مبدأ عمل أداة المغزل - التخفيف والتثبيت في مراكز التصنيع باستخدام الحاسب الآلي
ملخص: تتناول هذه الورقة البحثية بالتفصيل البنية الأساسية ومبدأ عمل آلية فك وتثبيت أدوات المغزل في مراكز التصنيع باستخدام الحاسب الآلي، بما في ذلك تركيب المكونات المختلفة، وطريقة التشغيل، والمعلمات الرئيسية. وتهدف إلى تحليل معمق للآلية الداخلية لهذه الوظيفة الحيوية، وتوفير مراجع نظرية للفنيين المعنيين، ومساعدتهم على فهم نظام المغزل في مراكز التصنيع باستخدام الحاسب الآلي وصيانته بشكل أفضل، وضمان كفاءة ودقة عالية في عملية التصنيع.
أولا: المقدمة
تُعدّ وظيفة فكّ أدوات المغزل وتثبيتها في مراكز التصنيع أساسًا هامًا لمراكز التصنيع باستخدام الحاسب الآلي (CNC) لتحقيق التصنيع الآلي. ورغم وجود بعض الاختلافات في هيكلها ومبدأ عملها بين مختلف النماذج، إلا أن الإطار الأساسي متشابه. ويُعد البحث المتعمق في مبدأ عملها بالغ الأهمية لتحسين أداء مراكز التصنيع، وضمان جودة التصنيع، وتحسين صيانة المعدات.
II. البنية الأساسية
تتكون آلية فك وتثبيت أدوات المغزل في مراكز التصنيع باستخدام الحاسب الآلي بشكل أساسي من المكونات التالية:
- مسمار السحب: يُركّب في نهاية ساق الأداة المدببة، وهو عنصر ربط رئيسي لقضيب السحب لشدّ الأداة. يتعاون مع الكرات الفولاذية في رأس قضيب السحب لتثبيت الأداة وتثبيتها.
- قضيب السحب: من خلال تفاعله مع مسمار السحب عبر كرات فولاذية، ينقل قوى الشد والدفع لتحقيق حركات التثبيت والفك للأداة. يتم التحكم في حركته بواسطة المكبس والزنبركات.
- البكرة: تُستخدم عادةً كعنصر وسيط لنقل الطاقة، وفي آلية فك وتثبيت أدوات المغزل، قد تُشارك في وصلات النقل التي تُحرك المكونات ذات الصلة. على سبيل المثال، قد تُوصل بالنظام الهيدروليكي أو أجهزة دفع أخرى لتحريك مكونات مثل المكبس.
- زنبرك بيلفيل: يتكون من عدة أزواج من ريش الزنبرك، وهو عنصر أساسي في توليد قوة شد الأداة. تضمن قوته المرنة القوية تثبيت الأداة بثبات داخل الفتحة المدببة للمغزل أثناء عملية التشغيل، مما يضمن دقة التشغيل.
- صامولة القفل: تستخدم لتثبيت المكونات مثل زنبرك بيلفيل لمنعها من التراخي أثناء عملية العمل وضمان استقرار وموثوقية آلية فك الأداة والتثبيت بالكامل.
- رقاقة الضبط: بطحن رقاقة الضبط، يمكن التحكم بدقة في حالة التلامس بين قضيب السحب ومسمار السحب في نهاية شوط المكبس، مما يضمن فكّ الأداة وشدها بسلاسة. وتلعب هذه الرقاقة دورًا حاسمًا في ضبط دقة آلية فكّ الأداة وتثبيتها بالكامل.
- النابض اللولبي: يلعب دورًا في عملية فكّ الأداة، ويساعد في حركة المكبس. على سبيل المثال، عندما يتحرك المكبس للأسفل لدفع قضيب السحب لفكّ الأداة، يُوفّر النابض اللولبي قوة مرونة معينة تضمن سلاسة الحركة وموثوقيتها.
- المكبس: هو مُحرك الطاقة في آلية فكّ الأدوات وتثبيتها. يتحرك المكبس، الذي يعمل بالضغط الهيدروليكي، لأعلى ولأسفل، ثم يُحرك قضيب السحب لتحقيق عمليات فكّ الأدوات وتثبيتها. يُعدّ التحكم الدقيق في شوطه ودفعه أمرًا بالغ الأهمية لعملية فكّ الأدوات وتثبيتها بأكملها.
- مفتاحا التحديد 9 و10: يُستخدمان لإرسال إشارات تثبيت وفكّ الأدوات على التوالي. تُعاد هذه الإشارات إلى نظام التحكم الرقمي بالكمبيوتر (CNC) ليتمكن النظام من التحكم بدقة في عملية التشغيل، وضمان سير كل عملية بشكل منسق، وتجنب حوادث التشغيل الناتجة عن سوء تقدير حالة تثبيت الأداة.
- البكرة: على غرار البكرة المذكورة في البند 3 أعلاه، فهي تشارك في نظام النقل معًا لضمان نقل الطاقة بشكل مستقر وتمكين جميع مكونات آلية فك الأدوات والتثبيت من العمل بشكل تعاوني وفقًا للبرنامج المحدد مسبقًا.
- غطاء النهاية: يحمي ويُحكم غلق الهيكل الداخلي للمغزل، ويمنع دخول الشوائب، مثل الغبار والرقائق، إلى داخل المغزل، مما يؤثر على التشغيل الطبيعي لآلية فكّ الأدوات وتثبيتها. كما يوفر بيئة عمل مستقرة نسبيًا للمكونات الداخلية.
- برغي الضبط: يمكن استخدامه لإجراء تعديلات دقيقة على مواضع أو خلوصات بعض المكونات لتحسين أداء آلية فك الأدوات والتثبيت بشكل أكبر وضمان الحفاظ على حالة عمل عالية الدقة أثناء الاستخدام طويل الأمد.
ثالثًا: مبدأ العمل
(أ) عملية تثبيت الأدوات
عندما يكون مركز التشغيل في حالة التشغيل العادية، لا يوجد ضغط زيت هيدروليكي في الطرف العلوي للمكبس 8. في هذا الوقت، يكون زنبرك الملف 7 في حالة ممتدة بشكل طبيعي، وتجعل قوته المرنة المكبس 8 يتحرك لأعلى إلى موضع محدد. وفي الوقت نفسه، يلعب زنبرك بيلفيل 4 دورًا أيضًا. نظرًا لخصائصه المرنة الخاصة، يدفع زنبرك بيلفيل 4 قضيب السحب 2 للتحرك لأعلى، بحيث تدخل الكرات الفولاذية الأربع الموجودة عند رأس قضيب السحب 2 الأخدود الحلقي في ذيل مسمار السحب 1 لساق الأداة. مع تضمين الكرات الفولاذية، تنتقل قوة شد زنبرك بيلفيل 4 إلى مسمار السحب 1 من خلال قضيب السحب 2 والكرات الفولاذية، وبالتالي تثبيت ساق الأداة بإحكام وتحقيق التموضع الدقيق والتثبيت القوي للأداة داخل الفتحة المدببة للمحور. تعتمد طريقة التثبيت هذه على طاقة المرونة القوية لزنبرك Belleville ويمكنها توفير قوة شد كافية لضمان عدم ارتخاء الأداة تحت تأثير الدوران عالي السرعة وقوى القطع، مما يضمن دقة التشغيل والاستقرار.
(II) عملية فك الأدوات
عند الحاجة إلى تغيير الأداة، يُفعّل النظام الهيدروليكي، ويدخل الزيت الهيدروليكي إلى الطرف السفلي للمكبس 8، مُولّدًا دفعًا تصاعديًا. بفضل هذا الدفع الهيدروليكي، يتغلب المكبس 8 على القوة المرنة للزنبرك الحلزوني 7، ويبدأ بالتحرك للأسفل. تدفع حركة المكبس 8 التنازلية قضيب السحب 2 للتحرك للأسفل بشكل متزامن. مع تحرك قضيب السحب 2 للأسفل، تنفصل الكرات الفولاذية عن الأخدود الحلقي في ذيل مسمار السحب 1 لساق الأداة، وتدخل الأخدود الحلقي في الجزء العلوي من الفتحة المدببة الخلفية للمحور. عندها، يفقد الكرات الفولاذية تأثيرها المثبط على مسمار السحب 1، وتُرخى الأداة. عندما يسحب المعالج ساق الأداة من المغزل، سوف ينفث الهواء المضغوط من خلال الفتحات المركزية للمكبس وقضيب السحب لتنظيف الشوائب مثل الرقائق والغبار في الفتحة المخروطية للمحور، استعدادًا لتثبيت الأداة التالي.
(ثالثا) دور مفاتيح الحد
يلعب مفتاحا التحديد 9 و10 دورًا محوريًا في تغذية الإشارة خلال عملية فكّ الأداة وتثبيتها. عند تثبيت الأداة، يُفعّل تغيير موضع المكونات ذات الصلة مفتاح التحديد 9، الذي يُرسل فورًا إشارة تثبيت الأداة إلى نظام CNC. بعد استقبال هذه الإشارة، يُؤكد نظام CNC أن الأداة في حالة تثبيت مستقرة، ويمكنه بدء عمليات التشغيل اللاحقة، مثل دوران المغزل وتغذية الأداة. وبالمثل، عند اكتمال فكّ الأداة، يُفعّل مفتاح التحديد 10، ويُرسل إشارة فكّ الأداة إلى نظام CNC. في هذه الحالة، يُمكن لنظام CNC التحكم في المُناول لإجراء عملية تغيير الأداة لضمان أتمتة ودقة عملية تغيير الأداة بأكملها.
(IV) المعلمات الرئيسية ونقاط التصميم
- قوة الشد: يستخدم مركز التصنيع باستخدام الحاسب الآلي (CNC) ما مجموعه 34 زوجًا (68 قطعة) من نوابض بيلفيل، مما يُولّد قوة شد قوية. في الظروف العادية، تبلغ قوة الشد اللازمة لشد الأداة 10 كيلو نيوتن، ويمكن أن تصل إلى 13 كيلو نيوتن كحد أقصى. ويكفي تصميم قوة الشد هذه للتعامل مع مختلف قوى القطع وقوى الطرد المركزي المؤثرة على الأداة أثناء عملية التصنيع، مما يضمن تثبيتها بثبات داخل الفتحة المدببة للمغزل، ويمنعها من الانزلاق أو السقوط أثناء عملية التصنيع، وبالتالي ضمان دقة التصنيع وجودة السطح.
- شوط المكبس: عند تغيير الأداة، يكون شوط المكبس 8 12 مم. خلال هذا الشوط البالغ 12 مم، تنقسم حركة المكبس إلى مرحلتين. أولاً، بعد تقدم المكبس حوالي 4 مم، يبدأ في دفع قضيب السحب 2 للتحرك حتى تدخل الكرات الفولاذية الأخدود الحلقي Φ37 مم في الجزء العلوي من الفتحة المدببة للمغزل. في هذا الوقت، تبدأ الأداة في الارتخاء. بعد ذلك، يستمر قضيب السحب في النزول حتى يلامس السطح "أ" لقضيب السحب الجزء العلوي من مسمار السحب، مما يدفع الأداة بالكامل خارج الفتحة المدببة للمغزل بحيث يمكن للمُحرك إزالة الأداة بسلاسة. من خلال التحكم الدقيق في شوط المكبس، يمكن إكمال إجراءات فك وربط الأداة بدقة، مما يتجنب مشاكل مثل الشوط غير الكافي أو المفرط الذي قد يؤدي إلى ارتخاء المشبك أو عدم القدرة على فك الأداة.
- إجهاد التلامس ومتطلبات المواد: نظرًا لتعرض الكرات الفولاذية الأربع، والسطح المخروطي لعمود السحب، وسطح ثقب المغزل، والثقوب التي توجد بها الكرات الفولاذية لإجهاد تلامس كبير أثناء عملية التشغيل، تُفرض متطلبات عالية على مواد هذه الأجزاء وصلابتها السطحية. لضمان ثبات القوة المؤثرة على الكرات الفولاذية، يجب التأكد بدقة من أن ثقوب الكرات الأربع في نفس المستوى. عادةً، تستخدم هذه الأجزاء الرئيسية مواد عالية القوة والصلابة ومقاومة للتآكل، وتخضع لعمليات تشغيل دقيقة ومعالجة حرارية لتحسين صلابتها السطحية ومقاومتها للتآكل، مما يضمن الحفاظ على حالة عمل جيدة لأسطح التلامس لمختلف المكونات أثناء الاستخدام المتكرر وطويل الأمد، مما يقلل من التآكل والتشوه، ويطيل عمر خدمة آلية فك الأدوات والتثبيت.
رابعًا: الخاتمة
يُشكل الهيكل الأساسي ومبدأ عمل آلية فك وتثبيت أدوات المغزل في مراكز التصنيع باستخدام الحاسب الآلي (CNC) نظامًا معقدًا ومتطورًا. تتعاون جميع مكوناته وتنسق فيما بينها بشكل وثيق. بفضل التصميم الميكانيكي الدقيق والهياكل الميكانيكية المبتكرة، يتم تحقيق فك وتثبيت الأدوات بسرعة ودقة، مما يوفر ضمانًا قويًا للتشغيل الآلي الفعال والآلي لمراكز التصنيع باستخدام الحاسب الآلي. يُعد الفهم المتعمق لمبدأ عملها ونقاطها التقنية الرئيسية أمرًا بالغ الأهمية لتصميم وتصنيع واستخدام وصيانة مراكز التصنيع باستخدام الحاسب الآلي. في المستقبل، ومع التقدم المستمر لتكنولوجيا التصنيع باستخدام الحاسب الآلي، سيتم أيضًا تحسين آلية فك وتثبيت أدوات المغزل باستمرار، لتحقيق دقة أعلى وسرعة أعلى وأداء أكثر موثوقية لتلبية المتطلبات المتزايدة لقطاع التصنيع عالي الجودة.