„CNC-tööpinkide etteande ülekandemehhanismi nõuded ja optimeerimismeetmed“
Tänapäevases tootmises on CNC-tööpingid oma eeliste, näiteks suure täpsuse, kõrge efektiivsuse ja kõrge automatiseerituse astme tõttu muutunud võtmetöötlusseadmeteks. CNC-tööpinkide etteande ülekandesüsteem töötab tavaliselt servoetteandesüsteemiga, millel on oluline roll. CNC-süsteemi edastatud käskude kohaselt võimendab ja juhib see seejärel ajamikomponentide liikumist. See ei pea mitte ainult täpselt juhtima etteande liikumiskiirust, vaid ka täpselt juhtima tööriista liikumisasendit ja trajektoori tooriku suhtes.
CNC-tööpingi tüüpiline suletud ahelaga juhitav etteandesüsteem koosneb peamiselt mitmest osast, näiteks positsioonivõrdlusest, võimenduskomponentidest, ajamitest, mehaanilistest etteande ülekandemehhanismidest ja tuvastustagasisideelementidest. Nende hulgas on mehaaniline etteande ülekandemehhanism kogu mehaaniline ülekandeahel, mis muundab servomootori pöörlemisliikumise töölaua ja tööriistahoidiku lineaarseks etteande liikumiseks, sealhulgas reduktorid, juhtkruvi- ja mutritepaarid, juhtkomponendid ja nende tugiosad. Servosüsteemi olulise lülina peaks CNC-tööpinkide etteandemehhanismil olema mitte ainult kõrge positsioneerimistäpsus, vaid ka head dünaamilised reageerimisomadused. Süsteemi reageerimine jälgimiskäsu signaalidele peaks olema kiire ja stabiilsus hea.
Vertikaalsete töötlemiskeskuste etteandesüsteemi ülekande täpsuse, süsteemi stabiilsuse ja dünaamiliste reageerimisomaduste tagamiseks esitatakse etteandemehhanismile rida rangeid nõudeid:
I. Nõue tühimiku puudumise kohta
Käigukasti vahe põhjustab tagurpidi surnud tsooni vea ja mõjutab töötlemise täpsust. Käigukasti vahe võimalikult suureks kõrvaldamiseks saab kasutada selliseid meetodeid nagu vahe kõrvaldamisega ühendusvõlli ja ülekandepaaride kasutamine. Näiteks juhtkruvi ja muttri paari puhul saab kahe mutri eelpingutusmeetodi abil vahe kõrvaldada, reguleerides kahe mutri vahelist suhtelist asendit. Samal ajal saab hammasülekannete puhul kasutada ka selliseid meetodeid nagu kiilide või elastsete elementide reguleerimine, et tagada ülekande täpsus.
Käigukasti vahe põhjustab tagurpidi surnud tsooni vea ja mõjutab töötlemise täpsust. Käigukasti vahe võimalikult suureks kõrvaldamiseks saab kasutada selliseid meetodeid nagu vahe kõrvaldamisega ühendusvõlli ja ülekandepaaride kasutamine. Näiteks juhtkruvi ja muttri paari puhul saab kahe mutri eelpingutusmeetodi abil vahe kõrvaldada, reguleerides kahe mutri vahelist suhtelist asendit. Samal ajal saab hammasülekannete puhul kasutada ka selliseid meetodeid nagu kiilide või elastsete elementide reguleerimine, et tagada ülekande täpsus.
II. Madala hõõrdumise nõue
Madala hõõrdumisega ülekandemeetodi kasutuselevõtt võib vähendada energiakadu, parandada ülekande efektiivsust ning aidata parandada ka süsteemi reageerimiskiirust ja täpsust. Levinud madala hõõrdumisega ülekandemeetodite hulka kuuluvad hüdrostaatilised juhikud, rulljuhikud ja kuulkruvid.
Madala hõõrdumisega ülekandemeetodi kasutuselevõtt võib vähendada energiakadu, parandada ülekande efektiivsust ning aidata parandada ka süsteemi reageerimiskiirust ja täpsust. Levinud madala hõõrdumisega ülekandemeetodite hulka kuuluvad hüdrostaatilised juhikud, rulljuhikud ja kuulkruvid.
Hüdrostaatilised juhikud moodustavad juhtpindade vahele surveõlifilmi, et saavutada kontaktivaba libisemine äärmiselt väikese hõõrdumisega. Rulljuhikud kasutavad libisemise asendamiseks juhtsiinidel olevate veereelementide veeremist, vähendades oluliselt hõõrdumist. Kuulkruvid on olulised komponendid, mis muudavad pöörlemisliikumise lineaarseks liikumiseks. Kuulid veerevad juhtkruvi ja mutri vahel madala hõõrdeteguri ja suure ülekandeefektiivsusega. Need väikese hõõrdumisega ülekandekomponendid saavad tõhusalt vähendada etteandemehhanismi takistust liikumise ajal ja parandada süsteemi jõudlust.
III. Madala inertsi nõue
Tööpingi eraldusvõime parandamiseks ja töölaua võimalikult kiireks muutmiseks, et saavutada jälgimisjuhiste eesmärk, peaks süsteemi poolt veovõllile teisendatav inertsimoment olema võimalikult väike. Seda nõuet saab saavutada optimaalse ülekandearvu valimisega. Mõistlik ülekandearvu valik võib vähendada süsteemi inertsimomenti, täites samal ajal töölaua liikumiskiiruse ja kiirenduse nõuded. Näiteks reduktori projekteerimisel saab vastavalt tegelikele vajadustele valida sobiva ülekandearvu või rihmaratta ülekandearvu, et see vastaks servomootori väljundkiirusele töölaua liikumiskiirusega ja vähendaks samal ajal inertsimomenti.
Tööpingi eraldusvõime parandamiseks ja töölaua võimalikult kiireks muutmiseks, et saavutada jälgimisjuhiste eesmärk, peaks süsteemi poolt veovõllile teisendatav inertsimoment olema võimalikult väike. Seda nõuet saab saavutada optimaalse ülekandearvu valimisega. Mõistlik ülekandearvu valik võib vähendada süsteemi inertsimomenti, täites samal ajal töölaua liikumiskiiruse ja kiirenduse nõuded. Näiteks reduktori projekteerimisel saab vastavalt tegelikele vajadustele valida sobiva ülekandearvu või rihmaratta ülekandearvu, et see vastaks servomootori väljundkiirusele töölaua liikumiskiirusega ja vähendaks samal ajal inertsimomenti.
Lisaks saab kasutada ka kergekaalulist disainikontseptsiooni ja valida käigukasti komponentide valmistamiseks kergemaid materjale. Näiteks kergete materjalide, näiteks alumiiniumisulami kasutamine juhtpoltide ja mutrite paaride ning juhtkomponentide valmistamiseks võib vähendada süsteemi üldist inertsi.
IV. Nõue suure jäikuse kohta
Suure jäikusega ülekandesüsteem tagab töötlemisprotsessi ajal vastupidavuse välistele häiretele ja säilitab stabiilse töötlemise täpsuse. Ülekandesüsteemi jäikuse parandamiseks saab võtta järgmisi meetmeid:
Lühendage ülekandeahelat: ülekandelülide vähendamine võib vähendada süsteemi elastset deformatsiooni ja parandada jäikust. Näiteks mootori otsejuhtme kruvi abil ajamine säästab vahepealseid ülekandelülisid, vähendab ülekandevigu ja elastset deformatsiooni ning parandab süsteemi jäikust.
Eelpingestamine ülekandesüsteemi jäikuse parandamiseks: Veerevate juhikute ja kuulkruvide paaride puhul saab eelpingestamise meetodit kasutada, et tekitada veereelementide ja juhtrööbaste või juhtkruvide vahele teatud eelpinge, et parandada süsteemi jäikust. Juhtkruvide tugi on konstrueeritud nii, et see on mõlemast otsast fikseeritud ja sellel võib olla eelvenitatud struktuur. Juhtkruvile teatud eelpinge rakendamisega saab töötamise ajal aksiaalset jõudu kompenseerida ja juhtkruvi jäikust parandada.
Suure jäikusega ülekandesüsteem tagab töötlemisprotsessi ajal vastupidavuse välistele häiretele ja säilitab stabiilse töötlemise täpsuse. Ülekandesüsteemi jäikuse parandamiseks saab võtta järgmisi meetmeid:
Lühendage ülekandeahelat: ülekandelülide vähendamine võib vähendada süsteemi elastset deformatsiooni ja parandada jäikust. Näiteks mootori otsejuhtme kruvi abil ajamine säästab vahepealseid ülekandelülisid, vähendab ülekandevigu ja elastset deformatsiooni ning parandab süsteemi jäikust.
Eelpingestamine ülekandesüsteemi jäikuse parandamiseks: Veerevate juhikute ja kuulkruvide paaride puhul saab eelpingestamise meetodit kasutada, et tekitada veereelementide ja juhtrööbaste või juhtkruvide vahele teatud eelpinge, et parandada süsteemi jäikust. Juhtkruvide tugi on konstrueeritud nii, et see on mõlemast otsast fikseeritud ja sellel võib olla eelvenitatud struktuur. Juhtkruvile teatud eelpinge rakendamisega saab töötamise ajal aksiaalset jõudu kompenseerida ja juhtkruvi jäikust parandada.
V. Kõrge resonantssageduse nõue
Kõrge resonantssagedus tähendab, et süsteem suudab väliste häirete korral kiiresti stabiilsesse olekusse naasta ja tal on hea vibratsioonikindlus. Süsteemi resonantssageduse parandamiseks saab alustada järgmiste aspektidega:
Optimeerige ülekandekomponentide konstruktsiooni: projekteerige ülekandekomponentide, näiteks juhtkruvide ja juhtsiinide kuju ja suurus mõistlikult, et parandada nende loomulikke sagedusi. Näiteks õõnsa juhtkruviga saab vähendada kaalu ja parandada loomulikku sagedust.
Valige sobivad materjalid: valige kõrge elastsusmooduli ja madala tihedusega materjalid, näiteks titaanisulam jne, mis võivad parandada ülekandekomponentide jäikust ja loomulikku sagedust.
Summutuse suurendamine: Süsteemi summutuse asjakohane suurendamine võib tarbida vibratsioonienergiat, vähendada resonantsi tippu ja parandada süsteemi stabiilsust. Süsteemi summutust saab suurendada summutusmaterjalide kasutamise ja amortisaatorite paigaldamise abil.
Kõrge resonantssagedus tähendab, et süsteem suudab väliste häirete korral kiiresti stabiilsesse olekusse naasta ja tal on hea vibratsioonikindlus. Süsteemi resonantssageduse parandamiseks saab alustada järgmiste aspektidega:
Optimeerige ülekandekomponentide konstruktsiooni: projekteerige ülekandekomponentide, näiteks juhtkruvide ja juhtsiinide kuju ja suurus mõistlikult, et parandada nende loomulikke sagedusi. Näiteks õõnsa juhtkruviga saab vähendada kaalu ja parandada loomulikku sagedust.
Valige sobivad materjalid: valige kõrge elastsusmooduli ja madala tihedusega materjalid, näiteks titaanisulam jne, mis võivad parandada ülekandekomponentide jäikust ja loomulikku sagedust.
Summutuse suurendamine: Süsteemi summutuse asjakohane suurendamine võib tarbida vibratsioonienergiat, vähendada resonantsi tippu ja parandada süsteemi stabiilsust. Süsteemi summutust saab suurendada summutusmaterjalide kasutamise ja amortisaatorite paigaldamise abil.
VI. Nõutav summutussuhe
Sobiv summutussuhe võimaldab süsteemil pärast häiringut kiiresti stabiliseeruda ilma vibratsiooni liigse summutamiseta. Sobiva summutussuhte saavutamiseks saab summutussuhet reguleerida süsteemi parameetreid, näiteks summuti parameetreid ja ülekandekomponentide hõõrdetegurit, reguleerides.
Sobiv summutussuhe võimaldab süsteemil pärast häiringut kiiresti stabiliseeruda ilma vibratsiooni liigse summutamiseta. Sobiva summutussuhte saavutamiseks saab summutussuhet reguleerida süsteemi parameetreid, näiteks summuti parameetreid ja ülekandekomponentide hõõrdetegurit, reguleerides.
Kokkuvõttes tuleb CNC-tööpinkide rangete nõuete täitmiseks etteande ülekandemehhanismide osas võtta rida optimeerimismeetmeid. Need meetmed ei paranda mitte ainult tööpinkide töötlemise täpsust ja efektiivsust, vaid suurendavad ka tööpinkide stabiilsust ja töökindlust, pakkudes tugevat tuge kaasaegse tootmise arengule.
Praktilistes rakendustes on vaja põhjalikult arvestada erinevate teguritega vastavalt konkreetsetele töötlemisvajadustele ja tööpinkide omadustele ning valida kõige sobivam etteande ülekandemehhanism ja optimeerimismeetmed. Samal ajal tekivad teaduse ja tehnoloogia pideva arenguga pidevalt uusi materjale, tehnoloogiaid ja disainikontseptsioone, mis pakuvad ka laia ruumi CNC-tööpinkide etteande ülekandemehhanismide jõudluse edasiseks parandamiseks. Tulevikus areneb CNC-tööpinkide etteande ülekandemehhanism jätkuvalt suurema täpsuse, suurema kiiruse ja suurema töökindluse suunas.