Princip rada alata vretena – otpuštanje i stezanje u CNC obradnim centrima
Sažetak: Ovaj rad detaljno razrađuje 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 unutarnji mehanizam ove ključne funkcije, pružiti teorijske reference relevantnom tehničkom osoblju, pomoći im da bolje razumiju i održavaju sustav vretena CNC obradnih centara te osigurati visoku učinkovitost 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 od velikog je 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 svornjak: Ugrađen na repu konusnog drška alata, ključna je spojna komponenta za vučnu šipku za zatezanje alata. Surađuje sa čeličnim kuglicama na vrhu vučne šipke kako bi se postiglo pozicioniranje i stezanje alata.
- Vučna šipka: Interakcijom s vučnim svornjakom putem čeličnih kuglica, prenosi vlačne i potisne sile kako bi se ostvarilo stezanje i otpuštanje alata. Njegovo kretanje kontroliraju 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 spojena na hidraulički sustav ili druge pogonske uređaje za pokretanje kretanja komponenti poput klipa.
- Belleville opruga: Sastavljena od više pari opružnih listova, ključna je komponenta za stvaranje sile zatezanja alata. Njena snažna elastična sila može osigurati da je alat stabilno fiksiran unutar konusnog otvora vretena tijekom procesa obrade, jamčeći točnost obrade.
- Sigurnosna matica: Koristi se za pričvršćivanje komponenti poput Belleville opruge kako bi se spriječilo njihovo otpuštanje tijekom radnog procesa i osigurala stabilnost i pouzdanost cijelog mehanizma za otpuštanje i stezanje alata.
- Podešavajuća pločica: Brušenjem podešavajuće pločice, stanje kontakta između vučne šipke i vučnog svornjaka na kraju hoda klipa može se precizno kontrolirati, 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 pogonska komponenta u mehanizmu za otpuštanje i stezanje alata. Pokretan hidrauličkim tlakom, pomiče se gore-dolje, a zatim pokreće vučnu šipku kako bi se ostvarilo stezanje i otpuštanje alata. Precizna kontrola njegovog hoda i potiska ključna je za cijeli proces otpuštanja i stezanja alata.
- Granične sklopke 9 i 10: Koriste se za slanje signala za stezanje i otpuštanje alata. Ovi signali se vraćaju CNC sustavu tako da sustav može precizno kontrolirati proces obrade, osigurati koordinirani napredak svakog procesa i izbjeći nezgode pri obradi uzrokovane pogrešnom procjenom stanja stezanja alata.
- Remenica: Slično remenici spomenutoj u točki 3. gore, sudjeluje u prijenosnom sustavu kako bi osigurala stabilan prijenos snage i omogućila svim komponentama mehanizma za otpuštanje i stezanje alata da rade zajedno prema unaprijed određenom programu.
- Završni poklopac: Igra ulogu zaštite i brtvljenja unutarnje strukture vretena, sprječavajući ulazak nečistoća poput prašine i strugotina u unutrašnjost vretena i utjecaj na normalan rad mehanizma za otpuštanje i stezanje alata. Istovremeno, pruža relativno stabilno radno okruženje za unutarnje 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 te osiguralo da održava visokoprecizno radno stanje tijekom dugotrajne upotrebe.
III. Princip rada
(I) Postupak stezanja alata
Kada je obradni centar u normalnom stanju obrade, nema hidrauličkog tlaka ulja na gornjem kraju klipa 8. U tom trenutku, spiralna opruga 7 je u prirodno ispruženom stanju, a njezina elastična sila pomiče klip 8 prema gore u određeni položaj. U međuvremenu, Bellevilleova opruga 4 također igra ulogu. Zbog vlastitih elastičnih karakteristika, Bellevilleova opruga 4 gura vučnu šipku 2 da se pomiče prema gore, tako da 4 čelične kuglice na glavi vučne šipke 2 ulaze u prstenasti utor na repu vučnog svornjaka 1 drške alata. Ugradnjom čeličnih kuglica, sila zatezanja Bellevilleove opruge 4 prenosi se na vučni svornjak 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, jamčeći točnost i stabilnost obrade.
(II) Postupak otpuštanja alata
Kada je potrebno promijeniti alat, hidraulički sustav se aktivira i hidrauličko 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 sinkrono kreće prema dolje. Kako se vučna šipka 2 pomiče prema dolje, čelične kuglice se odvajaju od prstenastog utora na repu vučnog svornjaka 1 drške alata i ulaze u prstenasti utor u gornjem dijelu stražnjeg konusnog otvora vretena. U tom trenutku, čelične kuglice više nemaju zadržavajući učinak na vučni svornjak 1 i alat se olabavljuje. Kada manipulator izvuče dršku alata iz vretena, komprimirani zrak će se ispuhati kroz središnje otvore klipa i vučne šipke kako bi se očistile nečistoće poput strugotine i prašine u konusnom otvoru vretena, pripremajući alat za sljedeću ugradnju.
(III) Uloga graničnih sklopki
Granične sklopke 9 i 10 igraju ključnu ulogu u povratnim informacijama signala tijekom procesa otpuštanja i stezanja alata. Kada je alat stegnut, promjena položaja relevantnih komponenti aktivira graničnu sklopku 9, a granična sklopka 9 odmah šalje signal stezanja alata CNC sustavu. Nakon primitka ovog signala, CNC sustav potvrđuje da je alat u stabilnom stanju stezanja i zatim može započeti sljedeće operacije obrade, poput rotacije vretena i pomaka alata. Slično tome, kada je akcija otpuštanja alata završena, aktivira se granična sklopka 10 i šalje signal otpuštanja alata CNC sustavu. U ovom trenutku, CNC sustav može upravljati manipulatorom kako bi izvršio operaciju izmjene alata kako bi se osigurala automatizacija i preciznost cijelog procesa izmjene alata.
(IV) Ključni parametri i točke projektiranja
- 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 za suočavanje s različitim silama rezanja i centrifugalnim silama koje djeluju na alat tijekom procesa obrade, osiguravajući stabilno fiksiranje alata unutar konusnog otvora vretena, sprječavajući pomicanje ili ispadanje alata tijekom procesa obrade, te time jamčeći točnost obrade i kvalitetu površine.
- Hod klipa: Prilikom promjene alata, hod klipa 8 iznosi 12 mm. Tijekom ovog hoda od 12 mm, kretanje klipa podijeljeno je u dvije faze. Prvo, nakon što se klip pomakne naprijed za oko 4 mm, počinje gurati vučnu šipku 2 dok čelične kuglice ne uđu u prstenasti utor Φ37 mm u gornjem dijelu konusnog otvora vretena. U tom trenutku alat se počinje otpuštati. Nakon toga, vučna šipka nastavlja se spuštati sve dok površina "a" vučne šipke ne dodirne vrh vučnog svornjaka, potpuno gurajući alat iz konusnog otvora vretena tako da manipulator može glatko ukloniti alat. Preciznim kontroliranjem 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.
- Kontaktno naprezanje i zahtjevi za materijal: Budući da 4 čelične kuglice, konusna površina zateznog svornjaka, površina rupe vretena i rupe u kojima se nalaze čelične kuglice nose znatno kontaktno naprezanje tijekom radnog procesa, postavljaju se visoki zahtjevi na materijale i površinsku tvrdoću ovih dijelova. Kako bi se osigurala konzistentnost sile na čeličnim kuglicama, rupe u kojima se nalaze 4 čelične kuglice moraju biti strogo u istoj ravnini. Obično će ovi ključni dijelovi usvojiti materijale visoke čvrstoće, visoke tvrdoće i otpornosti na habanje te će se podvrgnuti preciznoj obradi i toplinskoj obradi kako bi se poboljšala njihova površinska tvrdoća i otpornost na habanje, osiguravajući da kontaktne površine različitih komponenti mogu održati dobro radno stanje tijekom 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 tvore složen i sofisticiran sustav. Svaka komponenta surađuje i blisko koordinira jedna s drugom. Preciznim mehaničkim dizajnom i domišljatim mehaničkim strukturama postiže se brzo i točno stezanje i otpuštanje alata, što pruža snažno jamstvo za učinkovitu i automatiziranu obradu CNC obradnih centara. Dubinsko razumijevanje njegovog principa rada i ključnih tehničkih točaka od velikog je značaja za projektiranje, proizvodnju, korištenje i održavanje CNC obradnih centara. U budućem razvoju, s kontinuiranim napretkom CNC tehnologije obrade, mehanizam za otpuštanje i stezanje alata vretena također će se kontinuirano optimizirati i poboljšavati, krećući se prema većoj preciznosti, većoj brzini i pouzdanijim performansama kako bi se zadovoljili rastući zahtjevi vrhunske proizvodne industrije.