Principio di funzionamento dell'utensile mandrino: allentamento e serraggio nei centri di lavorazione CNC
Abstract: Questo articolo illustra in dettaglio la struttura di base e il principio di funzionamento del meccanismo di allentamento e serraggio degli utensili del mandrino nei centri di lavoro CNC, includendo la composizione dei vari componenti, il processo di lavorazione e i parametri chiave. L'obiettivo è analizzare approfonditamente il meccanismo interno di questa funzione cruciale, fornire riferimenti teorici al personale tecnico interessato, aiutarlo a comprendere e manutenere meglio il sistema mandrino dei centri di lavoro CNC e garantire l'elevata efficienza e precisione del processo di lavorazione.
I. Introduzione
La funzione di allentamento e serraggio utensile del mandrino nei centri di lavoro è un elemento fondamentale per l'automazione dei centri di lavoro CNC. Sebbene vi siano alcune differenze nella struttura e nel principio di funzionamento tra i diversi modelli, il quadro di base è simile. Una ricerca approfondita sul suo principio di funzionamento è di grande importanza per migliorare le prestazioni dei centri di lavoro, garantire la qualità della lavorazione e ottimizzare la manutenzione delle attrezzature.
II. Struttura di base
Il meccanismo di allentamento e serraggio dell'utensile del mandrino nei centri di lavorazione CNC è costituito principalmente dai seguenti componenti:
- Perno di trazione: installato sulla coda del gambo conico dell'utensile, è un componente di collegamento chiave per il tirante per il serraggio dell'utensile. Collabora con le sfere d'acciaio sulla testa del tirante per garantire il posizionamento e il bloccaggio dell'utensile.
- Tirante: attraverso l'interazione con il perno di trazione tramite sfere d'acciaio, trasmette forze di trazione e spinta per realizzare le azioni di serraggio e allentamento dell'utensile. Il suo movimento è controllato dal pistone e dalle molle.
- Puleggia: solitamente utilizzata come componente intermedio per la trasmissione di potenza, nel meccanismo di allentamento e serraggio degli utensili del mandrino, può essere coinvolta nei collegamenti di trasmissione che azionano il movimento dei componenti correlati. Ad esempio, può essere collegata al sistema idraulico o ad altri dispositivi di azionamento per azionare il movimento di componenti come il pistone.
- Molla Belleville: composta da più coppie di lamelle, è un componente chiave per generare la forza di tensionamento dell'utensile. La sua potente forza elastica può garantire che l'utensile sia fissato stabilmente all'interno del foro conico del mandrino durante il processo di lavorazione, garantendone la precisione.
- Controdado: utilizzato per fissare componenti come la molla Belleville per evitare che si allentino durante il processo di lavorazione e garantire la stabilità e l'affidabilità dell'intero meccanismo di allentamento e serraggio dell'utensile.
- Spessore di regolazione: rettificando lo spessore di regolazione, è possibile controllare con precisione lo stato di contatto tra l'asta di trazione e il perno di trazione a fine corsa del pistone, garantendo un allentamento e un serraggio fluidi dell'utensile. Svolge un ruolo cruciale nella regolazione di precisione dell'intero meccanismo di allentamento e serraggio dell'utensile.
- Molla elicoidale: svolge un ruolo importante nel processo di allentamento dell'utensile e agevola il movimento del pistone. Ad esempio, quando il pistone si muove verso il basso per spingere la barra di trazione e allentare l'utensile, la molla elicoidale fornisce una certa forza elastica per garantire la fluidità e l'affidabilità dell'azione.
- Pistone: è il componente che aziona la forza nel meccanismo di allentamento e serraggio dell'utensile. Azionato dalla pressione idraulica, si muove verso l'alto e verso il basso, quindi aziona la barra di trazione per realizzare le azioni di serraggio e allentamento dell'utensile. Il controllo preciso della sua corsa e della sua spinta è fondamentale per l'intero processo di allentamento e serraggio dell'utensile.
- Finecorsa 9 e 10: vengono utilizzati rispettivamente per inviare segnali di serraggio e allentamento dell'utensile. Questi segnali vengono inviati al sistema CNC in modo che il sistema possa controllare con precisione il processo di lavorazione, garantire il corretto avanzamento di ogni processo ed evitare incidenti di lavorazione causati da un'errata valutazione dello stato di serraggio dell'utensile.
- Puleggia: simile alla puleggia menzionata al punto 3 sopra, partecipa al sistema di trasmissione per garantire la trasmissione stabile della potenza e consentire a tutti i componenti del meccanismo di allentamento e serraggio degli utensili di lavorare in modo cooperativo secondo il programma predeterminato.
- Coperchio terminale: svolge la funzione di proteggere e sigillare la struttura interna del mandrino, impedendo a impurità come polvere e trucioli di penetrare all'interno del mandrino e compromettere il normale funzionamento del meccanismo di allentamento e serraggio dell'utensile. Allo stesso tempo, fornisce anche un ambiente di lavoro relativamente stabile per i componenti interni.
- Vite di regolazione: può essere utilizzata per effettuare regolazioni precise delle posizioni o dei giochi di alcuni componenti per ottimizzare ulteriormente le prestazioni del meccanismo di allentamento e serraggio dell'utensile e garantire che mantenga uno stato di funzionamento ad alta precisione durante l'uso a lungo termine.
III. Principio di funzionamento
(I) Processo di serraggio dell'utensile
Quando il centro di lavoro è in normale stato di lavorazione, non c'è pressione dell'olio idraulico all'estremità superiore del pistone 8. In questo momento, la molla elicoidale 7 è in uno stato naturalmente esteso e la sua forza elastica fa muovere il pistone 8 verso l'alto in una posizione specifica. Nel frattempo, anche la molla Belleville 4 svolge un ruolo. Grazie alle sue caratteristiche elastiche, la molla Belleville 4 spinge il tirante 2 verso l'alto, in modo che le 4 sfere d'acciaio sulla testa del tirante 2 entrino nella scanalatura anulare sulla coda del perno di trazione 1 del gambo dell'utensile. Con l'inserimento delle sfere d'acciaio, la forza di tensionamento della molla Belleville 4 viene trasmessa al perno di trazione 1 attraverso il tirante 2 e le sfere d'acciaio, trattenendo così saldamente il gambo dell'utensile e realizzando il posizionamento preciso e il bloccaggio saldo dell'utensile all'interno del foro conico del mandrino. Questo metodo di serraggio sfrutta la potente energia potenziale elastica della molla Belleville e può fornire una forza di tensionamento sufficiente a garantire che l'utensile non si allenti sotto l'azione delle forze di rotazione e di taglio ad alta velocità, garantendo così la precisione e la stabilità della lavorazione.
(II) Processo di allentamento degli utensili
Quando è necessario sostituire l'utensile, il sistema idraulico viene attivato e l'olio idraulico entra nell'estremità inferiore del pistone 8, generando una spinta verso l'alto. Sotto l'azione della spinta idraulica, il pistone 8 vince la forza elastica della molla elicoidale 7 e inizia a muoversi verso il basso. Il movimento verso il basso del pistone 8 spinge il tirante 2 a muoversi verso il basso in modo sincrono. Mentre il tirante 2 si muove verso il basso, le sfere d'acciaio vengono disimpegnate dalla scanalatura anulare sulla coda del perno di trazione 1 del gambo dell'utensile ed entrano nella scanalatura anulare nella parte superiore del foro conico posteriore del mandrino. A questo punto, le sfere d'acciaio non hanno più effetto trattenente sul perno di trazione 1 e l'utensile viene allentato. Quando il manipolatore estrae il gambo dell'utensile dal mandrino, l'aria compressa fuoriesce dai fori centrali del pistone e del tirante per pulire le impurità come trucioli e polvere dal foro conico del mandrino, preparando il successivo montaggio dell'utensile.
(III) Il ruolo degli interruttori di finecorsa
I finecorsa 9 e 10 svolgono un ruolo cruciale nel feedback del segnale durante il processo di allentamento e serraggio dell'utensile. Quando l'utensile viene bloccato, la variazione di posizione dei componenti interessati attiva il finecorsa 9, che invia immediatamente un segnale di serraggio utensile al sistema CNC. Dopo aver ricevuto questo segnale, il sistema CNC conferma che l'utensile è in uno stato di serraggio stabile e può quindi avviare le successive operazioni di lavorazione, come la rotazione del mandrino e l'avanzamento dell'utensile. Analogamente, al termine dell'operazione di allentamento dell'utensile, il finecorsa 10 viene attivato e invia un segnale di allentamento utensile al sistema CNC. A questo punto, il sistema CNC può controllare il manipolatore per eseguire l'operazione di cambio utensile, garantendo l'automazione e la precisione dell'intero processo di cambio utensile.
(IV) Parametri chiave e punti di progettazione
- Forza di tensionamento: il centro di lavoro CNC utilizza un totale di 34 coppie (68 pezzi) di molle Belleville, in grado di generare una potente forza di tensionamento. In circostanze normali, la forza di tensionamento per il serraggio dell'utensile è di 10 kN e può raggiungere un massimo di 13 kN. Tale progettazione della forza di tensionamento è sufficiente a far fronte alle diverse forze di taglio e alle forze centrifughe che agiscono sull'utensile durante il processo di lavorazione, garantendo il fissaggio stabile dell'utensile all'interno del foro conico del mandrino, impedendone lo spostamento o la caduta durante il processo di lavorazione e garantendo così la precisione di lavorazione e la qualità superficiale.
- Corsa del pistone: durante la sostituzione dell'utensile, la corsa del pistone 8 è di 12 mm. Durante questa corsa di 12 mm, il movimento del pistone è suddiviso in due fasi. Innanzitutto, dopo essere avanzato di circa 4 mm, il pistone inizia a spingere l'asta di trazione 2 finché le sfere d'acciaio non entrano nella scanalatura anulare di Φ37 mm nella parte superiore del foro conico del mandrino. A questo punto, l'utensile inizia ad allentarsi. Successivamente, l'asta di trazione continua a scendere finché la superficie "a" dell'asta di trazione non entra in contatto con la parte superiore del perno di trazione, spingendo completamente l'utensile fuori dal foro conico del mandrino in modo che il manipolatore possa rimuoverlo agevolmente. Controllando con precisione la corsa del pistone, le azioni di allentamento e serraggio dell'utensile possono essere completate con precisione, evitando problemi come una corsa insufficiente o eccessiva che possono portare a un serraggio allentato o all'impossibilità di allentare l'utensile.
- Sollecitazioni da contatto e requisiti dei materiali: poiché le 4 sfere d'acciaio, la superficie conica del perno di trazione, la superficie del foro del mandrino e i fori in cui si trovano le sfere d'acciaio sopportano notevoli sollecitazioni da contatto durante il processo di lavorazione, vengono richiesti elevati requisiti ai materiali e alla durezza superficiale di questi componenti. Per garantire la costanza della forza sulle sfere d'acciaio, è necessario assicurarsi che i fori in cui si trovano le 4 sfere d'acciaio siano sullo stesso piano. Solitamente, questi componenti chiave adottano materiali ad alta resistenza, elevata durezza e resistenza all'usura e vengono sottoposti a precisi processi di lavorazione e trattamento termico per migliorarne la durezza superficiale e la resistenza all'usura, garantendo che le superfici di contatto dei vari componenti possano mantenere un buono stato di funzionamento durante un uso frequente e prolungato, riducendo usura e deformazione e prolungando la durata del meccanismo di allentamento e serraggio dell'utensile.
IV. Conclusion
La struttura di base e il principio di funzionamento del meccanismo di allentamento e serraggio degli utensili del mandrino nei centri di lavoro CNC formano un sistema complesso e sofisticato. Ogni componente interagisce e si coordina strettamente tra loro. Grazie a una progettazione meccanica precisa e a strutture meccaniche ingegnose, si ottengono un serraggio e un allentamento rapidi e precisi degli utensili, garantendo una solida garanzia per la lavorazione efficiente e automatizzata dei centri di lavoro CNC. Una conoscenza approfondita del suo principio di funzionamento e dei suoi aspetti tecnici chiave è di grande importanza per la progettazione, la produzione, l'utilizzo e la manutenzione dei centri di lavoro CNC. In futuro, con il continuo progresso della tecnologia di lavorazione CNC, anche il meccanismo di allentamento e serraggio degli utensili del mandrino sarà costantemente ottimizzato e migliorato, puntando a una maggiore precisione, velocità e prestazioni più affidabili per soddisfare le crescenti esigenze dell'industria manifatturiera di fascia alta.