Arbetsprincip för spindelverktyg – lossning och fastspänning i CNC-bearbetningscenter
Sammanfattning: Denna artikel beskriver i detalj den grundläggande strukturen och arbetsprincipen för spindelverktygets lossnings- och fastspänningsmekanism i CNC-bearbetningscenter, inklusive sammansättningen av olika komponenter, arbetsprocessen och nyckelparametrar. Den syftar till att djupgående analysera den interna mekanismen för denna avgörande funktion, ge teoretiska referenser för relevant teknisk personal, hjälpa dem att bättre förstå och underhålla spindelsystemet i CNC-bearbetningscenter och säkerställa hög effektivitet och precision i bearbetningsprocessen.
I. Introduktion
Funktionen för spindelverktygets lossning och fastspänning i fleroperationsmaskiner är en viktig grund för CNC-fleroperationsmaskiner för att uppnå automatiserad bearbetning. Även om det finns vissa skillnader i dess struktur och arbetsprincip mellan olika modeller, är den grundläggande ramen likartad. Djupgående forskning om dess arbetsprincip är av stor betydelse för att förbättra prestandan hos fleroperationsmaskiner, säkerställa bearbetningskvalitet och optimera utrustningens underhåll.
II. Grundstruktur
Spindelverktygets lossnings- och fastspänningsmekanism i CNC-bearbetningscentra består huvudsakligen av följande komponenter:
- Dragstift: Monteras vid verktygets koniska skaft och är en viktig anslutningskomponent för dragstången för att dra åt verktyget. Den samverkar med stålkulorna vid dragstångens huvud för att uppnå positionering och fastspänning av verktyget.
- Dragstång: Genom samverkan med dragbulten via stålkulor överför den drag- och tryckkrafter för att åstadkomma verktygets kläm- och lossningsfunktioner. Dess rörelse styrs av kolven och fjädrarna.
- Remskiva: Fungerar vanligtvis som en mellanliggande komponent för kraftöverföring, i spindelverktygets lossnings- och fastspänningsmekanism, och kan vara involverad i transmissionslänkarna som driver rörelsen hos relaterade komponenter. Den kan till exempel vara ansluten till hydraulsystemet eller andra drivanordningar för att driva rörelsen hos komponenter som kolven.
- Bellevillefjäder: Bestående av flera par fjäderblad är den en nyckelkomponent för att generera verktygets spännkraft. Dess kraftfulla elastiska kraft kan säkerställa att verktyget är stabilt fixerat i spindelns koniska hål under bearbetningsprocessen, vilket garanterar bearbetningsnoggrannhet.
- Låsmutter: Används för att fixera komponenter som Belleville-fjädern för att förhindra att de lossnar under arbetsprocessen och säkerställa stabiliteten och tillförlitligheten hos hela verktygets lossnings- och klämmekanism.
- Justeringsskiva: Genom att slipa justeringsskivan kan kontaktläget mellan dragstången och dragstiftet i slutet av kolvens slaglängd kontrolleras exakt, vilket säkerställer en smidig lossning och åtdragning av verktyget. Den spelar en avgörande roll i precisionsjusteringen av hela verktygets lossnings- och fastspänningsmekanism.
- Spiralfjäder: Den spelar en roll i processen för verktygslossning och hjälper kolvens rörelse. Till exempel, när kolven rör sig nedåt för att trycka på dragstången för att lossa verktyget, ger spiralfjädern en viss elastisk kraft för att säkerställa jämnhet och tillförlitlighet i rörelsen.
- Kolv: Det är den kraftutförande komponenten i verktygets lossnings- och fastspänningsmekanism. Driven av hydrauliskt tryck rör den sig upp och ner och driver sedan dragstången för att utföra verktygets fastspännings- och lossningsfunktioner. Den exakta kontrollen av dess slaglängd och dragkraft är avgörande för hela verktygets lossnings- och fastspänningsprocessen.
- Gränslägesbrytare 9 och 10: De används för att skicka signaler för verktygsfastspänning respektive lossning. Dessa signaler matas tillbaka till CNC-systemet så att systemet kan styra bearbetningsprocessen exakt, säkerställa koordinerad processförlopp och undvika bearbetningsolyckor orsakade av felbedömning av verktygets fastspänningstillstånd.
- Remskiva: I likhet med remskivan som nämns i punkt 3 ovan, deltar den tillsammans i transmissionssystemet för att säkerställa en stabil kraftöverföring och göra det möjligt för alla komponenter i verktygets lossnings- och fastspänningsmekanism att arbeta tillsammans enligt det förutbestämda programmet.
- Ändskydd: Det skyddar och tätar spindelns inre struktur och förhindrar att föroreningar som damm och spån tränger in i spindelns inre och påverkar den normala funktionen hos verktygets lossnings- och klämmekanismer. Samtidigt ger det en relativt stabil arbetsmiljö för de inre komponenterna.
- Justeringsskruv: Den kan användas för att finjustera positionerna eller avståndet för vissa komponenter för att ytterligare optimera prestandan hos verktygets lossnings- och klämmekanismen och säkerställa att den bibehåller ett högprecisionsarbetstillstånd under långvarig användning.
III. Arbetsprincip
(I) Verktygsfastspänningsprocess
När bearbetningscentret är i normalt bearbetningstillstånd finns det inget hydrauliskt oljetryck vid den övre änden av kolven 8. Vid denna tidpunkt är spiralfjädern 7 i ett naturligt utsträckt tillstånd, och dess elastiska kraft gör att kolven 8 rör sig uppåt till en specifik position. Samtidigt spelar även Bellevillefjädern 4 en roll. På grund av sina egna elastiska egenskaper trycker Bellevillefjädern 4 dragstången 2 uppåt, så att de fyra stålkulorna i spetsen av dragstången 2 går in i det ringformade spåret vid änden av verktygsskaftets dragstift 1. Genom att stålkulorna bäddas in överförs Bellevillefjäderns 4 spännkraft till dragstiftet 1 genom dragstången 2 och stålkulorna, varigenom verktygsskaftet hålls tätt och verktyget får exakt positionering och fastspänning i spindelns avsmalnande hål. Denna spännmetod utnyttjar Bellevillefjäderns kraftfulla elastiska potentiella energi och kan ge tillräcklig spännkraft för att säkerställa att verktyget inte lossnar under inverkan av höghastighetsrotation och skärkrafter, vilket garanterar bearbetningsnoggrannhet och stabilitet.
(II) Verktygslossningsprocess
När det är nödvändigt att byta verktyg aktiveras hydraulsystemet och hydraulolja kommer in i den nedre änden av kolven 8, vilket genererar en uppåtgående kraft. Under inverkan av den hydrauliska kraften övervinner kolven 8 den elastiska kraften från spiralfjädern 7 och börjar röra sig nedåt. Kolven 8:s nedåtgående rörelse trycker dragstången 2 så att den rör sig synkront nedåt. När dragstången 2 rör sig nedåt frigörs stålkulorna från det ringformade spåret vid änden av verktygsskaftets dragtapp 1 och kommer in i det ringformade spåret i den övre delen av spindelns bakre koniska hål. Vid denna tidpunkt har stålkulorna inte längre en återhållande effekt på dragtappen 1, och verktyget lossas. När manipulatorn drar ut verktygsskaftet ur spindeln blåses tryckluft ut genom kolvens och dragstångens centrala hål för att rengöra föroreningar som flisor och damm i spindelns koniska hål och förbereda för nästa verktygsinstallation.
(III) Gränslägesbrytarnas roll
Gränslägesbrytarna 9 och 10 spelar en avgörande roll i signalåterkopplingen under hela verktygslossnings- och fastspänningsprocessen. När verktyget är fastspänt utlöser positionsändringen av relevanta komponenter gränslägesbrytare 9, och gränslägesbrytare 9 skickar omedelbart en verktygsfastspänningssignal till CNC-systemet. Efter att ha mottagit denna signal bekräftar CNC-systemet att verktyget är i ett stabilt fastspänningstillstånd och kan sedan starta efterföljande bearbetningsoperationer, såsom spindelrotation och verktygsmatning. På samma sätt, när verktygslossningen är klar, utlöses gränslägesbrytare 10, och den skickar en verktygslossningssignal till CNC-systemet. Vid denna tidpunkt kan CNC-systemet styra manipulatorn för att utföra verktygsväxlingsprocessen för att säkerställa automatisering och precision i hela verktygsväxlingsprocessen.
(IV) Viktiga parametrar och designpunkter
- Spännkraft: CNC-bearbetningscentret använder totalt 34 par (68 stycken) Belleville-fjädrar, vilka kan generera en kraftfull spännkraft. Under normala omständigheter är spännkraften för att dra åt verktyget 10 kN, och den kan nå maximalt 13 kN. En sådan spännkraftskonstruktion är tillräcklig för att hantera olika skärkrafter och centrifugalkrafter som verkar på verktyget under bearbetningsprocessen, vilket säkerställer en stabil fixering av verktyget i spindelns koniska hål, förhindrar att verktyget förskjuts eller faller av under bearbetningsprocessen, och garanterar därmed bearbetningsnoggrannhet och ytkvalitet.
- Kolvslag: Vid verktygsbyte är kolvens 8 slaglängd 12 mm. Under denna 12 mm-slaglängd delas kolvens rörelse in i två steg. Först, efter att kolven rört sig cirka 4 mm, börjar den trycka på dragstången 2 tills stålkulorna går in i det ringformade spåret på Φ37 mm i den övre delen av spindelns koniska hål. Vid denna tidpunkt börjar verktyget lossna. Därefter fortsätter dragstången att sänkas tills ytan "a" på dragstången kommer i kontakt med toppen av dragtappen, vilket helt trycker ut verktyget ur spindelns koniska hål så att manipulatorn smidigt kan ta bort verktyget. Genom att exakt styra kolvens slaglängd kan verktygets lossnings- och fastspänningsåtgärder utföras korrekt, vilket undviker problem som otillräcklig eller för stor slaglängd som kan leda till lös fastspänning eller oförmåga att lossa verktyget.
- Kontaktspänning och materialkrav: Eftersom de fyra stålkulorna, dragbultens koniska yta, spindelhålets yta och hålen där stålkulorna är placerade utsätts för avsevärd kontaktspänning under arbetsprocessen ställs höga krav på materialen och ythårdheten hos dessa delar. För att säkerställa en jämn kraft på stålkulorna bör man strikt säkerställa att hålen där de fyra stålkulorna är placerade är i samma plan. Vanligtvis använder dessa nyckeldelar höghållfasta, hårda och slitstarka material och genomgår precisionsbearbetning och värmebehandling för att förbättra deras ythårdhet och slitstyrka. Detta säkerställer att kontaktytorna på olika komponenter kan bibehålla ett gott arbetstillstånd under långvarig och frekvent användning, vilket minskar slitage och deformation och förlänger livslängden för verktygets lossnings- och klämmekanismer.
IV. Slutsats
Grundstrukturen och arbetsprincipen för spindelverktygets lossnings- och fastspänningsmekanism i CNC-bearbetningscentraler bildar ett komplext och sofistikerat system. Varje komponent samarbetar och koordineras nära med varandra. Genom exakt mekanisk design och sinnrika mekaniska strukturer uppnås snabb och exakt fastspänning och lossning av verktyg, vilket ger en kraftfull garanti för effektiv och automatiserad bearbetning av CNC-bearbetningscentraler. En djupgående förståelse av dess arbetsprincip och viktiga tekniska punkter är av stor vägledande betydelse för design, tillverkning, användning och underhåll av CNC-bearbetningscentraler. I den framtida utvecklingen, med den kontinuerliga utvecklingen av CNC-bearbetningstekniken, kommer spindelverktygets lossnings- och fastspänningsmekanism också kontinuerligt att optimeras och förbättras, i riktning mot högre precision, snabbare hastighet och mer tillförlitlig prestanda för att möta de växande kraven från den avancerade tillverkningsindustrin.