עקרון העבודה של כלי ציר - התרופפות והידוק במרכזי עיבוד שבבי CNC
תקציר: מאמר זה מפרט בפירוט את המבנה הבסיסי ועקרון העבודה של מנגנון שחרור והידוק כלי הציר במרכזי עיבוד שבבי CNC, כולל הרכב הרכיבים השונים, תהליך העבודה ופרמטרים מרכזיים. מטרתו לנתח לעומק את המנגנון הפנימי של פונקציה קריטית זו, לספק מקורות תיאורטיים לצוות הטכני הרלוונטי, לסייע להם להבין ולתחזק טוב יותר את מערכת הציר של מרכזי עיבוד שבבי CNC, ולהבטיח יעילות ודיוק גבוהים של תהליך העיבוד השבבי.
א. מבוא
תפקיד שחרור והידוק של כלי הציר במרכזי עיבוד שבבי הוא בסיס חשוב למרכזי עיבוד שבבי CNC להשגת עיבוד שבבי אוטומטי. למרות שישנם הבדלים מסוימים במבנה ובעקרון העבודה שלו בין דגמים שונים, המסגרת הבסיסית דומה. מחקר מעמיק על עקרון העבודה שלו הוא בעל חשיבות רבה לשיפור ביצועי מרכזי עיבוד שבבי, הבטחת איכות העיבוד השבבי ואופטימיזציה של תחזוקת הציוד.
II. מבנה בסיסי
מנגנון שחרור והידוק כלי הציר במרכזי עיבוד שבבי CNC מורכב בעיקר מהרכיבים הבאים:
- יתד משיכה: מותקן בזנב הקנה המחודד של הכלי, זהו רכיב חיבור מרכזי עבור מוט המשיכה להידוק הכלי. הוא משתף פעולה עם כדורי הפלדה בראש מוט המשיכה כדי להשיג את המיקום וההידוק של הכלי.
- מוט משיכה: באמצעות האינטראקציה עם בורג המשיכה באמצעות כדורי פלדה, הוא מעביר כוחות מתיחה ודחיפה כדי לממש את פעולות ההידוק וההתרופפות של הכלי. תנועתו נשלטת על ידי הבוכנה והקפיצים.
- גלגלת: משמשת בדרך כלל כרכיב ביניים להעברת כוח, במנגנון שחרור והידוק של כלי הציר, היא עשויה להיות מעורבת בחוליות ההילוכים המניעות את תנועת הרכיבים הקשורים. לדוגמה, היא עשויה להיות מחוברת למערכת ההידראולית או להתקני הנעה אחרים כדי להניע את תנועת רכיבים כמו הבוכנה.
- קפיץ בלוויל: מורכב מזוגות מרובים של עלי קפיץ, והוא מרכיב מפתח ליצירת כוח המתיחה של הכלי. כוחו האלסטי החזק יכול להבטיח שהכלי יהיה מקובע ביציבות בתוך החור המחודד של הציר במהלך תהליך העיבוד, מה שמבטיח דיוק עיבוד שבבי.
- אום נעילה: משמש לקיבוע רכיבים כגון קפיץ בלוויל כדי למנוע את התרופפותם במהלך תהליך העבודה ולהבטיח את היציבות והאמינות של מנגנון שחרור והידוק הכלי כולו.
- חותך כוונון: על ידי השחזה של חותך הכוונון, ניתן לשלוט במדויק במצב המגע בין מוט המשיכה לבין בורג המשיכה בסוף מהלך הבוכנה, מה שמבטיח שחרור והידוק חלקים של הכלי. חותך זה ממלא תפקיד מכריע בכוונון המדויק של כל מנגנון שחרור והידוק הכלי.
- קפיץ סליל: הוא ממלא תפקיד בתהליך שחרור הכלי ומסייע לתנועת הבוכנה. לדוגמה, כאשר הבוכנה נעה כלפי מטה כדי לדחוף את מוט המשיכה ולשחרר את הכלי, קפיץ הסליל מספק כוח אלסטי מסוים כדי להבטיח את החלקות והאמינות של הפעולה.
- בוכנה: זהו הרכיב המפעיל את הכוח במנגנון שחרור והידוק הכלי. מונע על ידי לחץ הידראולי, הוא נע למעלה ולמטה, ולאחר מכן מניע את מוט המשיכה כדי לממש את פעולות ההידוק וההידוק של הכלי. שליטה מדויקת במהלכו ובדחיפה שלו היא קריטית לכל תהליך שחרור והידוק הכלי.
- מתגי גבול 9 ו-10: משמשים בהתאמה לשליחת אותות להידוק ושחרור של הכלי. אותות אלה מוזנים חזרה למערכת ה-CNC כך שהמערכת יכולה לשלוט במדויק בתהליך העיבוד, להבטיח את ההתקדמות המתואמת של כל תהליך, ולמנוע תאונות עיבוד הנגרמות עקב שיפוט שגוי של מצב הידוק הכלי.
- גלגלת: בדומה לגלגלת שהוזכרה בסעיף 3 לעיל, היא משתתפת יחד במערכת ההולכה כדי להבטיח העברת כוח יציבה ולאפשר לכל רכיבי מנגנון שחרור והידוק הכלי לעבוד בשיתוף פעולה בהתאם לתוכנית שנקבעה מראש.
- כיסוי קצה: הוא ממלא את תפקיד ההגנה והאיטום של המבנה הפנימי של הציר, מונע חדירת זיהומים כמו אבק ושבבים לחלקו הפנימי של הציר ופגיעה בפעולה הרגילה של מנגנון שחרור והידוק הכלי. יחד עם זאת, הוא גם מספק סביבת עבודה יציבה יחסית לרכיבים הפנימיים.
- בורג כוונון: ניתן להשתמש בו כדי לבצע התאמות עדינות למיקומים או למרווחים של רכיבים מסוימים כדי לייעל עוד יותר את ביצועי מנגנון שחרור והידוק הכלי ולהבטיח שהוא שומר על מצב עבודה מדויק במיוחד במהלך שימוש ארוך טווח.
ג. עקרון פעולה
(I) תהליך הידוק הכלים
כאשר מרכז העיבוד נמצא במצב עיבוד שבבי רגיל, אין לחץ שמן הידראולי בקצה העליון של בוכנה 8. בשלב זה, קפיץ הסליל 7 נמצא במצב מתוח באופן טבעי, וכוח האלסטיות שלו גורם לבוכנה 8 לנוע כלפי מעלה למיקום מסוים. בינתיים, גם לקפיץ הבלוויל 4 תפקיד. בשל מאפייני האלסטיות שלו, קפיץ הבלוויל 4 דוחף את מוט המשיכה 2 כלפי מעלה, כך ש-4 כדורי הפלדה בראש מוט המשיכה 2 נכנסים לחריץ הטבעתי בזנב יתד המשיכה 1 של קנה הכלי. עם הטמעת כדורי הפלדה, כוח המתיחה של קפיץ הבלוויל 4 מועבר יתד המשיכה 1 דרך מוט המשיכה 2 וכדורי הפלדה, ובכך אוחז בחוזקה בקנה הכלי ומממש את המיקום המדויק והידוק היציב של הכלי בתוך החור המחודד של הציר. שיטת הידוק זו מנצלת את האנרגיה הפוטנציאלית האלסטית החזקה של קפיץ הבלוויל ויכולה לספק כוח מתיחה מספיק כדי להבטיח שהכלי לא ישתחרר תחת פעולת סיבוב במהירות גבוהה וכוחות חיתוך, מה שמבטיח את דיוק העיבוד והיציבות.
(II) תהליך שחרור הכלי
כאשר יש צורך להחליף את הכלי, המערכת ההידראולית מופעלת, ושמן הידראולי נכנס לקצה התחתון של בוכנה 8, ויוצר דחף כלפי מעלה. תחת פעולת הדחף ההידראולי, הבוכנה 8 מתגברת על הכוח האלסטי של קפיץ הסליל 7 ומתחילה לנוע כלפי מטה. התנועה כלפי מטה של הבוכנה 8 דוחפת את מוט המשיכה 2 לנוע כלפי מטה באופן סינכרוני. כאשר מוט המשיכה 2 נע כלפי מטה, כדורי הפלדה מתנתקים מהחריץ הטבעתי בזנב יתד המשיכה 1 של קנה הכלי ונכנסים לחריץ הטבעתי בחלק העליון של החור המחודד האחורי של הציר. בשלב זה, לכדורי הפלדה אין עוד השפעה מרסנת על יתד המשיכה 1, והכלי משתחרר. כאשר המניפולטור מושך את קנה הכלי מהציר, אוויר דחוס ינשף החוצה דרך החורים המרכזיים של הבוכנה ומוט המשיכה כדי לנקות זיהומים כגון שבבים ואבק בחור המחודד של הציר, ולהתכונן להתקנת הכלי הבאה.
(III) תפקידם של מתגי גבול
מתגי גבול 9 ו-10 ממלאים תפקיד מכריע במשוב האותות לאורך כל תהליך שחרור והידוק הכלי. כאשר הכלי מהודק במקומו, שינוי המיקום של הרכיבים הרלוונטיים מפעיל את מתג הגבול 9, ומתג הגבול 9 שולח מיד אות הידוק של הכלי למערכת ה-CNC. לאחר קבלת אות זה, מערכת ה-CNC מאשרת שהכלי נמצא במצב הידוק יציב ויכולה להתחיל בפעולות עיבוד שבביות נוספות, כגון סיבוב ציר והזנת כלים. באופן דומה, כאשר פעולת שחרור הכלי הושלמה, מתג הגבול 10 מופעל, והוא שולח אות שחרור כלי למערכת ה-CNC. בשלב זה, מערכת ה-CNC יכולה לשלוט במניפולטור לבצע את פעולת החלפת הכלי כדי להבטיח את האוטומציה והדיוק של כל תהליך החלפת הכלים.
(IV) פרמטרים מרכזיים ונקודות תכנון
- כוח מתיחה: מרכז עיבוד שבבי CNC משתמש בסך הכל ב-34 זוגות (68 יחידות) של קפיצי Belleville, שיכולים לייצר כוח מתיחה רב עוצמה. בנסיבות רגילות, כוח המתיחה להידוק הכלי הוא 10 kN, והוא יכול להגיע למקסימום של 13 kN. תכנון כוח מתיחה כזה מספיק כדי להתמודד עם כוחות חיתוך וכוחות צנטריפוגליים שונים הפועלים על הכלי במהלך תהליך העיבוד, ומבטיח קיבוע יציב של הכלי בתוך החור המחודד של הציר, מונע תזוזה או נפילה של הכלי במהלך תהליך העיבוד, ובכך מבטיח דיוק עיבוד ואיכות פני השטח.
- מהלך בוכנה: בעת החלפת הכלי, מהלך הבוכנה 8 הוא 12 מ"מ. במהלך מהלך זה של 12 מ"מ, תנועת הבוכנה מחולקת לשני שלבים. ראשית, לאחר שהבוכנה מתקדמת כ-4 מ"מ, היא מתחילה לדחוף את מוט המשיכה 2 עד שכדורי הפלדה נכנסים לחריץ הטבעתי בקוטר Φ37 מ"מ בחלק העליון של החור המחודד של הציר. בשלב זה, הכלי מתחיל להשתחרר. לאחר מכן, מוט המשיכה ממשיך לרדת עד שהמשטח "a" של מוט המשיכה נוגע בחלק העליון של בורג המשיכה, ודוחף את הכלי לחלוטין החוצה מהחור המחודד של הציר כך שהמניפולטור יוכל להוציא את הכלי בצורה חלקה. על ידי שליטה מדויקת במהלך הבוכנה, ניתן להשלים את פעולות השחרור וההידוק של הכלי בצורה מדויקת, תוך הימנעות מבעיות כגון מהלך לא מספיק או מוגזם שעלול להוביל להידוק רופף או לחוסר יכולת לשחרר את הכלי.
- דרישות לחומרי מאמץ: מכיוון ש-4 כדורי הפלדה, המשטח הקוני של בורג המשיכה, משטח חור הציר והחורים שבהם ממוקמים כדורי הפלדה נושאים מאמץ מגע ניכר במהלך תהליך העבודה, מוצבות דרישות גבוהות לחומרים ולקשיות פני השטח של חלקים אלה. כדי להבטיח את עקביות הכוח על כדורי הפלדה, יש לוודא שהחורים שבהם ממוקמים 4 כדורי הפלדה נמצאים באותו מישור. בדרך כלל, חלקים מרכזיים אלה יאמצו חומרים בעלי חוזק גבוה, קשיות גבוהה ועמידות בפני שחיקה ויעברו תהליכי עיבוד שבבי וטיפול בחום מדויקים כדי לשפר את קשיות פני השטח ואת עמידותם בפני שחיקה, ובכך להבטיח שמשטחי המגע של רכיבים שונים ישמרו על מצב עבודה טוב במהלך שימוש ארוך טווח ותכוף, להפחית שחיקה ועיוות ולהאריך את חיי השירות של מנגנון שחרור והידוק הכלי.
ד. סיכום
המבנה הבסיסי ועקרון העבודה של מנגנון שחרור והידוק כלי הציר במרכזי עיבוד שבבי CNC יוצרים מערכת מורכבת ומתוחכמת. כל רכיב משתף פעולה ומתואם זה עם זה באופן הדוק. באמצעות תכנון מכני מדויק ומבנים מכניים גאוניים, מושגים הידוק והתרופפות מהירים ומדויקים של כלים, המספקים ערובה חזקה לעיבוד שבבי יעיל ואוטומטי של מרכזי עיבוד שבבי CNC. הבנה מעמיקה של עקרון העבודה והנקודות הטכניות המרכזיות היא בעלת חשיבות מנחה רבה לתכנון, ייצור, שימוש ותחזוקה של מרכזי עיבוד שבבי CNC. בפיתוח העתידי, עם ההתקדמות המתמשכת של טכנולוגיית עיבוד שבבי CNC, מנגנון שחרור והידוק כלי הציר יעבור אופטימיזציה ושיפור מתמידים, ויתקיים לעבר דיוק גבוה יותר, מהירות גבוהה יותר וביצועים אמינים יותר כדי לעמוד בדרישות הגוברות של תעשיית הייצור היוקרתית.