"Requisits i mesures d'optimització per al mecanisme de transmissió d'alimentació de màquines-eina CNC"
En la fabricació moderna, les màquines-eina CNC s'han convertit en equips de processament clau a causa dels seus avantatges com l'alta precisió, l'alta eficiència i l'alt grau d'automatització. El sistema de transmissió d'alimentació de les màquines-eina CNC sol funcionar amb un sistema d'alimentació servo, que juga un paper crucial. Segons els missatges d'instruccions transmesos des del sistema CNC, amplifica i després controla el moviment dels components d'accionament. No només necessita controlar amb precisió la velocitat del moviment d'alimentació, sinó també controlar amb precisió la posició de moviment i la trajectòria de l'eina en relació amb la peça.
Un sistema d'alimentació controlat en bucle tancat típic d'una màquina-eina CNC es compon principalment de diverses parts, com ara la comparació de posició, els components d'amplificació, les unitats d'accionament, els mecanismes de transmissió d'alimentació mecànica i els elements de retroalimentació de detecció. Entre ells, el mecanisme de transmissió d'alimentació mecànica és tota la cadena de transmissió mecànica que converteix el moviment de rotació del servomotor en el moviment d'alimentació lineal de la taula de treball i el portaeines, incloent-hi els dispositius de reducció, els parells de cargol i femella, els components de guia i les seves peces de suport. Com a enllaç important del sistema servo, el mecanisme d'alimentació de les màquines-eina CNC no només ha de tenir una alta precisió de posicionament, sinó que també ha de tenir bones característiques de resposta dinàmica. La resposta del sistema als senyals d'instruccions de seguiment ha de ser ràpida i l'estabilitat ha de ser bona.
Per garantir la precisió de la transmissió, l'estabilitat del sistema i les característiques de resposta dinàmica del sistema d'alimentació dels centres de mecanitzat verticals, es presenten una sèrie de requisits estrictes per al mecanisme d'alimentació:
I. Requisit de no tenir cap buit
El buit de transmissió provocarà un error de zona morta inversa i afectarà la precisió del processament. Per eliminar el buit de transmissió tant com sigui possible, es poden adoptar mètodes com ara l'ús d'un eix d'articulació amb eliminació de buits i parells de transmissió amb mesures d'eliminació de buits. Per exemple, en el parell de cargol i femella, es pot utilitzar el mètode de precàrrega de doble femella per eliminar el buit ajustant la posició relativa entre les dues femelles. Al mateix temps, per a peces com ara transmissions d'engranatges, també es poden utilitzar mètodes com ara l'ajust de falques o elements elàstics per eliminar el buit per garantir la precisió de la transmissió.
El buit de transmissió provocarà un error de zona morta inversa i afectarà la precisió del processament. Per eliminar el buit de transmissió tant com sigui possible, es poden adoptar mètodes com ara l'ús d'un eix d'articulació amb eliminació de buits i parells de transmissió amb mesures d'eliminació de buits. Per exemple, en el parell de cargol i femella, es pot utilitzar el mètode de precàrrega de doble femella per eliminar el buit ajustant la posició relativa entre les dues femelles. Al mateix temps, per a peces com ara transmissions d'engranatges, també es poden utilitzar mètodes com ara l'ajust de falques o elements elàstics per eliminar el buit per garantir la precisió de la transmissió.
II. Requisit de baixa fricció
L'adopció d'un mètode de transmissió de baixa fricció pot reduir la pèrdua d'energia, millorar l'eficiència de la transmissió i també ajudar a millorar la velocitat de resposta i la precisió del sistema. Els mètodes de transmissió de baixa fricció habituals inclouen guies hidrostàtiques, guies de rodament i cargols de boles.
L'adopció d'un mètode de transmissió de baixa fricció pot reduir la pèrdua d'energia, millorar l'eficiència de la transmissió i també ajudar a millorar la velocitat de resposta i la precisió del sistema. Els mètodes de transmissió de baixa fricció habituals inclouen guies hidrostàtiques, guies de rodament i cargols de boles.
Les guies hidrostàtiques formen una capa de pel·lícula d'oli a pressió entre les superfícies de la guia per aconseguir un lliscament sense contacte amb una fricció extremadament petita. Les guies de rodament utilitzen el rodament d'elements rodants sobre els rails de guia per substituir el lliscament, reduint considerablement la fricció. Els cargols de boles són components importants que converteixen el moviment de rotació en moviment lineal. Les boles roden entre el cargol principal i la femella amb un baix coeficient de fricció i una alta eficiència de transmissió. Aquests components de transmissió de baixa fricció poden reduir eficaçment la resistència del mecanisme d'alimentació durant el moviment i millorar el rendiment del sistema.
III. Requisit de baixa inèrcia
Per millorar la resolució de la màquina-eina i fer que la taula de treball acceleri tant com sigui possible per aconseguir el propòsit de seguir les instruccions, el moment d'inèrcia que el sistema converteix a l'eix d'accionament ha de ser el més petit possible. Aquest requisit es pot aconseguir seleccionant la relació de transmissió òptima. L'elecció raonable de la relació de transmissió pot reduir el moment d'inèrcia del sistema alhora que compleix els requisits de velocitat de moviment i acceleració de la taula de treball. Per exemple, en dissenyar un dispositiu de reducció, segons les necessitats reals, es pot seleccionar una relació de transmissió o una relació de politja de corretja adequada per fer coincidir la velocitat de sortida del servomotor amb la velocitat de moviment de la taula de treball i reduir el moment d'inèrcia alhora.
Per millorar la resolució de la màquina-eina i fer que la taula de treball acceleri tant com sigui possible per aconseguir el propòsit de seguir les instruccions, el moment d'inèrcia que el sistema converteix a l'eix d'accionament ha de ser el més petit possible. Aquest requisit es pot aconseguir seleccionant la relació de transmissió òptima. L'elecció raonable de la relació de transmissió pot reduir el moment d'inèrcia del sistema alhora que compleix els requisits de velocitat de moviment i acceleració de la taula de treball. Per exemple, en dissenyar un dispositiu de reducció, segons les necessitats reals, es pot seleccionar una relació de transmissió o una relació de politja de corretja adequada per fer coincidir la velocitat de sortida del servomotor amb la velocitat de moviment de la taula de treball i reduir el moment d'inèrcia alhora.
A més, també es pot adoptar un concepte de disseny lleuger i es poden seleccionar materials més lleugers per fabricar components de transmissió. Per exemple, l'ús de materials lleugers com l'aliatge d'alumini per fabricar parells de cargols i femelles i components de guia pot reduir la inèrcia general del sistema.
IV. Requisit d'alta rigidesa
Un sistema de transmissió d'alta rigidesa pot garantir la resistència a les interferències externes durant el procés de processament i mantenir una precisió de processament estable. Per millorar la rigidesa del sistema de transmissió, es poden prendre les mesures següents:
Escurçar la cadena de transmissió: la reducció dels enllaços de transmissió pot reduir la deformació elàstica del sistema i millorar la rigidesa. Per exemple, l'ús del mètode d'accionament directe del cargol principal pel motor estalvia els enllaços de transmissió intermedis, redueix els errors de transmissió i la deformació elàstica i millora la rigidesa del sistema.
Millorar la rigidesa del sistema de transmissió mitjançant la precàrrega: Per a guies de rodament i parells de cargols de boles, es pot utilitzar un mètode de precàrrega per generar una certa precàrrega entre els elements rodants i els rails de guia o els cargols de guia per millorar la rigidesa del sistema. El suport del cargol de guia està dissenyat per ser fixat als dos extrems i pot tenir una estructura preestirada. Aplicant una certa pretensió al cargol de guia, es pot contrarestar la força axial durant el funcionament i es pot millorar la rigidesa del cargol de guia.
Un sistema de transmissió d'alta rigidesa pot garantir la resistència a les interferències externes durant el procés de processament i mantenir una precisió de processament estable. Per millorar la rigidesa del sistema de transmissió, es poden prendre les mesures següents:
Escurçar la cadena de transmissió: la reducció dels enllaços de transmissió pot reduir la deformació elàstica del sistema i millorar la rigidesa. Per exemple, l'ús del mètode d'accionament directe del cargol principal pel motor estalvia els enllaços de transmissió intermedis, redueix els errors de transmissió i la deformació elàstica i millora la rigidesa del sistema.
Millorar la rigidesa del sistema de transmissió mitjançant la precàrrega: Per a guies de rodament i parells de cargols de boles, es pot utilitzar un mètode de precàrrega per generar una certa precàrrega entre els elements rodants i els rails de guia o els cargols de guia per millorar la rigidesa del sistema. El suport del cargol de guia està dissenyat per ser fixat als dos extrems i pot tenir una estructura preestirada. Aplicant una certa pretensió al cargol de guia, es pot contrarestar la força axial durant el funcionament i es pot millorar la rigidesa del cargol de guia.
V. Requisit d'alta freqüència de ressonància
Una freqüència ressonant alta significa que el sistema pot tornar ràpidament a un estat estable quan se sotmet a interferències externes i té una bona resistència a les vibracions. Per millorar la freqüència ressonant del sistema, es poden començar pels aspectes següents:
Optimitzar el disseny estructural dels components de transmissió: dissenyar raonablement la forma i la mida dels components de transmissió, com ara cargols i rails de guia, per millorar les seves freqüències naturals. Per exemple, l'ús d'un cargol buit pot reduir el pes i millorar la freqüència natural.
Seleccioneu materials adequats: seleccioneu materials amb un mòdul elàstic elevat i baixa densitat, com ara aliatges de titani, etc., que puguin millorar la rigidesa i la freqüència natural dels components de transmissió.
Augmentar l'amortiment: Un augment adequat de l'amortiment en el sistema pot consumir energia de vibració, reduir el pic ressonant i millorar l'estabilitat del sistema. L'amortiment del sistema es pot augmentar mitjançant l'ús de materials d'amortiment i la instal·lació d'amortidors.
Una freqüència ressonant alta significa que el sistema pot tornar ràpidament a un estat estable quan se sotmet a interferències externes i té una bona resistència a les vibracions. Per millorar la freqüència ressonant del sistema, es poden començar pels aspectes següents:
Optimitzar el disseny estructural dels components de transmissió: dissenyar raonablement la forma i la mida dels components de transmissió, com ara cargols i rails de guia, per millorar les seves freqüències naturals. Per exemple, l'ús d'un cargol buit pot reduir el pes i millorar la freqüència natural.
Seleccioneu materials adequats: seleccioneu materials amb un mòdul elàstic elevat i baixa densitat, com ara aliatges de titani, etc., que puguin millorar la rigidesa i la freqüència natural dels components de transmissió.
Augmentar l'amortiment: Un augment adequat de l'amortiment en el sistema pot consumir energia de vibració, reduir el pic ressonant i millorar l'estabilitat del sistema. L'amortiment del sistema es pot augmentar mitjançant l'ús de materials d'amortiment i la instal·lació d'amortidors.
VI. Requisit d'una relació d'amortiment adequada
Una relació d'amortiment adequada pot fer que el sistema s'estabilitzi ràpidament després de ser pertorbat sense una atenuació excessiva de la vibració. Per obtenir una relació d'amortiment adequada, el control de la relació d'amortiment es pot aconseguir ajustant els paràmetres del sistema, com ara els paràmetres de l'amortidor i el coeficient de fricció dels components de transmissió.
Una relació d'amortiment adequada pot fer que el sistema s'estabilitzi ràpidament després de ser pertorbat sense una atenuació excessiva de la vibració. Per obtenir una relació d'amortiment adequada, el control de la relació d'amortiment es pot aconseguir ajustant els paràmetres del sistema, com ara els paràmetres de l'amortidor i el coeficient de fricció dels components de transmissió.
En resum, per complir els estrictes requisits de les màquines-eina CNC per als mecanismes de transmissió d'alimentació, cal prendre una sèrie de mesures d'optimització. Aquestes mesures no només poden millorar la precisió i l'eficiència del processament de les màquines-eina, sinó que també poden millorar l'estabilitat i la fiabilitat de les màquines-eina, proporcionant un fort suport al desenvolupament de la fabricació moderna.
En aplicacions pràctiques, també cal considerar exhaustivament diversos factors segons les necessitats específiques de processament i les característiques de les màquines-eina i seleccionar el mecanisme de transmissió d'alimentació i les mesures d'optimització més adequades. Al mateix temps, amb el progrés continu de la ciència i la tecnologia, sorgeixen constantment nous materials, tecnologies i conceptes de disseny, cosa que també proporciona un ampli espai per millorar encara més el rendiment dels mecanismes de transmissió d'alimentació de les màquines-eina CNC. En el futur, el mecanisme de transmissió d'alimentació de les màquines-eina CNC continuarà desenvolupant-se en la direcció d'una major precisió, una major velocitat i una major fiabilitat.