Az orsószerszám működési elve – Lazítás és rögzítés CNC megmunkálóközpontokban
Absztrakt: Ez a tanulmány részletesen ismerteti a CNC megmunkálóközpontok orsószerszám-lazító és -befogó mechanizmusának alapvető szerkezetét és működési elvét, beleértve a különböző alkatrészek összetételét, a munkafolyamatot és a főbb paramétereket. Célja, hogy mélyrehatóan elemezze e kulcsfontosságú funkció belső mechanizmusát, elméleti referenciákat nyújtson az illetékes műszaki személyzetnek, segítse őket a CNC megmunkálóközpontok orsórendszerének jobb megértésében és karbantartásában, valamint biztosítsa a megmunkálási folyamat magas hatékonyságát és pontosságát.
I. Bevezetés
A megmunkálóközpontokban az orsó szerszámlazításának és -rögzítésének funkciója fontos alapot képez a CNC megmunkálóközpontok automatizált megmunkálásához. Bár a különböző modellek között vannak bizonyos különbségek a szerkezetében és a működési elvében, az alapvető keretrendszer hasonló. A működési elvének mélyreható kutatása nagy jelentőséggel bír a megmunkálóközpontok teljesítményének javítása, a megmunkálási minőség biztosítása és a berendezések karbantartásának optimalizálása szempontjából.
II. Alapszerkezet
A CNC megmunkálóközpontok orsószerszám-lazító és -rögzítő mechanizmusa főként a következő alkatrészekből áll:
- Húzócsap: A szerszám kúpos szárának végére szerelik, és kulcsfontosságú összekötő elem a húzórúd számára a szerszám meghúzásához. A húzórúd fejében lévő acélgolyókkal együttműködve éri el a szerszám pozicionálását és rögzítését.
- Húzórúd: Acélgolyókon keresztül a húzócsappal kölcsönhatásba lépve húzó- és tolóerőket továbbít a szerszám befogása és lazítása érdekében. Mozgását dugattyú és rugók vezérlik.
- Szíjtárcsa: Általában köztes alkatrészként szolgál az erőátvitelben, az orsó szerszámlazító és -befogó mechanizmusában, és szerepet játszhat az olyan erőátviteli kapcsolatokban, amelyek a kapcsolódó alkatrészek mozgását hajtják. Például csatlakoztatható a hidraulikus rendszerhez vagy más hajtóeszközökhöz, hogy olyan alkatrészeket mozgasson, mint a dugattyú.
- Belleville-rugó: Több pár rugólapból áll, kulcsfontosságú elem a szerszám feszítőerejének létrehozásában. Erős rugalmas ereje biztosítja, hogy a szerszám stabilan rögzüljön az orsó kúpos furatában a megmunkálási folyamat során, garantálva a megmunkálási pontosságot.
- Rögzítőanya: Olyan alkatrészek rögzítésére szolgál, mint például a Belleville-rugó, hogy megakadályozza azok kilazulását a munkafolyamat során, és biztosítsa a teljes szerszámlazító és -rögzítő mechanizmus stabilitását és megbízhatóságát.
- Alátét állítógyűrű: Az állítógyűrű köszörülésével pontosan szabályozható a húzórúd és a húzócsap közötti érintkezési állapot a dugattyú löketének végén, biztosítva a szerszám sima kilazítását és meghúzását. Ez kulcsfontosságú szerepet játszik a teljes szerszámkioldó és -rögzítő mechanizmus precíz beállításában.
- Tekercsrugó: Szerepet játszik a szerszámlazítás folyamatában, és segíti a dugattyú mozgását. Például, amikor a dugattyú lefelé mozog, hogy a húzórudat nyomja a szerszám lazításához, a tekercsrugó bizonyos rugalmasságot biztosít a működés simaságának és megbízhatóságának biztosítása érdekében.
- Dugattyú: Ez a szerszámlazító és -befogó mechanizmus erőátvivő alkatrésze. Hidraulikus nyomás hajtja, fel és le mozog, majd meghajtja a húzórudat, hogy megvalósítsa a szerszám befogását és kilazítását. A löket és a tolóerő pontos szabályozása kulcsfontosságú a teljes szerszámlazítási és -befogási folyamathoz.
- 9-es és 10-es végálláskapcsolók: Ezek a szerszámbefogás és -lazítás jeleit küldik. Ezeket a jeleket visszacsatolják a CNC rendszerbe, így a rendszer pontosan vezérelheti a megmunkálási folyamatot, biztosíthatja az egyes folyamatok összehangolt előrehaladását, és elkerülheti a szerszámbefogás állapotának helytelen megítélése miatti megmunkálási baleseteket.
- Szíjtárcsa: A fenti 3. pontban említett szíjtárcsához hasonlóan részt vesz az erőátviteli rendszerben, hogy biztosítsa a stabil erőátvitelt, és lehetővé tegye a szerszámlazító és -rögzítő mechanizmus összes alkatrészének együttműködését az előre meghatározott program szerint.
- Végzáró fedél: Feladata az orsó belső szerkezetének védelme és tömítése, megakadályozva, hogy a szennyeződések, például a por és a forgács bejussanak az orsó belsejébe, és befolyásolják a szerszámlazító és -befogó mechanizmus normál működését. Ugyanakkor viszonylag stabil munkakörnyezetet biztosít a belső alkatrészek számára.
- Beállítócsavar: Segítségével finoman beállíthatók egyes alkatrészek helyzetei vagy hézagai, így tovább optimalizálható a szerszámlazító és -rögzítő mechanizmus teljesítménye, és biztosítható a nagy pontosságú működés hosszú távú használat során.
III. Működési elv
(I) Szerszámbefogási folyamat
Amikor a megmunkálóközpont normál megmunkálási állapotban van, a 8-as dugattyú felső végén nincs hidraulikaolaj-nyomás. Ekkor a 7-es tekercsrugó természetes módon kinyúlt állapotban van, és rugalmas ereje a 8-as dugattyút felfelé mozgatja egy adott pozícióba. Eközben a 4-es Belleville-rugó is szerepet játszik. Saját rugalmasságának köszönhetően a 4-es Belleville-rugó felfelé nyomja a 2-es húzórudat, így a 2-es húzórúd fején lévő 4 acélgolyó belép a szerszámszár 1-es húzócsapjának végén található gyűrű alakú horonyba. Az acélgolyók beágyazódásával a 4-es Belleville-rugó feszítőereje a 2-es húzórúdon és az acélgolyókon keresztül átkerül a 1-es húzócsapra, ezáltal szorosan megtartja a szerszámszárat, és megvalósítja a szerszám pontos pozicionálását és szilárd befogását az orsó kúpos furatában. Ez a befogási módszer a Belleville-rugó erős rugalmas potenciális energiáját használja ki, és elegendő feszítőerőt biztosít ahhoz, hogy a szerszám ne lazuljon meg nagy sebességű forgás és forgácsolóerők hatására, garantálva a megmunkálási pontosságot és stabilitást.
(II) Szerszámlazítási folyamat
Amikor szerszámcserére van szükség, a hidraulikus rendszer aktiválódik, és a hidraulikaolaj belép a 8-as dugattyú alsó végén, felfelé irányuló tolóerőt generálva. A hidraulikus tolóerő hatására a 8-as dugattyú legyőzi a 7-es tekercsrugó rugalmas erejét, és lefelé kezd mozogni. A 8-as dugattyú lefelé irányuló mozgása a 2-es húzórudat szinkronban lefelé mozdítja. Ahogy a 2-es húzórúd lefelé mozog, az acélgolyók kioldódnak a szerszámszár 1-es húzócsapjának végén lévő gyűrű alakú horonyból, és belépnek az orsó hátsó kúpos furatának felső részén lévő gyűrű alakú horonyba. Ekkor az acélgolyók már nem fejtenek ki visszatartó hatást a 1-es húzócsapra, és a szerszám meglazul. Amikor a manipulátor kihúzza a szerszámszárat az orsóból, sűrített levegő fúj ki a dugattyú és a húzórúd középső furatain keresztül, hogy megtisztítsa az orsó kúpos furatában lévő szennyeződéseket, például forgácsot és port, előkészítve a következő szerszámbeszerelést.
(III) A végálláskapcsolók szerepe
A 9-es és 10-es végálláskapcsolók kulcsszerepet játszanak a jel-visszacsatolásban a szerszámlazítás és -befogás során. Amikor a szerszámot befogják, a vonatkozó alkatrészek helyzetváltozása kiváltja a 9-es végálláskapcsolót, és a 9-es végálláskapcsoló azonnal szerszámbefogási jelet küld a CNC rendszernek. A jel vétele után a CNC rendszer megerősíti, hogy a szerszám stabil befogási állapotban van, és ezután megkezdheti a következő megmunkálási műveleteket, például az orsóforgatást és a szerszámelőtolást. Hasonlóképpen, amikor a szerszámlazítási művelet befejeződött, a 10-es végálláskapcsoló kiold, és szerszámlazítási jelet küld a CNC rendszernek. Ekkor a CNC rendszer vezérelni tudja a manipulátort a szerszámcsere végrehajtásához, biztosítva a teljes szerszámcsere folyamat automatizálását és pontosságát.
(IV) Főbb paraméterek és tervezési pontok
- Feszítőerő: A CNC megmunkálóközpont összesen 34 pár (68 darab) Belleville-rugót használ, amelyek erőteljes feszítőerőt tudnak létrehozni. Normál körülmények között a szerszám meghúzásához szükséges feszítőerő 10 kN, és maximum 13 kN-t is elérhet. Az ilyen feszítőerő-kialakítás elegendő ahhoz, hogy megbirkózzon a szerszámra ható különböző vágóerőkkel és centrifugális erőkkel a megmunkálási folyamat során, biztosítva a szerszám stabil rögzítését az orsó kúpos furatában, megakadályozva a szerszám elmozdulását vagy leesését a megmunkálási folyamat során, így garantálva a megmunkálási pontosságot és a felületi minőséget.
- Dugattyú lökete: Szerszámcserekor a 8-as dugattyú lökete 12 mm. Ezen 12 mm-es löket alatt a dugattyú mozgása két szakaszra oszlik. Először, miután a dugattyú körülbelül 4 mm-t előrehalad, elkezdi nyomni a 2-es húzórudat, amíg az acélgolyók be nem kerülnek az orsó kúpos furatának felső részében található Φ37 mm-es gyűrű alakú horonyba. Ekkor a szerszám elkezd kilazulni. Ezt követően a húzórúd tovább süllyed, amíg a húzórúd „a” felülete el nem éri a húzócsap tetejét, teljesen kinyomva a szerszámot az orsó kúpos furatából, így a manipulátor simán ki tudja venni a szerszámot. A dugattyú löketének pontos szabályozásával a szerszám lazítási és befogási műveletei pontosan végrehajthatók, elkerülve az olyan problémákat, mint az elégtelen vagy túlzott löket, amelyek laza befogáshoz vagy a szerszám kilazulásának lehetetlenségéhez vezethetnek.
- Érintkező feszültség és anyagkövetelmények: Mivel a 4 acélgolyó, a húzócsap kúpos felülete, az orsófurat felülete és az acélgolyók elhelyezésére szolgáló furatok jelentős érintkezési feszültséget viselnek el a megmunkálási folyamat során, magas követelményeket támasztanak ezen alkatrészek anyagaival és felületi keménységével szemben. Az acélgolyókra ható erő állandóságának biztosítása érdekében szigorúan ügyelni kell arra, hogy a 4 acélgolyó elhelyezésére szolgáló furatok ugyanabban a síkban legyenek. Általában ezek a kulcsfontosságú alkatrészek nagy szilárdságú, nagy keménységű és kopásálló anyagokat használnak, és precíz megmunkálási és hőkezelési folyamatokon esnek át a felületi keménység és kopásállóság javítása érdekében, biztosítva, hogy a különböző alkatrészek érintkező felületei hosszú távú és gyakori használat során is jó működési állapotban maradjanak, csökkentve a kopást és a deformációt, valamint meghosszabbítva a szerszámlazító és -rögzítő mechanizmus élettartamát.
IV. Következtetés
A CNC megmunkálóközpontok orsószerszám-lazító és -befogó mechanizmusának alapszerkezete és működési elve egy összetett és kifinomult rendszert alkot. Minden alkatrész együttműködik és szorosan összehangolódik egymással. A precíz mechanikai tervezésnek és az ötletes mechanikai struktúráknak köszönhetően a szerszámok gyors és pontos befogása és kioldása valósul meg, ami erőteljes garanciát jelent a CNC megmunkálóközpontok hatékony és automatizált megmunkálására. Működési elvének és kulcsfontosságú műszaki pontjainak alapos ismerete nagy jelentőséggel bír a CNC megmunkálóközpontok tervezése, gyártása, használata és karbantartása szempontjából. A jövőben, a CNC megmunkálási technológia folyamatos fejlődésével, az orsószerszám-lazító és -befogó mechanizmust is folyamatosan optimalizálni és fejleszteni fogják, a nagyobb pontosság, a gyorsabb sebesség és a megbízhatóbb teljesítmény felé haladva, hogy megfeleljenek a csúcskategóriás gyártóipar növekvő igényeinek.