"CNC-työstökoneiden syöttövoimansiirtomekanismin vaatimukset ja optimointitoimenpiteet"
Nykyaikaisessa valmistuksessa CNC-työstökoneista on tullut keskeisiä käsittelylaitteita niiden etujen, kuten korkean tarkkuuden, korkean hyötysuhteen ja korkean automaatioasteen, ansiosta. CNC-työstökoneiden syöttöjärjestelmä toimii yleensä servosyöttöjärjestelmän kanssa, jolla on ratkaiseva rooli. CNC-järjestelmän lähettämien käskyjen mukaisesti se vahvistaa ja ohjaa sitten toimilaitteiden liikettä. Sen on paitsi ohjattava tarkasti syöttöliikkeen nopeutta myös työkalun liikeasentoa ja suuntaa työkappaleeseen nähden.
Tyypillinen CNC-työstökoneen suljetun silmukan ohjattu syöttöjärjestelmä koostuu pääasiassa useista osista, kuten paikanvertauksesta, vahvistuskomponenteista, käyttöyksiköistä, mekaanisista syötön siirtomekanismeista ja tunnistustakaisinkytkentäelementeistä. Näistä mekaaninen syötön siirtomekanismi on koko mekaaninen voimansiirtoketju, joka muuntaa servomoottorin pyörimisliikkeen työpöydän ja työkalunpitimen lineaariseksi syöttöliikkeeksi, mukaan lukien alennuslaitteet, johtoruuvi- ja mutteriparit, ohjainkomponentit ja niiden tukiosat. Tärkeänä lenkkinä servojärjestelmässä CNC-työstökoneiden syöttömekanismin tulisi olla paitsi korkealla paikannustarkkuudella myös hyvillä dynaamisilla vasteominaisuuksilla. Järjestelmän vasteen seurantakäskysignaaleihin tulisi olla nopea ja vakauden hyvä.
Pystysuuntaisten työstökeskusten syöttöjärjestelmän siirtotarkkuuden, järjestelmän vakauden ja dynaamisten vasteominaisuuksien varmistamiseksi syöttömekanismille esitetään useita tiukkoja vaatimuksia:
I. Vaatimus siitä, ettei aukkoja ole
Vaihteiston rako johtaa käänteisen kuolleen alueen virheeseen ja vaikuttaa prosessoinnin tarkkuuteen. Vaihteiston rako voidaan poistaa mahdollisimman hyvin esimerkiksi käyttämällä rakoa poistavaa vivustoakselia ja vaihteistopareja, joissa on raon poistotoimenpiteet. Esimerkiksi johtoruuvi-mutteriparissa voidaan käyttää kaksoismutteriesijännitysmenetelmää raon poistamiseksi säätämällä kahden mutterin välistä suhteellista sijaintia. Samanaikaisesti esimerkiksi hammaspyörästöjen osissa voidaan käyttää myös menetelmiä, kuten välilevyjen tai joustavien elementtien säätöä raon poistamiseksi vaihteiston tarkkuuden varmistamiseksi.
Vaihteiston rako johtaa käänteisen kuolleen alueen virheeseen ja vaikuttaa prosessoinnin tarkkuuteen. Vaihteiston rako voidaan poistaa mahdollisimman hyvin esimerkiksi käyttämällä rakoa poistavaa vivustoakselia ja vaihteistopareja, joissa on raon poistotoimenpiteet. Esimerkiksi johtoruuvi-mutteriparissa voidaan käyttää kaksoismutteriesijännitysmenetelmää raon poistamiseksi säätämällä kahden mutterin välistä suhteellista sijaintia. Samanaikaisesti esimerkiksi hammaspyörästöjen osissa voidaan käyttää myös menetelmiä, kuten välilevyjen tai joustavien elementtien säätöä raon poistamiseksi vaihteiston tarkkuuden varmistamiseksi.
II. Alhaisen kitkan vaatimus
Vähäkitkaisen voimansiirtomenetelmän käyttöönotto voi vähentää energiahäviöitä, parantaa voimansiirron hyötysuhdetta ja auttaa myös parantamaan järjestelmän vastenopeutta ja tarkkuutta. Yleisiä vähäkitkaisia voimansiirtomenetelmiä ovat hydrostaattiset ohjaimet, vierintäohjaimet ja kuularuuvit.
Vähäkitkaisen voimansiirtomenetelmän käyttöönotto voi vähentää energiahäviöitä, parantaa voimansiirron hyötysuhdetta ja auttaa myös parantamaan järjestelmän vastenopeutta ja tarkkuutta. Yleisiä vähäkitkaisia voimansiirtomenetelmiä ovat hydrostaattiset ohjaimet, vierintäohjaimet ja kuularuuvit.
Hydrostaattiset ohjaimet muodostavat paineöljykalvon ohjaimen pintojen väliin saavuttaen kosketuksettoman liukumisen ja erittäin pienen kitkan. Vierivät ohjaimet korvaavat liukumisen ohjaimen kiskoilla pyörivien elementtien avulla, mikä vähentää kitkaa huomattavasti. Kuularuuvit ovat tärkeitä komponentteja, jotka muuttavat pyörimisliikkeen lineaariseksi liikkeeksi. Kuulat pyörivät johtoruuvin ja mutterin välissä alhaisella kitkakertoimella ja korkealla siirtotehokkuudella. Nämä pienikitkaiset siirtokomponentit voivat tehokkaasti vähentää syöttömekanismin vastusta liikkeen aikana ja parantaa järjestelmän suorituskykyä.
III. Alhaisen inertian vaatimus
Konetyökalun resoluution parantamiseksi ja työpöydän kiihdyttämiseksi mahdollisimman paljon seurantaohjeiden tavoitteen saavuttamiseksi järjestelmän vetoakselille muuntaman hitausmomentin tulisi olla mahdollisimman pieni. Tämä vaatimus voidaan saavuttaa valitsemalla optimaalinen välityssuhde. Välityssuhteen järkevä valinta voi pienentää järjestelmän hitausmomenttia samalla, kun työpöydän liikenopeuden ja kiihtyvyyden vaatimukset täyttyvät. Esimerkiksi alennuslaitetta suunniteltaessa voidaan todellisten tarpeiden mukaan valita sopiva vaihdevälitys tai hihnapyörän välitys vastaamaan servomoottorin lähtönopeutta työpöydän liikenopeuden kanssa ja samalla pienentää hitausmomenttia.
Konetyökalun resoluution parantamiseksi ja työpöydän kiihdyttämiseksi mahdollisimman paljon seurantaohjeiden tavoitteen saavuttamiseksi järjestelmän vetoakselille muuntaman hitausmomentin tulisi olla mahdollisimman pieni. Tämä vaatimus voidaan saavuttaa valitsemalla optimaalinen välityssuhde. Välityssuhteen järkevä valinta voi pienentää järjestelmän hitausmomenttia samalla, kun työpöydän liikenopeuden ja kiihtyvyyden vaatimukset täyttyvät. Esimerkiksi alennuslaitetta suunniteltaessa voidaan todellisten tarpeiden mukaan valita sopiva vaihdevälitys tai hihnapyörän välitys vastaamaan servomoottorin lähtönopeutta työpöydän liikenopeuden kanssa ja samalla pienentää hitausmomenttia.
Lisäksi voidaan omaksua kevyt suunnittelukonsepti ja valita kevyempiä materiaaleja voimansiirtokomponenttien valmistukseen. Esimerkiksi kevyiden materiaalien, kuten alumiiniseoksen, käyttö johtoruuvi-mutteriparien ja ohjauskomponenttien valmistuksessa voi vähentää järjestelmän kokonaisinertiaa.
IV. Vaatimus suuresta jäykkyydestä
Jäykkä siirtojärjestelmä voi varmistaa ulkoisten häiriöiden kestävyyden prosessointiprosessin aikana ja ylläpitää vakaan prosessointitarkkuuden. Siirtojärjestelmän jäykkyyden parantamiseksi voidaan toteuttaa seuraavat toimenpiteet:
Lyhentää voimansiirtoketjua: Voimansiirtolenkkien lyhentäminen voi vähentää järjestelmän elastista muodonmuutosta ja parantaa jäykkyyttä. Esimerkiksi moottorin suora käyttö johtoruuvilla säästää välissä olevia voimansiirtolenkkejä, vähentää siirtovirheitä ja elastista muodonmuutosta sekä parantaa järjestelmän jäykkyyttä.
Paranna voimansiirtojärjestelmän jäykkyyttä esijännityksen avulla: Vierintäjohteissa ja kuularuuviparien tapauksessa esijännitysmenetelmällä voidaan luoda tietty esijännitys vierintäelementtien ja johdekiskojen tai johtoruuvien välille järjestelmän jäykkyyden parantamiseksi. Johdinruuvin tuki on suunniteltu kiinnitettäväksi molemmista päistä ja sillä voi olla esijännitysrakenne. Asettamalla johtoruuviin tietty esijännitys voidaan kumota aksiaalivoima käytön aikana ja parantaa johtoruuvin jäykkyyttä.
Jäykkä siirtojärjestelmä voi varmistaa ulkoisten häiriöiden kestävyyden prosessointiprosessin aikana ja ylläpitää vakaan prosessointitarkkuuden. Siirtojärjestelmän jäykkyyden parantamiseksi voidaan toteuttaa seuraavat toimenpiteet:
Lyhentää voimansiirtoketjua: Voimansiirtolenkkien lyhentäminen voi vähentää järjestelmän elastista muodonmuutosta ja parantaa jäykkyyttä. Esimerkiksi moottorin suora käyttö johtoruuvilla säästää välissä olevia voimansiirtolenkkejä, vähentää siirtovirheitä ja elastista muodonmuutosta sekä parantaa järjestelmän jäykkyyttä.
Paranna voimansiirtojärjestelmän jäykkyyttä esijännityksen avulla: Vierintäjohteissa ja kuularuuviparien tapauksessa esijännitysmenetelmällä voidaan luoda tietty esijännitys vierintäelementtien ja johdekiskojen tai johtoruuvien välille järjestelmän jäykkyyden parantamiseksi. Johdinruuvin tuki on suunniteltu kiinnitettäväksi molemmista päistä ja sillä voi olla esijännitysrakenne. Asettamalla johtoruuviin tietty esijännitys voidaan kumota aksiaalivoima käytön aikana ja parantaa johtoruuvin jäykkyyttä.
V. Korkean resonanssitaajuuden vaatimus
Korkea resonanssitaajuus tarkoittaa, että järjestelmä voi palata nopeasti vakaaseen tilaan ulkoisten häiriöiden vaikutuksesta ja sillä on hyvä tärinänkestävyys. Järjestelmän resonanssitaajuuden parantamiseksi voidaan aloittaa seuraavat toimet:
Optimoi voimansiirtokomponenttien rakenteellinen suunnittelu: Suunnittele voimansiirtokomponenttien, kuten johtoruuvien ja ohjauskiskojen, muoto ja koko järkevästi niiden ominaistaajuuksien parantamiseksi. Esimerkiksi onton johtoruuvin käyttö voi vähentää painoa ja parantaa ominaistaajuutta.
Valitse sopivat materiaalit: Valitse materiaaleja, joilla on korkea kimmokerroin ja alhainen tiheys, kuten titaaniseos jne., jotka voivat parantaa siirtokomponenttien jäykkyyttä ja ominaistaajuutta.
Vaimennuksen lisääminen: Järjestelmän vaimennuksen asianmukainen lisääminen voi kuluttaa värähtelyenergiaa, vähentää resonanssihuippua ja parantaa järjestelmän vakautta. Järjestelmän vaimennusta voidaan lisätä käyttämällä vaimennusmateriaaleja ja asentamalla vaimentimia.
Korkea resonanssitaajuus tarkoittaa, että järjestelmä voi palata nopeasti vakaaseen tilaan ulkoisten häiriöiden vaikutuksesta ja sillä on hyvä tärinänkestävyys. Järjestelmän resonanssitaajuuden parantamiseksi voidaan aloittaa seuraavat toimet:
Optimoi voimansiirtokomponenttien rakenteellinen suunnittelu: Suunnittele voimansiirtokomponenttien, kuten johtoruuvien ja ohjauskiskojen, muoto ja koko järkevästi niiden ominaistaajuuksien parantamiseksi. Esimerkiksi onton johtoruuvin käyttö voi vähentää painoa ja parantaa ominaistaajuutta.
Valitse sopivat materiaalit: Valitse materiaaleja, joilla on korkea kimmokerroin ja alhainen tiheys, kuten titaaniseos jne., jotka voivat parantaa siirtokomponenttien jäykkyyttä ja ominaistaajuutta.
Vaimennuksen lisääminen: Järjestelmän vaimennuksen asianmukainen lisääminen voi kuluttaa värähtelyenergiaa, vähentää resonanssihuippua ja parantaa järjestelmän vakautta. Järjestelmän vaimennusta voidaan lisätä käyttämällä vaimennusmateriaaleja ja asentamalla vaimentimia.
VI. Sopivan vaimennussuhteen vaatimus
Sopiva vaimennussuhde voi saada järjestelmän vakautumaan nopeasti häiriöiden jälkeen ilman liiallista värähtelyn vaimennusta. Sopivan vaimennussuhteen saavuttamiseksi vaimennussuhdetta voidaan säätää säätämällä järjestelmäparametreja, kuten vaimentimen parametreja ja voimansiirtokomponenttien kitkakerrointa.
Sopiva vaimennussuhde voi saada järjestelmän vakautumaan nopeasti häiriöiden jälkeen ilman liiallista värähtelyn vaimennusta. Sopivan vaimennussuhteen saavuttamiseksi vaimennussuhdetta voidaan säätää säätämällä järjestelmäparametreja, kuten vaimentimen parametreja ja voimansiirtokomponenttien kitkakerrointa.
Yhteenvetona voidaan todeta, että CNC-työstökoneiden syöttölaitteiden tiukkojen vaatimusten täyttämiseksi on toteutettava useita optimointitoimenpiteitä. Nämä toimenpiteet voivat paitsi parantaa työstökoneiden prosessointitarkkuutta ja tehokkuutta, myös parantaa työstökoneiden vakautta ja luotettavuutta, mikä tarjoaa vahvan tuen nykyaikaisen valmistuksen kehitykselle.
Käytännön sovelluksissa on myös tarpeen ottaa kattavasti huomioon eri tekijät tiettyjen käsittelytarpeiden ja työstökoneiden ominaisuuksien mukaan ja valita sopivin syöttömekanismi ja optimointitoimenpiteet. Samaan aikaan tieteen ja teknologian jatkuvan kehityksen myötä syntyy jatkuvasti uusia materiaaleja, teknologioita ja suunnittelukonsepteja, mikä tarjoaa myös laajan tilan CNC-työstökoneiden syöttömekanismien suorituskyvyn parantamiselle. Tulevaisuudessa CNC-työstökoneiden syöttömekanismi kehittyy edelleen kohti suurempaa tarkkuutta, suurempaa nopeutta ja suurempaa luotettavuutta.