Princip rada alata vretena – otpuštanje i stezanje u CNC obradnim centrima
Sažetak: Ovaj rad detaljno obrađuje osnovnu strukturu i princip rada mehanizma za otpuštanje i stezanje alata vretena u CNC obradnim centrima, uključujući sastav različitih komponenti, radni proces i ključne parametre. Cilj mu je dubinski analizirati unutrašnji mehanizam ove ključne funkcije, pružiti teorijske reference relevantnom tehničkom osoblju, pomoći im da bolje razumiju i održavaju sistem vretena CNC obradnih centara, te osigurati visoku efikasnost i preciznost procesa obrade.
I. Uvod
Funkcija otpuštanja i stezanja alata vretena u obradnim centrima važna je osnova za CNC obradne centre kako bi se postigla automatizirana obrada. Iako postoje određene razlike u strukturi i principu rada među različitim modelima, osnovni okvir je sličan. Dubinsko istraživanje principa rada je od velikog značaja za poboljšanje performansi obradnih centara, osiguranje kvalitete obrade i optimizaciju održavanja opreme.
II. Osnovna struktura
Mehanizam za otpuštanje i stezanje alata vretena u CNC obradnim centrima uglavnom se sastoji od sljedećih komponenti:
- Vučni klin: Instaliran na kraju konusnog drška alata, ključna je spojna komponenta za vučnu šipku koja zateže alat. Surađuje sa čeličnim kuglicama na vrhu vučne šipke kako bi se postiglo pozicioniranje i stezanje alata.
- Vučna šipka: Interakcijom sa vučnim klinom putem čeličnih kuglica, prenosi sile zatezanja i potiska kako bi se ostvarilo djelovanje stezanja i otpuštanja alata. Njeno kretanje kontrolišu klip i opruge.
- Remenica: Obično služi kao međukomponenta za prijenos snage, u mehanizmu za otpuštanje i stezanje alata vretena, može biti uključena u prijenosne veze koje pokreću kretanje povezanih komponenti. Na primjer, može biti povezana s hidrauličkim sistemom ili drugim pogonskim uređajima za pokretanje kretanja komponenti kao što je klip.
- Belleville opruga: Sastavljena od više pari opružnih listova, ključna je komponenta za generiranje sile zatezanja alata. Njena snažna elastična sila može osigurati da je alat stabilno fiksiran unutar konusnog otvora vretena tokom procesa obrade, garantirajući preciznost obrade.
- Sigurnosna matica: Koristi se za fiksiranje komponenti poput Belleville opruge kako bi se spriječilo njihovo otpuštanje tokom radnog procesa i osigurala stabilnost i pouzdanost cijelog mehanizma za otpuštanje i stezanje alata.
- Podešavajuća pločica: Brušenjem podešavajuće pločice, kontaktno stanje između vučne šipke i vučnog klina na kraju hoda klipa može se precizno kontrolisati, osiguravajući glatko otpuštanje i zatezanje alata. Igra ključnu ulogu u preciznom podešavanju cijelog mehanizma za otpuštanje i stezanje alata.
- Spiralna opruga: Igra ulogu u procesu otpuštanja alata i pomaže kretanju klipa. Na primjer, kada se klip pomiče prema dolje kako bi gurnuo vučnu šipku za otpuštanje alata, spiralna opruga pruža određenu elastičnu silu kako bi se osigurala glatkoća i pouzdanost djelovanja.
- Klip: To je komponenta koja izvršava snagu u mehanizmu za otpuštanje i stezanje alata. Pokretan hidrauličkim pritiskom, pomiče se gore-dolje, a zatim pokreće vučnu šipku kako bi ostvario radnje stezanja i otpuštanja alata. Precizna kontrola njegovog hoda i potiska ključna je za cijeli proces otpuštanja i stezanja alata.
- Granični prekidači 9 i 10: Oni se redom koriste za slanje signala za stezanje i otpuštanje alata. Ovi signali se vraćaju CNC sistemu tako da sistem može precizno kontrolisati proces obrade, osigurati koordiniran napredak svakog procesa i izbjeći nezgode pri obradi uzrokovane pogrešnom procjenom stanja stezanja alata.
- Kotur: Slično koturima spomenutim u tački 3 iznad, zajedno sudjeluje u prijenosnom sistemu kako bi se osigurao stabilan prijenos snage i omogućilo svim komponentama mehanizma za otpuštanje i stezanje alata da rade zajedno prema unaprijed određenom programu.
- Završni poklopac: Igra ulogu zaštite i zaptivanja unutrašnje strukture vretena, sprječavajući ulazak nečistoća poput prašine i strugotine u unutrašnjost vretena i utjecaj na normalan rad mehanizma za otpuštanje i stezanje alata. Istovremeno, pruža i relativno stabilno radno okruženje za unutrašnje komponente.
- Vijak za podešavanje: Može se koristiti za fino podešavanje položaja ili zazora nekih komponenti kako bi se dodatno optimizirale performanse mehanizma za otpuštanje i stezanje alata i osiguralo da održava visokoprecizno radno stanje tokom dugotrajne upotrebe.
III. Princip rada
(I) Proces stezanja alata
Kada se obradni centar nalazi u normalnom stanju obrade, nema pritiska hidrauličkog ulja na gornjem kraju klipa 8. U ovom trenutku, spiralna opruga 7 je u prirodno ispruženom stanju, a njena elastična sila pomiče klip 8 prema gore u određeni položaj. U međuvremenu, Belleville opruga 4 također igra ulogu. Zbog svojih elastičnih karakteristika, Belleville opruga 4 gura vučnu šipku 2 da se pomiče prema gore, tako da 4 čelične kuglice na vrhu vučne šipke 2 ulaze u prstenasti žlijeb na repu vučnog klina 1 drške alata. Ugradnjom čeličnih kuglica, sila zatezanja Belleville opruge 4 prenosi se na vučni klin 1 kroz vučnu šipku 2 i čelične kuglice, čime se čvrsto drži drška alata i ostvaruje precizno pozicioniranje i čvrsto stezanje alata unutar konusnog otvora vretena. Ova metoda stezanja koristi snažnu elastičnu potencijalnu energiju Belleville opruge i može osigurati dovoljnu silu zatezanja kako bi se osiguralo da se alat neće olabaviti pod djelovanjem sila rotacije i rezanja velikom brzinom, garantirajući tačnost i stabilnost obrade.
(II) Proces otpuštanja alata
Kada je potrebno promijeniti alat, hidraulični sistem se aktivira i hidraulično ulje ulazi u donji kraj klipa 8, stvarajući potisak prema gore. Pod djelovanjem hidrauličkog potiska, klip 8 savladava elastičnu silu spiralne opruge 7 i počinje se kretati prema dolje. Kretanje klipa 8 prema dolje gura vučnu šipku 2 da se sinhrono kreće prema dolje. Kako se vučna šipka 2 pomiče prema dolje, čelične kuglice se odvajaju od prstenastog žlijeba na repu vučnog klina 1 drške alata i ulaze u prstenasti žlijeb u gornjem dijelu stražnjeg konusnog otvora vretena. U ovom trenutku, čelične kuglice više nemaju ograničavajući učinak na vučni klin 1 i alat se olabavljuje. Kada manipulator izvuče dršku alata iz vretena, komprimirani zrak će izaći kroz središnje otvore klipa i vučne šipke kako bi očistio nečistoće poput strugotine i prašine u konusnom otvoru vretena, pripremajući alat za sljedeću ugradnju.
(III) Uloga graničnih prekidača
Granični prekidači 9 i 10 igraju ključnu ulogu u povratnim informacijama signala tokom procesa otpuštanja i stezanja alata. Kada je alat stegnut, promjena položaja relevantnih komponenti aktivira granični prekidač 9, a granični prekidač 9 odmah šalje signal stezanja alata CNC sistemu. Nakon prijema ovog signala, CNC sistem potvrđuje da je alat u stabilnom stanju stezanja i zatim može započeti sljedeće operacije obrade, kao što su rotacija vretena i pomicanje alata. Slično tome, kada je akcija otpuštanja alata završena, aktivira se granični prekidač 10 i šalje signal otpuštanja alata CNC sistemu. U ovom trenutku, CNC sistem može kontrolisati manipulator kako bi izvršio operaciju izmjene alata i osigurao automatizaciju i preciznost cijelog procesa izmjene alata.
(IV) Ključni parametri i dizajnerske tačke
- Sila zatezanja: CNC obradni centar koristi ukupno 34 para (68 komada) Belleville opruga, koje mogu generirati snažnu silu zatezanja. U normalnim okolnostima, sila zatezanja za zatezanje alata je 10 kN, a može doseći maksimalno 13 kN. Takav dizajn sile zatezanja dovoljan je da se nosi s različitim silama rezanja i centrifugalnim silama koje djeluju na alat tokom procesa obrade, osiguravajući stabilno fiksiranje alata unutar konusnog otvora vretena, sprječavajući pomicanje ili ispadanje alata tokom procesa obrade, te time garantirajući tačnost obrade i kvalitet površine.
- Hod klipa: Prilikom promjene alata, hod klipa 8 iznosi 12 mm. Tokom ovog hoda od 12 mm, kretanje klipa je podijeljeno u dvije faze. Prvo, nakon što se klip pomakne naprijed za oko 4 mm, počinje gurati vučnu šipku 2 da se pomiče sve dok čelične kuglice ne uđu u prstenasti žlijeb Φ37 mm u gornjem dijelu konusnog otvora vretena. U ovom trenutku, alat počinje da se otpušta. Nakon toga, vučna šipka nastavlja da se spušta sve dok površina "a" vučne šipke ne dodirne vrh vučnog klina, potpuno gurajući alat iz konusnog otvora vretena tako da manipulator može glatko ukloniti alat. Preciznom kontrolom hoda klipa, radnje otpuštanja i stezanja alata mogu se precizno izvršiti, izbjegavajući probleme poput nedovoljnog ili prekomjernog hoda koji mogu dovesti do labavog stezanja ili nemogućnosti otpuštanja alata.
- Kontaktni napon i zahtjevi za materijal: Budući da 4 čelične kuglice, konusna površina zateznog klina, površina otvora vretena i otvori u kojima se nalaze čelične kuglice podnose značajan kontaktni napon tokom radnog procesa, postavljaju se visoki zahtjevi na materijale i površinsku tvrdoću ovih dijelova. Da bi se osigurala konzistentnost sile na čeličnim kuglicama, otvori u kojima se nalaze 4 čelične kuglice moraju biti strogo u istoj ravni. Obično se ovi ključni dijelovi izrađuju od materijala visoke čvrstoće, visoke tvrdoće i otpornosti na habanje te se podvrgavaju preciznoj obradi i termičkoj obradi kako bi se poboljšala njihova površinska tvrdoća i otpornost na habanje, osiguravajući da kontaktne površine različitih komponenti mogu održati dobro radno stanje tokom dugotrajne i česte upotrebe, smanjujući habanje i deformacije te produžujući vijek trajanja mehanizma za otpuštanje i stezanje alata.
IV. Zaključak
Osnovna struktura i princip rada mehanizma za otpuštanje i stezanje alata vretena u CNC obradnim centrima formiraju složen i sofisticiran sistem. Svaka komponenta sarađuje i blisko koordinira jedna s drugom. Preciznim mehaničkim dizajnom i genijalnim mehaničkim strukturama postiže se brzo i precizno stezanje i otpuštanje alata, pružajući snažnu garanciju za efikasnu i automatiziranu obradu CNC obradnih centara. Dubinsko razumijevanje njegovog principa rada i ključnih tehničkih tačaka je od velikog značaja za dizajn, proizvodnju, upotrebu i održavanje CNC obradnih centara. U budućem razvoju, s kontinuiranim napretkom CNC tehnologije obrade, mehanizam za otpuštanje i stezanje alata vretena će se također kontinuirano optimizirati i poboljšavati, krećući se prema većoj preciznosti, većoj brzini i pouzdanijim performansama kako bi se zadovoljili rastući zahtjevi industrije visoke proizvodnje.