स्पिंडल टूल का कार्य सिद्धांत - सीएनसी मशीनिंग केंद्रों में ढीला करना और क्लैंपिंग
सार: यह शोधपत्र सीएनसी मशीनिंग केंद्रों में स्पिंडल टूल-लूज़िंग और क्लैम्पिंग तंत्र की मूल संरचना और कार्य सिद्धांत पर विस्तार से प्रकाश डालता है, जिसमें विभिन्न घटकों की संरचना, कार्य प्रक्रिया और प्रमुख पैरामीटर शामिल हैं। इसका उद्देश्य इस महत्वपूर्ण कार्य के आंतरिक तंत्र का गहन विश्लेषण करना, संबंधित तकनीकी कर्मियों के लिए सैद्धांतिक संदर्भ प्रदान करना, उन्हें सीएनसी मशीनिंग केंद्रों की स्पिंडल प्रणाली को बेहतर ढंग से समझने और बनाए रखने में मदद करना, और मशीनिंग प्रक्रिया की उच्च दक्षता और परिशुद्धता सुनिश्चित करना है।
I. प्रस्तावना
मशीनिंग केंद्रों में स्पिंडल टूल-लूज़िंग और क्लैम्पिंग का कार्य सीएनसी मशीनिंग केंद्रों द्वारा स्वचालित मशीनिंग प्राप्त करने के लिए एक महत्वपूर्ण आधार है। यद्यपि विभिन्न मॉडलों में इसकी संरचना और कार्य सिद्धांत में कुछ अंतर हैं, फिर भी मूल ढाँचा समान है। मशीनिंग केंद्रों के प्रदर्शन में सुधार, मशीनिंग गुणवत्ता सुनिश्चित करने और उपकरण रखरखाव के अनुकूलन के लिए इसके कार्य सिद्धांत पर गहन शोध अत्यंत महत्वपूर्ण है।
II. मूल संरचना
सीएनसी मशीनिंग केंद्रों में स्पिंडल टूल-ढीलापन और क्लैम्पिंग तंत्र में मुख्य रूप से निम्नलिखित घटक शामिल होते हैं:
- पुल स्टड: यह उपकरण के पतले टांग के पिछले हिस्से पर लगा होता है और पुल रॉड को कसने के लिए एक महत्वपूर्ण संयोजक घटक है। यह उपकरण की स्थिति और क्लैम्पिंग को सुनिश्चित करने के लिए पुल रॉड के शीर्ष पर स्थित स्टील बॉल्स के साथ मिलकर काम करता है।
- पुल रॉड: स्टील बॉल्स के माध्यम से पुल स्टड के साथ संपर्क के माध्यम से, यह उपकरण की क्लैम्पिंग और ढीली करने की क्रियाओं को साकार करने के लिए तन्यता और थ्रस्ट बलों को संचारित करता है। इसकी गति पिस्टन और स्प्रिंग द्वारा नियंत्रित होती है।
- पुली: आमतौर पर स्पिंडल टूल-लूज़निंग और क्लैम्पिंग मैकेनिज्म में, शक्ति संचरण के लिए एक मध्यवर्ती घटक के रूप में कार्य करते हुए, यह संबंधित घटकों की गति को संचालित करने वाले ट्रांसमिशन लिंक में शामिल हो सकता है। उदाहरण के लिए, यह पिस्टन जैसे घटकों की गति को संचालित करने के लिए हाइड्रोलिक सिस्टम या अन्य ड्राइविंग उपकरणों से जुड़ा हो सकता है।
- बेलेविल स्प्रिंग: स्प्रिंग लीव्स के कई जोड़ों से बना, यह उपकरण के तनाव बल को उत्पन्न करने वाला एक प्रमुख घटक है। इसका शक्तिशाली प्रत्यास्थ बल यह सुनिश्चित करता है कि मशीनिंग प्रक्रिया के दौरान उपकरण स्पिंडल के पतले छेद में स्थिर रहे, जिससे मशीनिंग की सटीकता सुनिश्चित होती है।
- लॉक नट: बेलेविले स्प्रिंग जैसे घटकों को ठीक करने के लिए उपयोग किया जाता है ताकि कार्य प्रक्रिया के दौरान उन्हें ढीला होने से रोका जा सके और पूरे उपकरण-ढीला करने और क्लैंपिंग तंत्र की स्थिरता और विश्वसनीयता सुनिश्चित की जा सके।
- एडजस्टिंग शिम: एडजस्टिंग शिम को ग्राइंड करके, पिस्टन स्ट्रोक के अंत में पुल रॉड और पुल स्टड के बीच संपर्क स्थिति को सटीक रूप से नियंत्रित किया जा सकता है, जिससे उपकरण का सुचारू रूप से ढीला और कसाव सुनिश्चित होता है। यह पूरे उपकरण-ढीला और क्लैंपिंग तंत्र के सटीक समायोजन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।
- कुंडल स्प्रिंग: यह उपकरण को ढीला करने की प्रक्रिया में भूमिका निभाता है और पिस्टन की गति में सहायता करता है। उदाहरण के लिए, जब पिस्टन उपकरण को ढीला करने के लिए पुल रॉड को नीचे की ओर धकेलता है, तो कुंडल स्प्रिंग एक निश्चित प्रत्यास्थ बल प्रदान करता है जिससे क्रिया की सहजता और विश्वसनीयता सुनिश्चित होती है।
- पिस्टन: यह उपकरण को ढीला करने और क्लैंप करने की प्रक्रिया में शक्ति-निष्पादित करने वाला घटक है। हाइड्रोलिक दबाव से संचालित होकर, यह ऊपर-नीचे गति करता है, और फिर उपकरण की क्लैंपिंग और ढीला करने की क्रिया को कार्यान्वित करने के लिए पुल रॉड को चलाता है। इसके स्ट्रोक और थ्रस्ट का सटीक नियंत्रण पूरे उपकरण को ढीला करने और क्लैंप करने की प्रक्रिया के लिए महत्वपूर्ण है।
- लिमिट स्विच 9 और 10: इनका उपयोग क्रमशः टूल क्लैम्पिंग और लूज़िंग के लिए सिग्नल भेजने के लिए किया जाता है। ये सिग्नल सीएनसी सिस्टम को वापस भेजे जाते हैं ताकि सिस्टम मशीनिंग प्रक्रिया को सटीक रूप से नियंत्रित कर सके, प्रत्येक प्रक्रिया की समन्वित प्रगति सुनिश्चित कर सके, और टूल क्लैम्पिंग स्थिति के गलत आकलन के कारण होने वाली मशीनिंग दुर्घटनाओं से बच सके।
- पुली: ऊपर मद 3 में उल्लिखित पुली के समान, यह शक्ति के स्थिर संचरण को सुनिश्चित करने के लिए ट्रांसमिशन सिस्टम में एक साथ भाग लेती है और उपकरण-ढीला करने और क्लैंपिंग तंत्र के सभी घटकों को पूर्व निर्धारित कार्यक्रम के अनुसार सहयोगात्मक रूप से काम करने में सक्षम बनाती है।
- अंत आवरण: यह धुरी की आंतरिक संरचना की सुरक्षा और सील करने की भूमिका निभाता है, धूल और चिप्स जैसी अशुद्धियों को धुरी के अंदर प्रवेश करने से रोकता है और उपकरण-ढीलेपन और क्लैंपिंग तंत्र के सामान्य संचालन को प्रभावित करता है। साथ ही, यह आंतरिक घटकों के लिए अपेक्षाकृत स्थिर कार्य वातावरण भी प्रदान करता है।
- समायोजन पेंच: इसका उपयोग उपकरण-ढीला करने और क्लैम्पिंग तंत्र के प्रदर्शन को और अधिक अनुकूलित करने के लिए कुछ घटकों की स्थिति या निकासी में ठीक समायोजन करने के लिए किया जा सकता है और यह सुनिश्चित करता है कि यह दीर्घकालिक उपयोग के दौरान उच्च परिशुद्धता कार्यशील स्थिति बनाए रखे।
III. कार्य सिद्धांत
(I) टूल क्लैम्पिंग प्रक्रिया
जब मशीनिंग केंद्र सामान्य मशीनिंग अवस्था में होता है, तो पिस्टन 8 के ऊपरी सिरे पर कोई हाइड्रोलिक तेल का दबाव नहीं होता है। इस समय, कुंडल स्प्रिंग 7 स्वाभाविक रूप से विस्तारित अवस्था में होती है, और इसका प्रत्यास्थ बल पिस्टन 8 को एक विशिष्ट स्थिति में ऊपर की ओर ले जाता है। इस बीच, बेलेविल स्प्रिंग 4 भी एक भूमिका निभाता है। अपनी प्रत्यास्थ विशेषताओं के कारण, बेलेविल स्प्रिंग 4 पुल रॉड 2 को ऊपर की ओर धकेलता है, जिससे पुल रॉड 2 के शीर्ष पर स्थित 4 स्टील बॉल टूल शैंक के पुल स्टड 1 की पूंछ पर स्थित कुंडलाकार खांचे में प्रवेश कर जाते हैं। स्टील बॉल के एम्बेड होने के साथ, बेलेविल स्प्रिंग 4 का तनाव बल पुल रॉड 2 और स्टील बॉल के माध्यम से पुल स्टड 1 तक प्रेषित होता है, जिससे टूल शैंक कसकर पकड़ में आ जाता है और स्पिंडल के पतले छेद के भीतर टूल की सटीक स्थिति और दृढ़ क्लैम्पिंग का एहसास होता है। यह क्लैम्पिंग विधि बेलेविले स्प्रिंग की शक्तिशाली लोचदार संभावित ऊर्जा का उपयोग करती है और यह सुनिश्चित करने के लिए पर्याप्त तनाव बल प्रदान कर सकती है कि उपकरण उच्च गति वाले घूर्णन और काटने वाले बलों की कार्रवाई के तहत ढीला नहीं होगा, जिससे मशीनिंग सटीकता और स्थिरता की गारंटी होगी।
(II) उपकरण ढीला करने की प्रक्रिया
जब उपकरण बदलना आवश्यक होता है, तो हाइड्रोलिक प्रणाली सक्रिय हो जाती है और हाइड्रोलिक तेल पिस्टन 8 के निचले सिरे में प्रवेश करता है, जिससे ऊपर की ओर एक थ्रस्ट उत्पन्न होता है। हाइड्रोलिक थ्रस्ट की क्रिया के तहत, पिस्टन 8, कुंडल स्प्रिंग 7 के प्रत्यास्थ बल पर विजय प्राप्त करता है और नीचे की ओर गति करना शुरू कर देता है। पिस्टन 8 की नीचे की ओर गति, पुल रॉड 2 को समकालिक रूप से नीचे की ओर धकेलती है। जैसे ही पुल रॉड 2 नीचे की ओर गति करती है, स्टील बॉल्स टूल शैंक के पुल स्टड 1 के पिछले भाग में स्थित कुंडलाकार खांचे से अलग हो जाती हैं और स्पिंडल के पिछले पतले छेद के ऊपरी भाग में स्थित कुंडलाकार खांचे में प्रवेश कर जाती हैं। इस समय, स्टील बॉल्स का पुल स्टड 1 पर कोई अवरोधक प्रभाव नहीं रह जाता है और उपकरण ढीला हो जाता है। जब मैनिपुलेटर टूल शैंक को स्पिंडल से बाहर खींचता है, तो पिस्टन और पुल रॉड के मध्य छिद्रों से संपीड़ित हवा बाहर निकलती है और स्पिंडल के पतले छेद में मौजूद चिप्स और धूल जैसी अशुद्धियों को साफ करती है, जिससे अगले उपकरण की स्थापना की तैयारी होती है।
(III) लिमिट स्विच की भूमिका
उपकरण को ढीला करने और क्लैंप करने की पूरी प्रक्रिया के दौरान सिग्नल फीडबैक में लिमिट स्विच 9 और 10 महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। जब उपकरण को क्लैंप किया जाता है, तो संबंधित घटकों की स्थिति में परिवर्तन लिमिट स्विच 9 को सक्रिय करता है, और लिमिट स्विच 9 तुरंत सीएनसी सिस्टम को एक टूल क्लैंपिंग सिग्नल भेजता है। यह सिग्नल प्राप्त करने के बाद, सीएनसी सिस्टम यह पुष्टि करता है कि उपकरण स्थिर क्लैंपिंग अवस्था में है और फिर स्पिंडल रोटेशन और टूल फीड जैसे अन्य मशीनिंग ऑपरेशन शुरू कर सकता है। इसी प्रकार, जब उपकरण को ढीला करने की क्रिया पूरी हो जाती है, तो लिमिट स्विच 10 सक्रिय हो जाता है, और यह सीएनसी सिस्टम को एक टूल ढीला करने का सिग्नल भेजता है। इस समय, सीएनसी सिस्टम उपकरण बदलने की प्रक्रिया को पूरा करने के लिए मैनिपुलेटर को नियंत्रित कर सकता है ताकि पूरे उपकरण बदलने की प्रक्रिया का स्वचालन और सटीकता सुनिश्चित हो सके।
(IV) प्रमुख पैरामीटर और डिज़ाइन बिंदु
- तनाव बल: सीएनसी मशीनिंग केंद्र बेलेविल स्प्रिंग के कुल 34 जोड़े (68 टुकड़े) का उपयोग करता है, जो एक शक्तिशाली तनाव बल उत्पन्न कर सकता है। सामान्य परिस्थितियों में, उपकरण को कसने के लिए तनाव बल 10 kN होता है, और यह अधिकतम 13 kN तक पहुँच सकता है। ऐसा तनाव बल डिज़ाइन मशीनिंग प्रक्रिया के दौरान उपकरण पर लगने वाले विभिन्न काटने वाले बलों और केन्द्रापसारक बलों का सामना करने के लिए पर्याप्त है, जिससे धुरी के पतले छिद्र के भीतर उपकरण का स्थिर निर्धारण सुनिश्चित होता है, जिससे मशीनिंग प्रक्रिया के दौरान उपकरण विस्थापित या गिरने से बचता है, और इस प्रकार मशीनिंग सटीकता और सतह की गुणवत्ता की गारंटी देता है।
- पिस्टन स्ट्रोक: उपकरण बदलते समय, पिस्टन 8 का स्ट्रोक 12 मिमी होता है। इस 12 मिमी स्ट्रोक के दौरान, पिस्टन की गति दो चरणों में विभाजित होती है। सबसे पहले, पिस्टन लगभग 4 मिमी आगे बढ़ने के बाद, पुल रॉड 2 को तब तक धकेलना शुरू करता है जब तक कि स्टील की गेंदें स्पिंडल के पतले छिद्र के ऊपरी भाग में Φ37 मिमी के वलयाकार खांचे में प्रवेश नहीं कर जातीं। इस समय, उपकरण ढीला होना शुरू हो जाता है। इसके बाद, पुल रॉड तब तक नीचे की ओर जाती रहती है जब तक कि पुल रॉड की सतह "a" पुल स्टड के शीर्ष से संपर्क नहीं कर लेती, जिससे उपकरण स्पिंडल के पतले छिद्र से पूरी तरह बाहर निकल जाता है ताकि मैनिपुलेटर उपकरण को आसानी से निकाल सके। पिस्टन के स्ट्रोक को सटीक रूप से नियंत्रित करके, उपकरण को ढीला करने और क्लैंप करने की क्रियाएँ सटीक रूप से पूरी की जा सकती हैं, जिससे अपर्याप्त या अत्यधिक स्ट्रोक जैसी समस्याओं से बचा जा सकता है जो ढीली क्लैंपिंग या उपकरण को ढीला करने में असमर्थता का कारण बन सकती हैं।
- संपर्क प्रतिबल और सामग्री आवश्यकताएँ: चूँकि 4 स्टील बॉल, पुल स्टड की शंक्वाकार सतह, स्पिंडल होल की सतह और स्टील बॉल वाले छेद कार्य प्रक्रिया के दौरान काफी संपर्क प्रतिबल सहन करते हैं, इसलिए इन भागों की सामग्री और सतह की कठोरता पर उच्च आवश्यकताएँ रखी जाती हैं। स्टील बॉल पर बल की स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए, जिन छेदों में 4 स्टील बॉल स्थित हैं, उन्हें एक ही तल में सख्ती से सुनिश्चित किया जाना चाहिए। आमतौर पर, ये प्रमुख भाग उच्च-शक्ति, उच्च-कठोरता और घिसाव-प्रतिरोधी सामग्री का उपयोग करते हैं और अपनी सतह की कठोरता और घिसाव-प्रतिरोधी क्षमता में सुधार के लिए सटीक मशीनिंग और ऊष्मा उपचार प्रक्रियाओं से गुजरते हैं, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि विभिन्न घटकों की संपर्क सतहें दीर्घकालिक और लगातार उपयोग के दौरान अच्छी कार्यशील स्थिति बनाए रख सकें, जिससे घिसाव और विरूपण कम हो, और उपकरण-ढीलापन और क्लैम्पिंग तंत्र का सेवा जीवन लंबा हो।
IV. निष्कर्ष
सीएनसी मशीनिंग केंद्रों में स्पिंडल टूल-ढीलापन और क्लैम्पिंग तंत्र की मूल संरचना और कार्य सिद्धांत एक जटिल और परिष्कृत प्रणाली का निर्माण करते हैं। प्रत्येक घटक एक-दूसरे के साथ सहयोग और समन्वय करते हैं। सटीक यांत्रिक डिज़ाइन और सरल यांत्रिक संरचनाओं के माध्यम से, उपकरणों की तेज़ और सटीक क्लैम्पिंग और ढीलापन प्राप्त होता है, जो सीएनसी मशीनिंग केंद्रों के कुशल और स्वचालित मशीनिंग के लिए एक शक्तिशाली गारंटी प्रदान करता है। इसके कार्य सिद्धांत और प्रमुख तकनीकी बिंदुओं की गहन समझ सीएनसी मशीनिंग केंद्रों के डिज़ाइन, निर्माण, उपयोग और रखरखाव के लिए अत्यंत मार्गदर्शक महत्व रखती है। भविष्य के विकास में, सीएनसी मशीनिंग प्रौद्योगिकी की निरंतर प्रगति के साथ, स्पिंडल टूल-ढीलापन और क्लैम्पिंग तंत्र को भी निरंतर अनुकूलित और बेहतर बनाया जाएगा, ताकि उच्च-स्तरीय विनिर्माण उद्योग की बढ़ती मांगों को पूरा करने के लिए उच्च परिशुद्धता, तेज़ गति और अधिक विश्वसनीय प्रदर्शन की ओर अग्रसर किया जा सके।