„Požadavky a optimalizační opatření pro mechanismus přenosu posuvu CNC obráběcích strojů“
V moderní výrobě se CNC obráběcí stroje staly klíčovým obráběcím zařízením díky svým výhodám, jako je vysoká přesnost, vysoká účinnost a vysoký stupeň automatizace. Systém přenosu posuvu CNC obráběcích strojů obvykle pracuje se servopohonem, který hraje klíčovou roli. Podle instrukčních zpráv vysílaných z CNC systému zesiluje a poté řídí pohyb ovládacích prvků. Musí nejen přesně řídit rychlost posuvu, ale také přesně řídit polohu a trajektorii nástroje vzhledem k obrobku.
Typický uzavřený řízený posuvný systém CNC obráběcího stroje se skládá hlavně z několika částí, jako jsou komponenty pro porovnávání poloh, zesilovací komponenty, pohonné jednotky, mechanismy mechanického přenosu posuvu a prvky detekční zpětné vazby. Mezi nimi je mechanismus mechanického přenosu posuvu celý řetězec mechanického převodu, který převádí rotační pohyb servomotoru na lineární posuvný pohyb pracovního stolu a držáku nástroje, včetně redukčních zařízení, dvojic vodicích šroubů a matic, vodicích komponent a jejich podpůrných částí. Jako důležitý článek servosystému by měl mít posuvný mechanismus CNC obráběcího stroje nejen vysokou přesnost polohování, ale také dobré dynamické charakteristiky odezvy. Odezva systému na signály instrukcí pro sledování by měla být rychlá a stabilita dobrá.
Aby byla zajištěna přesnost přenosu, stabilita systému a dynamické charakteristiky odezvy podávacího systému vertikálních obráběcích center, je na podávací mechanismus kladena řada přísných požadavků:
I. Požadavek na žádnou mezeru
Převodová mezera povede k chybě mrtvé zóny v opačném směru a ovlivní přesnost zpracování. Pro co největší eliminaci převodové mezery lze použít metody, jako je použití spojovacího hřídele s eliminací mezery a převodových párů s opatřeními pro eliminaci mezery. Například u páru vodicího šroubu a matice lze k eliminaci mezery použít metodu dvojitého předpětí matice úpravou relativní polohy mezi oběma maticemi. Zároveň u součástí, jako jsou ozubené převody, lze k eliminaci mezery použít také metody, jako je nastavení podložek nebo elastických prvků, aby se zajistila přesnost převodu.
Převodová mezera povede k chybě mrtvé zóny v opačném směru a ovlivní přesnost zpracování. Pro co největší eliminaci převodové mezery lze použít metody, jako je použití spojovacího hřídele s eliminací mezery a převodových párů s opatřeními pro eliminaci mezery. Například u páru vodicího šroubu a matice lze k eliminaci mezery použít metodu dvojitého předpětí matice úpravou relativní polohy mezi oběma maticemi. Zároveň u součástí, jako jsou ozubené převody, lze k eliminaci mezery použít také metody, jako je nastavení podložek nebo elastických prvků, aby se zajistila přesnost převodu.
II. Požadavek na nízké tření
Použití metody přenosu s nízkým třením může snížit ztráty energie, zlepšit účinnost přenosu a také pomoci zlepšit rychlost odezvy a přesnost systému. Mezi běžné metody přenosu s nízkým třením patří hydrostatické vedení, valivé vedení a kuličkové šrouby.
Použití metody přenosu s nízkým třením může snížit ztráty energie, zlepšit účinnost přenosu a také pomoci zlepšit rychlost odezvy a přesnost systému. Mezi běžné metody přenosu s nízkým třením patří hydrostatické vedení, valivé vedení a kuličkové šrouby.
Hydrostatické vedení vytváří mezi vodicími plochami vrstvu tlakového olejového filmu, čímž se dosahuje bezkontaktního kluzu s extrémně malým třením. Valivá vedení využívají odvalování valivých těles po vodicích kolejnicích k nahrazení kluzu, čímž výrazně snižují tření. Kuličkové šrouby jsou důležité komponenty, které převádějí rotační pohyb na lineární pohyb. Kuličky se odvalují mezi vodicím šroubem a maticí s nízkým koeficientem tření a vysokou účinností přenosu. Tyto převodové komponenty s nízkým třením mohou účinně snížit odpor posuvného mechanismu během pohybu a zlepšit výkon systému.
III. Požadavek na nízkou setrvačnost
Aby se zlepšilo rozlišení obráběcího stroje a co nejvíce se zrychlil pracovní stůl, aby se dosáhlo cíle sledování instrukcí, měl by být moment setrvačnosti převáděný systémem na hnací hřídel co nejmenší. Tohoto požadavku lze dosáhnout volbou optimálního převodového poměru. Rozumná volba převodového poměru může snížit moment setrvačnosti systému a zároveň splnit požadavky na rychlost pohybu a zrychlení pracovního stolu. Například při návrhu redukčního zařízení lze podle skutečných potřeb zvolit vhodný převodový poměr nebo převodový poměr řemenice tak, aby výstupní otáčky servomotoru odpovídaly rychlosti pohybu pracovního stolu a zároveň se snížil moment setrvačnosti.
Aby se zlepšilo rozlišení obráběcího stroje a co nejvíce se zrychlil pracovní stůl, aby se dosáhlo cíle sledování instrukcí, měl by být moment setrvačnosti převáděný systémem na hnací hřídel co nejmenší. Tohoto požadavku lze dosáhnout volbou optimálního převodového poměru. Rozumná volba převodového poměru může snížit moment setrvačnosti systému a zároveň splnit požadavky na rychlost pohybu a zrychlení pracovního stolu. Například při návrhu redukčního zařízení lze podle skutečných potřeb zvolit vhodný převodový poměr nebo převodový poměr řemenice tak, aby výstupní otáčky servomotoru odpovídaly rychlosti pohybu pracovního stolu a zároveň se snížil moment setrvačnosti.
Kromě toho lze také přijmout koncept lehké konstrukce a pro výrobu převodových komponentů lze zvolit materiály s nižší hmotností. Například použití lehkých materiálů, jako je hliníková slitina, pro výrobu párů vodicích šroubů a matic a vodicích komponent může snížit celkovou setrvačnost systému.
IV. Požadavek na vysokou tuhost
Vysoce tuhý převodový systém může zajistit odolnost vůči vnějšímu rušení během procesu zpracování a udržet stabilní přesnost zpracování. Pro zlepšení tuhosti převodového systému lze přijmout následující opatření:
Zkrácení převodového řetězu: Zkrácení počtu převodových článků může snížit elastickou deformaci systému a zlepšit tuhost. Například použití metody přímého pohonu vodicího šroubu motorem šetří mezilehlé převodové články, snižuje chyby přenosu a elastickou deformaci a zlepšuje tuhost systému.
Zlepšení tuhosti převodového systému předpětím: U valivých vedení a párů kuličkových šroubů lze použít metodu předpětí k vytvoření určitého předpětí mezi valivými prvky a vodicími lištami nebo vodicími šrouby, čímž se zlepší tuhost systému. Podpěra vodicího šroubu je navržena tak, aby byla upevněna na obou koncích, a může mít předpjatou strukturu. Aplikací určitého předpětí na vodicí šroub lze během provozu vyrovnat axiální sílu a zlepšit tuhost vodicího šroubu.
Vysoce tuhý převodový systém může zajistit odolnost vůči vnějšímu rušení během procesu zpracování a udržet stabilní přesnost zpracování. Pro zlepšení tuhosti převodového systému lze přijmout následující opatření:
Zkrácení převodového řetězu: Zkrácení počtu převodových článků může snížit elastickou deformaci systému a zlepšit tuhost. Například použití metody přímého pohonu vodicího šroubu motorem šetří mezilehlé převodové články, snižuje chyby přenosu a elastickou deformaci a zlepšuje tuhost systému.
Zlepšení tuhosti převodového systému předpětím: U valivých vedení a párů kuličkových šroubů lze použít metodu předpětí k vytvoření určitého předpětí mezi valivými prvky a vodicími lištami nebo vodicími šrouby, čímž se zlepší tuhost systému. Podpěra vodicího šroubu je navržena tak, aby byla upevněna na obou koncích, a může mít předpjatou strukturu. Aplikací určitého předpětí na vodicí šroub lze během provozu vyrovnat axiální sílu a zlepšit tuhost vodicího šroubu.
V. Požadavek na vysokou rezonanční frekvenci
Vysoká rezonanční frekvence znamená, že systém se dokáže rychle vrátit do stabilního stavu, když je vystaven vnějšímu rušení, a má dobrou odolnost proti vibracím. Pro zlepšení rezonanční frekvence systému lze zahájit následující kroky:
Optimalizace konstrukčního návrhu převodových komponent: Rozumně navrhněte tvar a velikost převodových komponent, jako jsou vodicí šrouby a vodicí lišty, aby se zlepšily jejich vlastní frekvence. Například použití dutého vodicího šroubu může snížit hmotnost a zlepšit vlastní frekvenci.
Vyberte vhodné materiály: Vyberte materiály s vysokým modulem pružnosti a nízkou hustotou, jako je titanová slitina atd., které mohou zlepšit tuhost a vlastní frekvenci převodových komponent.
Zvýšení tlumení: Vhodné zvýšení tlumení v systému může spotřebovat energii vibrací, snížit rezonanční vrchol a zlepšit stabilitu systému. Tlumení systému lze zvýšit použitím tlumicích materiálů a instalací tlumičů.
Vysoká rezonanční frekvence znamená, že systém se dokáže rychle vrátit do stabilního stavu, když je vystaven vnějšímu rušení, a má dobrou odolnost proti vibracím. Pro zlepšení rezonanční frekvence systému lze zahájit následující kroky:
Optimalizace konstrukčního návrhu převodových komponent: Rozumně navrhněte tvar a velikost převodových komponent, jako jsou vodicí šrouby a vodicí lišty, aby se zlepšily jejich vlastní frekvence. Například použití dutého vodicího šroubu může snížit hmotnost a zlepšit vlastní frekvenci.
Vyberte vhodné materiály: Vyberte materiály s vysokým modulem pružnosti a nízkou hustotou, jako je titanová slitina atd., které mohou zlepšit tuhost a vlastní frekvenci převodových komponent.
Zvýšení tlumení: Vhodné zvýšení tlumení v systému může spotřebovat energii vibrací, snížit rezonanční vrchol a zlepšit stabilitu systému. Tlumení systému lze zvýšit použitím tlumicích materiálů a instalací tlumičů.
VI. Požadavek na vhodný tlumící poměr
Vhodný tlumicí poměr může systém rychle stabilizovat po narušení bez nadměrného útlumu vibrací. Pro dosažení vhodného tlumicího poměru lze tlumicí poměr řídit úpravou parametrů systému, jako jsou parametry tlumiče a součinitel tření převodových komponent.
Vhodný tlumicí poměr může systém rychle stabilizovat po narušení bez nadměrného útlumu vibrací. Pro dosažení vhodného tlumicího poměru lze tlumicí poměr řídit úpravou parametrů systému, jako jsou parametry tlumiče a součinitel tření převodových komponent.
Stručně řečeno, pro splnění přísných požadavků CNC obráběcích strojů na mechanismy pro přenos posuvu je třeba přijmout řadu optimalizačních opatření. Tato opatření mohou nejen zlepšit přesnost obrábění a efektivitu obráběcích strojů, ale také zvýšit jejich stabilitu a spolehlivost a poskytnout silnou podporu rozvoji moderní výroby.
V praktických aplikacích je také nutné komplexně zvážit různé faktory podle specifických potřeb zpracování a vlastností obráběcího stroje a zvolit nejvhodnější mechanismus přenosu posuvu a optimalizační opatření. Současně s neustálým pokrokem vědy a techniky se neustále objevují nové materiály, technologie a konstrukční koncepty, což také poskytuje široký prostor pro další zlepšování výkonu mechanismů přenosu posuvu CNC obráběcích strojů. V budoucnu se mechanismy přenosu posuvu CNC obráběcích strojů budou i nadále vyvíjet směrem k vyšší přesnosti, vyšší rychlosti a vyšší spolehlivosti.