Nguyên lý hoạt động của công cụ trục chính – Nới lỏng và kẹp trong trung tâm gia công CNC

I. Giới thiệu

II. Cấu trúc cơ bản

• Chốt kéo: Được lắp ở đuôi cán côn của dụng cụ, đây là bộ phận kết nối chính của thanh kéo để siết chặt dụng cụ. Chốt này kết hợp với các bi thép ở đầu thanh kéo để định vị và kẹp chặt dụng cụ.
• Thanh kéo: Thông qua tương tác với chốt kéo thông qua các viên bi thép, thanh kéo truyền lực kéo và lực đẩy để thực hiện các thao tác kẹp và nới lỏng của dụng cụ. Chuyển động của thanh kéo được điều khiển bởi piston và lò xo.
• Ròng rọc: Thường đóng vai trò là bộ phận trung gian truyền động, trong cơ cấu nới lỏng và kẹp dụng cụ trục chính, nó có thể tham gia vào các liên kết truyền động dẫn động chuyển động của các bộ phận liên quan. Ví dụ, nó có thể được kết nối với hệ thống thủy lực hoặc các thiết bị truyền động khác để dẫn động chuyển động của các bộ phận như piston.
• Lò xo Belleville: Được cấu tạo từ nhiều cặp lá lò xo, đây là thành phần quan trọng tạo nên lực căng cho dụng cụ. Lực đàn hồi mạnh mẽ của nó đảm bảo dụng cụ được cố định chắc chắn trong lỗ côn của trục chính trong quá trình gia công, đảm bảo độ chính xác gia công.
• Đai ốc khóa: Dùng để cố định các bộ phận như lò xo Belleville để ngăn chúng bị lỏng trong quá trình làm việc và đảm bảo tính ổn định và độ tin cậy của toàn bộ cơ cấu nới lỏng và kẹp của dụng cụ.
• Miếng đệm điều chỉnh: Bằng cách mài miếng đệm điều chỉnh, trạng thái tiếp xúc giữa thanh kéo và chốt kéo ở cuối hành trình piston có thể được kiểm soát chính xác, đảm bảo việc nới lỏng và siết chặt dụng cụ diễn ra trơn tru. Nó đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh chính xác toàn bộ cơ cấu nới lỏng và kẹp dụng cụ.
• Lò xo cuộn: Đóng vai trò trong quá trình nới lỏng dụng cụ và hỗ trợ chuyển động của piston. Ví dụ, khi piston di chuyển xuống dưới để đẩy thanh kéo nhằm nới lỏng dụng cụ, lò xo cuộn cung cấp một lực đàn hồi nhất định để đảm bảo độ trơn tru và độ tin cậy của chuyển động.
• Piston: Là bộ phận truyền động trong cơ cấu nới lỏng và kẹp dụng cụ. Được dẫn động bằng áp suất thủy lực, piston di chuyển lên xuống, sau đó dẫn động thanh kéo để thực hiện các thao tác kẹp và nới lỏng dụng cụ. Việc kiểm soát chính xác hành trình và lực đẩy của piston là rất quan trọng đối với toàn bộ quá trình nới lỏng và kẹp dụng cụ.
• Công tắc giới hạn 9 và 10: Lần lượt được sử dụng để gửi tín hiệu kẹp và nới lỏng dụng cụ. Các tín hiệu này được phản hồi về hệ thống CNC để hệ thống có thể kiểm soát chính xác quá trình gia công, đảm bảo tiến độ đồng bộ của từng quy trình và tránh tai nạn gia công do đánh giá sai trạng thái kẹp dụng cụ.
• Ròng rọc: Tương tự như ròng rọc đã đề cập ở mục 3 ở trên, nó tham gia vào hệ thống truyền động cùng nhau để đảm bảo truyền lực ổn định và cho phép tất cả các thành phần của cơ cấu nới lỏng và kẹp dụng cụ hoạt động phối hợp theo chương trình được xác định trước.
• Nắp đầu: Có tác dụng bảo vệ và bịt kín cấu trúc bên trong của trục chính, ngăn chặn các tạp chất như bụi và phoi xâm nhập vào bên trong trục chính, ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của cơ cấu nới lỏng và kẹp dụng cụ. Đồng thời, nó cũng cung cấp môi trường làm việc tương đối ổn định cho các linh kiện bên trong.
• Vít điều chỉnh: Có thể dùng để điều chỉnh chính xác vị trí hoặc khoảng hở của một số bộ phận nhằm tối ưu hóa hiệu suất của cơ cấu nới lỏng và kẹp dụng cụ, đồng thời đảm bảo duy trì trạng thái làm việc có độ chính xác cao trong quá trình sử dụng lâu dài.

III. Nguyên lý hoạt động

(I) Quy trình kẹp dụng cụ

(II) Quá trình nới lỏng dụng cụ

(III) Vai trò của công tắc giới hạn

(IV) Các thông số chính và điểm thiết kế

• Lực căng: Trung tâm gia công CNC sử dụng tổng cộng 34 cặp (68 chiếc) lò xo Belleville, có thể tạo ra lực căng mạnh mẽ. Trong điều kiện bình thường, lực căng để siết chặt dụng cụ là 10 kN, và có thể đạt tối đa 13 kN. Thiết kế lực căng này đủ để đối phó với các lực cắt và lực ly tâm khác nhau tác động lên dụng cụ trong quá trình gia công, đảm bảo cố định dụng cụ ổn định trong lỗ côn của trục chính, ngăn ngừa dụng cụ bị dịch chuyển hoặc rơi ra trong quá trình gia công, do đó đảm bảo độ chính xác gia công và chất lượng bề mặt.
• Hành trình piston: Khi thay đổi dụng cụ, hành trình của piston 8 là 12 mm. Trong hành trình 12 mm này, chuyển động của piston được chia thành hai giai đoạn. Đầu tiên, sau khi piston tiến lên khoảng 4 mm, nó bắt đầu đẩy thanh kéo 2 di chuyển cho đến khi các viên bi thép đi vào rãnh hình khuyên Φ37 mm ở phần trên của lỗ côn của trục chính. Lúc này, dụng cụ bắt đầu nới lỏng. Sau đó, thanh kéo tiếp tục đi xuống cho đến khi bề mặt "a" của thanh kéo tiếp xúc với đỉnh của chốt kéo, đẩy hoàn toàn dụng cụ ra khỏi lỗ côn của trục chính để người thao tác có thể tháo dụng cụ ra một cách trơn tru. Bằng cách kiểm soát chính xác hành trình của piston, các hành động nới lỏng và kẹp của dụng cụ có thể được hoàn thành chính xác, tránh các vấn đề như hành trình không đủ hoặc quá nhiều có thể dẫn đến kẹp lỏng hoặc không thể nới lỏng dụng cụ.
• Ứng suất tiếp xúc và yêu cầu về vật liệu: Do 4 viên bi thép, bề mặt côn của chốt kéo, bề mặt lỗ trục chính và các lỗ đặt bi thép chịu ứng suất tiếp xúc đáng kể trong quá trình làm việc, nên yêu cầu cao về vật liệu và độ cứng bề mặt của các bộ phận này. Để đảm bảo lực tác dụng lên bi thép đồng đều, các lỗ đặt 4 viên bi thép phải được đảm bảo nghiêm ngặt nằm trên cùng một mặt phẳng. Thông thường, các bộ phận quan trọng này sẽ sử dụng vật liệu có độ bền cao, độ cứng cao và chống mài mòn, đồng thời trải qua các quy trình gia công và xử lý nhiệt chính xác để cải thiện độ cứng bề mặt và khả năng chống mài mòn, đảm bảo bề mặt tiếp xúc của các bộ phận khác nhau có thể duy trì trạng thái làm việc tốt trong quá trình sử dụng lâu dài và thường xuyên, giảm mài mòn và biến dạng, đồng thời kéo dài tuổi thọ của cơ cấu nới lỏng và kẹp dụng cụ.

IV. Kết luận