"Zahtjevi i mjere optimizacije za mehanizam prijenosa posmaka CNC alatnih mašina"
U modernoj proizvodnji, CNC alatne mašine postale su ključna oprema za obradu zbog svojih prednosti kao što su visoka preciznost, visoka efikasnost i visok stepen automatizacije. Sistem za prijenos posmaka CNC alatnih mašina obično radi sa servo sistemom za pomicanje, koji igra ključnu ulogu. Prema instrukcijskim porukama koje se prenose iz CNC sistema, on pojačava, a zatim kontroliše kretanje aktuatorskih komponenti. Ne samo da treba precizno kontrolisati brzinu kretanja posmaka, već i precizno kontrolisati položaj i putanju alata u odnosu na obradak.
Tipičan sistem za upravljanje pogonom CNC alatne mašine u zatvorenoj petlji uglavnom se sastoji od nekoliko dijelova kao što su poređenje položaja, komponente za pojačanje, pogonske jedinice, mehanizmi za mehanički prijenos pogona i elementi za detekciju povratne veze. Među njima, mehanizam za mehanički prijenos pogona je cijeli lanac mehaničkog prijenosa koji pretvara rotaciono 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 sistemu, mehanizam za pogon CNC alatnih mašina ne samo da treba imati visoku tačnost pozicioniranja, već i dobre dinamičke karakteristike odziva. Odziv sistema na signale instrukcija za praćenje treba biti brz, a stabilnost dobra.
Da bi se osigurala tačnost prenosa, stabilnost sistema i dinamičke karakteristike odziva sistema za pomicanje vertikalnih obradnih centara, za mehanizam za pomicanje postavlja se niz strogih zahtjeva:
I. Zahtjev za nepostojanje praznina
Prijenosni jaz će dovesti do greške reverzne mrtve zone i uticati na tačnost obrade. Da bi se što više eliminisao prijenosni jaz, mogu se usvojiti metode poput korištenja osovine za spajanje s eliminacijom jaza i prijenosnih parova s mjerama za eliminaciju jaza. Na primjer, kod para vodećeg vijka i matice, metoda dvostrukog prednaprezanja matice može se koristiti za eliminaciju jaza podešavanjem relativnog položaja između dvije matice. Istovremeno, za dijelove kao što su zupčasti prijenosnici, metode poput podešavanja podložnih pločica ili elastičnih elemenata također se mogu koristiti za eliminaciju jaza kako bi se osigurala tačnost prijenosa.
Prijenosni jaz će dovesti do greške reverzne mrtve zone i uticati na tačnost obrade. Da bi se što više eliminisao prijenosni jaz, mogu se usvojiti metode poput korištenja osovine za spajanje s eliminacijom jaza i prijenosnih parova s mjerama za eliminaciju jaza. Na primjer, kod para vodećeg vijka i matice, metoda dvostrukog prednaprezanja matice može se koristiti za eliminaciju jaza podešavanjem relativnog položaja između dvije matice. Istovremeno, za dijelove kao što su zupčasti prijenosnici, metode poput podešavanja podložnih pločica ili elastičnih elemenata također se mogu koristiti za eliminaciju jaza kako bi se osigurala tačnost prijenosa.
II. Zahtjev za nisko trenje
Usvajanje metode prijenosa s niskim trenjem može smanjiti gubitak energije, poboljšati efikasnost prijenosa, a također i pomoći u poboljšanju brzine odziva i tačnosti sistema. Uobičajene metode prijenosa s niskim trenjem uključuju hidrostatičke vodilice, valjkaste vodilice i kuglične vijke.
Usvajanje metode prijenosa s niskim trenjem može smanjiti gubitak energije, poboljšati efikasnost prijenosa, a također i pomoći u poboljšanju brzine odziva i tačnosti sistema. Uobičajene metode prijenosa s niskim trenjem uključuju hidrostatičke vodilice, valjkaste vodilice i kuglične vijke.
Hidrostatičke vodilice formiraju sloj filma ulja pod pritiskom između površina vodilica kako bi se postiglo beskontaktno klizanje s izuzetno malim trenjem. Kotrljajuće vodilice koriste kotrljanje kotrljajućih elemenata na vodećim šinama umjesto klizanja, značajno smanjujući trenje. Kuglični vijci su važne komponente koje pretvaraju rotaciono kretanje u linearno kretanje. Kuglice se kotrljaju između vodećeg vijka i matice s niskim koeficijentom trenja i visokom efikasnošću prijenosa. Ove komponente prijenosa s niskim trenjem mogu efikasno smanjiti otpor mehanizma za pomicanje tokom kretanja i poboljšati performanse sistema.
III. Zahtjev za nisku inerciju
Da bi se poboljšala rezolucija alatne mašine i što više ubrzao radni sto radi postizanja cilja praćenja instrukcija, moment inercije koji sistem pretvara u pogonsko vratilo treba biti što manji. Ovaj zahtjev se može postići odabirom optimalnog prijenosnog omjera. Razuman odabir prijenosnog omjera može smanjiti moment inercije sistema, a istovremeno zadovoljiti zahtjeve brzine i ubrzanja kretanja radnog stola. Na primjer, prilikom projektovanja 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 inercije.
Da bi se poboljšala rezolucija alatne mašine i što više ubrzao radni sto radi postizanja cilja praćenja instrukcija, moment inercije koji sistem pretvara u pogonsko vratilo treba biti što manji. Ovaj zahtjev se može postići odabirom optimalnog prijenosnog omjera. Razuman odabir prijenosnog omjera može smanjiti moment inercije sistema, a istovremeno zadovoljiti zahtjeve brzine i ubrzanja kretanja radnog stola. Na primjer, prilikom projektovanja 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 inercije.
Pored toga, može se usvojiti i koncept laganog dizajna, a materijali lakše težine mogu se odabrati za izradu komponenti prijenosa. Na primjer, korištenje laganih materijala poput aluminijske legure za izradu parova vodećih vijaka i matica te vodećih komponenti može smanjiti ukupnu inerciju sistema.
IV. Zahtjev za visoku krutost
Prijenosni sistem visoke krutosti može osigurati otpornost na vanjske smetnje tokom procesa obrade i održati stabilnu tačnost obrade. Za poboljšanje krutosti prijenosnog sistema mogu se poduzeti sljedeće mjere:
Skraćivanje lanca prijenosa: Smanjenje broja karika prijenosa može smanjiti elastičnu deformaciju sistema i poboljšati krutost. Na primjer, korištenje metode direktnog pogona vodećeg vijka motorom štedi međukarike prijenosa, smanjuje greške prijenosa i elastičnu deformaciju, te poboljšava krutost sistema.
Poboljšanje krutosti sistema prijenosa prednaprezanjem: Za valjkaste vodilice i parove kugličnih vijaka, metoda prednaprezanja može se koristiti za generiranje određenog prednaprezanja između valjkastih elemenata i vodilica ili vodećih vijaka radi poboljšanja krutosti sistema. Nosač vodećeg vijka je dizajniran da bude fiksiran na oba kraja i može imati prednapetu strukturu. Primjenom određenog prednaprezanja na vodeći vijak, aksijalna sila tokom rada može se suzbiti i krutost vodećeg vijka može se poboljšati.
Prijenosni sistem visoke krutosti može osigurati otpornost na vanjske smetnje tokom procesa obrade i održati stabilnu tačnost obrade. Za poboljšanje krutosti prijenosnog sistema mogu se poduzeti sljedeće mjere:
Skraćivanje lanca prijenosa: Smanjenje broja karika prijenosa može smanjiti elastičnu deformaciju sistema i poboljšati krutost. Na primjer, korištenje metode direktnog pogona vodećeg vijka motorom štedi međukarike prijenosa, smanjuje greške prijenosa i elastičnu deformaciju, te poboljšava krutost sistema.
Poboljšanje krutosti sistema prijenosa prednaprezanjem: Za valjkaste vodilice i parove kugličnih vijaka, metoda prednaprezanja može se koristiti za generiranje određenog prednaprezanja između valjkastih elemenata i vodilica ili vodećih vijaka radi poboljšanja krutosti sistema. Nosač vodećeg vijka je dizajniran da bude fiksiran na oba kraja i može imati prednapetu strukturu. Primjenom određenog prednaprezanja na vodeći vijak, aksijalna sila tokom rada može se suzbiti i krutost vodećeg vijka može se poboljšati.
V. Zahtjev za visoku rezonantnu frekvenciju
Visoka rezonantna frekvencija znači da se sistem može brzo vratiti u stabilno stanje kada je izložen vanjskim smetnjama i ima dobru otpornost na vibracije. Da bi se poboljšala rezonantna frekvencija sistema, 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 odgovarajuće 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 sistemu može potrošiti energiju vibracija, smanjiti rezonantni vrh i poboljšati stabilnost sistema. Prigušenje sistema se može povećati korištenjem materijala za prigušenje i ugradnjom amortizera.
Visoka rezonantna frekvencija znači da se sistem može brzo vratiti u stabilno stanje kada je izložen vanjskim smetnjama i ima dobru otpornost na vibracije. Da bi se poboljšala rezonantna frekvencija sistema, 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 odgovarajuće 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 sistemu može potrošiti energiju vibracija, smanjiti rezonantni vrh i poboljšati stabilnost sistema. Prigušenje sistema se može povećati korištenjem materijala za prigušenje i ugradnjom amortizera.
VI. Zahtjev za odgovarajući omjer prigušenja
Odgovarajući omjer prigušenja može brzo stabilizirati sistem nakon poremećaja bez pretjeranog slabljenja vibracija. Da bi se postigao odgovarajući omjer prigušenja, kontrola omjera prigušenja može se postići podešavanjem parametara sistema kao što su parametri prigušivača i koeficijent trenja komponenti prijenosa.
Odgovarajući omjer prigušenja može brzo stabilizirati sistem nakon poremećaja bez pretjeranog slabljenja vibracija. Da bi se postigao odgovarajući omjer prigušenja, kontrola omjera prigušenja može se postići podešavanjem parametara sistema kao što su parametri prigušivača i koeficijent trenja komponenti prijenosa.
Ukratko, da bi se ispunili strogi zahtjevi CNC alatnih mašina za mehanizme za prijenos posmaka, potrebno je poduzeti niz optimizacijskih mjera. Ove mjere ne samo da mogu poboljšati tačnost obrade i efikasnost alatnih mašina, već i povećati stabilnost i pouzdanost alatnih mašina, pružajući snažnu podršku razvoju moderne proizvodnje.
U praktičnim primjenama, također je potrebno sveobuhvatno razmotriti različite faktore u skladu sa specifičnim potrebama obrade i karakteristikama alatnih mašina te odabrati najprikladniji mehanizam za prijenos posmaka i mjere optimizacije. Istovremeno, s kontinuiranim napretkom nauke i tehnologije, stalno se pojavljuju novi materijali, tehnologije i koncepti dizajna, što također pruža širok prostor za daljnje poboljšanje performansi mehanizama za prijenos posmaka CNC alatnih mašina. U budućnosti će se mehanizam za prijenos posmaka CNC alatnih mašina nastaviti razvijati u smjeru veće preciznosti, veće brzine i veće pouzdanosti.