«Вимоги та заходи оптимізації до механізму передачі подачі верстатів з ЧПК»
У сучасному виробництві верстати з ЧПК стали ключовим обробним обладнанням завдяки своїм перевагам, таким як висока точність, висока ефективність та високий ступінь автоматизації. Система передачі подачі верстатів з ЧПК зазвичай працює із сервоприводом, який відіграє вирішальну роль. Відповідно до інструкцій, що передаються від системи ЧПК, вона підсилює та керує рухом виконавчих компонентів. Вона повинна не лише точно контролювати швидкість подачі, але й точно контролювати положення та траєкторію руху інструменту відносно заготовки.
Типова система керування подачі верстата з ЧПК із замкнутим контуром складається переважно з кількох частин, таких як компоненти порівняння позицій, підсилення, приводні вузли, механізми механічної передачі подачі та елементи зворотного зв'язку для виявлення. Серед них механізм механічної передачі подачі – це весь ланцюг механічної передачі, який перетворює обертальний рух серводвигуна на лінійний рух подачі робочого столу та тримача інструменту, включаючи редуктори, пари ходових гвинтів та гайок, напрямні компоненти та їх опорні частини. Як важлива ланка сервосистеми, механізм подачі верстатів з ЧПК повинен мати не тільки високу точність позиціонування, але й хороші динамічні характеристики. Реакція системи на сигнали команд відстеження повинна бути швидкою, а стабільність – хорошою.
Для забезпечення точності передачі, стабільності системи та динамічних характеристик системи подачі вертикальних обробних центрів до механізму подачі висувається ряд суворих вимог:
I. Вимога відсутності проміжків
Зазор у трансмісії призведе до похибки зворотної мертвої зони та вплине на точність обробки. Щоб максимально усунути зазор у трансмісії, можна застосувати такі методи, як використання важельного вала з усуненням зазору та пар трансмісій із заходами щодо усунення зазору. Наприклад, у парі ходовий гвинт-гайка можна використовувати метод подвійного попереднього натягу гайки для усунення зазору шляхом регулювання відносного положення між двома гайками. Водночас, для таких деталей, як зубчасті передачі, також можна використовувати такі методи, як регулювання прокладок або еластичних елементів, для забезпечення точності передачі.
Зазор у трансмісії призведе до похибки зворотної мертвої зони та вплине на точність обробки. Щоб максимально усунути зазор у трансмісії, можна застосувати такі методи, як використання важельного вала з усуненням зазору та пар трансмісій із заходами щодо усунення зазору. Наприклад, у парі ходовий гвинт-гайка можна використовувати метод подвійного попереднього натягу гайки для усунення зазору шляхом регулювання відносного положення між двома гайками. Водночас, для таких деталей, як зубчасті передачі, також можна використовувати такі методи, як регулювання прокладок або еластичних елементів, для забезпечення точності передачі.
II. Вимога щодо низького тертя
Використання методу передачі з низьким коефіцієнтом тертя може зменшити втрати енергії, підвищити ефективність передачі, а також допомогти покращити швидкість реакції та точність системи. До поширених методів передачі з низьким коефіцієнтом тертя належать гідростатичні напрямні, напрямні кочення та кулькові гвинти.
Використання методу передачі з низьким коефіцієнтом тертя може зменшити втрати енергії, підвищити ефективність передачі, а також допомогти покращити швидкість реакції та точність системи. До поширених методів передачі з низьким коефіцієнтом тертя належать гідростатичні напрямні, напрямні кочення та кулькові гвинти.
Гідростатичні напрямні утворюють шар масляної плівки під тиском між напрямними поверхнями для досягнення безконтактного ковзання з надзвичайно малим тертям. Напрямні, що котяться, використовують кочення елементів кочення по напрямних рейках для заміни ковзання, значно зменшуючи тертя. Кулькові гвинти є важливими компонентами, які перетворюють обертальний рух на лінійний. Кульки котяться між ходовим гвинтом і гайкою з низьким коефіцієнтом тертя та високою ефективністю передачі. Ці компоненти передачі з низьким коефіцієнтом тертя можуть ефективно зменшити опір механізму подачі під час руху та покращити продуктивність системи.
III. Вимога щодо низької інерції
Щоб покращити роздільну здатність верстата та максимально прискорити робочий стіл для досягнення мети відстеження інструкцій, момент інерції, що передається системою на приводний вал, повинен бути якомога меншим. Цієї вимоги можна досягти, вибравши оптимальне передавальне число. Розумний вибір передавального числа може зменшити момент інерції системи, водночас задовольняючи вимоги швидкості руху робочого столу та прискорення. Наприклад, під час проектування редуктора, відповідно до фактичних потреб, можна вибрати відповідне передавальне число або число шківа ременя, щоб узгодити вихідну швидкість серводвигуна зі швидкістю руху робочого столу та одночасно зменшити момент інерції.
Щоб покращити роздільну здатність верстата та максимально прискорити робочий стіл для досягнення мети відстеження інструкцій, момент інерції, що передається системою на приводний вал, повинен бути якомога меншим. Цієї вимоги можна досягти, вибравши оптимальне передавальне число. Розумний вибір передавального числа може зменшити момент інерції системи, водночас задовольняючи вимоги швидкості руху робочого столу та прискорення. Наприклад, під час проектування редуктора, відповідно до фактичних потреб, можна вибрати відповідне передавальне число або число шківа ременя, щоб узгодити вихідну швидкість серводвигуна зі швидкістю руху робочого столу та одночасно зменшити момент інерції.
Крім того, можна також застосувати концепцію легкої конструкції, а для виготовлення компонентів трансмісії можна вибрати матеріали з меншою вагою. Наприклад, використання легких матеріалів, таких як алюмінієвий сплав, для виготовлення пар ходових гвинтів та гайок і напрямних компонентів може зменшити загальну інерцію системи.
IV. Вимога високої жорсткості
Високожорстка система передачі може забезпечити стійкість до зовнішніх перешкод під час процесу обробки та підтримувати стабільну точність обробки. Для підвищення жорсткості системи передачі можна вжити таких заходів:
Скорочення передавального ланцюга: зменшення кількості передавальних ланок може зменшити пружну деформацію системи та покращити жорсткість. Наприклад, використання методу безпосереднього приводу ходового гвинта двигуном зберігає проміжні передавальні ланки, зменшує похибки передачі та пружну деформацію, а також покращує жорсткість системи.
Покращення жорсткості системи передачі шляхом попереднього натягу: Для напрямних кочення та пар кулькових гвинтів можна використовувати метод попереднього натягу, щоб створити певний попередній натяг між елементами кочення та напрямними рейками або ходовими гвинтами, що покращує жорсткість системи. Опора ходового гвинта призначена для фіксації з обох кінців і може мати попередньо розтягнуту структуру. Застосовуючи певний попередній натяг до ходового гвинта, можна протидіяти осьовій силі під час роботи та покращити жорсткість ходового гвинта.
Високожорстка система передачі може забезпечити стійкість до зовнішніх перешкод під час процесу обробки та підтримувати стабільну точність обробки. Для підвищення жорсткості системи передачі можна вжити таких заходів:
Скорочення передавального ланцюга: зменшення кількості передавальних ланок може зменшити пружну деформацію системи та покращити жорсткість. Наприклад, використання методу безпосереднього приводу ходового гвинта двигуном зберігає проміжні передавальні ланки, зменшує похибки передачі та пружну деформацію, а також покращує жорсткість системи.
Покращення жорсткості системи передачі шляхом попереднього натягу: Для напрямних кочення та пар кулькових гвинтів можна використовувати метод попереднього натягу, щоб створити певний попередній натяг між елементами кочення та напрямними рейками або ходовими гвинтами, що покращує жорсткість системи. Опора ходового гвинта призначена для фіксації з обох кінців і може мати попередньо розтягнуту структуру. Застосовуючи певний попередній натяг до ходового гвинта, можна протидіяти осьовій силі під час роботи та покращити жорсткість ходового гвинта.
V. Вимога високої резонансної частоти
Висока резонансна частота означає, що система може швидко повернутися до стабільного стану під впливом зовнішніх перешкод і має добру стійкість до вібрацій. Для покращення резонансної частоти системи можна вжити таких заходів:
Оптимізація структурної конструкції компонентів трансмісії: Розумно спроектуйте форму та розмір компонентів трансмісії, таких як ходові гвинти та напрямні рейки, щоб покращити їх власні частоти. Наприклад, використання порожнистого ходового гвинта може зменшити вагу та покращити власну частоту.
Виберіть відповідні матеріали: оберіть матеріали з високим модулем пружності та низькою щільністю, такі як титановий сплав тощо, які можуть покращити жорсткість та власну частоту компонентів передачі.
Збільшення демпфування: Відповідне збільшення демпфування в системі може споживати енергію вібрації, зменшувати резонансний пік і покращувати стабільність системи. Демпфування системи можна збільшити, використовуючи демпфуючі матеріали та встановлюючи демпфери.
Висока резонансна частота означає, що система може швидко повернутися до стабільного стану під впливом зовнішніх перешкод і має добру стійкість до вібрацій. Для покращення резонансної частоти системи можна вжити таких заходів:
Оптимізація структурної конструкції компонентів трансмісії: Розумно спроектуйте форму та розмір компонентів трансмісії, таких як ходові гвинти та напрямні рейки, щоб покращити їх власні частоти. Наприклад, використання порожнистого ходового гвинта може зменшити вагу та покращити власну частоту.
Виберіть відповідні матеріали: оберіть матеріали з високим модулем пружності та низькою щільністю, такі як титановий сплав тощо, які можуть покращити жорсткість та власну частоту компонентів передачі.
Збільшення демпфування: Відповідне збільшення демпфування в системі може споживати енергію вібрації, зменшувати резонансний пік і покращувати стабільність системи. Демпфування системи можна збільшити, використовуючи демпфуючі матеріали та встановлюючи демпфери.
VI. Вимога до відповідного коефіцієнта демпфування
Відповідний коефіцієнт демпфування може забезпечити швидку стабілізацію системи після збурення без надмірного ослаблення вібрації. Для отримання відповідного коефіцієнта демпфування його можна контролювати, регулюючи параметри системи, такі як параметри демпфера та коефіцієнт тертя компонентів трансмісії.
Відповідний коефіцієнт демпфування може забезпечити швидку стабілізацію системи після збурення без надмірного ослаблення вібрації. Для отримання відповідного коефіцієнта демпфування його можна контролювати, регулюючи параметри системи, такі як параметри демпфера та коефіцієнт тертя компонентів трансмісії.
Підсумовуючи, для задоволення суворих вимог верстатів з ЧПК до механізмів передачі подачі необхідно вжити низку оптимізаційних заходів. Ці заходи можуть не тільки покращити точність обробки та ефективність верстатів, але й підвищити їх стабільність та надійність, забезпечуючи значну підтримку розвитку сучасного виробництва.
У практичному застосуванні також необхідно всебічно враховувати різні фактори відповідно до конкретних потреб обробки та характеристик верстата, а також вибирати найбільш підходящий механізм передачі подачі та заходи оптимізації. Водночас, з постійним прогресом науки і техніки, постійно з'являються нові матеріали, технології та конструктивні концепції, що також створює широкий простір для подальшого покращення продуктивності механізмів передачі подачі верстатів з ЧПК. У майбутньому механізм передачі подачі верстатів з ЧПК продовжуватиме розвиватися в напрямку вищої точності, вищої швидкості та вищої надійності.