„Cerințe și măsuri de optimizare pentru mecanismul de transmisie a avansului mașinilor-unelte CNC”
În industria prelucrătoare modernă, mașinile-unelte CNC au devenit echipamente cheie de prelucrare datorită avantajelor lor, cum ar fi precizia ridicată, eficiența ridicată și gradul ridicat de automatizare. Sistemul de transmisie a avansului mașinilor-unelte CNC funcționează de obicei cu un sistem de alimentare servo, care joacă un rol crucial. Conform mesajelor de instrucțiuni transmise de sistemul CNC, acesta amplifică și apoi controlează mișcarea componentelor de acționare. Nu numai că trebuie să controleze cu precizie viteza mișcării de avans, dar și să controleze cu precizie poziția de mișcare și traiectoria sculei în raport cu piesa de prelucrat.
Un sistem tipic de avans controlat în buclă închisă al unei mașini-unelte CNC este compus în principal din mai multe părți, cum ar fi compararea poziției, componente de amplificare, unități de acționare, mecanisme de transmisie mecanică a avansului și elemente de feedback de detectare. Printre acestea, mecanismul de transmisie mecanică a avansului este întregul lanț de transmisie mecanică care transformă mișcarea de rotație a servomotorului în mișcarea liniară de avans a mesei de lucru și a portsculei, inclusiv dispozitive de reducere, perechi de șuruburi de acționare și piulițe, componente de ghidare și piesele lor de susținere. Ca verigă importantă în sistemul servo, mecanismul de avans al mașinilor-unelte CNC nu ar trebui să aibă doar o precizie ridicată de poziționare, ci și caracteristici bune de răspuns dinamic. Răspunsul sistemului la semnalele de instrucțiuni de urmărire ar trebui să fie rapid, iar stabilitatea ar trebui să fie bună.
Pentru a asigura precizia transmisiei, stabilitatea sistemului și caracteristicile de răspuns dinamic ale sistemului de alimentare al centrelor de prelucrare verticale, sunt impuse o serie de cerințe stricte pentru mecanismul de alimentare:
I. Cerința privind absența oricărui interval
Jocul transmisiei va duce la o eroare de zonă inactivă inversă și va afecta precizia procesării. Pentru a elimina pe cât posibil jocul transmisiei, se pot adopta metode precum utilizarea unui arbore de legătură cu eliminarea jocului și a perechilor de transmisie cu măsuri de eliminare a jocului. De exemplu, în cazul perechii de șuruburi de acționare și piulițe, se poate utiliza metoda de preîncărcare cu piuliță dublă pentru a elimina jocul prin ajustarea poziției relative dintre cele două piulițe. În același timp, pentru piese precum transmisiile cu angrenaje, se pot utiliza metode precum reglarea șaibelor sau a elementelor elastice pentru a elimina jocul și a asigura precizia transmisiei.
Jocul transmisiei va duce la o eroare de zonă inactivă inversă și va afecta precizia procesării. Pentru a elimina pe cât posibil jocul transmisiei, se pot adopta metode precum utilizarea unui arbore de legătură cu eliminarea jocului și a perechilor de transmisie cu măsuri de eliminare a jocului. De exemplu, în cazul perechii de șuruburi de acționare și piulițe, se poate utiliza metoda de preîncărcare cu piuliță dublă pentru a elimina jocul prin ajustarea poziției relative dintre cele două piulițe. În același timp, pentru piese precum transmisiile cu angrenaje, se pot utiliza metode precum reglarea șaibelor sau a elementelor elastice pentru a elimina jocul și a asigura precizia transmisiei.
II. Cerința pentru frecare redusă
Adoptarea unei metode de transmisie cu frecare redusă poate reduce pierderile de energie, poate îmbunătăți eficiența transmisiei și, de asemenea, poate contribui la îmbunătățirea vitezei de răspuns și a preciziei sistemului. Metodele comune de transmisie cu frecare redusă includ ghidajele hidrostatice, ghidajele cu role și șuruburile cu bile.
Adoptarea unei metode de transmisie cu frecare redusă poate reduce pierderile de energie, poate îmbunătăți eficiența transmisiei și, de asemenea, poate contribui la îmbunătățirea vitezei de răspuns și a preciziei sistemului. Metodele comune de transmisie cu frecare redusă includ ghidajele hidrostatice, ghidajele cu role și șuruburile cu bile.
Ghidajele hidrostatice formează un strat de ulei sub presiune între suprafețele de ghidare pentru a obține o alunecare fără contact cu o frecare extrem de mică. Ghidajele cu role utilizează rostogolirea elementelor de rostogolire pe șinele de ghidare pentru a înlocui alunecarea, reducând considerabil frecarea. Șuruburile cu bile sunt componente importante care transformă mișcarea de rotație în mișcare liniară. Bilele se rostogolesc între șurubul de acționare și piuliță cu un coeficient de frecare scăzut și o eficiență de transmisie ridicată. Aceste componente de transmisie cu frecare redusă pot reduce eficient rezistența mecanismului de alimentare în timpul mișcării și pot îmbunătăți performanța sistemului.
III. Cerința pentru o inerție redusă
Pentru a îmbunătăți rezoluția mașinii-unelte și a face masa de lucru să accelereze cât mai mult posibil pentru a atinge scopul urmăririi instrucțiunilor, momentul de inerție convertit arborelui de antrenare de către sistem trebuie să fie cât mai mic posibil. Această cerință poate fi îndeplinită prin selectarea raportului de transmisie optim. Alegerea rezonabilă a raportului de transmisie poate reduce momentul de inerție al sistemului, îndeplinind în același timp cerințele privind viteza de mișcare a mesei de lucru și accelerația. De exemplu, la proiectarea unui dispozitiv de reductor, în funcție de nevoile reale, se poate selecta un raport de transmisie adecvat sau un raport al scripeților de curea pentru a potrivi viteza de ieșire a servomotorului cu viteza de mișcare a mesei de lucru și, în același timp, pentru a reduce momentul de inerție.
Pentru a îmbunătăți rezoluția mașinii-unelte și a face masa de lucru să accelereze cât mai mult posibil pentru a atinge scopul urmăririi instrucțiunilor, momentul de inerție convertit arborelui de antrenare de către sistem trebuie să fie cât mai mic posibil. Această cerință poate fi îndeplinită prin selectarea raportului de transmisie optim. Alegerea rezonabilă a raportului de transmisie poate reduce momentul de inerție al sistemului, îndeplinind în același timp cerințele privind viteza de mișcare a mesei de lucru și accelerația. De exemplu, la proiectarea unui dispozitiv de reductor, în funcție de nevoile reale, se poate selecta un raport de transmisie adecvat sau un raport al scripeților de curea pentru a potrivi viteza de ieșire a servomotorului cu viteza de mișcare a mesei de lucru și, în același timp, pentru a reduce momentul de inerție.
În plus, se poate adopta și un concept de design ușor, iar pentru realizarea componentelor de transmisie se pot selecta materiale cu o greutate mai mică. De exemplu, utilizarea materialelor ușoare, cum ar fi aliajul de aluminiu, pentru realizarea perechilor de șuruburi de acționare și piulițe, precum și a componentelor de ghidare, poate reduce inerția generală a sistemului.
IV. Cerința pentru o rigiditate ridicată
Un sistem de transmisie cu rigiditate ridicată poate asigura rezistența la interferențe externe în timpul procesului de prelucrare și poate menține o precizie stabilă a prelucrării. Pentru a îmbunătăți rigiditatea sistemului de transmisie, se pot lua următoarele măsuri:
Scurtați lanțul de transmisie: Reducerea legăturilor de transmisie poate reduce deformarea elastică a sistemului și poate îmbunătăți rigiditatea. De exemplu, utilizarea metodei de acționare directă a șurubului de acționare de către motor economisește legăturile de transmisie intermediare, reduce erorile de transmisie și deformarea elastică și îmbunătățește rigiditatea sistemului.
Îmbunătățirea rigidității sistemului de transmisie prin preîncărcare: Pentru ghidajele cu role și perechile de șuruburi cu bile, se poate utiliza o metodă de preîncărcare pentru a genera o anumită preîncărcare între elementele de rulare și șinele de ghidare sau șuruburile de acționare pentru a îmbunătăți rigiditatea sistemului. Suportul șurubului de acționare este proiectat să fie fixat la ambele capete și poate avea o structură pre-întinsă. Prin aplicarea unei anumite pretensionări asupra șurubului de acționare, se poate contracara forța axială în timpul funcționării și se poate îmbunătăți rigiditatea șurubului de acționare.
Un sistem de transmisie cu rigiditate ridicată poate asigura rezistența la interferențe externe în timpul procesului de prelucrare și poate menține o precizie stabilă a prelucrării. Pentru a îmbunătăți rigiditatea sistemului de transmisie, se pot lua următoarele măsuri:
Scurtați lanțul de transmisie: Reducerea legăturilor de transmisie poate reduce deformarea elastică a sistemului și poate îmbunătăți rigiditatea. De exemplu, utilizarea metodei de acționare directă a șurubului de acționare de către motor economisește legăturile de transmisie intermediare, reduce erorile de transmisie și deformarea elastică și îmbunătățește rigiditatea sistemului.
Îmbunătățirea rigidității sistemului de transmisie prin preîncărcare: Pentru ghidajele cu role și perechile de șuruburi cu bile, se poate utiliza o metodă de preîncărcare pentru a genera o anumită preîncărcare între elementele de rulare și șinele de ghidare sau șuruburile de acționare pentru a îmbunătăți rigiditatea sistemului. Suportul șurubului de acționare este proiectat să fie fixat la ambele capete și poate avea o structură pre-întinsă. Prin aplicarea unei anumite pretensionări asupra șurubului de acționare, se poate contracara forța axială în timpul funcționării și se poate îmbunătăți rigiditatea șurubului de acționare.
V. Cerința pentru o frecvență rezonantă ridicată
O frecvență de rezonanță ridicată înseamnă că sistemul poate reveni rapid la o stare stabilă atunci când este supus interferențelor externe și are o bună rezistență la vibrații. Pentru a îmbunătăți frecvența de rezonanță a sistemului, se pot lua în considerare următoarele aspecte:
Optimizați designul structural al componentelor de transmisie: Proiectați în mod rezonabil forma și dimensiunea componentelor de transmisie, cum ar fi șuruburile de acționare și șinele de ghidare, pentru a le îmbunătăți frecvențele naturale. De exemplu, utilizarea unui șurub de acționare gol poate reduce greutatea și îmbunătăți frecvența naturală.
Selectați materiale adecvate: Selectați materiale cu modul de elasticitate ridicat și densitate redusă, cum ar fi aliajul de titan etc., care pot îmbunătăți rigiditatea și frecvența naturală a componentelor de transmisie.
Creșterea amortizării: Creșterea adecvată a amortizării în sistem poate consuma energia vibrațiilor, poate reduce vârful de rezonanță și poate îmbunătăți stabilitatea sistemului. Amortizarea sistemului poate fi crescută prin utilizarea materialelor de amortizare și instalarea de amortizoare.
O frecvență de rezonanță ridicată înseamnă că sistemul poate reveni rapid la o stare stabilă atunci când este supus interferențelor externe și are o bună rezistență la vibrații. Pentru a îmbunătăți frecvența de rezonanță a sistemului, se pot lua în considerare următoarele aspecte:
Optimizați designul structural al componentelor de transmisie: Proiectați în mod rezonabil forma și dimensiunea componentelor de transmisie, cum ar fi șuruburile de acționare și șinele de ghidare, pentru a le îmbunătăți frecvențele naturale. De exemplu, utilizarea unui șurub de acționare gol poate reduce greutatea și îmbunătăți frecvența naturală.
Selectați materiale adecvate: Selectați materiale cu modul de elasticitate ridicat și densitate redusă, cum ar fi aliajul de titan etc., care pot îmbunătăți rigiditatea și frecvența naturală a componentelor de transmisie.
Creșterea amortizării: Creșterea adecvată a amortizării în sistem poate consuma energia vibrațiilor, poate reduce vârful de rezonanță și poate îmbunătăți stabilitatea sistemului. Amortizarea sistemului poate fi crescută prin utilizarea materialelor de amortizare și instalarea de amortizoare.
VI. Cerința pentru un raport de amortizare adecvat
Un raport de amortizare adecvat poate face ca sistemul să se stabilizeze rapid după o perturbare, fără o atenuare excesivă a vibrațiilor. Pentru a obține un raport de amortizare adecvat, controlul raportului de amortizare se poate realiza prin ajustarea parametrilor sistemului, cum ar fi parametrii amortizorului și coeficientul de frecare al componentelor de transmisie.
Un raport de amortizare adecvat poate face ca sistemul să se stabilizeze rapid după o perturbare, fără o atenuare excesivă a vibrațiilor. Pentru a obține un raport de amortizare adecvat, controlul raportului de amortizare se poate realiza prin ajustarea parametrilor sistemului, cum ar fi parametrii amortizorului și coeficientul de frecare al componentelor de transmisie.
În concluzie, pentru a îndeplini cerințele stricte impuse mașinilor-unelte CNC pentru mecanismele de transmisie a avansului, este necesară luarea unei serii de măsuri de optimizare. Aceste măsuri nu numai că pot îmbunătăți precizia și eficiența prelucrării mașinilor-unelte, dar pot spori și stabilitatea și fiabilitatea acestora, oferind un sprijin puternic pentru dezvoltarea producției moderne.
În aplicațiile practice, este necesar să se ia în considerare în mod cuprinzător diverși factori în funcție de nevoile specifice de prelucrare și de caracteristicile mașinilor-unelte și să se selecteze cel mai potrivit mecanism de transmisie a avansului și măsurile de optimizare. În același timp, odată cu progresul continuu al științei și tehnologiei, apar constant noi materiale, tehnologii și concepte de proiectare, ceea ce oferă, de asemenea, un spațiu larg pentru îmbunătățirea în continuare a performanței mecanismelor de transmisie a avansului mașinilor-unelte CNC. În viitor, mecanismul de transmisie a avansului mașinilor-unelte CNC va continua să se dezvolte în direcția unei precizii mai mari, a unei viteze mai mari și a unei fiabilități mai mari.