Prinsip Kerja Spindle Tool – Melonggarkan dan Menjepit di Pusat Permesinan CNC
Abstrak: Makalah ini menguraikan secara rinci struktur dasar dan prinsip kerja mekanisme pelonggaran dan penjepitan pahat spindel pada pusat permesinan CNC, termasuk komposisi berbagai komponen, proses kerja, dan parameter kunci. Tujuannya adalah untuk menganalisis secara mendalam mekanisme internal fungsi krusial ini, menyediakan referensi teoretis bagi tenaga teknis terkait, membantu mereka lebih memahami dan memelihara sistem spindel pusat permesinan CNC, serta memastikan efisiensi dan presisi tinggi dari proses permesinan.
I. Pendahuluan
Fungsi pelonggaran dan penjepitan pahat spindel di pusat permesinan merupakan fondasi penting bagi pusat permesinan CNC untuk mencapai permesinan otomatis. Meskipun terdapat beberapa perbedaan dalam struktur dan prinsip kerjanya di antara berbagai model, kerangka dasarnya serupa. Penelitian mendalam tentang prinsip kerjanya sangat penting untuk meningkatkan kinerja pusat permesinan, memastikan kualitas permesinan, dan mengoptimalkan perawatan peralatan.
II. Struktur Dasar
Mekanisme pelonggaran dan penjepitan alat spindel di pusat permesinan CNC terutama terdiri dari komponen-komponen berikut:
- Stud Tarik: Dipasang di ujung tangkai meruncing alat, stud ini merupakan komponen penghubung utama bagi batang tarik untuk mengencangkan alat. Stud ini bekerja sama dengan bola baja di ujung batang tarik untuk memposisikan dan menjepit alat.
- Batang Tarik: Melalui interaksi dengan stud tarik melalui bola baja, batang ini menyalurkan gaya tarik dan dorong untuk mewujudkan aksi penjepitan dan pelonggaran alat. Pergerakannya dikendalikan oleh piston dan pegas.
- Katrol: Biasanya berfungsi sebagai komponen perantara untuk transmisi daya, dalam mekanisme pelonggaran dan penjepitan spindel, katrol juga dapat terlibat dalam sambungan transmisi yang menggerakkan komponen terkait. Misalnya, katrol dapat dihubungkan ke sistem hidrolik atau perangkat penggerak lainnya untuk menggerakkan komponen seperti piston.
- Belleville Spring: Terdiri dari beberapa pasang daun pegas, pegas ini merupakan komponen kunci untuk menghasilkan gaya tarik pada pahat. Daya elastisnya yang kuat memastikan pahat terpasang stabil di dalam lubang runcing spindel selama proses pemesinan, menjamin akurasi pemesinan.
- Mur Pengunci: Digunakan untuk mengencangkan komponen seperti pegas Belleville guna mencegahnya mengendur selama proses pengerjaan dan memastikan kestabilan dan keandalan seluruh mekanisme pelonggaran dan penjepitan alat.
- Shim Penyetel: Dengan menggerinda shim penyetel, kondisi kontak antara batang penarik dan stud penarik di akhir langkah piston dapat dikontrol secara presisi, memastikan kelancaran pelonggaran dan pengencangan alat. Hal ini memainkan peran penting dalam penyetelan presisi seluruh mekanisme pelonggaran dan penjepitan alat.
- Pegas Koil: Berperan dalam proses pelonggaran alat dan membantu pergerakan piston. Misalnya, ketika piston bergerak ke bawah untuk mendorong batang penarik guna melonggarkan alat, pegas koil memberikan gaya elastis tertentu untuk memastikan kelancaran dan keandalan gerakan.
- Piston: Komponen penggerak daya dalam mekanisme pelonggaran dan penjepitan pahat. Digerakkan oleh tekanan hidrolik, piston bergerak naik turun, lalu menggerakkan batang penarik untuk melakukan aksi penjepitan dan pelonggaran pahat. Kontrol presisi langkah dan daya dorongnya sangat penting untuk keseluruhan proses pelonggaran dan penjepitan pahat.
- Sakelar Batas 9 dan 10: Keduanya digunakan untuk mengirimkan sinyal penjepitan dan pelonggaran pahat. Sinyal-sinyal ini diumpan balik ke sistem CNC agar sistem dapat mengontrol proses pemesinan secara presisi, memastikan kemajuan setiap proses yang terkoordinasi, dan menghindari kecelakaan pemesinan yang disebabkan oleh kesalahan penilaian kondisi penjepitan pahat.
- Katrol: Sama halnya dengan katrol yang disebutkan pada butir 3 di atas, katrol turut serta dalam sistem transmisi secara bersama-sama guna memastikan transmisi daya tetap stabil dan memungkinkan semua komponen mekanisme pelonggaran dan penjepitan perkakas bekerja sama sesuai dengan program yang telah ditentukan.
- Penutup Ujung: Berfungsi melindungi dan menyegel struktur internal spindel, mencegah masuknya kotoran seperti debu dan serpihan ke dalam spindel, serta memengaruhi pengoperasian normal mekanisme pelonggaran dan penjepitan alat. Selain itu, penutup ujung juga menyediakan lingkungan kerja yang relatif stabil bagi komponen-komponen internal.
- Sekrup Penyetel: Dapat digunakan untuk melakukan penyetelan halus pada posisi atau jarak bebas beberapa komponen guna lebih mengoptimalkan kinerja mekanisme pelonggaran dan penjepitan alat serta memastikan agar mekanisme tersebut mempertahankan kondisi kerja berpresisi tinggi selama penggunaan jangka panjang.
III. Prinsip Kerja
(I) Proses Penjepitan Alat
Ketika pusat pemesinan berada dalam keadaan pemesinan normal, tidak ada tekanan oli hidrolik di ujung atas piston 8. Pada saat ini, pegas koil 7 berada dalam keadaan memanjang secara alami, dan gaya elastisnya membuat piston 8 bergerak ke atas ke posisi tertentu. Sementara itu, pegas Belleville 4 juga berperan. Karena karakteristik elastisnya sendiri, pegas Belleville 4 mendorong batang penarik 2 untuk bergerak ke atas, sehingga 4 bola baja di kepala batang penarik 2 memasuki alur melingkar di ekor stud penarik shank alat 1. Dengan tertanamnya bola baja, gaya tegangan pegas Belleville 4 ditransmisikan ke stud penarik 1 melalui batang penarik 2 dan bola baja, dengan demikian menahan shank alat dengan erat dan mewujudkan posisi yang tepat dan penjepitan yang kuat dari alat di dalam lubang runcing spindel. Metode penjepitan ini memanfaatkan energi potensial elastis yang kuat dari pegas Belleville dan dapat memberikan gaya tegangan yang cukup untuk memastikan bahwa alat tidak akan kendur di bawah aksi putaran kecepatan tinggi dan gaya pemotongan, menjamin akurasi dan stabilitas pemesinan.
(II) Proses Pelonggaran Alat
Ketika alat perlu diganti, sistem hidrolik diaktifkan, dan oli hidrolik memasuki ujung bawah piston 8, menghasilkan gaya dorong ke atas. Di bawah aksi gaya dorong hidrolik, piston 8 mengatasi gaya elastis pegas koil 7 dan mulai bergerak ke bawah. Gerakan ke bawah piston 8 mendorong batang penarik 2 untuk bergerak ke bawah secara serempak. Ketika batang penarik 2 bergerak ke bawah, bola-bola baja terlepas dari alur melingkar di ekor stud penarik shank alat 1 dan memasuki alur melingkar di bagian atas lubang tirus belakang spindel. Pada saat ini, bola-bola baja tidak lagi memiliki efek penahan pada stud penarik 1, dan alat dilonggarkan. Ketika manipulator menarik shank alat keluar dari spindel, udara bertekanan akan bertiup keluar melalui lubang tengah piston dan batang penarik untuk membersihkan kotoran seperti serpihan dan debu di lubang tirus spindel, mempersiapkan pemasangan alat berikutnya.
(III) Peran Sakelar Batas
Sakelar batas 9 dan 10 berperan penting dalam umpan balik sinyal selama proses pelonggaran dan penjepitan pahat. Saat pahat dijepit pada tempatnya, perubahan posisi komponen terkait memicu sakelar batas 9, dan sakelar batas 9 segera mengirimkan sinyal penjepitan pahat ke sistem CNC. Setelah menerima sinyal ini, sistem CNC memastikan bahwa pahat berada dalam kondisi penjepitan yang stabil dan dapat memulai operasi pemesinan berikutnya, seperti putaran spindel dan pengumpanan pahat. Demikian pula, saat pelonggaran pahat selesai, sakelar batas 10 dipicu dan mengirimkan sinyal pelonggaran pahat ke sistem CNC. Pada saat ini, sistem CNC dapat mengendalikan manipulator untuk melakukan operasi penggantian pahat guna memastikan otomatisasi dan presisi seluruh proses penggantian pahat.
(IV) Parameter Utama dan Poin Desain
- Gaya Tarik: Pusat permesinan CNC menggunakan total 34 pasang (68 buah) pegas Belleville, yang dapat menghasilkan gaya tarik yang kuat. Dalam kondisi normal, gaya tarik untuk mengencangkan pahat adalah 10 kN, dan dapat mencapai maksimum 13 kN. Desain gaya tarik ini cukup untuk mengatasi berbagai gaya potong dan gaya sentrifugal yang bekerja pada pahat selama proses pemesinan, memastikan fiksasi pahat yang stabil di dalam lubang tirus spindel, mencegah pahat bergeser atau jatuh selama proses pemesinan, sehingga menjamin akurasi pemesinan dan kualitas permukaan.
- Langkah Piston: Saat mengganti pahat, langkah piston 8 adalah 12 mm. Selama langkah 12 mm ini, gerakan piston dibagi menjadi dua tahap. Pertama, setelah piston maju sekitar 4 mm, piston mulai mendorong batang penarik 2 untuk bergerak hingga bola baja memasuki alur melingkar Φ37 mm di bagian atas lubang tirus spindel. Pada saat ini, pahat mulai mengendur. Selanjutnya, batang penarik terus turun hingga permukaan "a" batang penarik menyentuh bagian atas stud penarik, mendorong pahat sepenuhnya keluar dari lubang tirus spindel sehingga manipulator dapat mengeluarkan pahat dengan mulus. Dengan mengendalikan langkah piston secara tepat, tindakan melonggarkan dan menjepit pahat dapat diselesaikan secara akurat, menghindari masalah seperti langkah yang tidak mencukupi atau berlebihan yang dapat menyebabkan penjepitan longgar atau ketidakmampuan untuk mengendurkan pahat.
- Tegangan Kontak dan Persyaratan Material: Karena 4 bola baja, permukaan kerucut stud tarik, permukaan lubang spindel, dan lubang tempat bola baja berada menanggung tegangan kontak yang cukup besar selama proses pengerjaan, persyaratan tinggi diberikan pada material dan kekerasan permukaan komponen ini. Untuk memastikan konsistensi gaya pada bola baja, lubang tempat 4 bola baja berada harus dipastikan berada pada bidang yang sama. Biasanya, komponen utama ini akan mengadopsi material berkekuatan tinggi, kekerasan tinggi, dan tahan aus serta menjalani proses pemesinan dan perlakuan panas yang presisi untuk meningkatkan kekerasan permukaan dan ketahanan ausnya, memastikan bahwa permukaan kontak berbagai komponen dapat mempertahankan kondisi kerja yang baik selama penggunaan jangka panjang dan sering, mengurangi keausan dan deformasi, serta memperpanjang masa pakai mekanisme pelonggaran dan penjepitan alat.
IV. Kesimpulan
Struktur dasar dan prinsip kerja mekanisme pelonggaran dan penjepitan pahat spindel pada pusat permesinan CNC membentuk sistem yang kompleks dan canggih. Setiap komponen bekerja sama dan berkoordinasi erat satu sama lain. Melalui desain mekanis yang presisi dan struktur mekanis yang cerdik, penjepitan dan pelonggaran pahat yang cepat dan akurat tercapai, memberikan jaminan yang kuat untuk pemesinan pusat permesinan CNC yang efisien dan otomatis. Pemahaman mendalam tentang prinsip kerja dan poin-poin teknis utamanya sangat penting untuk desain, manufaktur, penggunaan, dan pemeliharaan pusat permesinan CNC. Dalam pengembangan di masa mendatang, dengan kemajuan teknologi permesinan CNC yang berkelanjutan, mekanisme pelonggaran dan penjepitan pahat spindel juga akan terus dioptimalkan dan ditingkatkan, bergerak menuju presisi yang lebih tinggi, kecepatan yang lebih tinggi, dan kinerja yang lebih andal untuk memenuhi permintaan industri manufaktur kelas atas yang terus meningkat.