на отвора на шпиндела и отворите, където са разположени стоманените сачми, носят значително контактно напрежение по време на работния процес, се поставят високи изисквания към материалите и повърхностната твърдост на тези части. За да се осигури постоянство на силата върху стоманените сачми, отворите, където са разположени 4-те стоманени сачми, трябва стриктно да се гарантира, че са в една и съща равнина. Обикновено тези ключови части се изработват от високоякостни, високо твърди и износоустойчиви материали и се подлагат на прецизна машинна обработка и термична обработка, за да се подобри повърхностната им твърдост и износоустойчивост. Това гарантира, че контактните повърхности на различните компоненти могат да поддържат добро работно състояние при продължителна и честа употреба, намалявайки износването и деформацията и удължавайки експлоатационния живот на механизма за разхлабване и затягане на инструмента.
IV. Заключение
Основната структура и принцип на работа на механизма за разхлабване и затягане на шпинделни инструменти в CNC обработващите центрове образуват сложна и усъвършенствана система. Всеки компонент си сътрудничи и се координира тясно помежду си. Чрез прецизен механичен дизайн и гениални механични конструкции се постига бързо и точно затягане и разхлабване на инструменти, което осигурява мощна гаранция за ефективна и автоматизирана обработка на CNC обработващите центрове. Задълбоченото разбиране на принципа на работа и ключовите технически точки е от голямо водещо значение за проектирането, производството, използването и поддръжката на CNC обработващите центрове. В бъдещото развитие, с непрекъснатия напредък на CNC технологията за обработка, механизмът за разхлабване и затягане на шпинделни инструменти също ще бъде непрекъснато оптимизиран и усъвършенстван, движейки се към по-висока прецизност, по-бърза скорост и по-надеждна работа, за да отговори на нарастващите изисквания на висококачествената производствена индустрия.