Actualités - Principe de fonctionnement de l'outil de broche : serrage et desserrage dans les centres d'usinage CNC

Principe de fonctionnement de l'outil de broche : desserrage et serrage dans les centres d'usinage CNC

Résumé : Cet article détaille la structure de base et le principe de fonctionnement du mécanisme de serrage et de desserrage de la broche des centres d'usinage CNC, notamment la composition des différents composants, le processus de travail et les paramètres clés. Il vise à analyser en profondeur le mécanisme interne de cette fonction cruciale, à fournir des références théoriques aux techniciens concernés, à les aider à mieux comprendre et entretenir le système de broche des centres d'usinage CNC, et à garantir une efficacité et une précision élevées du processus d'usinage.

I. Introduction

La fonction de desserrage et de serrage de l'outil de broche dans les centres d'usinage est essentielle à l'automatisation de l'usinage par les centres d'usinage CNC. Malgré certaines différences de structure et de principe de fonctionnement entre les différents modèles, le cadre de base est similaire. Une recherche approfondie sur son principe de fonctionnement est essentielle pour améliorer les performances des centres d'usinage, garantir la qualité de l'usinage et optimiser la maintenance des équipements.

II. Structure de base

Le mécanisme de desserrage et de serrage de l'outil de broche dans les centres d'usinage CNC se compose principalement des composants suivants :

Goujon de traction : Installé à l'extrémité de la tige conique de l'outil, il constitue un élément de connexion essentiel à la tige de traction pour le serrage de l'outil. Il coopère avec les billes d'acier situées à l'extrémité de la tige de traction pour assurer le positionnement et le serrage de l'outil.
Tige de traction : Grâce à l'interaction avec le goujon de traction via des billes d'acier, elle transmet les forces de traction et de poussée pour réaliser les actions de serrage et de desserrage de l'outil. Son mouvement est contrôlé par le piston et les ressorts.
Poulie : Servant généralement d'élément intermédiaire pour la transmission de puissance, elle peut être impliquée dans les liaisons de transmission qui entraînent le mouvement des composants associés du mécanisme de serrage et de desserrage de l'outil de broche. Par exemple, elle peut être reliée au système hydraulique ou à d'autres dispositifs d'entraînement pour entraîner le mouvement de composants tels que le piston.
Ressort Belleville : Composé de plusieurs paires de lames, il est essentiel pour générer la force de tension de l'outil. Sa puissante force élastique assure la stabilité de l'outil dans le trou conique de la broche pendant l'usinage, garantissant ainsi la précision de l'usinage.
Contre-écrou : utilisé pour fixer des composants tels que le ressort Belleville afin d'éviter qu'ils ne se desserrent pendant le processus de travail et d'assurer la stabilité et la fiabilité de l'ensemble du mécanisme de desserrage et de serrage de l'outil.
Cale de réglage : Le meulage de la cale de réglage permet de contrôler précisément l'état de contact entre la tige de traction et le goujon de traction en fin de course du piston, garantissant ainsi un desserrage et un serrage en douceur de l'outil. Elle joue un rôle crucial dans le réglage précis de l'ensemble du mécanisme de desserrage et de serrage de l'outil.
Ressort hélicoïdal : Il joue un rôle dans le desserrage de l'outil et assiste le mouvement du piston. Par exemple, lorsque le piston descend pour pousser la tige de traction et desserrer l'outil, le ressort hélicoïdal fournit une force élastique assurant fluidité et fiabilité de l'action.
Piston : C'est l'élément moteur du mécanisme de serrage et de desserrage de l'outil. Entraîné par la pression hydraulique, il se déplace de haut en bas, puis entraîne la tige de traction pour réaliser les opérations de serrage et de desserrage de l'outil. Le contrôle précis de sa course et de sa poussée est crucial pour l'ensemble du processus de serrage et de desserrage de l'outil.
Interrupteurs de fin de course 9 et 10 : Ils servent respectivement à envoyer des signaux de serrage et de desserrage de l'outil. Ces signaux sont renvoyés au système CNC afin que celui-ci puisse contrôler précisément le processus d'usinage, assurer la progression coordonnée de chaque processus et éviter les accidents d'usinage dus à une mauvaise appréciation du serrage de l'outil.
Poulie : Similaire à la poulie mentionnée au point 3 ci-dessus, elle participe au système de transmission pour assurer la transmission stable de la puissance et permettre à tous les composants du mécanisme de desserrage et de serrage de l'outil de fonctionner en coopération selon le programme prédéterminé.
Couvercle d'extrémité : Il protège et scelle la structure interne de la broche, empêchant les impuretés telles que la poussière et les copeaux de pénétrer à l'intérieur de la broche et d'affecter le fonctionnement normal du mécanisme de serrage et de desserrage de l'outil. Il offre également un environnement de travail relativement stable aux composants internes.
Vis de réglage : elle peut être utilisée pour effectuer des réglages précis des positions ou des jeux de certains composants afin d'optimiser davantage les performances du mécanisme de desserrage et de serrage de l'outil et de garantir qu'il maintient un état de fonctionnement de haute précision pendant une utilisation à long terme.

III. Principe de fonctionnement

(I) Processus de serrage de l'outil

Lorsque le centre d'usinage est en mode d'usinage normal, l'extrémité supérieure du piston 8 est hors pression hydraulique. Le ressort hélicoïdal 7 est alors naturellement tendu et, grâce à sa force élastique, le piston 8 se déplace vers le haut jusqu'à une position spécifique. Le ressort Belleville 4 joue également un rôle. Grâce à ses caractéristiques élastiques, le ressort Belleville 4 pousse la tige de traction 2 vers le haut, ce qui permet aux quatre billes d'acier situées à sa tête de pénétrer dans la rainure annulaire située à l'extrémité du goujon de traction 1 de la tige d'outil. Grâce à l'insertion des billes d'acier, la force de tension du ressort Belleville 4 est transmise au goujon de traction 1 par l'intermédiaire de la tige de traction 2 et des billes d'acier, maintenant ainsi fermement la tige d'outil et assurant un positionnement précis et un serrage ferme de l'outil dans le trou conique de la broche. Cette méthode de serrage utilise la puissante énergie potentielle élastique du ressort Belleville et peut fournir une force de tension suffisante pour garantir que l'outil ne se desserrera pas sous l'action de la rotation à grande vitesse et des forces de coupe, garantissant ainsi la précision et la stabilité de l'usinage.

(II) Processus de desserrage de l'outil

Lorsqu'il est nécessaire de changer d'outil, le système hydraulique est activé et l'huile hydraulique pénètre par l'extrémité inférieure du piston 8, générant une poussée vers le haut. Sous l'action de cette poussée, le piston 8 surmonte la force élastique du ressort hélicoïdal 7 et commence à descendre. Ce mouvement de descente du piston 8 entraîne la tige de traction 2 vers le bas de manière synchrone. Lors de cette descente, les billes d'acier se dégagent de la rainure annulaire située à l'extrémité du goujon de traction 1 de la tige d'outil et pénètrent dans la rainure annulaire située en haut du trou conique arrière de la broche. Les billes d'acier n'exercent alors plus d'effet de retenue sur le goujon de traction 1 et l'outil est desserré. Lorsque le manipulateur retire la tige d'outil de la broche, de l'air comprimé est soufflé par les trous centraux du piston et de la tige de traction afin de nettoyer les impuretés telles que les copeaux et la poussière dans le trou conique de la broche, préparant ainsi la prochaine installation de l'outil.

(III) Le rôle des interrupteurs de fin de course

Les interrupteurs de fin de course 9 et 10 jouent un rôle crucial dans la remontée des signaux tout au long du processus de desserrage et de serrage de l'outil. Lorsque l'outil est serré, le changement de position des composants concernés déclenche l'interrupteur de fin de course 9, qui envoie immédiatement un signal de serrage de l'outil au système CNC. Après réception de ce signal, le système CNC confirme que l'outil est en état de serrage stable et peut alors démarrer les opérations d'usinage suivantes, telles que la rotation de la broche et l'avance de l'outil. De même, une fois le desserrage de l'outil terminé, l'interrupteur de fin de course 10 est déclenché et envoie un signal de desserrage à la CNC. À ce moment, la CNC peut commander le manipulateur pour effectuer le changement d'outil afin de garantir l'automatisation et la précision de l'ensemble du processus.

(IV) Paramètres clés et points de conception

Force de tension : Le centre d'usinage CNC utilise 34 paires (68 pièces) de ressorts Belleville, qui génèrent une force de tension puissante. En conditions normales, la force de tension pour serrer l'outil est de 10 kN, avec un maximum de 13 kN. Cette conception permet de gérer les différentes forces de coupe et forces centrifuges exercées sur l'outil pendant l'usinage. Elle assure une fixation stable de l'outil dans le trou conique de la broche, empêchant tout déplacement ou chute de l'outil pendant l'usinage, garantissant ainsi la précision et la qualité de surface de l'usinage.
Course du piston : Lors du changement d'outil, la course du piston 8 est de 12 mm. Durant cette course de 12 mm, le mouvement du piston se divise en deux étapes. Après avoir avancé d'environ 4 mm, le piston pousse la tige de traction 2 jusqu'à ce que les billes d'acier pénètrent dans la rainure annulaire de Φ37 mm située en haut du trou conique de la broche. L'outil commence alors à se desserrer. La tige de traction continue ensuite de descendre jusqu'à ce que sa surface « a » entre en contact avec le haut du goujon de traction, poussant ainsi complètement l'outil hors du trou conique de la broche, permettant ainsi au manipulateur de le retirer en douceur. Le contrôle précis de la course du piston permet d'effectuer les opérations de desserrage et de serrage de l'outil avec précision, évitant ainsi les problèmes tels qu'une course insuffisante ou excessive pouvant entraîner un serrage lâche ou une impossibilité de desserrage.
Contraintes de contact et exigences matérielles : Les 4 billes d'acier, la surface conique du goujon, la surface du trou de la broche et les trous où se trouvent les billes d'acier étant soumis à des contraintes de contact importantes pendant le processus de travail, des exigences élevées sont imposées aux matériaux et à la dureté de surface de ces pièces. Pour garantir la constance de la force exercée sur les billes d'acier, il est impératif que les trous où se trouvent les 4 billes d'acier soient parfaitement alignés. Généralement, ces pièces clés sont fabriquées à partir de matériaux à haute résistance, dureté élevée et résistance à l'usure, et sont soumises à un usinage et à un traitement thermique précis pour améliorer leur dureté et leur résistance à l'usure. Cela garantit le bon fonctionnement des surfaces de contact des différents composants lors d'utilisations fréquentes et prolongées, réduisant l'usure et la déformation, et prolongeant la durée de vie du mécanisme de serrage et de desserrage de l'outil.

IV. Conclusion

La structure et le principe de fonctionnement du mécanisme de serrage et de desserrage des outils de la broche des centres d'usinage CNC forment un système complexe et sophistiqué. Chaque composant coopère et s'harmonise étroitement. Grâce à une conception mécanique précise et à des structures mécaniques ingénieuses, le serrage et le desserrage des outils sont rapides et précis, garantissant ainsi un usinage efficace et automatisé des centres d'usinage CNC. Une compréhension approfondie de son principe de fonctionnement et de ses points techniques clés est essentielle pour la conception, la fabrication, l'utilisation et la maintenance des centres d'usinage CNC. À l'avenir, grâce aux progrès constants de la technologie d'usinage CNC, le mécanisme de serrage et de desserrage des outils de la broche sera également optimisé et amélioré en permanence, pour une précision accrue, une vitesse accrue et des performances plus fiables, afin de répondre aux exigences croissantes de l'industrie manufacturière haut de gamme.