„Изисквания и мерки за оптимизация на механизма за подаване на CNC машини“
В съвременното производство, CNC машините са се превърнали в ключово обработващо оборудване поради своите предимства като висока прецизност, висока ефективност и висока степен на автоматизация. Системата за предаване на подаване на CNC машините обикновено работи със серво система за подаване, която играе ключова роля. Съгласно инструкциите, предавани от CNC системата, тя усилва и след това контролира движението на задвижващите компоненти. Тя трябва не само да контролира прецизно скоростта на подаващото движение, но и точно да контролира позицията и траекторията на инструмента спрямо детайла.
Типичната затворена система за управление на подаване на CNC машина се състои главно от няколко части, като например компоненти за сравнение на позициите, усилване, задвижващи устройства, механични механизми за предаване на подаване и елементи за обратна връзка при откриване. Сред тях механичният механизъм за предаване на подаване е цялата верига за механична трансмисия, която преобразува въртеливото движение на серво мотора в линейно движение на подаване на работната маса и държача на инструмента, включително редуктори, двойки водещи винтове и гайки, направляващи компоненти и техните опорни части. Като важно звено в серво системата, механизмът за подаване на CNC машините трябва не само да има висока точност на позициониране, но и добри динамични характеристики. Реакцията на системата на сигналите от инструкциите за проследяване трябва да е бърза, а стабилността - добра.
За да се гарантира точността на предаване, стабилността на системата и динамичните характеристики на подаващата система на вертикалните обработващи центрове, към подаващия механизъм се поставят редица строги изисквания:
I. Изискване за липса на празнина
Пропастта в трансмисията ще доведе до грешка в обратната мъртва зона и ще повлияе на точността на обработката. За да се елиминира максимално пропастта в трансмисията, могат да се приложат методи като използване на свързващ вал с елиминиране на пропастта и трансмисионни двойки с мерки за елиминиране на пропастта. Например, при двойката водещ винт и гайка може да се използва методът на предварително натягане на двойната гайка, за да се елиминира пропастта чрез регулиране на относителното положение между двете гайки. В същото време, за части като зъбни предавки, могат да се използват и методи като регулиране на подложки или еластични елементи за елиминиране на пропастта, за да се гарантира точността на трансмисията.
Пропастта в трансмисията ще доведе до грешка в обратната мъртва зона и ще повлияе на точността на обработката. За да се елиминира максимално пропастта в трансмисията, могат да се приложат методи като използване на свързващ вал с елиминиране на пропастта и трансмисионни двойки с мерки за елиминиране на пропастта. Например, при двойката водещ винт и гайка може да се използва методът на предварително натягане на двойната гайка, за да се елиминира пропастта чрез регулиране на относителното положение между двете гайки. В същото време, за части като зъбни предавки, могат да се използват и методи като регулиране на подложки или еластични елементи за елиминиране на пропастта, за да се гарантира точността на трансмисията.
II. Изискване за ниско триене
Приемането на метод за предаване с ниско триене може да намали загубите на енергия, да подобри ефективността на предаването и също така да помогне за подобряване на скоростта на реакция и точността на системата. Често срещаните методи за предаване с ниско триене включват хидростатични водачи, търкалящи водачи и сачмени винтове.
Приемането на метод за предаване с ниско триене може да намали загубите на енергия, да подобри ефективността на предаването и също така да помогне за подобряване на скоростта на реакция и точността на системата. Често срещаните методи за предаване с ниско триене включват хидростатични водачи, търкалящи водачи и сачмени винтове.
Хидростатичните водачи образуват слой от маслен филм под налягане между водещите повърхности, за да се постигне безконтактно плъзгане с изключително малко триене. Ролковите водачи използват търкалянето на търкалящи елементи по водещите релси, за да заменят плъзгането, като значително намаляват триенето. Сачмените винтове са важни компоненти, които преобразуват въртеливото движение в линейно движение. Сачмите се търкалят между водещия винт и гайката с нисък коефициент на триене и висока ефективност на предаване. Тези компоненти на предаването с ниско триене могат ефективно да намалят съпротивлението на подаващия механизъм по време на движение и да подобрят производителността на системата.
III. Изискване за ниска инерция
За да се подобри разделителната способност на машинния инструмент и да се ускори максимално работната маса, за да се постигне целта на инструкциите за проследяване, моментът на инерция, преобразуван от системата към задвижващия вал, трябва да бъде възможно най-малък. Това изискване може да се постигне чрез избор на оптимално предавателно число. Разумният избор на предавателно число може да намали момента на инерция на системата, като същевременно отговаря на изискванията за скорост и ускорение на работната маса. Например, при проектирането на редуктор, в зависимост от реалните нужди, може да се избере подходящо предавателно число или число на ремъчната шайба, за да се съобрази изходната скорост на серво мотора със скоростта на движение на работната маса и едновременно с това да се намали моментът на инерция.
За да се подобри разделителната способност на машинния инструмент и да се ускори максимално работната маса, за да се постигне целта на инструкциите за проследяване, моментът на инерция, преобразуван от системата към задвижващия вал, трябва да бъде възможно най-малък. Това изискване може да се постигне чрез избор на оптимално предавателно число. Разумният избор на предавателно число може да намали момента на инерция на системата, като същевременно отговаря на изискванията за скорост и ускорение на работната маса. Например, при проектирането на редуктор, в зависимост от реалните нужди, може да се избере подходящо предавателно число или число на ремъчната шайба, за да се съобрази изходната скорост на серво мотора със скоростта на движение на работната маса и едновременно с това да се намали моментът на инерция.
Освен това може да се възприеме и концепция за лек дизайн, като за изработката на трансмисионните компоненти могат да се изберат материали с по-леко тегло. Например, използването на леки материали като алуминиева сплав за изработка на двойки водещи винтове и гайки и направляващи компоненти може да намали общата инерция на системата.
IV. Изискване за висока твърдост
Предавателна система с висока твърдост може да осигури устойчивост на външни смущения по време на процеса на обработка и да поддържа стабилна точност на обработка. За да се подобри твърдостта на предавателната система, могат да се предприемат следните мерки:
Скъсяване на трансмисионната верига: Намаляването на трансмисионните звена може да намали еластичната деформация на системата и да подобри коравината. Например, използването на метода за директно задвижване на водещия винт от двигателя спестява междинните трансмисионни звена, намалява грешките при предаване и еластичната деформация и подобрява коравината на системата.
Подобряване на твърдостта на трансмисионната система чрез предварително натоварване: За търкалящи се водачи и двойки сачмени винтове може да се използва метод на предварително натоварване, за да се генерира определено предварително натоварване между търкалящите елементи и водещите релси или водещите винтове, за да се подобри твърдостта на системата. Опората на водещия винт е проектирана да бъде фиксирана в двата края и може да има предварително опъната структура. Чрез прилагане на определено предварително напрежение към водещия винт, може да се противодейства на аксиалната сила по време на работа и да се подобри твърдостта на водещия винт.
Предавателна система с висока твърдост може да осигури устойчивост на външни смущения по време на процеса на обработка и да поддържа стабилна точност на обработка. За да се подобри твърдостта на предавателната система, могат да се предприемат следните мерки:
Скъсяване на трансмисионната верига: Намаляването на трансмисионните звена може да намали еластичната деформация на системата и да подобри коравината. Например, използването на метода за директно задвижване на водещия винт от двигателя спестява междинните трансмисионни звена, намалява грешките при предаване и еластичната деформация и подобрява коравината на системата.
Подобряване на твърдостта на трансмисионната система чрез предварително натоварване: За търкалящи се водачи и двойки сачмени винтове може да се използва метод на предварително натоварване, за да се генерира определено предварително натоварване между търкалящите елементи и водещите релси или водещите винтове, за да се подобри твърдостта на системата. Опората на водещия винт е проектирана да бъде фиксирана в двата края и може да има предварително опъната структура. Чрез прилагане на определено предварително напрежение към водещия винт, може да се противодейства на аксиалната сила по време на работа и да се подобри твърдостта на водещия винт.
V. Изискване за висока резонансна честота
Високата резонансна честота означава, че системата може бързо да се върне в стабилно състояние, когато е подложена на външни смущения, и има добра устойчивост на вибрации. За да се подобри резонансната честота на системата, могат да се предприемат следните мерки:
Оптимизиране на структурния дизайн на трансмисионните компоненти: Разумно проектиране на формата и размера на трансмисионните компоненти, като например водещи винтове и направляващи релси, за да се подобрят техните собствени честоти. Например, използването на кух водещ винт може да намали теглото и да подобри собствената им честота.
Изберете подходящи материали: Изберете материали с висок модул на еластичност и ниска плътност, като титаниева сплав и др., които могат да подобрят твърдостта и естествената честота на компонентите на трансмисията.
Увеличаване на затихването: Подходящото увеличаване на затихването в системата може да консумира вибрационна енергия, да намали резонансния пик и да подобри стабилността на системата. Затихването на системата може да се увеличи чрез използване на затихващи материали и инсталиране на амортисьори.
Високата резонансна честота означава, че системата може бързо да се върне в стабилно състояние, когато е подложена на външни смущения, и има добра устойчивост на вибрации. За да се подобри резонансната честота на системата, могат да се предприемат следните мерки:
Оптимизиране на структурния дизайн на трансмисионните компоненти: Разумно проектиране на формата и размера на трансмисионните компоненти, като например водещи винтове и направляващи релси, за да се подобрят техните собствени честоти. Например, използването на кух водещ винт може да намали теглото и да подобри собствената им честота.
Изберете подходящи материали: Изберете материали с висок модул на еластичност и ниска плътност, като титаниева сплав и др., които могат да подобрят твърдостта и естествената честота на компонентите на трансмисията.
Увеличаване на затихването: Подходящото увеличаване на затихването в системата може да консумира вибрационна енергия, да намали резонансния пик и да подобри стабилността на системата. Затихването на системата може да се увеличи чрез използване на затихващи материали и инсталиране на амортисьори.
VI. Изискване за подходящо съотношение на затихване
Подходящото съотношение на затихване може да накара системата да се стабилизира бързо след смущения, без прекомерно затихване на вибрациите. За да се получи подходящо съотношение на затихване, контролът върху него може да се постигне чрез регулиране на системни параметри, като например параметрите на амортисьора и коефициента на триене на компонентите на трансмисията.
Подходящото съотношение на затихване може да накара системата да се стабилизира бързо след смущения, без прекомерно затихване на вибрациите. За да се получи подходящо съотношение на затихване, контролът върху него може да се постигне чрез регулиране на системни параметри, като например параметрите на амортисьора и коефициента на триене на компонентите на трансмисията.
В обобщение, за да се отговорят на строгите изисквания на CNC машините за механизми за предаване на подаване, е необходимо да се предприемат редица мерки за оптимизация. Тези мерки могат не само да подобрят точността на обработка и ефективността на машините, но и да повишат стабилността и надеждността на машините, осигурявайки силна подкрепа за развитието на съвременното производство.
В практическите приложения е необходимо също така да се вземат предвид цялостно различни фактори според специфичните нужди на обработката и характеристиките на машинните инструменти и да се избере най-подходящият механизъм за предаване на подаването и мерки за оптимизация. В същото време, с непрекъснатия напредък на науката и технологиите, непрекъснато се появяват нови материали, технологии и дизайнерски концепции, което също така предоставя широко пространство за по-нататъшно подобряване на производителността на механизмите за предаване на подаването на CNC машинните инструменти. В бъдеще механизмът за предаване на подаването на CNC машинните инструменти ще продължи да се развива в посока на по-висока прецизност, по-висока скорост и по-висока надеждност.