Princípio de funcionamento da ferramenta de fuso – Afrouxamento e fixação em centros de usinagem CNC
Resumo: Este artigo aborda em detalhes a estrutura básica e o princípio de funcionamento do mecanismo de afrouxamento e fixação de ferramentas de fuso em centros de usinagem CNC, incluindo a composição de seus diversos componentes, o processo de trabalho e os principais parâmetros. O objetivo é analisar profundamente o mecanismo interno dessa função crucial, fornecer referências teóricas para o pessoal técnico relevante, ajudá-lo a compreender e manter melhor o sistema de fuso de centros de usinagem CNC e garantir a alta eficiência e precisão do processo de usinagem.
I. Introdução
A função de afrouxamento e fixação de ferramentas de fuso em centros de usinagem é uma base importante para que centros de usinagem CNC alcancem a usinagem automatizada. Embora existam certas diferenças em sua estrutura e princípio de funcionamento entre os diferentes modelos, a estrutura básica é semelhante. Pesquisas aprofundadas sobre seu princípio de funcionamento são de grande importância para melhorar o desempenho dos centros de usinagem, garantir a qualidade da usinagem e otimizar a manutenção dos equipamentos.
II. Estrutura Básica
O mecanismo de afrouxamento e fixação de ferramentas de fuso em centros de usinagem CNC consiste principalmente nos seguintes componentes:
- Pino de Tração: Instalado na extremidade da haste cônica da ferramenta, é um componente de conexão essencial para a haste de tração, que permite o aperto da ferramenta. Ele coopera com as esferas de aço na cabeça da haste de tração para garantir o posicionamento e a fixação da ferramenta.
- Haste de Tração: Através da interação com o pino de tração por meio de esferas de aço, ela transmite forças de tração e empuxo para realizar as ações de fixação e afrouxamento da ferramenta. Seu movimento é controlado pelo pistão e pelas molas.
- Polia: Geralmente atua como um componente intermediário para transmissão de potência, no mecanismo de afrouxamento e fixação de ferramentas do fuso, podendo estar envolvida nos elos de transmissão que acionam o movimento de componentes relacionados. Por exemplo, pode ser conectada ao sistema hidráulico ou a outros dispositivos de acionamento para acionar o movimento de componentes como o pistão.
- Mola Belleville: Composta por múltiplos pares de lâminas de mola, é um componente essencial para gerar a força de tensionamento da ferramenta. Sua potente força elástica garante que a ferramenta fique firmemente fixada dentro do furo cônico do fuso durante o processo de usinagem, garantindo a precisão da usinagem.
- Porca de segurança: usada para fixar componentes como a mola Belleville para evitar que eles se soltem durante o processo de trabalho e garantir a estabilidade e a confiabilidade de todo o mecanismo de afrouxamento e fixação da ferramenta.
- Calço de Ajuste: Ao retificar o calço de ajuste, o contato entre a haste de tração e o pino de tração no final do curso do pistão pode ser controlado com precisão, garantindo o afrouxamento e o aperto suaves da ferramenta. Ele desempenha um papel crucial no ajuste preciso de todo o mecanismo de afrouxamento e fixação da ferramenta.
- Mola helicoidal: Desempenha um papel no processo de afrouxamento da ferramenta e auxilia no movimento do pistão. Por exemplo, quando o pistão se move para baixo para empurrar a haste de tração e soltar a ferramenta, a mola helicoidal fornece uma certa força elástica para garantir a suavidade e a confiabilidade da ação.
- Pistão: É o componente que aciona a força no mecanismo de afrouxamento e fixação da ferramenta. Acionado por pressão hidráulica, ele se move para cima e para baixo e, em seguida, aciona a haste de tração para realizar as ações de fixação e afrouxamento da ferramenta. O controle preciso de seu curso e impulso é crucial para todo o processo de afrouxamento e fixação da ferramenta.
- Chaves de fim de curso 9 e 10: São usadas, respectivamente, para enviar sinais de fixação e afrouxamento da ferramenta. Esses sinais são realimentados para o sistema CNC, permitindo que o sistema controle com precisão o processo de usinagem, garanta o progresso coordenado de cada processo e evite acidentes de usinagem causados por erros de avaliação do estado de fixação da ferramenta.
- Polia: Semelhante à polia mencionada no item 3 acima, ela participa do sistema de transmissão em conjunto para garantir a transmissão estável de energia e permitir que todos os componentes do mecanismo de afrouxamento e fixação da ferramenta trabalhem cooperativamente de acordo com o programa pré-determinado.
- Tampa da Extremidade: Desempenha a função de proteger e vedar a estrutura interna do fuso, evitando que impurezas como poeira e cavacos entrem no interior do fuso e afetem o funcionamento normal do mecanismo de afrouxamento e fixação da ferramenta. Ao mesmo tempo, proporciona um ambiente de trabalho relativamente estável para os componentes internos.
- Parafuso de ajuste: pode ser usado para fazer ajustes finos nas posições ou folgas de alguns componentes para otimizar ainda mais o desempenho do mecanismo de afrouxamento e fixação da ferramenta e garantir que ele mantenha um estado de trabalho de alta precisão durante o uso a longo prazo.
III. Princípio de funcionamento
(I) Processo de fixação de ferramentas
Quando o centro de usinagem está em seu estado normal de usinagem, não há pressão de óleo hidráulico na extremidade superior do pistão 8. Nesse momento, a mola helicoidal 7 está em um estado naturalmente estendido e sua força elástica faz com que o pistão 8 se mova para cima, para uma posição específica. Enquanto isso, a mola Belleville 4 também desempenha um papel. Devido às suas próprias características elásticas, a mola Belleville 4 empurra a haste de tração 2 para cima, de modo que as 4 esferas de aço na cabeça da haste de tração 2 entrem na ranhura anular na cauda do pino de tração 1 da haste da ferramenta. Com o encaixe das esferas de aço, a força de tensão da mola Belleville 4 é transmitida ao pino de tração 1 através da haste de tração 2 e das esferas de aço, segurando firmemente a haste da ferramenta e realizando o posicionamento preciso e a fixação firme da ferramenta dentro do furo cônico do fuso. Este método de fixação utiliza a poderosa energia potencial elástica da mola Belleville e pode fornecer força de tensionamento suficiente para garantir que a ferramenta não se solte sob a ação de rotação de alta velocidade e forças de corte, garantindo a precisão e a estabilidade da usinagem.
(II) Processo de Afrouxamento de Ferramentas
Quando é necessário trocar a ferramenta, o sistema hidráulico é acionado e o óleo hidráulico entra na extremidade inferior do pistão 8, gerando um impulso ascendente. Sob a ação do impulso hidráulico, o pistão 8 supera a força elástica da mola helicoidal 7 e começa a se mover para baixo. O movimento descendente do pistão 8 empurra a haste de tração 2 para baixo em sincronia. À medida que a haste de tração 2 se move para baixo, as esferas de aço se desprendem da ranhura anular na extremidade do pino de tração 1 da haste da ferramenta e entram na ranhura anular na parte superior do furo cônico traseiro do fuso. Nesse momento, as esferas de aço não têm mais efeito de restrição sobre o pino de tração 1 e a ferramenta é solta. Quando o manipulador puxa a haste da ferramenta para fora do fuso, o ar comprimido é soprado através dos furos centrais do pistão e da haste de tração para limpar impurezas como cavacos e poeira no furo cônico do fuso, preparando-se para a próxima instalação da ferramenta.
(III) O Papel dos Interruptores de Fim de Curso
Os interruptores de fim de curso 9 e 10 desempenham um papel crucial na realimentação do sinal durante todo o processo de afrouxamento e fixação da ferramenta. Quando a ferramenta é fixada no lugar, a mudança de posição dos componentes relevantes aciona o interruptor de fim de curso 9, que imediatamente envia um sinal de fixação da ferramenta ao sistema CNC. Após receber esse sinal, o sistema CNC confirma que a ferramenta está em um estado de fixação estável e pode então iniciar as operações de usinagem subsequentes, como a rotação do fuso e o avanço da ferramenta. Da mesma forma, quando a ação de afrouxamento da ferramenta é concluída, o interruptor de fim de curso 10 é acionado e envia um sinal de afrouxamento da ferramenta ao sistema CNC. Nesse momento, o sistema CNC pode controlar o manipulador para realizar a operação de troca de ferramenta, garantindo a automação e a precisão de todo o processo de troca de ferramenta.
(IV) Parâmetros-chave e pontos de projeto
- Força de Tensão: O centro de usinagem CNC utiliza um total de 34 pares (68 peças) de molas Belleville, que podem gerar uma poderosa força de tensão. Em circunstâncias normais, a força de tensão para apertar a ferramenta é de 10 kN, podendo atingir um máximo de 13 kN. Esse projeto de força de tensão é suficiente para suportar diversas forças de corte e centrífugas que atuam na ferramenta durante o processo de usinagem, garantindo a fixação estável da ferramenta dentro do furo cônico do fuso, evitando que a ferramenta se desloque ou caia durante o processo de usinagem, garantindo assim a precisão da usinagem e a qualidade da superfície.
- Curso do Pistão: Ao trocar a ferramenta, o curso do pistão 8 é de 12 mm. Durante esse curso de 12 mm, o movimento do pistão é dividido em duas etapas. Primeiro, após o pistão avançar cerca de 4 mm, ele começa a empurrar a haste de tração 2 para se mover até que as esferas de aço entrem na ranhura anular de Φ37 mm na parte superior do furo cônico do fuso. Nesse momento, a ferramenta começa a se soltar. Em seguida, a haste de tração continua a descer até que a superfície "a" da haste de tração entre em contato com a parte superior do pino de tração, empurrando completamente a ferramenta para fora do furo cônico do fuso para que o manipulador possa removê-la suavemente. Ao controlar precisamente o curso do pistão, as ações de afrouxamento e fixação da ferramenta podem ser concluídas com precisão, evitando problemas como curso insuficiente ou excessivo, que podem levar à fixação frouxa ou à incapacidade de soltar a ferramenta.
- Tensão de Contato e Requisitos de Material: Como as 4 esferas de aço, a superfície cônica do pino de tração, a superfície do furo do fuso e os furos onde as esferas de aço estão localizadas sofrem considerável tensão de contato durante o processo de trabalho, altos requisitos são impostos aos materiais e à dureza da superfície dessas peças. Para garantir a consistência da força sobre as esferas de aço, os furos onde as 4 esferas de aço estão localizadas devem ser rigorosamente assegurados de que estejam no mesmo plano. Normalmente, essas peças-chave adotam materiais de alta resistência, alta dureza e resistência ao desgaste e passam por processos precisos de usinagem e tratamento térmico para melhorar sua dureza superficial e resistência ao desgaste, garantindo que as superfícies de contato de vários componentes possam manter um bom estado de funcionamento durante o uso frequente e de longo prazo, reduzindo o desgaste e a deformação e prolongando a vida útil do mecanismo de afrouxamento e fixação de ferramentas.
IV. Conclusão
A estrutura básica e o princípio de funcionamento do mecanismo de afrouxamento e fixação de ferramentas do fuso em centros de usinagem CNC formam um sistema complexo e sofisticado. Cada componente coopera e coordena-se estreitamente entre si. Através de um projeto mecânico preciso e de estruturas mecânicas engenhosas, obtém-se uma fixação e um afrouxamento rápidos e precisos das ferramentas, proporcionando uma garantia sólida para a usinagem eficiente e automatizada em centros de usinagem CNC. O conhecimento profundo do seu princípio de funcionamento e dos principais pontos técnicos é de grande importância para o projeto, a fabricação, a utilização e a manutenção de centros de usinagem CNC. No desenvolvimento futuro, com o progresso contínuo da tecnologia de usinagem CNC, o mecanismo de afrouxamento e fixação de ferramentas do fuso também será continuamente otimizado e aprimorado, buscando maior precisão, maior velocidade e desempenho mais confiável para atender às crescentes demandas da indústria de manufatura de ponta.