"Krav og optimeringsforanstaltninger til fremføringsmekanismen for CNC-maskiner"
I moderne produktion er CNC-maskiner blevet et vigtigt bearbejdningsudstyr på grund af deres fordele såsom høj præcision, høj effektivitet og høj grad af automatisering. Fremføringstransmissionssystemet i CNC-maskiner fungerer normalt med et servofremføringssystem, som spiller en afgørende rolle. I henhold til de instruktionsmeddelelser, der transmitteres fra CNC-systemet, forstærker det og styrer derefter bevægelsen af aktuatorkomponenterne. Det skal ikke kun præcist styre fremføringshastigheden, men også nøjagtigt styre værktøjets bevægelsesposition og bane i forhold til emnet.
Et typisk lukket-loop-styret tilførselssystem i en CNC-maskine består hovedsageligt af flere dele, såsom positionssammenligning, forstærkningskomponenter, drivenheder, mekaniske tilførselstransmissionsmekanismer og detektionsfeedbackelementer. Blandt disse er den mekaniske tilførselstransmissionsmekanisme hele den mekaniske transmissionskæde, der omdanner servomotorens rotationsbevægelse til den lineære tilførselsbevægelse af arbejdsbordet og værktøjsholderen, inklusive reduktionsanordninger, føringsskrue- og møtrikpar, føringskomponenter og deres støttedele. Som et vigtigt led i servosystemet bør tilførselsmekanismen i CNC-maskiner ikke kun have høj positioneringsnøjagtighed, men også have gode dynamiske responsegenskaber. Systemets respons på sporingsinstruktionssignaler skal være hurtig, og stabiliteten skal være god.
For at sikre transmissionsnøjagtigheden, systemstabiliteten og de dynamiske responskarakteristika for fremføringssystemet i vertikale bearbejdningscentre stilles der en række strenge krav til fremføringsmekanismen:
I. Krav om ingen mellemrum
Transmissionsgab vil føre til omvendt dødzonefejl og påvirke bearbejdningsnøjagtigheden. For at eliminere transmissionsgabet så meget som muligt kan metoder som at bruge en ledaksel med gab-eliminering og transmissionspar med gab-elimineringsforanstaltninger anvendes. For eksempel kan metoden med dobbelt møtrikforspænding i ledeskrue- og møtrikparret bruges til at eliminere gabet ved at justere den relative position mellem de to møtrikker. Samtidig kan metoder som justering af shims eller elastiske elementer for dele som tandhjulstransmissioner også bruges til at eliminere gabet for at sikre transmissionens nøjagtighed.
Transmissionsgab vil føre til omvendt dødzonefejl og påvirke bearbejdningsnøjagtigheden. For at eliminere transmissionsgabet så meget som muligt kan metoder som at bruge en ledaksel med gab-eliminering og transmissionspar med gab-elimineringsforanstaltninger anvendes. For eksempel kan metoden med dobbelt møtrikforspænding i ledeskrue- og møtrikparret bruges til at eliminere gabet ved at justere den relative position mellem de to møtrikker. Samtidig kan metoder som justering af shims eller elastiske elementer for dele som tandhjulstransmissioner også bruges til at eliminere gabet for at sikre transmissionens nøjagtighed.
II. Krav til lav friktion
Ved at anvende en lavfriktionstransmissionsmetode kan man reducere energitab, forbedre transmissionseffektiviteten og også forbedre systemets reaktionshastighed og nøjagtighed. Almindelige lavfriktionstransmissionsmetoder omfatter hydrostatiske føringer, rulleføringer og kugleskruer.
Ved at anvende en lavfriktionstransmissionsmetode kan man reducere energitab, forbedre transmissionseffektiviteten og også forbedre systemets reaktionshastighed og nøjagtighed. Almindelige lavfriktionstransmissionsmetoder omfatter hydrostatiske føringer, rulleføringer og kugleskruer.
Hydrostatiske føringer danner et lag af trykoliefilm mellem føringsfladerne for at opnå berøringsfri glidning med ekstremt lav friktion. Rullende føringer bruger rulning af rulleelementer på føringsskinnerne til at erstatte glidning, hvilket reducerer friktionen betydeligt. Kugleskruer er vigtige komponenter, der omdanner rotationsbevægelse til lineær bevægelse. Kuglerne ruller mellem ledeskruen og møtrikken med en lav friktionskoefficient og høj transmissionseffektivitet. Disse lavfriktionstransmissionskomponenter kan effektivt reducere modstanden i fremføringsmekanismen under bevægelse og forbedre systemets ydeevne.
III. Krav til lav inerti
For at forbedre maskinværktøjets opløsning og få arbejdsbordet til at accelerere så meget som muligt for at opnå formålet med at spore instruktioner, bør inertimomentet, der konverteres til drivakslen af systemet, være så lille som muligt. Dette krav kan opnås ved at vælge det optimale transmissionsforhold. Et rimeligt valg af transmissionsforhold kan reducere systemets inertimoment, samtidig med at kravene til arbejdsbordets bevægelseshastighed og acceleration opfyldes. For eksempel kan man ved design af en reduktionsanordning vælge et passende gearforhold eller remskiveforhold i henhold til de faktiske behov, så servomotorens udgangshastighed matcher arbejdsbordets bevægelseshastighed og inertimomentet reduceres samtidig.
For at forbedre maskinværktøjets opløsning og få arbejdsbordet til at accelerere så meget som muligt for at opnå formålet med at spore instruktioner, bør inertimomentet, der konverteres til drivakslen af systemet, være så lille som muligt. Dette krav kan opnås ved at vælge det optimale transmissionsforhold. Et rimeligt valg af transmissionsforhold kan reducere systemets inertimoment, samtidig med at kravene til arbejdsbordets bevægelseshastighed og acceleration opfyldes. For eksempel kan man ved design af en reduktionsanordning vælge et passende gearforhold eller remskiveforhold i henhold til de faktiske behov, så servomotorens udgangshastighed matcher arbejdsbordets bevægelseshastighed og inertimomentet reduceres samtidig.
Derudover kan et letvægtsdesignkoncept også anvendes, og materialer med lavere vægt kan vælges til fremstilling af transmissionskomponenter. For eksempel kan brugen af letvægtsmaterialer såsom aluminiumslegering til fremstilling af føringsskrue- og møtrikpar samt føringskomponenter reducere systemets samlede inerti.
IV. Krav til høj stivhed
Et transmissionssystem med høj stivhed kan sikre modstand mod ekstern interferens under bearbejdningsprocessen og opretholde en stabil bearbejdningsnøjagtighed. For at forbedre transmissionssystemets stivhed kan følgende foranstaltninger træffes:
Forkort transmissionskæden: Reduktion af transmissionsleddene kan reducere systemets elastiske deformation og forbedre stivheden. For eksempel sparer metoden med direkte styring af ledeskruen via motoren de mellemliggende transmissionsled, reducerer transmissionsfejl og elastisk deformation og forbedrer systemets stivhed.
Forbedring af transmissionssystemets stivhed ved forspænding: For rulleføringer og kugleskruepar kan en forspændingsmetode anvendes til at generere en bestemt forspænding mellem rulleelementerne og føringsskinnerne eller føringsskruerne for at forbedre systemets stivhed. Blyskruestøtten er designet til at blive fastgjort i begge ender og kan have en forstrakt struktur. Ved at påføre en bestemt forspænding på ledeskruen kan den aksiale kraft under drift modvirkes, og ledeskruens stivhed kan forbedres.
Et transmissionssystem med høj stivhed kan sikre modstand mod ekstern interferens under bearbejdningsprocessen og opretholde en stabil bearbejdningsnøjagtighed. For at forbedre transmissionssystemets stivhed kan følgende foranstaltninger træffes:
Forkort transmissionskæden: Reduktion af transmissionsleddene kan reducere systemets elastiske deformation og forbedre stivheden. For eksempel sparer metoden med direkte styring af ledeskruen via motoren de mellemliggende transmissionsled, reducerer transmissionsfejl og elastisk deformation og forbedrer systemets stivhed.
Forbedring af transmissionssystemets stivhed ved forspænding: For rulleføringer og kugleskruepar kan en forspændingsmetode anvendes til at generere en bestemt forspænding mellem rulleelementerne og føringsskinnerne eller føringsskruerne for at forbedre systemets stivhed. Blyskruestøtten er designet til at blive fastgjort i begge ender og kan have en forstrakt struktur. Ved at påføre en bestemt forspænding på ledeskruen kan den aksiale kraft under drift modvirkes, og ledeskruens stivhed kan forbedres.
V. Krav til høj resonansfrekvens
En høj resonansfrekvens betyder, at systemet hurtigt kan vende tilbage til en stabil tilstand, når det udsættes for ekstern interferens, og at det har god vibrationsmodstand. For at forbedre systemets resonansfrekvens kan følgende aspekter iværksættes:
Optimer det strukturelle design af transmissionskomponenter: Design formen og størrelsen af transmissionskomponenter såsom ledeskruer og styreskinner på en rimelig måde for at forbedre deres naturlige frekvenser. For eksempel kan brugen af en hul ledeskrue reducere vægten og forbedre den naturlige frekvens.
Vælg egnede materialer: Vælg materialer med høj elasticitetsmodul og lav densitet, såsom titanlegering osv., som kan forbedre stivheden og den naturlige frekvens af transmissionskomponenter.
Øg dæmpning: Passende forøgelse af dæmpningen i systemet kan forbruge vibrationsenergi, reducere resonanstoppen og forbedre systemets stabilitet. Systemets dæmpning kan øges ved at bruge dæmpningsmaterialer og installere støddæmpere.
En høj resonansfrekvens betyder, at systemet hurtigt kan vende tilbage til en stabil tilstand, når det udsættes for ekstern interferens, og at det har god vibrationsmodstand. For at forbedre systemets resonansfrekvens kan følgende aspekter iværksættes:
Optimer det strukturelle design af transmissionskomponenter: Design formen og størrelsen af transmissionskomponenter såsom ledeskruer og styreskinner på en rimelig måde for at forbedre deres naturlige frekvenser. For eksempel kan brugen af en hul ledeskrue reducere vægten og forbedre den naturlige frekvens.
Vælg egnede materialer: Vælg materialer med høj elasticitetsmodul og lav densitet, såsom titanlegering osv., som kan forbedre stivheden og den naturlige frekvens af transmissionskomponenter.
Øg dæmpning: Passende forøgelse af dæmpningen i systemet kan forbruge vibrationsenergi, reducere resonanstoppen og forbedre systemets stabilitet. Systemets dæmpning kan øges ved at bruge dæmpningsmaterialer og installere støddæmpere.
VI. Krav til passende dæmpningsforhold
Et passende dæmpningsforhold kan få systemet til hurtigt at stabilisere sig efter forstyrrelser uden overdreven dæmpning af vibrationer. For at opnå et passende dæmpningsforhold kan styringen af dæmpningsforholdet opnås ved at justere systemparametre såsom dæmperens parametre og friktionskoefficienten for transmissionskomponenterne.
Et passende dæmpningsforhold kan få systemet til hurtigt at stabilisere sig efter forstyrrelser uden overdreven dæmpning af vibrationer. For at opnå et passende dæmpningsforhold kan styringen af dæmpningsforholdet opnås ved at justere systemparametre såsom dæmperens parametre og friktionskoefficienten for transmissionskomponenterne.
Kort sagt, for at opfylde de strenge krav til CNC-maskiners fremføringsmekanismer, er det nødvendigt at træffe en række optimeringsforanstaltninger. Disse foranstaltninger kan ikke blot forbedre maskinernes bearbejdningsnøjagtighed og effektivitet, men også forbedre maskinernes stabilitet og pålidelighed, hvilket giver stærk støtte til udviklingen af moderne produktion.
I praktiske anvendelser er det også nødvendigt at overveje forskellige faktorer grundigt i henhold til specifikke bearbejdningsbehov og maskinværktøjets egenskaber og vælge den mest passende fremføringsmekanisme og optimeringsforanstaltninger. Samtidig med den kontinuerlige udvikling inden for videnskab og teknologi dukker der konstant nye materialer, teknologier og designkoncepter op, hvilket også giver et bredt rum til yderligere forbedring af ydeevnen af fremføringsmekanismerne i CNC-værktøjsmaskiner. I fremtiden vil fremføringsmekanismen i CNC-værktøjsmaskiner fortsætte med at udvikle sig i retning af højere præcision, højere hastighed og højere pålidelighed.