Принцип работы шпиндельного инструмента – ослабление и зажим в обрабатывающих центрах с ЧПУ
Аннотация: В данной статье подробно рассматриваются базовая конструкция и принцип работы механизма ослабления и зажима шпиндельного инструмента в обрабатывающих центрах с ЧПУ, включая состав различных компонентов, рабочий процесс и ключевые параметры. Целью статьи является глубокий анализ внутреннего механизма этой важнейшей функции, предоставление теоретических рекомендаций для соответствующего технического персонала, помощь в понимании и обслуживании шпиндельной системы обрабатывающих центров с ЧПУ, а также обеспечение высокой эффективности и точности процесса обработки.
I. Введение
Функция ослабления и зажима инструмента в шпиндельных обрабатывающих центрах является важной основой для автоматизированной обработки на обрабатывающих центрах с ЧПУ. Несмотря на некоторые различия в конструкции и принципе работы различных моделей, базовая концепция схожа. Глубокое исследование принципа работы имеет большое значение для повышения производительности обрабатывающих центров, обеспечения качества обработки и оптимизации технического обслуживания оборудования.
II. Базовая структура
Механизм ослабления и зажима шпиндельного инструмента в обрабатывающих центрах с ЧПУ в основном состоит из следующих компонентов:
- Тяговый штифт: устанавливается на конце конического хвостовика инструмента и является ключевым соединительным элементом тяги, используемой для затягивания инструмента. Взаимодействуя со стальными шариками в головке тяги, он обеспечивает позиционирование и фиксацию инструмента.
- Тяговый стержень: взаимодействуя со стержнем через стальные шарики, он передает растягивающие и толкающие усилия, обеспечивая зажим и ослабление инструмента. Его движение управляется поршнем и пружинами.
- Шкив: обычно служит промежуточным звеном для передачи мощности в механизме зажима и ослабления шпиндельного инструмента. Он может быть частью передаточных звеньев, приводящих в движение соответствующие компоненты. Например, он может быть подключен к гидравлической системе или другим приводным устройствам для приведения в движение таких компонентов, как поршень.
- Тарельчатая пружина: состоит из нескольких пар листов и является ключевым компонентом, создающим силу натяжения инструмента. Её высокая упругость обеспечивает стабильную фиксацию инструмента в коническом отверстии шпинделя во время обработки, гарантируя точность.
- Стопорная гайка: используется для фиксации таких компонентов, как тарельчатая пружина, чтобы предотвратить их ослабление в процессе работы и обеспечить устойчивость и надежность всего механизма ослабления и зажима инструмента.
- Регулировочная шайба: шлифовка регулировочной шайбы позволяет точно контролировать контакт между тягой и тяговым штифтом в конце хода поршня, обеспечивая плавное ослабление и затягивание инструмента. Она играет решающую роль в точной регулировке всего механизма ослабления и зажима инструмента.
- Винтовая пружина: участвует в процессе ослабления инструмента и способствует движению поршня. Например, когда поршень движется вниз, чтобы толкнуть тягу и ослабить инструмент, винтовая пружина обеспечивает определённую силу упругости, обеспечивая плавность и надёжность работы.
- Поршень: это исполнительный элемент механизма ослабления и зажима инструмента. Под действием гидравлического давления он перемещается вверх и вниз, а затем приводит в движение тягу, осуществляя зажим и ослабление инструмента. Точный контроль его хода и усилия имеет решающее значение для всего процесса ослабления и зажима инструмента.
- Концевые выключатели 9 и 10: используются для подачи сигналов на зажим и ослабление инструмента соответственно. Эти сигналы передаются обратно в систему ЧПУ, что позволяет ей точно контролировать процесс обработки, обеспечивать координацию каждого процесса и предотвращать несчастные случаи, вызванные неверной оценкой состояния зажима инструмента.
- Шкив: Подобно шкиву, упомянутому в пункте 3 выше, он участвует в системе трансмиссии, обеспечивая стабильную передачу мощности и позволяя всем компонентам механизма ослабления и зажима инструмента работать совместно в соответствии с заданной программой.
- Торцевая крышка: защищает и герметизирует внутреннюю структуру шпинделя, предотвращая попадание внутрь него посторонних частиц, таких как пыль и стружка, и препятствуя нормальной работе механизма отсоединения и зажима инструмента. Кроме того, она обеспечивает относительно стабильную рабочую среду для внутренних компонентов.
- Регулировочный винт: может использоваться для точной регулировки положений или зазоров некоторых компонентов с целью дальнейшей оптимизации производительности механизма ослабления и зажима инструмента и обеспечения поддержания высокоточного рабочего состояния при длительном использовании.
III. Принцип работы
(I) Процесс зажима инструмента
Когда обрабатывающий центр находится в нормальном состоянии обработки, на верхнем конце поршня 8 нет давления гидравлического масла. В это время спиральная пружина 7 находится в естественном состоянии, и ее упругая сила заставляет поршень 8 двигаться вверх в определенное положение. Между тем, тарельчатая пружина 4 также играет свою роль. Благодаря своим собственным упругим свойствам тарельчатая пружина 4 толкает тягу 2 вверх, так что 4 стальных шарика в головке тяги 2 входят в кольцевую канавку в хвостовой части тягового стержня хвостовика инструмента 1. С внедрением стальных шариков усилие натяжения тарельчатой пружины 4 передается на тяговый стержень 1 через тягу 2 и стальные шарики, тем самым надежно удерживая хвостовик инструмента и реализуя точное позиционирование и надежный зажим инструмента в коническом отверстии шпинделя. Данный метод зажима использует мощную упругую потенциальную энергию тарельчатой пружины и может обеспечить достаточное усилие натяжения, чтобы гарантировать, что инструмент не ослабнет под действием высокоскоростного вращения и сил резания, гарантируя точность и стабильность обработки.
(II) Процесс ослабления инструмента
При необходимости замены инструмента активируется гидравлическая система, и гидравлическое масло поступает в нижний конец поршня 8, создавая восходящий толчок. Под действием гидравлического толчка поршень 8 преодолевает упругость пружины 7 и начинает двигаться вниз. Движение поршня 8 вниз синхронно толкает вниз тягу 2. При движении тяги 2 вниз стальные шарики выходят из кольцевой канавки на хвостовике тягового стержня 1 хвостовика инструмента и входят в кольцевую канавку в верхней части заднего конического отверстия шпинделя. В этот момент стальные шарики перестают оказывать удерживающее воздействие на тяговый стержень 1, и инструмент освобождается. Когда манипулятор вытягивает хвостовик инструмента из шпинделя, сжатый воздух выдувается через центральные отверстия поршня и тягового стержня, очищая коническое отверстие шпинделя от стружки и пыли, подготавливая инструмент к установке следующего инструмента.
(III) Роль концевых выключателей
Концевые выключатели 9 и 10 играют решающую роль в обеспечении обратной связи в процессе ослабления и закрепления инструмента. При закреплении инструмента изменение положения соответствующих компонентов активирует концевой выключатель 9, который немедленно посылает сигнал о закреплении инструмента в систему ЧПУ. Получив этот сигнал, система ЧПУ подтверждает, что инструмент находится в стабильном состоянии закрепления, и может начать последующие операции обработки, такие как вращение шпинделя и подача инструмента. Аналогично, после завершения ослабления инструмента срабатывает концевой выключатель 10, который посылает сигнал о закреплении инструмента в систему ЧПУ. В этот момент система ЧПУ может управлять манипулятором для выполнения операции смены инструмента, обеспечивая автоматизацию и точность всего процесса смены инструмента.
(IV) Ключевые параметры и проектные точки
- Сила натяжения: обрабатывающий центр с ЧПУ использует в общей сложности 34 пары (68 шт.) тарельчатых пружин, которые обеспечивают мощное натяжение. В обычных условиях сила натяжения инструмента составляет 10 кН, а максимальная — 13 кН. Такая конструкция силы натяжения позволяет выдерживать различные силы резания и центробежные силы, действующие на инструмент в процессе обработки, обеспечивая стабильную фиксацию инструмента в коническом отверстии шпинделя, предотвращая его смещение или выпадение во время обработки, что гарантирует точность обработки и качество поверхности.
- Ход поршня: При смене инструмента ход поршня 8 составляет 12 мм. В течение этого 12-миллиметрового хода движение поршня делится на два этапа. Сначала, после того как поршень продвигается примерно на 4 мм, он начинает толкать тягу 2, чтобы она перемещалась до тех пор, пока стальные шарики не войдут в кольцевую канавку Φ37 мм в верхней части конического отверстия шпинделя. В это время инструмент начинает ослабевать. Затем тяга продолжает опускаться до тех пор, пока поверхность «a» тяги не коснется верхней части тягового стержня, полностью выталкивая инструмент из конического отверстия шпинделя, чтобы манипулятор мог плавно извлечь инструмент. Благодаря точному управлению ходом поршня, действия по ослаблению и зажиму инструмента могут быть выполнены точно, избегая таких проблем, как недостаточный или чрезмерный ход, которые могут привести к ослаблению зажима или невозможности ослабления инструмента.
- Контактное напряжение и требования к материалу: Поскольку 4 стальных шарика, коническая поверхность тягового стержня, поверхность отверстия шпинделя и отверстия, где расположены стальные шарики, испытывают значительные контактные напряжения во время работы, к материалам и твердости поверхности этих деталей предъявляются высокие требования. Чтобы обеспечить постоянство силы на стальных шариках, отверстия, где расположены 4 стальных шарика, должны строго находиться в одной плоскости. Обычно эти ключевые детали изготавливаются из высокопрочных, твердоватых и износостойких материалов и подвергаются точной механической и термической обработке для повышения твердости поверхности и износостойкости, гарантируя, что контактные поверхности различных компонентов могут сохранять хорошее рабочее состояние при длительном и частом использовании, уменьшая износ и деформацию, а также продлевая срок службы механизма ослабления и зажима инструмента.
IV. Заключение
Базовая структура и принцип работы механизма ослабления и зажима инструмента шпинделя в обрабатывающих центрах с ЧПУ образуют сложную и сложную систему. Все компоненты взаимодействуют и тесно координируются друг с другом. Благодаря точному механическому проектированию и оригинальным механическим конструкциям достигается быстрый и точный зажим и ослабление инструмента, обеспечивая мощную гарантию эффективной и автоматизированной обработки на обрабатывающих центрах с ЧПУ. Глубокое понимание его принципа работы и ключевых технических моментов имеет большое руководящее значение для проектирования, производства, эксплуатации и обслуживания обрабатывающих центров с ЧПУ. В будущем развитии, с непрерывным прогрессом технологии обработки с ЧПУ, механизм ослабления и зажима инструмента шпинделя также будет постоянно оптимизироваться и совершенствоваться, двигаясь в сторону более высокой точности, более высокой скорости и более надежной производительности для удовлетворения растущих требований высокотехнологичной обрабатывающей промышленности.