Αρχή Λειτουργίας του Εργαλείου Ατράκτου – Χαλάρωση και Σύσφιξη σε Κέντρα Κατεργασίας CNC
Περίληψη: Η παρούσα εργασία αναλύει λεπτομερώς τη βασική δομή και την αρχή λειτουργίας του μηχανισμού χαλάρωσης και σύσφιξης εργαλείων ατράκτου σε κέντρα κατεργασίας CNC, συμπεριλαμβανομένης της σύνθεσης των διαφόρων εξαρτημάτων, της διαδικασίας εργασίας και των βασικών παραμέτρων. Στόχος της είναι να αναλύσει σε βάθος τον εσωτερικό μηχανισμό αυτής της κρίσιμης λειτουργίας, να παράσχει θεωρητικές αναφορές στο αρμόδιο τεχνικό προσωπικό, να τους βοηθήσει να κατανοήσουν και να συντηρήσουν καλύτερα το σύστημα ατράκτου των κέντρων κατεργασίας CNC και να διασφαλίσει την υψηλή απόδοση και ακρίβεια της διαδικασίας κατεργασίας.
Ι. Εισαγωγή
Η λειτουργία χαλάρωσης και σύσφιξης των εργαλείων της ατράκτου στα κέντρα κατεργασίας αποτελεί σημαντική βάση για τα κέντρα κατεργασίας CNC, ώστε να επιτυγχάνεται αυτοματοποιημένη κατεργασία. Παρόλο που υπάρχουν ορισμένες διαφορές στη δομή και την αρχή λειτουργίας της μεταξύ των διαφόρων μοντέλων, το βασικό πλαίσιο είναι παρόμοιο. Η εις βάθος έρευνα σχετικά με την αρχή λειτουργίας της έχει μεγάλη σημασία για τη βελτίωση της απόδοσης των κέντρων κατεργασίας, τη διασφάλιση της ποιότητας κατεργασίας και τη βελτιστοποίηση της συντήρησης του εξοπλισμού.
ΙΙ. Βασική Δομή
Ο μηχανισμός χαλάρωσης και σύσφιξης του εργαλείου άξονα στα κέντρα κατεργασίας CNC αποτελείται κυρίως από τα ακόλουθα εξαρτήματα:
- Βίδα έλξης: Τοποθετημένη στην ουρά του κωνικού στελέχους του εργαλείου, είναι ένα βασικό συνδετικό εξάρτημα για τη ράβδο έλξης για τη σύσφιξη του εργαλείου. Συνεργάζεται με τις χαλύβδινες σφαίρες στην κεφαλή της ράβδου έλξης για να επιτύχει την τοποθέτηση και τη σύσφιξη του εργαλείου.
- Ράβδος έλξης: Μέσω της αλληλεπίδρασης με το μπουλόνι έλξης μέσω χαλύβδινων σφαιρών, μεταδίδει δυνάμεις εφελκυσμού και ώθησης για να πραγματοποιήσει τις δράσεις σύσφιξης και χαλάρωσης του εργαλείου. Η κίνησή του ελέγχεται από το έμβολο και τα ελατήρια.
- Τροχαλία: Συνήθως χρησιμεύει ως ενδιάμεσο εξάρτημα για τη μετάδοση ισχύος, στον μηχανισμό χαλάρωσης και σύσφιξης του εργαλείου της ατράκτου, μπορεί να εμπλέκεται στους συνδέσμους μετάδοσης που οδηγούν την κίνηση των σχετικών εξαρτημάτων. Για παράδειγμα, μπορεί να συνδέεται με το υδραυλικό σύστημα ή άλλες συσκευές κίνησης για να οδηγεί την κίνηση εξαρτημάτων όπως το έμβολο.
- Ελατήριο Belleville: Αποτελείται από πολλαπλά ζεύγη φύλλων ελατηρίου και αποτελεί βασικό στοιχείο για τη δημιουργία της δύναμης τάνυσης του εργαλείου. Η ισχυρή ελαστική του δύναμη μπορεί να διασφαλίσει ότι το εργαλείο στερεώνεται σταθερά μέσα στην κωνική οπή του άξονα κατά τη διάρκεια της διαδικασίας κατεργασίας, εγγυώντας την ακρίβεια κατεργασίας.
- Ασφαλιστικό παξιμάδι: Χρησιμοποιείται για τη στερέωση εξαρτημάτων όπως το ελατήριο Belleville, για να αποτραπεί η χαλάρωση κατά τη διάρκεια της εργασίας και να διασφαλιστεί η σταθερότητα και η αξιοπιστία ολόκληρου του μηχανισμού χαλάρωσης και σύσφιξης του εργαλείου.
- Ρύθμιση Ρύθμισης: Τροχίζοντας τη ρύθμιση, η κατάσταση επαφής μεταξύ της ράβδου έλξης και του πείρου έλξης στο τέλος της διαδρομής του εμβόλου μπορεί να ελεγχθεί με ακρίβεια, εξασφαλίζοντας την ομαλή χαλάρωση και σύσφιξη του εργαλείου. Παίζει κρίσιμο ρόλο στην ακριβή ρύθμιση ολόκληρου του μηχανισμού χαλάρωσης και σύσφιξης του εργαλείου.
- Ελικοειδές ελατήριο: Παίζει ρόλο στη διαδικασία χαλάρωσης του εργαλείου και βοηθά στην κίνηση του εμβόλου. Για παράδειγμα, όταν το έμβολο κινείται προς τα κάτω για να ωθήσει τη ράβδο έλξης και να χαλαρώσει το εργαλείο, το ελικοειδές ελατήριο παρέχει μια ορισμένη ελαστική δύναμη για να εξασφαλίσει την ομαλότητα και την αξιοπιστία της δράσης.
- Έμβολο: Είναι το εξάρτημα εκτέλεσης ισχύος στον μηχανισμό χαλάρωσης και σύσφιξης του εργαλείου. Οδηγούμενο από υδραυλική πίεση, κινείται πάνω και κάτω και στη συνέχεια κινεί τη ράβδο έλξης για να πραγματοποιήσει τις λειτουργίες σύσφιξης και χαλάρωσης του εργαλείου. Ο ακριβής έλεγχος της διαδρομής και της ώθησής του είναι κρίσιμος για ολόκληρη τη διαδικασία χαλάρωσης και σύσφιξης του εργαλείου.
- Διακόπτες ορίου 9 και 10: Χρησιμοποιούνται αντίστοιχα για την αποστολή σημάτων για σύσφιξη και χαλάρωση του εργαλείου. Αυτά τα σήματα ανατροφοδοτούνται στο σύστημα CNC, έτσι ώστε το σύστημα να μπορεί να ελέγχει με ακρίβεια τη διαδικασία κατεργασίας, να διασφαλίζει τη συντονισμένη πρόοδο κάθε διαδικασίας και να αποφεύγει ατυχήματα κατεργασίας που προκαλούνται από εσφαλμένη εκτίμηση της κατάστασης σύσφιξης του εργαλείου.
- Τροχαλία: Όπως και η τροχαλία που αναφέρεται στο στοιχείο 3 παραπάνω, συμμετέχει στο σύστημα μετάδοσης μαζί για να εξασφαλίσει τη σταθερή μετάδοση ισχύος και να επιτρέψει σε όλα τα εξαρτήματα του μηχανισμού χαλάρωσης και σύσφιξης εργαλείων να λειτουργούν συνεργατικά σύμφωνα με το προκαθορισμένο πρόγραμμα.
- Κάλυμμα άκρου: Παίζει τον ρόλο της προστασίας και της στεγανοποίησης της εσωτερικής δομής του άξονα, εμποδίζοντας την είσοδο ακαθαρσιών όπως σκόνη και θραύσματα στο εσωτερικό του άξονα και επηρεάζοντας την κανονική λειτουργία του μηχανισμού χαλάρωσης και σύσφιξης εργαλείων. Ταυτόχρονα, παρέχει επίσης ένα σχετικά σταθερό περιβάλλον εργασίας για τα εσωτερικά εξαρτήματα.
- Βίδα ρύθμισης: Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την πραγματοποίηση λεπτομερών ρυθμίσεων στις θέσεις ή τα διάκενα ορισμένων εξαρτημάτων, για την περαιτέρω βελτιστοποίηση της απόδοσης του μηχανισμού χαλάρωσης και σύσφιξης του εργαλείου και για τη διασφάλιση της διατήρησης μιας κατάστασης λειτουργίας υψηλής ακρίβειας κατά τη διάρκεια μακροχρόνιας χρήσης.
ΙΙΙ. Αρχή λειτουργίας
(I) Διαδικασία σύσφιξης εργαλείου
Όταν το κέντρο κατεργασίας βρίσκεται στην κανονική κατάσταση κατεργασίας, δεν υπάρχει πίεση υδραυλικού λαδιού στο άνω άκρο του εμβόλου 8. Αυτή τη στιγμή, το ελικοειδές ελατήριο 7 βρίσκεται σε φυσικά εκτεταμένη κατάσταση και η ελαστική του δύναμη κάνει το έμβολο 8 να κινείται προς τα πάνω σε μια συγκεκριμένη θέση. Εν τω μεταξύ, το ελατήριο Belleville 4 παίζει επίσης ρόλο. Λόγω των δικών του ελαστικών χαρακτηριστικών, το ελατήριο Belleville 4 ωθεί τη ράβδο έλξης 2 να κινηθεί προς τα πάνω, έτσι ώστε οι 4 χαλύβδινες σφαίρες στην κεφαλή της ράβδου έλξης 2 να εισέρχονται στην δακτυλιοειδή αυλάκωση στην ουρά του πείρου έλξης 1 του στελέχους του εργαλείου. Με την ενσωμάτωση των χαλύβδινων σφαιρών, η δύναμη τάνυσης του ελατηρίου Belleville 4 μεταδίδεται στο πείρο έλξης 1 μέσω της ράβδου έλξης 2 και των χαλύβδινων σφαιρών, συγκρατώντας έτσι σφιχτά το στέλεχος του εργαλείου και επιτυγχάνοντας την ακριβή τοποθέτηση και τη σταθερή σύσφιξη του εργαλείου μέσα στην κωνική οπή του άξονα. Αυτή η μέθοδος σύσφιξης χρησιμοποιεί την ισχυρή ελαστική δυναμική ενέργεια του ελατηρίου Belleville και μπορεί να παρέχει επαρκή δύναμη τάνυσης για να διασφαλίσει ότι το εργαλείο δεν θα χαλαρώσει υπό την επίδραση της υψηλής ταχύτητας περιστροφής και των δυνάμεων κοπής, εγγυώμενη την ακρίβεια και τη σταθερότητα της κατεργασίας.
(II) Διαδικασία χαλάρωσης εργαλείου
Όταν είναι απαραίτητο να αλλάξετε το εργαλείο, ενεργοποιείται το υδραυλικό σύστημα και το υδραυλικό λάδι εισέρχεται στο κάτω άκρο του εμβόλου 8, δημιουργώντας μια ανοδική ώθηση. Υπό την επίδραση της υδραυλικής ώσης, το έμβολο 8 υπερνικά την ελαστική δύναμη του ελικοειδούς ελατηρίου 7 και αρχίζει να κινείται προς τα κάτω. Η καθοδική κίνηση του εμβόλου 8 ωθεί τη ράβδο έλξης 2 να κινηθεί προς τα κάτω ταυτόχρονα. Καθώς η ράβδος έλξης 2 κινείται προς τα κάτω, οι χαλύβδινες σφαίρες αποσυνδέονται από την δακτυλιοειδή αυλάκωση στην ουρά του πείρου έλξης 1 του στελέχους του εργαλείου και εισέρχονται στην δακτυλιοειδή αυλάκωση στο άνω μέρος της πίσω κωνικής οπής του άξονα. Σε αυτό το σημείο, οι χαλύβδινες σφαίρες δεν έχουν πλέον συγκρατητική επίδραση στο πείρο έλξης 1 και το εργαλείο χαλαρώνει. Όταν ο χειριστής τραβάει το στέλεχος του εργαλείου έξω από τον άξονα, ο πεπιεσμένος αέρας θα φυσήξει έξω από τις κεντρικές οπές του εμβόλου και της ράβδου έλξης για να καθαρίσει ακαθαρσίες όπως θραύσματα και σκόνη στην κωνική οπή του άξονα, προετοιμάζοντας την επόμενη εγκατάσταση του εργαλείου.
(III) Ο ρόλος των διακοπτών ορίου
Οι διακόπτες ορίου 9 και 10 παίζουν κρίσιμο ρόλο στην ανατροφοδότηση σήματος καθ' όλη τη διαδικασία χαλάρωσης και σύσφιξης του εργαλείου. Όταν το εργαλείο στερεωθεί στη θέση του, η αλλαγή θέσης των σχετικών εξαρτημάτων ενεργοποιεί τον διακόπτη ορίου 9 και ο διακόπτης ορίου 9 στέλνει αμέσως ένα σήμα σύσφιξης του εργαλείου στο σύστημα CNC. Μετά τη λήψη αυτού του σήματος, το σύστημα CNC επιβεβαιώνει ότι το εργαλείο βρίσκεται σε σταθερή κατάσταση σύσφιξης και μπορεί στη συνέχεια να ξεκινήσει τις επόμενες εργασίες κατεργασίας, όπως η περιστροφή του άξονα και η τροφοδοσία του εργαλείου. Ομοίως, όταν ολοκληρωθεί η διαδικασία χαλάρωσης του εργαλείου, ενεργοποιείται ο διακόπτης ορίου 10 και στέλνει ένα σήμα χαλάρωσης του εργαλείου στο σύστημα CNC. Αυτή τη στιγμή, το σύστημα CNC μπορεί να ελέγξει τον χειριστή για να εκτελέσει τη λειτουργία αλλαγής εργαλείου, ώστε να διασφαλιστεί ο αυτοματισμός και η ακρίβεια ολόκληρης της διαδικασίας αλλαγής εργαλείου.
(IV) Βασικές παράμετροι και σημεία σχεδιασμού
- Δύναμη Τάνυσης: Το κέντρο κατεργασίας CNC χρησιμοποιεί συνολικά 34 ζεύγη (68 τεμάχια) ελατηρίων Belleville, τα οποία μπορούν να δημιουργήσουν ισχυρή δύναμη τάνυσης. Υπό κανονικές συνθήκες, η δύναμη τάνυσης για τη σύσφιξη του εργαλείου είναι 10 kN και μπορεί να φτάσει το μέγιστο των 13 kN. Ένας τέτοιος σχεδιασμός δύναμης τάνυσης επαρκεί για να αντιμετωπίσει διάφορες δυνάμεις κοπής και φυγοκεντρικές δυνάμεις που ασκούνται στο εργαλείο κατά τη διάρκεια της διαδικασίας κατεργασίας, εξασφαλίζοντας τη σταθερή στερέωση του εργαλείου μέσα στην κωνική οπή του άξονα, αποτρέποντας την μετατόπιση ή την πτώση του εργαλείου κατά τη διάρκεια της διαδικασίας κατεργασίας και, επομένως, εγγυώμενη την ακρίβεια κατεργασίας και την ποιότητα της επιφάνειας.
- Διαδρομή Εμβόλου: Κατά την αλλαγή του εργαλείου, η διαδρομή του εμβόλου 8 είναι 12 mm. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδρομής των 12 mm, η κίνηση του εμβόλου χωρίζεται σε δύο στάδια. Πρώτον, αφού το έμβολο προχωρήσει περίπου 4 mm, αρχίζει να πιέζει τη ράβδο έλξης 2 για να κινηθεί μέχρι οι χαλύβδινες σφαίρες να εισέλθουν στην δακτυλιοειδή αυλάκωση Φ37 mm στο άνω μέρος της κωνικής οπής του άξονα. Σε αυτό το σημείο, το εργαλείο αρχίζει να χαλαρώνει. Στη συνέχεια, η ράβδος έλξης συνεχίζει να κατεβαίνει μέχρι η επιφάνεια "a" της ράβδου έλξης να έρθει σε επαφή με την κορυφή του πείρου έλξης, σπρώχνοντας πλήρως το εργαλείο έξω από την κωνική οπή του άξονα, έτσι ώστε ο χειριστής να μπορεί να αφαιρέσει ομαλά το εργαλείο. Ελέγχοντας με ακρίβεια τη διαδρομή του εμβόλου, οι ενέργειες χαλάρωσης και σύσφιξης του εργαλείου μπορούν να ολοκληρωθούν με ακρίβεια, αποφεύγοντας προβλήματα όπως ανεπαρκής ή υπερβολική διαδρομή που μπορεί να οδηγήσουν σε χαλαρή σύσφιξη ή αδυναμία χαλάρωσης του εργαλείου.
- Απαιτήσεις Τάσης Επαφής και Υλικού: Δεδομένου ότι οι 4 χαλύβδινες σφαίρες, η κωνική επιφάνεια του πείρου έλξης, η επιφάνεια της οπής του άξονα και οι οπές όπου βρίσκονται οι χαλύβδινες σφαίρες υφίστανται σημαντική τάση επαφής κατά τη διάρκεια της διαδικασίας εργασίας, τίθενται υψηλές απαιτήσεις στα υλικά και την επιφανειακή σκληρότητα αυτών των εξαρτημάτων. Για να διασφαλιστεί η συνέπεια της δύναμης στις χαλύβδινες σφαίρες, οι οπές όπου βρίσκονται οι 4 χαλύβδινες σφαίρες θα πρέπει να διασφαλίζεται αυστηρά ότι βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο. Συνήθως, αυτά τα βασικά εξαρτήματα θα υιοθετήσουν υλικά υψηλής αντοχής, υψηλής σκληρότητας και ανθεκτικά στη φθορά και θα υποβληθούν σε ακριβείς διαδικασίες κατεργασίας και θερμικής επεξεργασίας για να βελτιωθεί η επιφανειακή τους σκληρότητα και η αντοχή στη φθορά, διασφαλίζοντας ότι οι επιφάνειες επαφής των διαφόρων εξαρτημάτων μπορούν να διατηρήσουν καλή λειτουργική κατάσταση κατά τη διάρκεια μακροχρόνιας και συχνής χρήσης, μειώνοντας τη φθορά και την παραμόρφωση και παρατείνοντας τη διάρκεια ζωής του μηχανισμού χαλάρωσης και σύσφιξης του εργαλείου.
IV. Συμπέρασμα
Η βασική δομή και η αρχή λειτουργίας του μηχανισμού χαλάρωσης και σύσφιξης εργαλείων ατράκτου στα κέντρα κατεργασίας CNC αποτελούν ένα πολύπλοκο και εξελιγμένο σύστημα. Κάθε εξάρτημα συνεργάζεται και συντονίζεται στενά μεταξύ του. Μέσω ακριβούς μηχανικού σχεδιασμού και έξυπνων μηχανικών δομών, επιτυγχάνεται γρήγορη και ακριβής σύσφιξη και χαλάρωση των εργαλείων, παρέχοντας μια ισχυρή εγγύηση για την αποτελεσματική και αυτοματοποιημένη κατεργασία των κέντρων κατεργασίας CNC. Η εις βάθος κατανόηση της αρχής λειτουργίας και των βασικών τεχνικών σημείων έχει μεγάλη καθοδηγητική σημασία για το σχεδιασμό, την κατασκευή, τη χρήση και τη συντήρηση των κέντρων κατεργασίας CNC. Στη μελλοντική ανάπτυξη, με τη συνεχή πρόοδο της τεχνολογίας κατεργασίας CNC, ο μηχανισμός χαλάρωσης και σύσφιξης εργαλείων ατράκτου θα βελτιστοποιείται και θα βελτιώνεται συνεχώς, κινούμενος προς υψηλότερη ακρίβεια, μεγαλύτερη ταχύτητα και πιο αξιόπιστη απόδοση για να καλύψει τις αυξανόμενες απαιτήσεις της βιομηχανίας υψηλής τεχνολογίας.