Principio de funcionamiento de la herramienta de husillo: aflojamiento y sujeción en centros de mecanizado CNC
Resumen: Este artículo detalla la estructura básica y el principio de funcionamiento del mecanismo de aflojamiento y sujeción de herramientas de husillo en centros de mecanizado CNC, incluyendo la composición de sus diversos componentes, el proceso de trabajo y los parámetros clave. Su objetivo es analizar a fondo el mecanismo interno de esta función crucial, proporcionar referencias teóricas al personal técnico pertinente, ayudarles a comprender y mantener mejor el sistema de husillo de los centros de mecanizado CNC, y garantizar la alta eficiencia y precisión del proceso de mecanizado.
I. Introducción
La función de aflojamiento y sujeción de herramientas de husillo en centros de mecanizado es fundamental para que los centros de mecanizado CNC logren un mecanizado automatizado. Si bien existen ciertas diferencias en su estructura y principio de funcionamiento entre los distintos modelos, su estructura básica es similar. Una investigación exhaustiva de su principio de funcionamiento es fundamental para mejorar el rendimiento de los centros de mecanizado, garantizar la calidad del mecanizado y optimizar el mantenimiento de los equipos.
II. Estructura básica
El mecanismo de sujeción y aflojamiento de herramientas del husillo en los centros de mecanizado CNC consta principalmente de los siguientes componentes:
- Tirador: Instalado en la cola del vástago cónico de la herramienta, es un componente clave para que la varilla de tracción la apriete. Coopera con las bolas de acero en la cabeza de la varilla de tracción para posicionar y sujetar la herramienta.
- Varilla de tracción: Mediante la interacción con el tirador mediante bolas de acero, transmite fuerzas de tracción y empuje para sujetar y aflojar la herramienta. Su movimiento está controlado por el pistón y los resortes.
- Polea: Generalmente sirve como componente intermedio para la transmisión de potencia. En el mecanismo de aflojamiento y sujeción de herramientas del husillo, puede participar en los eslabones de transmisión que impulsan el movimiento de componentes relacionados. Por ejemplo, puede estar conectada al sistema hidráulico u otros dispositivos de accionamiento para impulsar el movimiento de componentes como el pistón.
- Resorte Belleville: Compuesto por múltiples pares de láminas elásticas, es un componente clave para generar la fuerza de tensión de la herramienta. Su potente fuerza elástica asegura que la herramienta se fije de forma estable dentro del orificio cónico del husillo durante el mecanizado, garantizando así la precisión del mismo.
- Tuerca de seguridad: se utiliza para fijar componentes como el resorte Belleville para evitar que se aflojen durante el proceso de trabajo y garantizar la estabilidad y confiabilidad de todo el mecanismo de sujeción y aflojamiento de la herramienta.
- Cuña de ajuste: Al rectificarla, se puede controlar con precisión el contacto entre la varilla de tracción y el perno de tracción al final de la carrera del pistón, lo que garantiza un aflojamiento y apriete suaves de la herramienta. Esta pieza es crucial para el ajuste preciso de todo el mecanismo de aflojamiento y sujeción de la herramienta.
- Resorte helicoidal: Interviene en el proceso de aflojamiento de la herramienta y facilita el movimiento del pistón. Por ejemplo, cuando el pistón se mueve hacia abajo para empujar la varilla de tracción y aflojar la herramienta, el resorte helicoidal proporciona cierta fuerza elástica que garantiza la suavidad y fiabilidad del movimiento.
- Pistón: Es el componente que impulsa la fuerza en el mecanismo de aflojamiento y sujeción de la herramienta. Impulsado por presión hidráulica, se mueve hacia arriba y hacia abajo, accionando la varilla de tracción para sujetar y aflojar la herramienta. El control preciso de su recorrido y empuje es crucial para todo el proceso de aflojamiento y sujeción de la herramienta.
- Interruptores de límite 9 y 10: Se utilizan, respectivamente, para enviar señales de sujeción y aflojamiento de la herramienta. Estas señales se retroalimentan al sistema CNC para que este pueda controlar con precisión el proceso de mecanizado, garantizar el progreso coordinado de cada proceso y evitar accidentes de mecanizado causados por una evaluación errónea del estado de sujeción de la herramienta.
- Polea: Similar a la polea mencionada en el punto 3 anterior, participa en el sistema de transmisión en conjunto para garantizar la transmisión estable de potencia y permitir que todos los componentes del mecanismo de sujeción y aflojamiento de herramientas trabajen en forma cooperativa de acuerdo con el programa predeterminado.
- Tapa del extremo: Protege y sella la estructura interna del husillo, impidiendo la entrada de impurezas como polvo y virutas, lo que afecta el funcionamiento normal del mecanismo de aflojamiento y sujeción de la herramienta. Además, proporciona un entorno de trabajo relativamente estable para los componentes internos.
- Tornillo de ajuste: Se puede utilizar para realizar ajustes finos en las posiciones o holguras de algunos componentes para optimizar aún más el rendimiento del mecanismo de sujeción y aflojamiento de herramientas y garantizar que mantenga un estado de trabajo de alta precisión durante el uso a largo plazo.
III. Principio de funcionamiento
(I) Proceso de sujeción de herramientas
Cuando el centro de mecanizado se encuentra en estado de mecanizado normal, no hay presión de aceite hidráulico en el extremo superior del pistón 8. En este momento, el resorte helicoidal 7 se extiende naturalmente y su fuerza elástica impulsa el pistón 8 hacia arriba hasta una posición específica. Mientras tanto, el resorte Belleville 4 también desempeña un papel. Debido a sus propias características elásticas, el resorte Belleville 4 empuja la varilla de tracción 2 hacia arriba, de modo que las 4 bolas de acero en la cabeza de la varilla de tracción 2 entran en la ranura anular en la cola del perno de tracción 1 del vástago de la herramienta. Al integrar las bolas de acero, la fuerza de tensión del resorte Belleville 4 se transmite al perno de tracción 1 a través de la varilla de tracción 2 y las bolas de acero, sujetando firmemente el vástago de la herramienta y logrando un posicionamiento preciso y una sujeción firme de la herramienta dentro del orificio cónico del husillo. Este método de sujeción utiliza la poderosa energía potencial elástica del resorte Belleville y puede proporcionar suficiente fuerza de tensión para garantizar que la herramienta no se afloje bajo la acción de la rotación de alta velocidad y las fuerzas de corte, lo que garantiza la precisión y la estabilidad del mecanizado.
(II) Proceso de aflojamiento de herramientas
Cuando es necesario cambiar la herramienta, se activa el sistema hidráulico y el aceite hidráulico entra en el extremo inferior del pistón 8, generando un empuje ascendente. Bajo la acción del empuje hidráulico, el pistón 8 supera la fuerza elástica del resorte helicoidal 7 y comienza a descender. Este movimiento descendente del pistón 8 empuja la varilla de tracción 2 para que se desplace hacia abajo sincronizadamente. A medida que la varilla de tracción 2 se mueve hacia abajo, las bolas de acero se desenganchan de la ranura anular en la cola del tirador 1 del vástago de la herramienta y entran en la ranura anular en la parte superior del orificio cónico trasero del husillo. En este momento, las bolas de acero ya no tienen efecto de retención sobre el tirador 1 y la herramienta se afloja. Cuando el manipulador extrae el vástago de la herramienta del husillo, el aire comprimido sale por los orificios centrales del pistón y la varilla de tracción para limpiar impurezas como virutas y polvo en el orificio cónico del husillo, preparándolo para la siguiente instalación de la herramienta.
(III) El papel de los interruptores de límite
Los interruptores de límite 9 y 10 desempeñan un papel crucial en la retroalimentación de señales durante el proceso de aflojamiento y sujeción de la herramienta. Cuando la herramienta está sujeta, el cambio de posición de los componentes relevantes activa el interruptor de límite 9, que envía inmediatamente una señal de sujeción de la herramienta al sistema CNC. Tras recibir esta señal, el sistema CNC confirma que la herramienta se encuentra en un estado de sujeción estable y puede iniciar las operaciones de mecanizado posteriores, como la rotación del husillo y el avance de la herramienta. De igual forma, al finalizar el aflojamiento de la herramienta, se activa el interruptor de límite 10, que envía una señal de aflojamiento de la herramienta al sistema CNC. En este momento, el sistema CNC puede controlar el manipulador para realizar el cambio de herramienta, garantizando así la automatización y precisión de todo el proceso.
(IV) Parámetros clave y puntos de diseño
- Fuerza de Tensión: El centro de mecanizado CNC utiliza un total de 34 pares (68 piezas) de resortes Belleville, que generan una potente fuerza de tensión. En circunstancias normales, la fuerza de tensión para apretar la herramienta es de 10 kN, pudiendo alcanzar un máximo de 13 kN. Este diseño de fuerza de tensión es suficiente para soportar diversas fuerzas de corte y centrífugas que actúan sobre la herramienta durante el mecanizado, asegurando su fijación estable dentro del orificio cónico del husillo, evitando su desplazamiento o caída durante el mecanizado y garantizando así la precisión del mecanizado y la calidad superficial.
- Recorrido del pistón: Al cambiar la herramienta, el recorrido del pistón 8 es de 12 mm. Durante este recorrido de 12 mm, el movimiento del pistón se divide en dos etapas. Primero, tras un avance de unos 4 mm, el pistón empuja la varilla de tracción 2 hasta que las bolas de acero entran en la ranura anular de Φ37 mm en la parte superior del orificio cónico del husillo. En este momento, la herramienta comienza a aflojarse. Posteriormente, la varilla de tracción continúa descendiendo hasta que su superficie "a" entra en contacto con la parte superior del tirador, empujando completamente la herramienta fuera del orificio cónico del husillo para que el manipulador pueda retirarla con suavidad. Al controlar con precisión el recorrido del pistón, las acciones de aflojamiento y sujeción de la herramienta se pueden completar con precisión, evitando problemas como un recorrido insuficiente o excesivo que pueden provocar una sujeción floja o la imposibilidad de aflojar la herramienta.
- Tensión de contacto y requisitos de material: Dado que las 4 bolas de acero, la superficie cónica del tirador, la superficie del orificio del husillo y los orificios donde se ubican las bolas de acero soportan una tensión de contacto considerable durante el proceso de trabajo, se imponen altos requisitos a los materiales y la dureza superficial de estas piezas. Para garantizar la consistencia de la fuerza sobre las bolas de acero, es fundamental que los orificios donde se ubican las 4 bolas de acero se encuentren en el mismo plano. Por lo general, estas piezas clave utilizan materiales de alta resistencia, dureza y resistencia al desgaste, y se someten a procesos precisos de mecanizado y tratamiento térmico para mejorar su dureza superficial y resistencia al desgaste. Esto garantiza que las superficies de contacto de los diversos componentes se mantengan en buen estado de funcionamiento durante un uso prolongado y frecuente, reduciendo el desgaste y la deformación, y prolongando la vida útil del mecanismo de aflojamiento y sujeción de la herramienta.
IV. Conclusión
La estructura básica y el principio de funcionamiento del mecanismo de aflojamiento y sujeción de herramientas de husillo en centros de mecanizado CNC conforman un sistema complejo y sofisticado. Cada componente coopera y se coordina estrechamente entre sí. Gracias a un diseño mecánico preciso y a ingeniosas estructuras, se logra una sujeción y aflojamiento de herramientas rápido y preciso, lo que garantiza un mecanizado eficiente y automatizado en centros de mecanizado CNC. Un conocimiento profundo de su principio de funcionamiento y de sus aspectos técnicos clave es fundamental para el diseño, la fabricación, el uso y el mantenimiento de los centros de mecanizado CNC. En el futuro, con el continuo progreso de la tecnología de mecanizado CNC, el mecanismo de aflojamiento y sujeción de herramientas de husillo se optimizará y mejorará continuamente, buscando una mayor precisión, mayor velocidad y un rendimiento más fiable para satisfacer las crecientes demandas de la industria manufacturera de alta gama.