Принцип рада алата вретена – отпуштање и стезање у ЦНЦ обрадним центрима
Апстракт: Овај рад детаљно разрађује основну структуру и принцип рада механизма за отпуштање и стезање алата вретена у ЦНЦ обрадним центрима, укључујући састав различитих компоненти, радни процес и кључне параметре. Циљ му је да дубински анализира унутрашњи механизам ове кључне функције, пружи теоријске референце релевантном техничком особљу, помогне им да боље разумеју и одржавају систем вретена ЦНЦ обрадних центара и осигура високу ефикасност и прецизност процеса обраде.
I. Увод
Функција отпуштања и стезања алата вретена у обрадничким центрима је важна основа за CNC обрадне центре како би се постигла аутоматизована обрада. Иако постоје одређене разлике у структури и принципу рада међу различитим моделима, основни оквир је сличан. Детаљно истраживање принципа рада је од великог значаја за побољшање перформанси обрадничких центара, обезбеђивање квалитета обраде и оптимизацију одржавања опреме.
II. Основна структура
Механизам за отпуштање и стезање алата вретена у ЦНЦ обрадним центрима се углавном састоји од следећих компоненти:
- Вучни клин: Постављен на задњем делу конусног дршке алата, кључна је спојна компонента за вучну шипку ради затезања алата. Сарађује са челичним куглицама на врху вучне шипке како би се постигло позиционирање и стезање алата.
- Вучна шипка: Интеракцијом са вучним клином преко челичних куглица, преноси силе затезања и потиска како би се остварило стезање и отпуштање алата. Њено кретање контролишу клип и опруге.
- Котурница: Обично служи као међукомпонента за пренос снаге, у механизму за отпуштање и стезање алата вретена, може бити укључена у преносне везе које покрећу кретање повезаних компоненти. На пример, може бити повезана са хидрауличним системом или другим погонским уређајима за покретање кретања компоненти као што је клип.
- Белвил опружна трака: Састављена од више парова листова опружне траке, кључна је компонента за стварање силе затезања алата. Њена снажна еластична сила може осигурати да је алат стабилно фиксиран унутар конусног отвора вретена током процеса обраде, гарантујући тачност обраде.
- Закључавајућа навртка: Користи се за фиксирање компоненти као што је Белвил опруга како би се спречило њихово отпуштање током радног процеса и осигурала стабилност и поузданост целог механизма за отпуштање и стезање алата.
- Подешавајућа подлошка: Брушењем подлошке за подешавање, стање контакта између вучне шипке и вучног клина на крају хода клипа може се прецизно контролисати, обезбеђујући глатко отпуштање и затезање алата. Игра кључну улогу у прецизном подешавању целог механизма за отпуштање и стезање алата.
- Спирална опруга: Игра улогу у процесу отпуштања алата и помаже кретању клипа. На пример, када се клип помера надоле да би гурнуо повлачну шипку за отпуштање алата, спирална опруга пружа одређену еластичну силу како би се осигурала глаткоћа и поузданост деловања.
- Клип: То је покретачка компонента у механизму за отпуштање и стезање алата. Покретан хидрауличним притиском, креће се горе-доле, а затим покреће повлачну шипку како би се оствариле акције стезања и отпуштања алата. Прецизна контрола његовог хода и потиска је кључна за цео процес отпуштања и стезања алата.
- Гранични прекидачи 9 и 10: Они се користе за слање сигнала за стезање и отпуштање алата. Ови сигнали се враћају у CNC систем тако да систем може прецизно да контролише процес обраде, обезбеди координисан напредак сваког процеса и избегне незгоде при обради изазване погрешном проценом стања стезања алата.
- Котурница: Слично котурници поменутој у тачки 3 изнад, учествује у систему преноса заједно како би се осигурао стабилан пренос снаге и омогућило да све компоненте механизма за отпуштање и стезање алата раде заједно према унапред одређеном програму.
- Завршни поклопац: Игра улогу заштите и заптивања унутрашње структуре вретена, спречавајући нечистоће попут прашине и струготине да уђу у унутрашњост вретена и утичу на нормалан рад механизма за отпуштање и стезање алата. Истовремено, обезбеђује и релативно стабилно радно окружење за унутрашње компоненте.
- Подешавајући вијак: Може се користити за фино подешавање положаја или зазора неких компоненти како би се додатно оптимизовале перформансе механизма за отпуштање и стезање алата и осигурало да одржава високо прецизно радно стање током дуготрајне употребе.
III. Принцип рада
(I) Процес стезања алата
Када је обрадни центар у нормалном стању обраде, нема притиска хидрауличног уља на горњем крају клипа 8. У овом тренутку, спирална опруга 7 је у природно растегнутом стању, а њена еластична сила помера клип 8 нагоре до одређеног положаја. У међувремену, Белвилова опруга 4 такође игра улогу. Због својих еластичних карактеристика, Белвилова опруга 4 гура вучну шипку 2 да се помера нагоре, тако да 4 челичне куглице на врху вучне шипке 2 улазе у прстенасти жлеб на крају вучног клина 1 дршке алата. Са уградњом челичних куглица, сила затезања Белвилове опруге 4 се преноси на вучни клин 1 преко вучне шипке 2 и челичних куглица, чиме се чврсто држи дршка алата и остварује прецизно позиционирање и чврсто стезање алата унутар конусног отвора вретена. Ова метода стезања користи снажну еластичну потенцијалну енергију Белвилове опруге и може да обезбеди довољну силу затезања како би се осигурало да се алат неће олабавити под дејством брзих ротација и сила резања, гарантујући тачност и стабилност обраде.
(II) Процес отпуштања алата
Када је потребно променити алат, хидраулични систем се активира и хидраулично уље улази у доњи крај клипа 8, стварајући потисак навише. Под дејством хидрауличног потиска, клип 8 савладава еластичну силу спиралне опруге 7 и почиње да се креће надоле. Кретање клипа 8 надоле гура вучну шипку 2 да се синхроно креће надоле. Како се вучна шипка 2 креће надоле, челичне куглице се одвајају од прстенастог жлеба на крају вучног клина 1 дршке алата и улазе у прстенасти жлеб у горњем делу задњег конусног отвора вретена. У овом тренутку, челичне куглице више немају задржавајући ефекат на вучни клин 1 и алат се олабавља. Када манипулатор извуче дршку алата из вретена, компримовани ваздух ће издувати кроз централне отворе клипа и вучне шипке како би очистио нечистоће попут струготина и прашине у конусном отвору вретена, припремајући га за следећу уградњу алата.
(III) Улога граничних прекидача
Гранични прекидачи 9 и 10 играју кључну улогу у повратним информацијама о сигналу током процеса отпуштања и стезања алата. Када је алат стегнут на месту, промена положаја релевантних компоненти активира гранични прекидач 9, а гранични прекидач 9 одмах шаље сигнал стезања алата CNC систему. Након пријема овог сигнала, CNC систем потврђује да је алат у стабилном стању стезања и затим може да започне наредне операције обраде, као што су ротација вретена и помак алата. Слично томе, када је акција отпуштања алата завршена, гранични прекидач 10 се активира и шаље сигнал отпуштања алата CNC систему. У овом тренутку, CNC систем може да контролише манипулатор како би извршио операцију промене алата и осигурао аутоматизацију и прецизност целог процеса промене алата.
(IV) Кључни параметри и тачке дизајна
- Сила затезања: CNC обрадни центар користи укупно 34 пара (68 комада) Белвил опруга, које могу генерисати снажну силу затезања. У нормалним околностима, сила затезања за затезање алата је 10 kN, а може достићи максимално 13 kN. Такав дизајн силе затезања је довољан да се носи са различитим силама резања и центрифугалним силама које делују на алат током процеса обраде, обезбеђујући стабилно фиксирање алата унутар конусног отвора вретена, спречавајући померање или испадање алата током процеса обраде, и тиме гарантујући тачност обраде и квалитет површине.
- Ход клипа: Приликом промене алата, ход клипа 8 је 12 мм. Током овог хода од 12 мм, кретање клипа је подељено у две фазе. Прво, након што се клип помери око 4 мм, почиње да гура вучну шипку 2 да се помера док челичне куглице не уђу у прстенасти жлеб пречника Φ37 мм у горњем делу конусног отвора вретена. У овом тренутку, алат почиње да се отпушта. Након тога, вучна шипка наставља да се спушта док површина „а“ вучне шипке не додирне врх вучног клина, потпуно гурајући алат из конусног отвора вретена тако да манипулатор може глатко да уклони алат. Прецизном контролом хода клипа, радње отпуштања и стезања алата могу се прецизно извршити, избегавајући проблеме као што су недовољан или прекомерни ход који могу довести до лабавог стезања или немогућности отпуштања алата.
- Контактни напон и захтеви за материјал: Пошто 4 челичне куглице, конусни део затезног клина, површина отвора вретена и отвори у којима се налазе челичне куглице носе значајан контактни напон током радног процеса, постављају се високи захтеви на материјале и површинску тврдоћу ових делова. Да би се осигурала конзистентност силе на челичним куглицама, рупе у којима се налазе 4 челичне куглице морају бити у истој равни. Обично се ови кључни делови израђују од материјала високе чврстоће, високе тврдоће и отпорности на хабање и подвргавају се прецизним процесима машинске обраде и термичке обраде како би се побољшала њихова површинска тврдоћа и отпорност на хабање, осигуравајући да контактне површине различитих компоненти могу да одрже добро радно стање током дуготрајне и честе употребе, смањујући хабање и деформације и продужавајући век трајања механизма за отпуштање и стезање алата.
IV. Закључак
Основна структура и принцип рада механизма за отпуштање и стезање алата вретена у ЦНЦ обрадним центрима чине сложен и софистициран систем. Свака компонента сарађује и блиско координира једна са другом. Прецизним механичким дизајном и генијалним механичким структурама постиже се брзо и прецизно стезање и отпуштање алата, пружајући снажну гаранцију за ефикасну и аутоматизовану обраду ЦНЦ обрадних центара. Детаљно разумевање принципа рада и кључних техничких тачака је од великог значаја за пројектовање, производњу, употребу и одржавање ЦНЦ обрадних центара. У будућем развоју, са континуираним напретком ЦНЦ технологије обраде, механизам за отпуштање и стезање алата вретена ће се такође континуирано оптимизовати и побољшавати, крећући се ка већој прецизности, већој брзини и поузданијим перформансама како би се задовољиле растуће потребе индустрије високе производње.