«Krav og optimaliseringstiltak for mateoverføringsmekanismen til CNC-maskinverktøy»
I moderne produksjon har CNC-maskinverktøy blitt sentralt prosesseringsutstyr på grunn av fordelene deres som høy presisjon, høy effektivitet og høy grad av automatisering. Mateoverføringssystemet til CNC-maskinverktøy fungerer vanligvis med et servomatingssystem, som spiller en avgjørende rolle. I henhold til instruksjonsmeldingene som sendes fra CNC-systemet, forsterker det og kontrollerer deretter bevegelsen til aktuatorkomponentene. Det trenger ikke bare å kontrollere hastigheten på matebevegelsen nøyaktig, men også nøyaktig kontrollere verktøyets bevegelsesposisjon og bane i forhold til arbeidsstykket.
Et typisk lukket sløyfestyrt matesystem for en CNC-maskinverktøy består hovedsakelig av flere deler som posisjonssammenligning, forsterkningskomponenter, drivenheter, mekaniske mateoverføringsmekanismer og deteksjonstilbakemeldingselementer. Blant disse er den mekaniske mateoverføringsmekanismen hele den mekaniske transmisjonskjeden som konverterer servomotorens rotasjonsbevegelse til den lineære matebevegelsen til arbeidsbordet og verktøyholderen, inkludert reduksjonsanordninger, ledeskrue- og mutterpar, føringskomponenter og deres støttedeler. Som et viktig ledd i servosystemet bør matemekanismen til CNC-maskinverktøy ikke bare ha høy posisjoneringsnøyaktighet, men også ha gode dynamiske responsegenskaper. Systemets respons på sporingsinstruksjonssignaler bør være rask og stabiliteten bør være god.
For å sikre transmisjonsnøyaktigheten, systemstabiliteten og de dynamiske responsegenskapene til matesystemet i vertikale maskineringssentre, stilles det en rekke strenge krav til matemekanismen:
I. Krav om at det ikke skal være noe mellomrom
Girkassegap vil føre til revers dødsonefeil og påvirke prosesseringsnøyaktigheten. For å eliminere girkassegap så mye som mulig, kan metoder som bruk av en koblingsaksel med gapseliminering og girkassepar med gapselimineringstiltak brukes. For eksempel, i ledeskrue- og mutterparet, kan dobbelmutterforspenningsmetoden brukes til å eliminere gapet ved å justere den relative posisjonen mellom de to mutterne. Samtidig, for deler som girkasser, kan metoder som justering av shims eller elastiske elementer også brukes til å eliminere gapet for å sikre nøyaktigheten av girkassen.
Girkassegap vil føre til revers dødsonefeil og påvirke prosesseringsnøyaktigheten. For å eliminere girkassegap så mye som mulig, kan metoder som bruk av en koblingsaksel med gapseliminering og girkassepar med gapselimineringstiltak brukes. For eksempel, i ledeskrue- og mutterparet, kan dobbelmutterforspenningsmetoden brukes til å eliminere gapet ved å justere den relative posisjonen mellom de to mutterne. Samtidig, for deler som girkasser, kan metoder som justering av shims eller elastiske elementer også brukes til å eliminere gapet for å sikre nøyaktigheten av girkassen.
II. Krav til lav friksjon
Å bruke en lavfriksjonsoverføringsmetode kan redusere energitap, forbedre overføringseffektiviteten og også bidra til å forbedre systemets responshastighet og nøyaktighet. Vanlige lavfriksjonsoverføringsmetoder inkluderer hydrostatiske føringer, rullende føringer og kuleskruer.
Å bruke en lavfriksjonsoverføringsmetode kan redusere energitap, forbedre overføringseffektiviteten og også bidra til å forbedre systemets responshastighet og nøyaktighet. Vanlige lavfriksjonsoverføringsmetoder inkluderer hydrostatiske føringer, rullende føringer og kuleskruer.
Hydrostatiske føringer danner et lag med trykkoljefilm mellom føringflatene for å oppnå berøringsfri glidning med ekstremt liten friksjon. Rulleføringer bruker rulling av rulleelementer på føringsskinnene til å erstatte glidning, noe som reduserer friksjonen betraktelig. Kuleskruer er viktige komponenter som omdanner rotasjonsbevegelse til lineær bevegelse. Kulene ruller mellom ledeskruen og mutteren med lav friksjonskoeffisient og høy overføringseffektivitet. Disse lavfriksjonsoverføringskomponentene kan effektivt redusere motstanden til matemekanismen under bevegelse og forbedre systemets ytelse.
III. Krav til lav treghet
For å forbedre maskinverktøyets oppløsning og få arbeidsbordet til å akselerere så mye som mulig for å oppnå formålet med å spore instruksjoner, bør treghetsmomentet som konverteres til drivakselen av systemet være så lite som mulig. Dette kravet kan oppnås ved å velge det optimale girforholdet. Et rimelig valg av girforhold kan redusere systemets treghetsmoment samtidig som kravene til arbeidsbordets bevegelseshastighet og akselerasjon oppfylles. For eksempel, når man designer en reduksjonsanordning, kan man i henhold til faktiske behov velge et passende girforhold eller remskiveforhold for å matche servomotorens utgangshastighet med arbeidsbordets bevegelseshastighet og samtidig redusere treghetsmomentet.
For å forbedre maskinverktøyets oppløsning og få arbeidsbordet til å akselerere så mye som mulig for å oppnå formålet med å spore instruksjoner, bør treghetsmomentet som konverteres til drivakselen av systemet være så lite som mulig. Dette kravet kan oppnås ved å velge det optimale girforholdet. Et rimelig valg av girforhold kan redusere systemets treghetsmoment samtidig som kravene til arbeidsbordets bevegelseshastighet og akselerasjon oppfylles. For eksempel, når man designer en reduksjonsanordning, kan man i henhold til faktiske behov velge et passende girforhold eller remskiveforhold for å matche servomotorens utgangshastighet med arbeidsbordets bevegelseshastighet og samtidig redusere treghetsmomentet.
I tillegg kan man også bruke et lettvektsdesignkonsept, og materialer med lettere vekt kan velges for å lage transmisjonskomponenter. For eksempel kan bruk av lette materialer som aluminiumslegering for å lage ledeskrue- og mutterpar og føringskomponenter redusere systemets totale treghet.
IV. Krav til høy stivhet
Et transmisjonssystem med høy stivhet kan sikre motstand mot ekstern interferens under prosesseringsprosessen og opprettholde stabil prosesseringsnøyaktighet. For å forbedre stivheten til transmisjonssystemet kan følgende tiltak iverksettes:
Forkorte transmisjonskjeden: Å redusere transmisjonsleddene kan redusere den elastiske deformasjonen av systemet og forbedre stivheten. For eksempel sparer metoden med å drive ledeskruen direkte av motoren mellomliggende transmisjonsledd, reduserer transmisjonsfeil og elastisk deformasjon, og forbedrer systemets stivhet.
Forbedre stivheten til transmisjonssystemet ved forspenning: For rulleføringer og kuleskruepar kan en forhåndsbelastet metode brukes til å generere en viss forspenning mellom rulleelementene og føringsskinnene eller ledeskruene for å forbedre systemets stivhet. Ledeskruestøtten er konstruert for å festes i begge ender og kan ha en forhåndsstrukket struktur. Ved å påføre en viss forspenning på ledeskruen kan aksialkraften under drift motvirkes og stivheten til ledeskruen forbedres.
Et transmisjonssystem med høy stivhet kan sikre motstand mot ekstern interferens under prosesseringsprosessen og opprettholde stabil prosesseringsnøyaktighet. For å forbedre stivheten til transmisjonssystemet kan følgende tiltak iverksettes:
Forkorte transmisjonskjeden: Å redusere transmisjonsleddene kan redusere den elastiske deformasjonen av systemet og forbedre stivheten. For eksempel sparer metoden med å drive ledeskruen direkte av motoren mellomliggende transmisjonsledd, reduserer transmisjonsfeil og elastisk deformasjon, og forbedrer systemets stivhet.
Forbedre stivheten til transmisjonssystemet ved forspenning: For rulleføringer og kuleskruepar kan en forhåndsbelastet metode brukes til å generere en viss forspenning mellom rulleelementene og føringsskinnene eller ledeskruene for å forbedre systemets stivhet. Ledeskruestøtten er konstruert for å festes i begge ender og kan ha en forhåndsstrukket struktur. Ved å påføre en viss forspenning på ledeskruen kan aksialkraften under drift motvirkes og stivheten til ledeskruen forbedres.
V. Krav til høy resonansfrekvens
En høy resonansfrekvens betyr at systemet raskt kan gå tilbake til en stabil tilstand når det utsettes for ytre forstyrrelser, og har god vibrasjonsmotstand. For å forbedre systemets resonansfrekvens kan følgende aspekter iverksettes:
Optimaliser den strukturelle utformingen av transmisjonskomponenter: Design formen og størrelsen på transmisjonskomponenter som ledeskruer og føringsskinner på en rimelig måte for å forbedre deres naturlige frekvenser. For eksempel kan bruk av en hul ledeskrue redusere vekt og forbedre naturlig frekvens.
Velg passende materialer: Velg materialer med høy elastisitetsmodul og lav tetthet, som titanlegering osv., som kan forbedre stivheten og den naturlige frekvensen til transmisjonskomponenter.
Øk demping: Passende økning av demping i systemet kan forbruke vibrasjonsenergi, redusere resonantoppen og forbedre systemets stabilitet. Systemets demping kan økes ved å bruke dempingsmaterialer og installere dempere.
En høy resonansfrekvens betyr at systemet raskt kan gå tilbake til en stabil tilstand når det utsettes for ytre forstyrrelser, og har god vibrasjonsmotstand. For å forbedre systemets resonansfrekvens kan følgende aspekter iverksettes:
Optimaliser den strukturelle utformingen av transmisjonskomponenter: Design formen og størrelsen på transmisjonskomponenter som ledeskruer og føringsskinner på en rimelig måte for å forbedre deres naturlige frekvenser. For eksempel kan bruk av en hul ledeskrue redusere vekt og forbedre naturlig frekvens.
Velg passende materialer: Velg materialer med høy elastisitetsmodul og lav tetthet, som titanlegering osv., som kan forbedre stivheten og den naturlige frekvensen til transmisjonskomponenter.
Øk demping: Passende økning av demping i systemet kan forbruke vibrasjonsenergi, redusere resonantoppen og forbedre systemets stabilitet. Systemets demping kan økes ved å bruke dempingsmaterialer og installere dempere.
VI. Krav til passende dempningsforhold
Et passende dempningsforhold kan gjøre at systemet raskt stabiliserer seg etter å ha blitt forstyrret uten overdreven demping av vibrasjoner. For å oppnå et passende dempningsforhold kan kontroll av dempningsforholdet oppnås ved å justere systemparametere som parametere for demperen og friksjonskoeffisienten til transmisjonskomponentene.
Et passende dempningsforhold kan gjøre at systemet raskt stabiliserer seg etter å ha blitt forstyrret uten overdreven demping av vibrasjoner. For å oppnå et passende dempningsforhold kan kontroll av dempningsforholdet oppnås ved å justere systemparametere som parametere for demperen og friksjonskoeffisienten til transmisjonskomponentene.
Kort sagt, for å møte de strenge kravene til CNC-maskinverktøy for mateoverføringsmekanismer, må det iverksettes en rekke optimaliseringstiltak. Disse tiltakene kan ikke bare forbedre maskinverktøyenes prosesseringsnøyaktighet og effektivitet, men også forbedre maskinverktøyenes stabilitet og pålitelighet, noe som gir sterk støtte til utviklingen av moderne produksjon.
I praktiske anvendelser er det også nødvendig å vurdere ulike faktorer grundig i henhold til spesifikke prosesseringsbehov og maskinverktøyets egenskaper, og velge den mest passende mateoverføringsmekanismen og optimaliseringstiltakene. Samtidig, med den kontinuerlige utviklingen innen vitenskap og teknologi, dukker det stadig opp nye materialer, teknologier og designkonsepter, noe som også gir et bredt rom for ytterligere forbedring av ytelsen til mateoverføringsmekanismene til CNC-maskinverktøy. I fremtiden vil mateoverføringsmekanismen til CNC-maskinverktøy fortsette å utvikle seg i retning av høyere presisjon, høyere hastighet og høyere pålitelighet.