Principio de funcionamento da ferramenta do fuso: afrouxamento e fixación en centros de mecanizado CNC
Resumo: Este artigo explica en detalle a estrutura básica e o principio de funcionamento do mecanismo de afrouxamento e fixación de ferramentas do fuso nos centros de mecanizado CNC, incluíndo a composición dos diversos compoñentes, o proceso de traballo e os parámetros clave. O seu obxectivo é analizar en profundidade o mecanismo interno desta función crucial, proporcionar referencias teóricas ao persoal técnico pertinente, axudalos a comprender e manter mellor o sistema de fuso dos centros de mecanizado CNC e garantir a alta eficiencia e precisión do proceso de mecanizado.
I. Introdución
A función de afrouxamento e fixación de ferramentas do fuso nos centros de mecanizado é unha base importante para que os centros de mecanizado CNC logren o mecanizado automatizado. Aínda que existen certas diferenzas na súa estrutura e principio de funcionamento entre os diferentes modelos, o marco básico é similar. Unha investigación exhaustiva sobre o seu principio de funcionamento é de grande importancia para mellorar o rendemento dos centros de mecanizado, garantir a calidade do mecanizado e optimizar o mantemento dos equipos.
II. Estrutura básica
O mecanismo de afrouxamento e fixación de ferramentas do fuso nos centros de mecanizado CNC consta principalmente dos seguintes compoñentes:
- Perno de tracción: Instalado na parte traseira do mango cónico da ferramenta, é un compoñente de conexión clave para que a vara de tracción aperte a ferramenta. Coopera coas bólas de aceiro na cabeza da vara de tracción para lograr o posicionamento e a fixación da ferramenta.
- Varilla de tracción: Mediante a interacción co perno de tracción a través de bólas de aceiro, transmite forzas de tracción e empuxe para realizar as accións de suxeición e afrouxamento da ferramenta. O seu movemento está controlado polo pistón e os resortes.
- Polea: Normalmente serve como compoñente intermedio para a transmisión de potencia, no mecanismo de afrouxamento e fixación da ferramenta do fuso, pode estar implicada nas conexións de transmisión que impulsan o movemento dos compoñentes relacionados. Por exemplo, pode estar conectada ao sistema hidráulico ou a outros dispositivos de accionamento para impulsar o movemento de compoñentes como o pistón.
- Resorte Belleville: Composto por varios pares de follas de resorte, é un compoñente clave para xerar a forza de tensión da ferramenta. A súa potente forza elástica pode garantir que a ferramenta se fixe de forma estable dentro do orificio cónico do eixo durante o proceso de mecanizado, garantindo a precisión do mecanizado.
- Porca de seguridade: Úsase para fixar compoñentes como o resorte Belleville para evitar que se afrouxen durante o proceso de traballo e garantir a estabilidade e fiabilidade de todo o mecanismo de afrouxamento e suxeición da ferramenta.
- Calza de axuste: Ao rectificar a calza de axuste, pódese controlar con precisión o estado de contacto entre a vara de tracción e o perno de tracción ao final da carreira do pistón, garantindo un afrouxamento e aperte suaves da ferramenta. Xoga un papel crucial no axuste de precisión de todo o mecanismo de afrouxamento e suxeición da ferramenta.
- Mola helicoidal: Desempeña un papel no proceso de afrouxamento da ferramenta e axuda ao movemento do pistón. Por exemplo, cando o pistón se move cara abaixo para empurrar a vara de tracción para afrouxar a ferramenta, a mola helicoidal proporciona unha certa forza elástica para garantir a suavidade e a fiabilidade da acción.
- Pistón: É o compoñente que executa a potencia no mecanismo de afrouxamento e suxeición da ferramenta. Impulsado pola presión hidráulica, móvese cara arriba e cara abaixo e, a continuación, acciona a vara de tracción para realizar as accións de suxeición e afrouxamento da ferramenta. O control preciso da súa carreira e empuxe é crucial para todo o proceso de afrouxamento e suxeición da ferramenta.
- Interruptores de límite 9 e 10: Úsanse respectivamente para enviar sinais de fixación e afrouxamento de ferramentas. Estes sinais son devoltos ao sistema CNC para que o sistema poida controlar con precisión o proceso de mecanizado, garantir o progreso coordinado de cada proceso e evitar accidentes de mecanizado causados por un erro de avaliación do estado de fixación da ferramenta.
- Polea: Semellante á polea mencionada no punto 3 anterior, participa no sistema de transmisión para garantir a transmisión estable da potencia e permitir que todos os compoñentes do mecanismo de afrouxamento e suxeición da ferramenta funcionen en cooperación segundo o programa predeterminado.
- Tapa final: Desempeña a función de protexer e selar a estrutura interna do fuso, evitando que impurezas como po e lascas entren no interior do fuso e afecten o funcionamento normal do mecanismo de afrouxamento e suxeición da ferramenta. Ao mesmo tempo, tamén proporciona un ambiente de traballo relativamente estable para os compoñentes internos.
- Parafuso de axuste: pódese usar para facer axustes finos nas posicións ou folguras dalgúns compoñentes para optimizar aínda máis o rendemento do mecanismo de afrouxamento e suxeición da ferramenta e garantir que manteña un estado de traballo de alta precisión durante o uso a longo prazo.
III. Principio de funcionamento
(I) Proceso de fixación de ferramentas
Cando o centro de mecanizado está no estado de mecanizado normal, non hai presión de aceite hidráulico no extremo superior do pistón 8. Neste momento, o resorte helicoidal 7 está nun estado de extensión natural e a súa forza elástica fai que o pistón 8 se mova cara arriba ata unha posición específica. Mentres tanto, o resorte Belleville 4 tamén xoga un papel. Debido ás súas propias características elásticas, o resorte Belleville 4 empurra a vara de tracción 2 para que se mova cara arriba, de xeito que as 4 bólas de aceiro na cabeza da vara de tracción 2 entren na ranura anular na cola do perno de tracción 1 do mango da ferramenta. Coa incrustación das bólas de aceiro, a forza tensora do resorte Belleville 4 transmítese ao perno de tracción 1 a través da vara de tracción 2 e as bólas de aceiro, suxeitando así firmemente o mango da ferramenta e conseguindo o posicionamento preciso e a fixación firme da ferramenta dentro do orificio cónico do fuso. Este método de suxeición utiliza a potente enerxía potencial elástica do resorte Belleville e pode proporcionar unha forza de tensión suficiente para garantir que a ferramenta non se afrouxe baixo a acción das forzas de rotación e corte de alta velocidade, garantindo a precisión e a estabilidade do mecanizado.
(II) Proceso de afrouxamento de ferramentas
Cando é necesario cambiar a ferramenta, actívase o sistema hidráulico e o aceite hidráulico entra no extremo inferior do pistón 8, xerando un empuxe ascendente. Baixo a acción do empuxe hidráulico, o pistón 8 supera a forza elástica do resorte helicoidal 7 e comeza a moverse cara abaixo. O movemento cara abaixo do pistón 8 empurra a vara de tracción 2 para que se mova cara abaixo de forma sincrona. A medida que a vara de tracción 2 se move cara abaixo, as bólas de aceiro desacoplanse da ranura anular na cola do perno de tracción 1 do vástago da ferramenta e entran na ranura anular na parte superior do orificio cónico traseiro do fuso. Neste momento, as bólas de aceiro xa non teñen un efecto restritivo sobre o perno de tracción 1 e a ferramenta afrouxa. Cando o manipulador tira do vástago da ferramenta fóra do fuso, sairá aire comprimido a través dos orificios centrais do pistón e da vara de tracción para limpar as impurezas como as lascas e o po no orificio cónico do fuso, preparando a seguinte instalación da ferramenta.
(III) O papel dos interruptores de límite
Os interruptores de límite 9 e 10 desempeñan un papel crucial na retroalimentación do sinal durante todo o proceso de afrouxamento e fixación da ferramenta. Cando a ferramenta está fixada no seu lugar, o cambio de posición dos compoñentes relevantes activa o interruptor de límite 9, e o interruptor de límite 9 envía inmediatamente un sinal de fixación da ferramenta ao sistema CNC. Despois de recibir este sinal, o sistema CNC confirma que a ferramenta está nun estado de fixación estable e pode iniciar as operacións de mecanizado posteriores, como a rotación do fuso e o avance da ferramenta. Do mesmo xeito, cando se completa a acción de afrouxamento da ferramenta, actívase o interruptor de límite 10 e envía un sinal de afrouxamento da ferramenta ao sistema CNC. Neste momento, o sistema CNC pode controlar o manipulador para levar a cabo a operación de cambio de ferramentas para garantir a automatización e a precisión de todo o proceso de cambio de ferramentas.
(IV) Parámetros clave e puntos de deseño
- Forza de tensión: O centro de mecanizado CNC emprega un total de 34 pares (68 pezas) de resortes Belleville, que poden xerar unha potente forza de tensión. En circunstancias normais, a forza de tensión para apertar a ferramenta é de 10 kN e pode alcanzar un máximo de 13 kN. Este deseño de forza de tensión é suficiente para facer fronte a diversas forzas de corte e forzas centrífugas que actúan sobre a ferramenta durante o proceso de mecanizado, garantindo a fixación estable da ferramenta dentro do orificio cónico do eixo, evitando que a ferramenta se desprace ou caia durante o proceso de mecanizado e, polo tanto, garantindo a precisión do mecanizado e a calidade da superficie.
- Carreira do pistón: Ao cambiar a ferramenta, a carreira do pistón 8 é de 12 mm. Durante esta carreira de 12 mm, o movemento do pistón divídese en dúas etapas. Primeiro, despois de que o pistón avance uns 4 mm, comeza a empurrar a vara de tracción 2 para moverse ata que as bólas de aceiro entren na ranura anular de Φ37 mm na parte superior do orificio cónico do fuso. Neste momento, a ferramenta comeza a afrouxarse. Posteriormente, a vara de tracción continúa descendendo ata que a superficie "a" da vara de tracción entra en contacto coa parte superior do perno de tracción, empurrando completamente a ferramenta fóra do orificio cónico do fuso para que o manipulador poida retirala suavemente. Ao controlar con precisión a carreira do pistón, as accións de afrouxamento e suxeición da ferramenta pódense completar con precisión, evitando problemas como unha carreira insuficiente ou excesiva que pode levar a unha suxeición solta ou á incapacidade de afrouxar a ferramenta.
- Tensión de contacto e requisitos de materiais: Dado que as 4 bólas de aceiro, a superficie cónica do perno de tracción, a superficie do orificio do eixo e os orificios onde se atopan as bólas de aceiro soportan unha tensión de contacto considerable durante o proceso de traballo, impónse uns requisitos elevados nos materiais e na dureza superficial destas pezas. Para garantir a consistencia da forza sobre as bólas de aceiro, débese garantir estritamente que os orificios onde se atopan as 4 bólas de aceiro estean no mesmo plano. Normalmente, estas pezas clave adoptan materiais de alta resistencia, alta dureza e resistentes ao desgaste e sométense a procesos de mecanizado e tratamento térmico precisos para mellorar a súa dureza superficial e resistencia ao desgaste, garantindo que as superficies de contacto dos diversos compoñentes poidan manter un bo estado de funcionamento durante un uso frecuente e a longo prazo, reducindo o desgaste e a deformación e prolongando a vida útil do mecanismo de afrouxamento e suxeición da ferramenta.
IV. Conclusión
A estrutura básica e o principio de funcionamento do mecanismo de afrouxamento e fixación de ferramentas do fuso nos centros de mecanizado CNC forman un sistema complexo e sofisticado. Cada compoñente coopera e coordínase estreitamente entre si. Mediante un deseño mecánico preciso e unhas estruturas mecánicas enxeñosas, conséguese unha fixación e un afrouxamento rápidos e precisos das ferramentas, o que proporciona unha poderosa garantía para o mecanizado eficiente e automatizado dos centros de mecanizado CNC. Unha comprensión profunda do seu principio de funcionamento e dos puntos técnicos clave é de gran importancia para o deseño, a fabricación, o uso e o mantemento dos centros de mecanizado CNC. No desenvolvemento futuro, co progreso continuo da tecnoloxía de mecanizado CNC, o mecanismo de afrouxamento e fixación de ferramentas do fuso tamén se optimizará e mellorará continuamente, avanzando cara a unha maior precisión, unha velocidade máis rápida e un rendemento máis fiable para satisfacer as crecentes demandas da industria manufacturera de alta gama.