Spindelværktøjets arbejdsprincip – Løsning og fastspænding i CNC-bearbejdningscentre
Resumé: Denne artikel uddyber i detaljer den grundlæggende struktur og arbejdsprincip for spindelværktøjets løsne- og fastspændingsmekanisme i CNC-bearbejdningscentre, herunder sammensætningen af forskellige komponenter, arbejdsprocessen og nøgleparametre. Den har til formål at analysere den interne mekanisme i denne afgørende funktion i dybden, give teoretiske referencer til relevant teknisk personale, hjælpe dem med bedre at forstå og vedligeholde spindelsystemet i CNC-bearbejdningscentre og sikre høj effektivitet og præcision i bearbejdningsprocessen.
I. Introduktion
Funktionen af spindelværktøjets løsning og fastspænding i bearbejdningscentre er et vigtigt fundament for CNC-bearbejdningscentre for at opnå automatiseret bearbejdning. Selvom der er visse forskelle i dens struktur og arbejdsprincip mellem forskellige modeller, er den grundlæggende ramme ensartet. Dybdegående forskning i dens arbejdsprincip er af stor betydning for at forbedre bearbejdningscentres ydeevne, sikre bearbejdningskvalitet og optimere udstyrets vedligeholdelse.
II. Grundlæggende struktur
Spindelværktøjets løsne- og fastspændingsmekanisme i CNC-bearbejdningscentre består hovedsageligt af følgende komponenter:
- Trækbolt: Den er monteret i enden af værktøjets koniske skaft og er en vigtig forbindelseskomponent til trækstangen, der strammer værktøjet. Den samarbejder med stålkuglerne i spidsen af trækstangen for at opnå positionering og fastspænding af værktøjet.
- Trækstang: Gennem interaktion med trækbolten via stålkugler overfører den træk- og trykkræfter for at udføre værktøjets fastspændings- og løsningsfunktioner. Dens bevægelse styres af stemplet og fjedrene.
- Remskive: Den fungerer normalt som en mellemliggende komponent til kraftoverførsel i spindelværktøjets løsne- og fastspændingsmekanisme. Den kan være involveret i de transmissionsled, der driver bevægelsen af relaterede komponenter. For eksempel kan den være forbundet til det hydrauliske system eller andre drivanordninger for at drive bevægelsen af komponenter såsom stemplet.
- Belleville-fjeder: Bestående af flere par fjederblade er den en nøglekomponent til at generere værktøjets spændingskraft. Dens kraftige elastiske kraft kan sikre, at værktøjet er stabilt fikseret i spindelens koniske hul under bearbejdningsprocessen, hvilket garanterer bearbejdningsnøjagtighed.
- Låsemøtrik: Bruges til at fastgøre komponenter som f.eks. Belleville-fjederen for at forhindre dem i at løsne sig under arbejdsprocessen og sikre stabiliteten og pålideligheden af hele værktøjets løsne- og fastspændingsmekanisme.
- Justeringsskiven: Ved at slibe justeringsskiven kan kontakttilstanden mellem trækstangen og trækstiften i slutningen af stemplets slag styres præcist, hvilket sikrer en jævn løsning og stramning af værktøjet. Den spiller en afgørende rolle i den præcise justering af hele værktøjets løsnings- og fastspændingsmekanisme.
- Spiralfjeder: Den spiller en rolle i processen med at løsne værktøjet og hjælper med at bevæge stemplet. For eksempel, når stemplet bevæger sig nedad for at skubbe trækstangen og løsne værktøjet, yder spiralfjederen en vis elastisk kraft for at sikre en jævn og pålidelig bevægelse.
- Stempel: Det er den kraftudførende komponent i værktøjets løsne- og fastspændingsmekanisme. Drevet af hydraulisk tryk bevæger den sig op og ned og driver derefter trækstangen for at udføre værktøjets fastspændings- og løsnefunktioner. Den præcise kontrol af dens slaglængde og trykkraft er afgørende for hele værktøjets løsne- og fastspændingsprocessen.
- Grænseafbrydere 9 og 10: De bruges til at sende signaler til henholdsvis fastspænding og løsning af værktøj. Disse signaler sendes tilbage til CNC-systemet, så systemet præcist kan styre bearbejdningsprocessen, sikre koordineret fremskridt i hver proces og undgå bearbejdningsulykker forårsaget af fejlvurdering af værktøjets fastspændingstilstand.
- Remskive: Ligesom den remskive, der er nævnt i punkt 3 ovenfor, deltager den i transmissionssystemet sammen for at sikre en stabil kraftoverførsel og gøre det muligt for alle komponenter i værktøjets løsne- og fastspændingsmekanisme at arbejde sammen i henhold til det forudbestemte program.
- Endedæksel: Det beskytter og forsegler spindelens indre struktur og forhindrer urenheder som støv og spåner i at trænge ind i spindelens indre og påvirke den normale drift af værktøjets løsne- og fastspændingsmekanisme. Samtidig giver det også et relativt stabilt arbejdsmiljø for de indre komponenter.
- Justeringsskrue: Den kan bruges til at foretage finjusteringer af positionerne eller spillerummene for visse komponenter for yderligere at optimere ydeevnen af værktøjets løsne- og fastspændingsmekanisme og sikre, at den opretholder en højpræcisionsarbejdstilstand under langvarig brug.
III. Arbejdsprincip
(I) Værktøjsfastspændingsproces
Når bearbejdningscentret er i normal bearbejdningstilstand, er der intet hydraulisk olietryk i den øvre ende af stempel 8. På dette tidspunkt er spiralfjederen 7 i en naturligt udstrakt tilstand, og dens elastiske kraft får stempel 8 til at bevæge sig opad til en bestemt position. Samtidig spiller Belleville-fjederen 4 også en rolle. På grund af sine egne elastiske egenskaber skubber Belleville-fjederen 4 trækstangen 2 opad, så de 4 stålkugler i spidsen af trækstangen 2 går ind i den ringformede rille ved enden af værktøjsskaftets trækstift 1. Ved indlejring af stålkuglerne overføres Belleville-fjederens 4 spændingskraft til trækstiften 1 gennem trækstangen 2 og stålkuglerne, hvorved værktøjsskaftet holdes tæt og værktøjet opnås præcis positionering og fast fastspænding i spindelens koniske hul. Denne fastspændingsmetode udnytter Belleville-fjederens kraftige elastiske potentielle energi og kan give tilstrækkelig spændingskraft til at sikre, at værktøjet ikke løsnes under påvirkning af højhastighedsrotation og skærekræfter, hvilket garanterer bearbejdningsnøjagtighed og stabilitet.
(II) Værktøjsløsningsproces
Når det er nødvendigt at skifte værktøj, aktiveres det hydrauliske system, og hydraulikolie trænger ind i den nederste ende af stempel 8, hvilket genererer et opadgående tryk. Under påvirkning af det hydrauliske tryk overvinder stempel 8 den elastiske kraft fra spiralfjederen 7 og begynder at bevæge sig nedad. Stempel 8's nedadgående bevægelse skubber trækstangen 2 til at bevæge sig synkront nedad. Når trækstangen 2 bevæger sig nedad, frigøres stålkuglerne fra den ringformede rille ved enden af værktøjsskaftets trækstift 1 og trænger ind i den ringformede rille i den øverste del af spindelens bageste koniske hul. På dette tidspunkt har stålkuglerne ikke længere en tilbageholdende effekt på trækstiften 1, og værktøjet løsnes. Når manipulatoren trækker værktøjsskaftet ud af spindlen, vil trykluft blæse ud gennem de centrale huller i stemplet og trækstangen for at fjerne urenheder såsom spåner og støv i spindelens koniske hul og forberede den næste værktøjsinstallation.
(III) Grænseafbrydernes rolle
Grænseafbryderne 9 og 10 spiller en afgørende rolle i signalfeedback gennem hele værktøjsløsnings- og fastspændingsprocessen. Når værktøjet er fastspændt, udløser positionsændringen af relevante komponenter grænseafbryder 9, og grænseafbryder 9 sender straks et værktøjsfastspændingssignal til CNC-systemet. Efter at have modtaget dette signal bekræfter CNC-systemet, at værktøjet er i en stabil fastspændingstilstand, og kan derefter starte efterfølgende bearbejdningsoperationer, såsom spindelrotation og værktøjsfremføring. Tilsvarende, når værktøjsløsningen er afsluttet, udløses grænseafbryder 10, og den sender et værktøjsløsningssignal til CNC-systemet. På dette tidspunkt kan CNC-systemet styre manipulatoren til at udføre værktøjsskiftet for at sikre automatisering og præcision af hele værktøjsskiftet.
(IV) Nøgleparametre og designpunkter
- Spændingskraft: CNC-bearbejdningscentret bruger i alt 34 par (68 stk.) Belleville-fjedre, som kan generere en kraftig spændingskraft. Under normale omstændigheder er spændingskraften til at stramme værktøjet 10 kN, og den kan nå maksimalt 13 kN. Et sådant spændingskraftdesign er tilstrækkeligt til at klare forskellige skærekræfter og centrifugalkræfter, der virker på værktøjet under bearbejdningsprocessen, hvilket sikrer en stabil fiksering af værktøjet i spindelens koniske hul, forhindrer værktøjet i at forskyde sig eller falde af under bearbejdningsprocessen og garanterer dermed bearbejdningsnøjagtighed og overfladekvalitet.
- Stempelslag: Ved værktøjsskift er stempel 8's slaglængde 12 mm. Under dette 12 mm slaglængde er stemplets bevægelse opdelt i to faser. Først, efter at stemplet er bevæget ca. 4 mm frem, begynder det at skubbe trækstangen 2, indtil stålkuglerne kommer ind i den ringformede Φ37 mm i den øverste del af spindelens koniske hul. På dette tidspunkt begynder værktøjet at løsne sig. Derefter fortsætter trækstangen med at bevæge sig nedad, indtil overfladen "a" på trækstangen berører toppen af trækstiften og skubber værktøjet helt ud af spindelens koniske hul, så manipulatoren gnidningsløst kan fjerne værktøjet. Ved præcist at styre stempelslaget kan værktøjets løsnelses- og fastspændingshandlinger udføres præcist, hvilket undgår problemer som utilstrækkelig eller overdreven slaglængde, der kan føre til løs fastspænding eller manglende evne til at løsne værktøjet.
- Kontaktspænding og materialekrav: Da de 4 stålkugler, den koniske overflade på trækstiften, overfladen på spindelhullet og hullerne, hvor stålkuglerne er placeret, udsættes for betydelig kontaktspænding under arbejdsprocessen, stilles der høje krav til materialerne og overfladehårdheden af disse dele. For at sikre en ensartet kraftpåvirkning på stålkuglerne, skal det sikres, at hullerne, hvor de 4 stålkugler er placeret, er i samme plan. Normalt vil disse nøgledele anvende materialer med høj styrke, høj hårdhed og slidstyrke og gennemgå præcis bearbejdning og varmebehandling for at forbedre deres overfladehårdhed og slidstyrke. Dette sikrer, at kontaktfladerne på forskellige komponenter kan opretholde en god driftstilstand under langvarig og hyppig brug, hvilket reducerer slid og deformation og forlænger levetiden for værktøjets løsne- og fastspændingsmekanisme.
IV. Konklusion
Den grundlæggende struktur og arbejdsprincippet for spindelværktøjets løsne- og fastspændingsmekanisme i CNC-bearbejdningscentre danner et komplekst og sofistikeret system. Hver komponent samarbejder og koordinerer tæt med hinanden. Gennem præcist mekanisk design og geniale mekaniske strukturer opnås hurtig og præcis fastspænding og løsning af værktøjer, hvilket giver en stærk garanti for effektiv og automatiseret bearbejdning af CNC-bearbejdningscentre. En dybdegående forståelse af dens arbejdsprincip og nøgletekniske punkter er af stor vejledende betydning for design, fremstilling, brug og vedligeholdelse af CNC-bearbejdningscentre. I den fremtidige udvikling, med den kontinuerlige udvikling af CNC-bearbejdningsteknologi, vil spindelværktøjets løsne- og fastspændingsmekanisme også løbende blive optimeret og forbedret, idet der bevæger sig mod højere præcision, hurtigere hastighed og mere pålidelig ydeevne for at imødekomme de voksende krav fra den avancerede fremstillingsindustri.