„Zahtjevi i optimizacijske mjere za mehanizam prijenosa posmaka CNC alatnih strojeva“
U modernoj proizvodnji, CNC alatni strojevi postali su ključna oprema za obradu zbog svojih prednosti kao što su visoka preciznost, visoka učinkovitost i visok stupanj automatizacije. Sustav prijenosa posmaka CNC alatnih strojeva obično radi sa servo sustavom posmaka, koji igra ključnu ulogu. Prema porukama s uputama koje se prenose iz CNC sustava, on pojačava, a zatim kontrolira kretanje aktuatorskih komponenti. Ne samo da treba precizno kontrolirati brzinu pomaka, već i precizno kontrolirati položaj i putanju alata u odnosu na obradak.
Tipičan sustav upravljanja pogonom CNC alatnog stroja u zatvorenoj petlji uglavnom se sastoji od nekoliko dijelova kao što su usporedba položaja, komponente pojačanja, pogonske jedinice, mehanizmi mehaničkog prijenosa pogona i elementi povratne informacije detekcije. Među njima, mehanizam mehaničkog prijenosa pogona je cijeli lanac mehaničkog prijenosa koji pretvara rotacijsko kretanje servo motora u linearno kretanje pogona radnog stola i držača alata, uključujući redukcijske uređaje, parove vodećih vijaka i matica, vodilice i njihove potporne dijelove. Kao važna karika u servo sustavu, mehanizam pogona CNC alatnih strojeva ne bi trebao imati samo visoku točnost pozicioniranja, već i dobre dinamičke karakteristike odziva. Odziv sustava na signale instrukcija praćenja trebao bi biti brz, a stabilnost dobra.
Kako bi se osigurala točnost prijenosa, stabilnost sustava i dinamičke karakteristike odziva sustava za pomicanje vertikalnih obradnih centara, za mehanizam za pomicanje postavlja se niz strogih zahtjeva:
I. Zahtjev za nepostojanje praznina
Prijenosni jaz dovest će do pogreške mrtve zone unatrag i utjecati na točnost obrade. Kako bi se što više uklonio prijenosni jaz, mogu se primijeniti metode poput korištenja osovine s uklanjanjem jaza i prijenosnih parova s mjerama za uklanjanje jaza. Na primjer, kod para vodećeg vijka i matice, metoda dvostrukog prednaprezanja matice može se koristiti za uklanjanje jaza podešavanjem relativnog položaja između dvije matice. Istovremeno, za dijelove poput zupčastih prijenosnika, metode poput podešavanja podložnih pločica ili elastičnih elemenata također se mogu koristiti za uklanjanje jaza kako bi se osigurala točnost prijenosa.
Prijenosni jaz dovest će do pogreške mrtve zone unatrag i utjecati na točnost obrade. Kako bi se što više uklonio prijenosni jaz, mogu se primijeniti metode poput korištenja osovine s uklanjanjem jaza i prijenosnih parova s mjerama za uklanjanje jaza. Na primjer, kod para vodećeg vijka i matice, metoda dvostrukog prednaprezanja matice može se koristiti za uklanjanje jaza podešavanjem relativnog položaja između dvije matice. Istovremeno, za dijelove poput zupčastih prijenosnika, metode poput podešavanja podložnih pločica ili elastičnih elemenata također se mogu koristiti za uklanjanje jaza kako bi se osigurala točnost prijenosa.
II. Zahtjev za nisko trenje
Primjena metode prijenosa s niskim trenjem može smanjiti gubitak energije, poboljšati učinkovitost prijenosa, a također i pomoći u poboljšanju brzine odziva i točnosti sustava. Uobičajene metode prijenosa s niskim trenjem uključuju hidrostatičke vodilice, valjkaste vodilice i kuglične vijke.
Primjena metode prijenosa s niskim trenjem može smanjiti gubitak energije, poboljšati učinkovitost prijenosa, a također i pomoći u poboljšanju brzine odziva i točnosti sustava. Uobičajene metode prijenosa s niskim trenjem uključuju hidrostatičke vodilice, valjkaste vodilice i kuglične vijke.
Hidrostatske vodilice formiraju sloj filma tlačnog ulja između vodilica kako bi se postiglo beskontaktno klizanje s izuzetno malim trenjem. Vodilice s kotrljanjem koriste kotrljanje kotrljajućih elemenata na vodilicama kako bi zamijenile klizanje, uvelike smanjujući trenje. Kuglični vijci su važne komponente koje pretvaraju rotacijsko gibanje u linearno gibanje. Kuglice se kotrljaju između vodećeg vijka i matice s niskim koeficijentom trenja i visokom učinkovitošću prijenosa. Ove komponente prijenosa s niskim trenjem mogu učinkovito smanjiti otpor mehanizma za pomicanje tijekom kretanja i poboljšati performanse sustava.
III. Zahtjev za nisku inerciju
Kako bi se poboljšala rezolucija alatnog stroja i što više ubrzao radni stol radi postizanja svrhe praćenja instrukcija, moment tromosti koji sustav pretvara u pogonsko vratilo trebao bi biti što manji. Ovaj zahtjev se može postići odabirom optimalnog prijenosnog omjera. Razuman odabir prijenosnog omjera može smanjiti moment tromosti sustava, a istovremeno zadovoljiti zahtjeve brzine i ubrzanja kretanja radnog stola. Na primjer, prilikom projektiranja reduktora, prema stvarnim potrebama, može se odabrati odgovarajući prijenosni omjer ili omjer remenice remena kako bi se izlazna brzina servo motora uskladila s brzinom kretanja radnog stola i istovremeno smanjio moment tromosti.
Kako bi se poboljšala rezolucija alatnog stroja i što više ubrzao radni stol radi postizanja svrhe praćenja instrukcija, moment tromosti koji sustav pretvara u pogonsko vratilo trebao bi biti što manji. Ovaj zahtjev se može postići odabirom optimalnog prijenosnog omjera. Razuman odabir prijenosnog omjera može smanjiti moment tromosti sustava, a istovremeno zadovoljiti zahtjeve brzine i ubrzanja kretanja radnog stola. Na primjer, prilikom projektiranja reduktora, prema stvarnim potrebama, može se odabrati odgovarajući prijenosni omjer ili omjer remenice remena kako bi se izlazna brzina servo motora uskladila s brzinom kretanja radnog stola i istovremeno smanjio moment tromosti.
Osim toga, može se usvojiti i koncept laganog dizajna, a materijali s manjom težinom mogu se odabrati za izradu komponenti prijenosa. Na primjer, korištenje laganih materijala poput aluminijske legure za izradu parova vodećih vijaka i matica te vodilica može smanjiti ukupnu inerciju sustava.
IV. Zahtjev za visoku krutost
Prijenosni sustav visoke krutosti može osigurati otpornost na vanjske smetnje tijekom procesa obrade i održati stabilnu točnost obrade. Za poboljšanje krutosti prijenosnog sustava mogu se poduzeti sljedeće mjere:
Skraćivanje lanca prijenosa: Smanjenje broja karika prijenosa može smanjiti elastičnu deformaciju sustava i poboljšati krutost. Na primjer, korištenje metode izravnog pogona vodećeg vijka motorom štedi međukarike prijenosa, smanjuje pogreške prijenosa i elastičnu deformaciju te poboljšava krutost sustava.
Poboljšajte krutost prijenosnog sustava prednaprezanjem: Za valjkaste vodilice i parove kugličnih vijaka, metoda prednaprezanja može se koristiti za stvaranje određenog prednaprezanja između valjkastih elemenata i vodilica ili vodećih vijaka radi poboljšanja krutosti sustava. Nosač vodećeg vijka dizajniran je za fiksiranje na oba kraja i može imati prednapetu strukturu. Primjenom određenog prednaprezanja na vodeći vijak, aksijalna sila tijekom rada može se suzbiti i krutost vodećeg vijka može se poboljšati.
Prijenosni sustav visoke krutosti može osigurati otpornost na vanjske smetnje tijekom procesa obrade i održati stabilnu točnost obrade. Za poboljšanje krutosti prijenosnog sustava mogu se poduzeti sljedeće mjere:
Skraćivanje lanca prijenosa: Smanjenje broja karika prijenosa može smanjiti elastičnu deformaciju sustava i poboljšati krutost. Na primjer, korištenje metode izravnog pogona vodećeg vijka motorom štedi međukarike prijenosa, smanjuje pogreške prijenosa i elastičnu deformaciju te poboljšava krutost sustava.
Poboljšajte krutost prijenosnog sustava prednaprezanjem: Za valjkaste vodilice i parove kugličnih vijaka, metoda prednaprezanja može se koristiti za stvaranje određenog prednaprezanja između valjkastih elemenata i vodilica ili vodećih vijaka radi poboljšanja krutosti sustava. Nosač vodećeg vijka dizajniran je za fiksiranje na oba kraja i može imati prednapetu strukturu. Primjenom određenog prednaprezanja na vodeći vijak, aksijalna sila tijekom rada može se suzbiti i krutost vodećeg vijka može se poboljšati.
V. Zahtjev za visoku rezonantnu frekvenciju
Visoka rezonantna frekvencija znači da se sustav može brzo vratiti u stabilno stanje kada je izložen vanjskim smetnjama i ima dobru otpornost na vibracije. Za poboljšanje rezonantne frekvencije sustava, mogu se poduzeti sljedeći aspekti:
Optimizirajte strukturni dizajn komponenti prijenosa: Razumno dizajnirajte oblik i veličinu komponenti prijenosa kao što su vodeći vijci i vodilice kako biste poboljšali njihove prirodne frekvencije. Na primjer, korištenje šupljeg vodećeg vijka može smanjiti težinu i poboljšati prirodnu frekvenciju.
Odaberite prikladne materijale: Odaberite materijale s visokim modulom elastičnosti i niskom gustoćom, poput legure titana itd., koji mogu poboljšati krutost i prirodnu frekvenciju komponenti prijenosa.
Povećanje prigušenja: Odgovarajuće povećanje prigušenja u sustavu može potrošiti energiju vibracija, smanjiti rezonantni vrh i poboljšati stabilnost sustava. Prigušenje sustava može se povećati korištenjem materijala za prigušenje i ugradnjom prigušivača.
Visoka rezonantna frekvencija znači da se sustav može brzo vratiti u stabilno stanje kada je izložen vanjskim smetnjama i ima dobru otpornost na vibracije. Za poboljšanje rezonantne frekvencije sustava, mogu se poduzeti sljedeći aspekti:
Optimizirajte strukturni dizajn komponenti prijenosa: Razumno dizajnirajte oblik i veličinu komponenti prijenosa kao što su vodeći vijci i vodilice kako biste poboljšali njihove prirodne frekvencije. Na primjer, korištenje šupljeg vodećeg vijka može smanjiti težinu i poboljšati prirodnu frekvenciju.
Odaberite prikladne materijale: Odaberite materijale s visokim modulom elastičnosti i niskom gustoćom, poput legure titana itd., koji mogu poboljšati krutost i prirodnu frekvenciju komponenti prijenosa.
Povećanje prigušenja: Odgovarajuće povećanje prigušenja u sustavu može potrošiti energiju vibracija, smanjiti rezonantni vrh i poboljšati stabilnost sustava. Prigušenje sustava može se povećati korištenjem materijala za prigušenje i ugradnjom prigušivača.
VI. Zahtjev za odgovarajući omjer prigušenja
Odgovarajući omjer prigušenja može brzo stabilizirati sustav nakon poremećaja bez pretjeranog slabljenja vibracija. Kako bi se postigao odgovarajući omjer prigušenja, kontrola omjera prigušenja može se postići podešavanjem parametara sustava kao što su parametri prigušivača i koeficijent trenja komponenti prijenosa.
Odgovarajući omjer prigušenja može brzo stabilizirati sustav nakon poremećaja bez pretjeranog slabljenja vibracija. Kako bi se postigao odgovarajući omjer prigušenja, kontrola omjera prigušenja može se postići podešavanjem parametara sustava kao što su parametri prigušivača i koeficijent trenja komponenti prijenosa.
Ukratko, kako bi se zadovoljili strogi zahtjevi CNC alatnih strojeva za mehanizme prijenosa posmaka, potrebno je poduzeti niz optimizacijskih mjera. Ove mjere ne samo da mogu poboljšati točnost obrade i učinkovitost alatnih strojeva, već i povećati stabilnost i pouzdanost alatnih strojeva, pružajući snažnu podršku razvoju moderne proizvodnje.
U praktičnim primjenama također je potrebno sveobuhvatno razmotriti različite čimbenike prema specifičnim potrebama obrade i karakteristikama alatnih strojeva te odabrati najprikladniji mehanizam prijenosa posmaka i mjere optimizacije. Istovremeno, s kontinuiranim napretkom znanosti i tehnologije, stalno se pojavljuju novi materijali, tehnologije i koncepti dizajna, što također pruža širok prostor za daljnje poboljšanje performansi mehanizama prijenosa posmaka CNC alatnih strojeva. U budućnosti će se mehanizam prijenosa posmaka CNC alatnih strojeva nastaviti razvijati u smjeru veće preciznosti, veće brzine i veće pouzdanosti.