หลักการทำงานของเครื่องมือแกนหมุน – การคลายและการยึดในศูนย์เครื่องจักรกลซีเอ็นซี
บทคัดย่อ: บทความนี้อธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับโครงสร้างพื้นฐานและหลักการทำงานของกลไกการคลายและยึดแกนหมุนของเครื่องมือในศูนย์เครื่องจักรกลซีเอ็นซี ซึ่งรวมถึงส่วนประกอบต่างๆ กระบวนการทำงาน และพารามิเตอร์สำคัญต่างๆ บทความนี้มุ่งวิเคราะห์กลไกภายในของฟังก์ชันสำคัญนี้อย่างลึกซึ้ง ให้ข้อมูลอ้างอิงเชิงทฤษฎีสำหรับบุคลากรทางเทคนิคที่เกี่ยวข้อง ช่วยให้เข้าใจและบำรุงรักษาระบบแกนหมุนของศูนย์เครื่องจักรกลซีเอ็นซีได้ดียิ่งขึ้น และเพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพและความแม่นยำสูงของกระบวนการกลึง
I. บทนำ
หน้าที่ของการคลายและยึดเครื่องมือแกนหมุนในศูนย์เครื่องจักรกลเป็นรากฐานสำคัญสำหรับศูนย์เครื่องจักรกลซีเอ็นซีเพื่อบรรลุการทำงานอัตโนมัติ แม้ว่าจะมีความแตกต่างกันในโครงสร้างและหลักการทำงานในแต่ละรุ่น แต่โครงสร้างหลักการทำงานนั้นมีความคล้ายคลึงกัน การวิจัยเชิงลึกเกี่ยวกับหลักการทำงานมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการปรับปรุงประสิทธิภาพของศูนย์เครื่องจักรกล การรับประกันคุณภาพงานกลึง และการเพิ่มประสิทธิภาพการบำรุงรักษาอุปกรณ์
II. โครงสร้างพื้นฐาน
กลไกการคลายและยึดเครื่องมือแกนหมุนในศูนย์การกลึง CNC ประกอบด้วยส่วนประกอบหลักดังต่อไปนี้:
- สลักดึง: ติดตั้งที่ส่วนท้ายของก้านเรียวของเครื่องมือ เป็นส่วนประกอบสำคัญในการเชื่อมต่อแกนดึงเพื่อขันเครื่องมือให้แน่น สลักดึงทำงานร่วมกับลูกเหล็กที่หัวแกนดึงเพื่อกำหนดตำแหน่งและยึดเครื่องมือ
- ก้านดึง: ก้านดึงส่งแรงดึงและแรงผลักผ่านลูกเหล็กผ่านแกนดึงเพื่อยึดและคลายเครื่องมือ การเคลื่อนที่ของก้านถูกควบคุมโดยลูกสูบและสปริง
- รอก: โดยทั่วไปทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบกลางสำหรับการส่งกำลัง ในกลไกการคลายและยึดเครื่องมือของแกนหมุน รอกอาจเกี่ยวข้องกับระบบส่งกำลังที่ขับเคลื่อนการเคลื่อนที่ของส่วนประกอบที่เกี่ยวข้อง ตัวอย่างเช่น รอกอาจเชื่อมต่อกับระบบไฮดรอลิกหรืออุปกรณ์ขับเคลื่อนอื่นๆ เพื่อขับเคลื่อนการเคลื่อนที่ของส่วนประกอบต่างๆ เช่น ลูกสูบ
- สปริงเบลล์วิลล์: ประกอบด้วยแผ่นสปริงหลายคู่ เป็นส่วนประกอบสำคัญในการสร้างแรงดึงของเครื่องมือ แรงยืดหยุ่นอันทรงพลังช่วยให้มั่นใจได้ว่าเครื่องมือจะถูกยึดติดอย่างมั่นคงภายในรูเรียวของแกนหมุนระหว่างกระบวนการตัดเฉือน รับประกันความแม่นยำในการตัดเฉือน
- น็อตล็อค: ใช้สำหรับยึดส่วนประกอบต่างๆ เช่น สปริง Belleville เพื่อป้องกันไม่ให้คลายตัวในระหว่างกระบวนการทำงาน และเพื่อรับประกันความเสถียรและความน่าเชื่อถือของกลไกคลายและยึดเครื่องมือทั้งหมด
- ชิมปรับ: การเจียรชิมปรับจะช่วยให้สามารถควบคุมสภาวะสัมผัสระหว่างแกนดึงและแกนดึงที่ปลายจังหวะลูกสูบได้อย่างแม่นยำ ช่วยให้เครื่องมือคลายและขันแน่นได้อย่างราบรื่น ชิมปรับนี้มีบทบาทสำคัญในการปรับกลไกการคลายและยึดเครื่องมือทั้งหมดอย่างแม่นยำ
- สปริงขด: มีบทบาทในกระบวนการคลายตัวของเครื่องมือและช่วยในการเคลื่อนไหวของลูกสูบ ตัวอย่างเช่น เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ลงเพื่อดันแกนดึงให้เครื่องมือคลายตัว สปริงขดจะให้แรงยืดหยุ่นในระดับหนึ่งเพื่อให้มั่นใจถึงความราบรื่นและความน่าเชื่อถือของการทำงาน
- ลูกสูบ: เป็นส่วนประกอบที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานในกลไกการคลายและยึดเครื่องมือ ขับเคลื่อนด้วยแรงดันไฮดรอลิก ลูกสูบจะเคลื่อนที่ขึ้นลง แล้วขับเคลื่อนแกนดึงเพื่อทำการคลายและยึดเครื่องมือ การควบคุมระยะชักและแรงขับที่แม่นยำเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับกระบวนการคลายและยึดเครื่องมือทั้งหมด
- ลิมิตสวิตช์ 9 และ 10: ใช้เพื่อส่งสัญญาณการยึดและคลายเครื่องมือตามลำดับ สัญญาณเหล่านี้จะถูกส่งกลับไปยังระบบ CNC เพื่อให้ระบบสามารถควบคุมกระบวนการตัดเฉือนได้อย่างแม่นยำ มั่นใจได้ถึงความคืบหน้าที่สอดประสานกันของแต่ละกระบวนการ และหลีกเลี่ยงอุบัติเหตุจากการตัดเฉือนที่เกิดจากการประเมินสถานะการยึดเครื่องมือผิดพลาด
- รอก: คล้ายกับรอกที่กล่าวถึงในข้อ 3 ข้างต้น รอกนี้จะเข้าร่วมในระบบส่งกำลังร่วมกันเพื่อให้แน่ใจว่าการส่งกำลังมีความเสถียร และช่วยให้ส่วนประกอบทั้งหมดของกลไกคลายและยึดเครื่องมือทำงานร่วมกันตามโปรแกรมที่กำหนดไว้ล่วงหน้า
- ฝาครอบปลาย: ทำหน้าที่ปกป้องและปิดผนึกโครงสร้างภายในของแกนหมุน ป้องกันไม่ให้สิ่งสกปรก เช่น ฝุ่นและเศษโลหะ เข้าไปภายในแกนหมุน และส่งผลกระทบต่อการทำงานปกติของกลไกคลายและยึดเครื่องมือ ขณะเดียวกันยังช่วยสร้างสภาพแวดล้อมการทำงานที่ค่อนข้างเสถียรสำหรับส่วนประกอบภายในอีกด้วย
- สกรูปรับ: สามารถใช้เพื่อปรับตำแหน่งหรือระยะห่างของส่วนประกอบบางส่วนอย่างละเอียด เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของกลไกคลายและยึดเครื่องมือให้ดียิ่งขึ้น และเพื่อให้แน่ใจว่ากลไกจะรักษาสถานะการทำงานที่แม่นยำสูงในระหว่างการใช้งานในระยะยาว
III. หลักการทำงาน
(I) กระบวนการยึดเครื่องมือ
เมื่อศูนย์เครื่องจักรกลอยู่ในสภาวะการตัดเฉือนปกติ จะไม่มีแรงดันน้ำมันไฮดรอลิกที่ปลายด้านบนของลูกสูบ 8 ในขณะนี้ สปริงขด 7 จะอยู่ในสถานะยืดออกตามธรรมชาติ และแรงยืดหยุ่นของสปริงจะทำให้ลูกสูบ 8 เคลื่อนที่ขึ้นไปยังตำแหน่งที่กำหนด ในขณะเดียวกัน สปริง Belleville 4 ก็มีบทบาทเช่นกัน ด้วยคุณสมบัติความยืดหยุ่นของตัวเอง สปริง Belleville 4 จะดันแกนดึง 2 ให้เคลื่อนที่ขึ้น ทำให้ลูกบอลเหล็ก 4 ลูกที่หัวแกนดึง 2 เข้าไปในร่องวงแหวนที่ส่วนท้ายของสตั๊ดดึง 1 ของด้ามเครื่องมือ เมื่อลูกบอลเหล็กฝังตัว แรงดึงของสปริง Belleville 4 จะถูกส่งผ่านไปยังสตั๊ดดึง 1 ผ่านแกนดึง 2 และลูกบอลเหล็ก ทำให้ด้ามเครื่องมือยึดแน่นและได้ตำแหน่งที่แม่นยำและการยึดเครื่องมืออย่างแน่นหนาภายในรูเรียวของแกนหมุน วิธีการจับยึดนี้ใช้พลังงานศักย์ยืดหยุ่นอันทรงพลังของสปริง Belleville และสามารถให้แรงดึงที่เพียงพอเพื่อให้แน่ใจว่าเครื่องมือจะไม่คลายตัวภายใต้การกระทำของการหมุนความเร็วสูงและแรงตัด รับประกันความแม่นยำและความเสถียรของการตัดเฉือน
(II) กระบวนการคลายเครื่องมือ
เมื่อจำเป็นต้องเปลี่ยนเครื่องมือ ระบบไฮดรอลิกจะทำงาน และน้ำมันไฮดรอลิกจะเข้าสู่ปลายด้านล่างของลูกสูบ 8 ทำให้เกิดแรงขับดันขึ้น ภายใต้แรงขับดันไฮดรอลิก ลูกสูบ 8 จะเอาชนะแรงยืดหยุ่นของสปริงขด 7 และเริ่มเคลื่อนลง การเคลื่อนที่ลงของลูกสูบ 8 จะดันแกนดึง 2 ให้เคลื่อนลงพร้อมกัน เมื่อแกนดึง 2 เคลื่อนลง ลูกเหล็กจะหลุดออกจากร่องวงแหวนที่ส่วนท้ายของแกนดึง 1 ของด้ามเครื่องมือ และเข้าสู่ร่องวงแหวนที่ส่วนบนของรูเรียวด้านหลังของแกนหมุน ในเวลานี้ ลูกเหล็กจะไม่มีผลในการยึดแกนดึง 1 อีกต่อไป และเครื่องมือจะคลายออก เมื่อแมนิพิวเลเตอร์ดึงก้านเครื่องมือออกจากแกนหมุน อากาศอัดจะพัดผ่านรูตรงกลางของลูกสูบและแกนดึง เพื่อทำความสะอาดสิ่งสกปรก เช่น เศษโลหะและฝุ่นละอองในรูเรียวของแกนหมุน เพื่อเตรียมพร้อมสำหรับการติดตั้งเครื่องมือครั้งต่อไป
(III) บทบาทของสวิตช์จำกัด
ลิมิตสวิตช์ 9 และ 10 มีบทบาทสำคัญในการป้อนกลับสัญญาณตลอดกระบวนการคลายและยึดเครื่องมือ เมื่อยึดเครื่องมือเข้าที่ การเปลี่ยนตำแหน่งของส่วนประกอบที่เกี่ยวข้องจะกระตุ้นลิมิตสวิตช์ 9 และลิมิตสวิตช์ 9 จะส่งสัญญาณการยึดเครื่องมือไปยังระบบ CNC ทันที หลังจากได้รับสัญญาณนี้ ระบบ CNC จะยืนยันว่าเครื่องมืออยู่ในสถานะการยึดที่เสถียร และสามารถเริ่มการทำงานตัดเฉือนอื่นๆ ได้ เช่น การหมุนแกนหมุนและการป้อนเครื่องมือ ในทำนองเดียวกัน เมื่อการคลายเครื่องมือเสร็จสมบูรณ์ ลิมิตสวิตช์ 10 จะทำงานและส่งสัญญาณการคลายเครื่องมือไปยังระบบ CNC ณ เวลานี้ ระบบ CNC สามารถควบคุมแมนิพิวเลเตอร์ให้ดำเนินการเปลี่ยนเครื่องมือ เพื่อให้มั่นใจถึงการทำงานอัตโนมัติและความแม่นยำของกระบวนการเปลี่ยนเครื่องมือทั้งหมด
(IV) พารามิเตอร์หลักและจุดการออกแบบ
- แรงดึง: ศูนย์เครื่องจักรกลซีเอ็นซีใช้สปริงเบลล์วิลล์ทั้งหมด 34 คู่ (68 ชิ้น) ซึ่งสามารถสร้างแรงดึงที่ทรงพลังได้ ในสถานการณ์ปกติ แรงดึงที่ใช้ในการขันเครื่องมือจะอยู่ที่ 10 kN และสามารถแรงดึงได้สูงสุด 13 kN การออกแบบแรงดึงนี้เพียงพอที่จะรับมือกับแรงตัดและแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางต่างๆ ที่กระทำต่อเครื่องมือในระหว่างกระบวนการกลึง ช่วยให้เครื่องมือยึดติดอย่างมั่นคงภายในรูเรียวของแกนหมุน ป้องกันไม่ให้เครื่องมือเคลื่อนหรือหลุดออกระหว่างกระบวนการกลึง จึงรับประกันความแม่นยำและคุณภาพของพื้นผิวในการตัดเฉือน
- ระยะชักลูกสูบ: เมื่อเปลี่ยนเครื่องมือ ระยะชักของลูกสูบ 8 คือ 12 มม. ในระหว่างระยะชัก 12 มม. นี้ การเคลื่อนที่ของลูกสูบจะแบ่งออกเป็นสองขั้นตอน ขั้นแรก หลังจากลูกสูบเคลื่อนที่ไปข้างหน้าประมาณ 4 มม. ลูกสูบจะเริ่มดันแกนดึง 2 ให้เคลื่อนที่จนกระทั่งลูกเหล็กเข้าไปในร่องวงแหวนขนาด Φ37 มม. ในส่วนบนของรูเรียวของแกนหมุน ในขณะนี้ เครื่องมือจะเริ่มคลายตัว จากนั้น แกนดึงจะเคลื่อนลงต่อไปจนกระทั่งพื้นผิว "a" ของแกนดึงสัมผัสกับด้านบนของแกนดึง ดันเครื่องมือออกจากรูเรียวของแกนหมุนจนหมด ทำให้กลไกสามารถถอดเครื่องมือออกได้อย่างราบรื่น ด้วยการควบคุมระยะชักของลูกสูบอย่างแม่นยำ การคลายและการยึดจับของเครื่องมือจึงเสร็จสมบูรณ์อย่างแม่นยำ หลีกเลี่ยงปัญหาต่างๆ เช่น ระยะชักที่ไม่เพียงพอหรือมากเกินไป ซึ่งอาจนำไปสู่การยึดจับที่หลวมหรือไม่สามารถคลายเครื่องมือได้
- ข้อกำหนดด้านแรงสัมผัสและวัสดุ: เนื่องจากลูกเหล็ก 4 ลูก พื้นผิวกรวยของสตั๊ดดึง พื้นผิวรูแกนหมุน และรูที่ลูกเหล็กตั้งอยู่ ล้วนมีแรงสัมผัสสูงในระหว่างกระบวนการทำงาน จึงกำหนดข้อกำหนดด้านวัสดุและความแข็งของพื้นผิวของชิ้นส่วนเหล่านี้ไว้สูง เพื่อให้มั่นใจว่าแรงที่กระทำกับลูกเหล็กมีความสม่ำเสมอ ควรตรวจสอบรูที่ลูกเหล็กทั้ง 4 ลูกตั้งอยู่ให้อยู่ในระนาบเดียวกันอย่างเคร่งครัด โดยปกติแล้ว ชิ้นส่วนสำคัญเหล่านี้จะเลือกใช้วัสดุที่มีความแข็งแรงสูง ความแข็งสูง และทนต่อการสึกหรอ และผ่านกระบวนการตัดเฉือนและการอบชุบด้วยความร้อนที่แม่นยำ เพื่อปรับปรุงความแข็งของพื้นผิวและความต้านทานการสึกหรอ ทำให้มั่นใจได้ว่าพื้นผิวสัมผัสของส่วนประกอบต่างๆ สามารถคงสภาพการทำงานที่ดีได้แม้ใช้งานเป็นเวลานานและบ่อยครั้ง ลดการสึกหรอและการเสียรูป และยืดอายุการใช้งานของกลไกคลายและยึดเครื่องมือ
IV. บทสรุป
โครงสร้างพื้นฐานและหลักการทำงานของกลไกการคลายและยึดเครื่องมือของแกนหมุนในศูนย์เครื่องจักรกลซีเอ็นซี (CNC) ก่อให้เกิดระบบที่ซับซ้อนและซับซ้อน ส่วนประกอบแต่ละชิ้นทำงานร่วมกันอย่างใกล้ชิดและประสานงานกัน ด้วยการออกแบบเชิงกลที่แม่นยำและโครงสร้างเชิงกลอันชาญฉลาด ทำให้สามารถจับและคลายเครื่องมือได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำ จึงเป็นการรับประกันประสิทธิภาพและการทำงานอัตโนมัติของศูนย์เครื่องจักรกลซีเอ็นซีได้อย่างมีประสิทธิภาพ ความเข้าใจอย่างลึกซึ้งเกี่ยวกับหลักการทำงานและประเด็นทางเทคนิคที่สำคัญมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการออกแบบ การผลิต การใช้งาน และการบำรุงรักษาศูนย์เครื่องจักรกลซีเอ็นซี ในอนาคต ด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีเครื่องจักรกลซีเอ็นซี กลไกการคลายและยึดเครื่องมือของแกนหมุนจะได้รับการปรับปรุงและพัฒนาอย่างต่อเนื่อง เพื่อมุ่งสู่ความแม่นยำที่สูงขึ้น ความเร็วที่เร็วขึ้น และประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้มากขึ้น เพื่อตอบสนองความต้องการที่เพิ่มขึ้นของอุตสาหกรรมการผลิตระดับสูง