"Zahteve in optimizacijski ukrepi za mehanizem prenosa podajanja CNC obdelovalnih strojev"
V sodobni proizvodnji so CNC obdelovalni stroji postali ključna obdelovalna oprema zaradi svojih prednosti, kot so visoka natančnost, visoka učinkovitost in visoka stopnja avtomatizacije. Sistem za prenos podajanja CNC obdelovalnih strojev običajno deluje s servo sistemom za podajanje, ki igra ključno vlogo. V skladu z navodili, ki jih posreduje CNC sistem, ojača in nato krmili gibanje aktuatorskih komponent. Ne le natančno nadzoruje hitrost podajanja, temveč tudi natančno nadzoruje položaj in trajektorijo orodja glede na obdelovanec.
Tipičen zaprtozančni krmiljeni sistem podajanja CNC obdelovalnega stroja je sestavljen predvsem iz več delov, kot so primerjava položaja, komponente za ojačanje, pogonske enote, mehanizmi za mehanski prenos podajanja in elementi za zaznavanje povratne informacije. Med njimi je mehanizem za mehanski prenos podajanja celotna mehanska prenosna veriga, ki pretvarja rotacijsko gibanje servo motorja v linearno podajalno gibanje delovne mize in držala orodja, vključno z reduktorji, pari vodilnih vijakov in matic, vodilnimi komponentami in njihovimi podpornimi deli. Kot pomemben člen v servo sistemu mora imeti mehanizem za podajanje CNC obdelovalnih strojev ne le visoko natančnost pozicioniranja, temveč tudi dobre dinamične odzivne karakteristike. Odziv sistema na signale navodil za sledenje mora biti hiter, stabilnost pa dobra.
Za zagotovitev natančnosti prenosa, stabilnosti sistema in dinamičnih odzivnih karakteristik podajalnega sistema vertikalnih obdelovalnih centrov je za podajalni mehanizem postavljena vrsta strogih zahtev:
I. Zahteva po odsotnosti vrzeli
Prenosna vrzel bo povzročila napako v mrtvi coni pri obratnem gibanju in vplivala na natančnost obdelave. Za čim večjo odpravo prenosne vrzeli se lahko uporabijo metode, kot je uporaba povezovalne gredi z odpravo vrzeli in prenosnih parov z ukrepi za odpravo vrzeli. Na primer, pri paru vodilnega vijaka in matice se lahko za odpravo vrzeli uporabi metoda dvojne prednapetosti matice s prilagoditvijo relativnega položaja med obema maticama. Hkrati se pri delih, kot so zobniški menjalniki, za odpravo vrzeli lahko uporabijo tudi metode, kot so nastavitev podložk ali elastičnih elementov, da se zagotovi natančnost prenosa.
Prenosna vrzel bo povzročila napako v mrtvi coni pri obratnem gibanju in vplivala na natančnost obdelave. Za čim večjo odpravo prenosne vrzeli se lahko uporabijo metode, kot je uporaba povezovalne gredi z odpravo vrzeli in prenosnih parov z ukrepi za odpravo vrzeli. Na primer, pri paru vodilnega vijaka in matice se lahko za odpravo vrzeli uporabi metoda dvojne prednapetosti matice s prilagoditvijo relativnega položaja med obema maticama. Hkrati se pri delih, kot so zobniški menjalniki, za odpravo vrzeli lahko uporabijo tudi metode, kot so nastavitev podložk ali elastičnih elementov, da se zagotovi natančnost prenosa.
II. Zahteva za nizko trenje
Uporaba metode prenosa z nizkim trenjem lahko zmanjša izgubo energije, izboljša učinkovitost prenosa ter pomaga izboljšati odzivno hitrost in natančnost sistema. Med pogoste metode prenosa z nizkim trenjem spadajo hidrostatična vodila, kotalna vodila in kroglična vretena.
Uporaba metode prenosa z nizkim trenjem lahko zmanjša izgubo energije, izboljša učinkovitost prenosa ter pomaga izboljšati odzivno hitrost in natančnost sistema. Med pogoste metode prenosa z nizkim trenjem spadajo hidrostatična vodila, kotalna vodila in kroglična vretena.
Hidrostatična vodila tvorijo plast tlačnega oljnega filma med vodilnimi površinami, da dosežejo brezkontaktno drsenje z izjemno majhnim trenjem. Kotalna vodila namesto drsenja uporabljajo kotaljenje kotalnih elementov na vodilnih tirnicah, kar močno zmanjša trenje. Kroglična vretena so pomembne komponente, ki pretvarjajo rotacijsko gibanje v linearno gibanje. Kroglice se kotalijo med vodilnim vijakom in matico z nizkim koeficientom trenja in visokim izkoristkom prenosa. Te komponente prenosa z nizkim trenjem lahko učinkovito zmanjšajo upor podajalnega mehanizma med gibanjem in izboljšajo delovanje sistema.
III. Zahteva po nizki vztrajnosti
Za izboljšanje ločljivosti obdelovalnega stroja in čim večje pospeševanje delovne mize za dosego namena sledenja navodil mora biti vztrajnostni moment, ki ga sistem pretvori v pogonsko gred, čim manjši. To zahtevo je mogoče doseči z izbiro optimalnega prenosnega razmerja. Razumna izbira prenosnega razmerja lahko zmanjša vztrajnostni moment sistema, hkrati pa izpolni zahteve glede hitrosti in pospeška gibanja delovne mize. Na primer, pri načrtovanju reduktorja se lahko glede na dejanske potrebe izbere ustrezno prestavno razmerje ali razmerje jermenice, ki ustreza izhodni hitrosti servo motorja in hitrosti gibanja delovne mize ter hkrati zmanjša vztrajnostni moment.
Za izboljšanje ločljivosti obdelovalnega stroja in čim večje pospeševanje delovne mize za dosego namena sledenja navodil mora biti vztrajnostni moment, ki ga sistem pretvori v pogonsko gred, čim manjši. To zahtevo je mogoče doseči z izbiro optimalnega prenosnega razmerja. Razumna izbira prenosnega razmerja lahko zmanjša vztrajnostni moment sistema, hkrati pa izpolni zahteve glede hitrosti in pospeška gibanja delovne mize. Na primer, pri načrtovanju reduktorja se lahko glede na dejanske potrebe izbere ustrezno prestavno razmerje ali razmerje jermenice, ki ustreza izhodni hitrosti servo motorja in hitrosti gibanja delovne mize ter hkrati zmanjša vztrajnostni moment.
Poleg tega se lahko sprejme tudi koncept lahke zasnove in za izdelavo komponent menjalnika izberejo materiali z manjšo težo. Na primer, uporaba lahkih materialov, kot je aluminijeva zlitina, za izdelavo parov svinčenih vijakov in matic ter vodilnih komponent lahko zmanjša celotno vztrajnost sistema.
IV. Zahteva po visoki togosti
Visoko tog prenosni sistem lahko zagotovi odpornost na zunanje motnje med procesom obdelave in ohrani stabilno natančnost obdelave. Za izboljšanje togosti prenosnega sistema je mogoče sprejeti naslednje ukrepe:
Skrajšanje prenosne verige: Zmanjšanje števila prenosnih členov lahko zmanjša elastično deformacijo sistema in izboljša togost. Na primer, uporaba metode neposrednega pogona vodilnega vijaka z motorjem prihrani vmesne prenosne člene, zmanjša napake pri prenosu in elastično deformacijo ter izboljša togost sistema.
Izboljšanje togosti prenosnega sistema s prednapetostjo: Pri kotalnih vodilih in parih krogličnih vreten se lahko uporabi metoda prednapetosti, ki ustvari določeno prednapetost med kotalnimi elementi in vodilnimi tirnicami ali vodilnimi vijaki, da se izboljša togost sistema. Nosilec vodilnega vijaka je zasnovan tako, da je pritrjen na obeh koncih, in ima lahko prednapeto strukturo. Z uporabo določene prednapetosti na vodilni vijak se lahko prepreči aksialna sila med delovanjem in izboljša togost vodilnega vijaka.
Visoko tog prenosni sistem lahko zagotovi odpornost na zunanje motnje med procesom obdelave in ohrani stabilno natančnost obdelave. Za izboljšanje togosti prenosnega sistema je mogoče sprejeti naslednje ukrepe:
Skrajšanje prenosne verige: Zmanjšanje števila prenosnih členov lahko zmanjša elastično deformacijo sistema in izboljša togost. Na primer, uporaba metode neposrednega pogona vodilnega vijaka z motorjem prihrani vmesne prenosne člene, zmanjša napake pri prenosu in elastično deformacijo ter izboljša togost sistema.
Izboljšanje togosti prenosnega sistema s prednapetostjo: Pri kotalnih vodilih in parih krogličnih vreten se lahko uporabi metoda prednapetosti, ki ustvari določeno prednapetost med kotalnimi elementi in vodilnimi tirnicami ali vodilnimi vijaki, da se izboljša togost sistema. Nosilec vodilnega vijaka je zasnovan tako, da je pritrjen na obeh koncih, in ima lahko prednapeto strukturo. Z uporabo določene prednapetosti na vodilni vijak se lahko prepreči aksialna sila med delovanjem in izboljša togost vodilnega vijaka.
V. Zahteva po visoki resonančni frekvenci
Visoka resonančna frekvenca pomeni, da se sistem lahko hitro vrne v stabilno stanje, ko je izpostavljen zunanjim motnjam, in ima dobro odpornost proti vibracijam. Za izboljšanje resonančne frekvence sistema je mogoče uvesti naslednje vidike:
Optimizacija strukturne zasnove komponent prenosa: Oblika in velikost komponent prenosa, kot so vodilni vijaki in vodilne tirnice, je treba razumno zasnovati za izboljšanje njihovih naravnih frekvenc. Na primer, uporaba votlega vodilnega vijaka lahko zmanjša težo in izboljša naravno frekvenco.
Izberite ustrezne materiale: Izberite materiale z visokim elastičnim modulom in nizko gostoto, kot so titanove zlitine itd., ki lahko izboljšajo togost in naravno frekvenco komponent prenosa.
Povečanje dušenja: Ustrezno povečanje dušenja v sistemu lahko porabi energijo vibracij, zmanjša resonančni vrh in izboljša stabilnost sistema. Dušenje sistema je mogoče povečati z uporabo dušilnih materialov in namestitvijo dušilcev.
Visoka resonančna frekvenca pomeni, da se sistem lahko hitro vrne v stabilno stanje, ko je izpostavljen zunanjim motnjam, in ima dobro odpornost proti vibracijam. Za izboljšanje resonančne frekvence sistema je mogoče uvesti naslednje vidike:
Optimizacija strukturne zasnove komponent prenosa: Oblika in velikost komponent prenosa, kot so vodilni vijaki in vodilne tirnice, je treba razumno zasnovati za izboljšanje njihovih naravnih frekvenc. Na primer, uporaba votlega vodilnega vijaka lahko zmanjša težo in izboljša naravno frekvenco.
Izberite ustrezne materiale: Izberite materiale z visokim elastičnim modulom in nizko gostoto, kot so titanove zlitine itd., ki lahko izboljšajo togost in naravno frekvenco komponent prenosa.
Povečanje dušenja: Ustrezno povečanje dušenja v sistemu lahko porabi energijo vibracij, zmanjša resonančni vrh in izboljša stabilnost sistema. Dušenje sistema je mogoče povečati z uporabo dušilnih materialov in namestitvijo dušilcev.
VI. Zahteva za ustrezno razmerje dušenja
Ustrezno razmerje dušenja lahko sistem po motnji hitro stabilizira brez pretiranega slabljenja vibracij. Za dosego ustreznega razmerja dušenja je mogoče nadzorovati razmerje dušenja s prilagajanjem sistemskih parametrov, kot so parametri blažilnika in koeficient trenja komponent menjalnika.
Ustrezno razmerje dušenja lahko sistem po motnji hitro stabilizira brez pretiranega slabljenja vibracij. Za dosego ustreznega razmerja dušenja je mogoče nadzorovati razmerje dušenja s prilagajanjem sistemskih parametrov, kot so parametri blažilnika in koeficient trenja komponent menjalnika.
Skratka, za izpolnitev strogih zahtev CNC obdelovalnih strojev glede mehanizmov za prenos podajanja je treba sprejeti vrsto optimizacijskih ukrepov. Ti ukrepi lahko ne le izboljšajo natančnost obdelave in učinkovitost obdelovalnih strojev, temveč tudi povečajo stabilnost in zanesljivost obdelovalnih strojev ter močno podpirajo razvoj sodobne proizvodnje.
V praktični uporabi je treba celovito upoštevati različne dejavnike glede na specifične potrebe obdelave in značilnosti obdelovalnih strojev ter izbrati najprimernejši mehanizem za prenos podajanja in optimizacijske ukrepe. Hkrati se z nenehnim napredkom znanosti in tehnologije nenehno pojavljajo novi materiali, tehnologije in oblikovne zasnove, kar prav tako zagotavlja širok prostor za nadaljnje izboljšanje delovanja mehanizmov za prenos podajanja CNC obdelovalnih strojev. V prihodnosti se bodo mehanizmi za prenos podajanja CNC obdelovalnih strojev še naprej razvijali v smeri večje natančnosti, večje hitrosti in večje zanesljivosti.