"Requisitos e medidas de optimización para o mecanismo de transmisión de alimentación das máquinas-ferramenta CNC"
Na fabricación moderna, as máquinas-ferramenta CNC convertéronse en equipos de procesamento clave debido ás súas vantaxes, como a alta precisión, a alta eficiencia e o alto grao de automatización. O sistema de transmisión de alimentación das máquinas-ferramenta CNC adoita funcionar cun sistema de alimentación servo, que desempeña un papel crucial. Segundo as mensaxes de instrucións transmitidas polo sistema CNC, este amplifica e logo controla o movemento dos compoñentes actuadores. Non só precisa controlar con precisión a velocidade do movemento de alimentación, senón tamén controlar con precisión a posición de movemento e a traxectoria da ferramenta en relación coa peza.
Un sistema de alimentación controlado en bucle pechado típico dunha máquina ferramenta CNC está composto principalmente por varias partes, como a comparación de posición, os compoñentes de amplificación, as unidades de accionamento, os mecanismos de transmisión de alimentación mecánica e os elementos de retroalimentación de detección. Entre elas, o mecanismo de transmisión de alimentación mecánica é toda a cadea de transmisión mecánica que converte o movemento de rotación do servomotor no movemento de alimentación lineal da mesa de traballo e do portaferramentas, incluíndo dispositivos de redución, pares de parafuso e porca, compoñentes guía e as súas pezas de soporte. Como elo importante no sistema servo, o mecanismo de alimentación das máquinas ferramenta CNC non só debe ter unha alta precisión de posicionamento, senón tamén boas características de resposta dinámica. A resposta do sistema aos sinais de instrucións de seguimento debe ser rápida e a estabilidade debe ser boa.
Para garantir a precisión da transmisión, a estabilidade do sistema e as características de resposta dinámica do sistema de alimentación dos centros de mecanizado verticais, propóñense unha serie de requisitos estritos para o mecanismo de alimentación:
I. Requisito de ausencia de espazo
A fenda de transmisión provocará un erro na zona morta inversa e afectará á precisión do procesamento. Para eliminar a fenda de transmisión na medida do posible, pódense adoptar métodos como o uso dun eixe de articulación con eliminación de fendas e pares de transmisión con medidas de eliminación de fendas. Por exemplo, no par de parafuso de avance e porca, pódese usar o método de precarga de dobre porca para eliminar a fenda axustando a posición relativa entre as dúas porcas. Ao mesmo tempo, para pezas como as transmisións de engrenaxes, tamén se poden usar métodos como o axuste de calzos ou elementos elásticos para eliminar a fenda para garantir a precisión da transmisión.
A fenda de transmisión provocará un erro na zona morta inversa e afectará á precisión do procesamento. Para eliminar a fenda de transmisión na medida do posible, pódense adoptar métodos como o uso dun eixe de articulación con eliminación de fendas e pares de transmisión con medidas de eliminación de fendas. Por exemplo, no par de parafuso de avance e porca, pódese usar o método de precarga de dobre porca para eliminar a fenda axustando a posición relativa entre as dúas porcas. Ao mesmo tempo, para pezas como as transmisións de engrenaxes, tamén se poden usar métodos como o axuste de calzos ou elementos elásticos para eliminar a fenda para garantir a precisión da transmisión.
II. Requisito de baixa fricción
A adopción dun método de transmisión de baixa fricción pode reducir a perda de enerxía, mellorar a eficiencia da transmisión e tamén axudar a mellorar a velocidade de resposta e a precisión do sistema. Os métodos comúns de transmisión de baixa fricción inclúen guías hidrostáticas, guías de rodadura e parafusos de bólas.
A adopción dun método de transmisión de baixa fricción pode reducir a perda de enerxía, mellorar a eficiencia da transmisión e tamén axudar a mellorar a velocidade de resposta e a precisión do sistema. Os métodos comúns de transmisión de baixa fricción inclúen guías hidrostáticas, guías de rodadura e parafusos de bólas.
As guías hidrostáticas forman unha capa de película de aceite a presión entre as superficies da guía para conseguir un deslizamento sen contacto cunha fricción extremadamente pequena. As guías de rodadura usan o rodamento de elementos de rodadura nos carrís de guía para substituír o deslizamento, o que reduce considerablemente a fricción. Os parafusos de bólas son compoñentes importantes que converten o movemento de rotación en movemento lineal. As bólas rodan entre o parafuso de avance e a porca cun baixo coeficiente de fricción e unha alta eficiencia de transmisión. Estes compoñentes de transmisión de baixa fricción poden reducir eficazmente a resistencia do mecanismo de alimentación durante o movemento e mellorar o rendemento do sistema.
III. Requisito de baixa inercia
Para mellorar a resolución da máquina-ferramenta e facer que a mesa de traballo acelere o máximo posible para lograr o propósito de seguir as instrucións, o momento de inercia convertido ao eixe de accionamento polo sistema debe ser o máis pequeno posible. Este requisito pódese conseguir seleccionando a relación de transmisión óptima. Escoller razoablemente a relación de transmisión pode reducir o momento de inercia do sistema e, ao mesmo tempo, cumprir os requisitos de velocidade de movemento da mesa de traballo e aceleración. Por exemplo, ao deseñar un dispositivo de redución, segundo as necesidades reais, pódese seleccionar unha relación de transmisión ou unha relación de polea axeitada para que coincida coa velocidade de saída do servomotor coa velocidade de movemento da mesa de traballo e reducir o momento de inercia ao mesmo tempo.
Para mellorar a resolución da máquina-ferramenta e facer que a mesa de traballo acelere o máximo posible para lograr o propósito de seguir as instrucións, o momento de inercia convertido ao eixe de accionamento polo sistema debe ser o máis pequeno posible. Este requisito pódese conseguir seleccionando a relación de transmisión óptima. Escoller razoablemente a relación de transmisión pode reducir o momento de inercia do sistema e, ao mesmo tempo, cumprir os requisitos de velocidade de movemento da mesa de traballo e aceleración. Por exemplo, ao deseñar un dispositivo de redución, segundo as necesidades reais, pódese seleccionar unha relación de transmisión ou unha relación de polea axeitada para que coincida coa velocidade de saída do servomotor coa velocidade de movemento da mesa de traballo e reducir o momento de inercia ao mesmo tempo.
Ademais, tamén se pode adoptar un concepto de deseño lixeiro e seleccionar materiais máis lixeiros para fabricar compoñentes de transmisión. Por exemplo, o uso de materiais lixeiros como a aliaxe de aluminio para fabricar pares de parafusos e porcas e compoñentes guía pode reducir a inercia xeral do sistema.
IV. Requisito de alta rixidez
Un sistema de transmisión de alta rixidez pode garantir a resistencia ás interferencias externas durante o proceso de procesamento e manter unha precisión de procesamento estable. Para mellorar a rixidez do sistema de transmisión, pódense tomar as seguintes medidas:
Acurtar a cadea de transmisión: reducir as conexións de transmisión pode reducir a deformación elástica do sistema e mellorar a rixidez. Por exemplo, o uso do método de accionamento directo do parafuso de avance polo motor aforra as conexións de transmisión intermedias, reduce os erros de transmisión e a deformación elástica e mellora a rixidez do sistema.
Mellorar a rixidez do sistema de transmisión mediante precarga: Para guías de rodadura e pares de parafusos de bólas, pódese empregar un método de precarga para xerar unha certa precarga entre os elementos de rodadura e os carrís guía ou os parafusos de avance para mellorar a rixidez do sistema. O soporte do parafuso de avance está deseñado para ser fixado en ambos extremos e pode ter unha estrutura preestirada. Ao aplicar unha certa pretensión ao parafuso de avance, pódese contrarrestar a forza axial durante o funcionamento e pódese mellorar a rixidez do parafuso de avance.
Un sistema de transmisión de alta rixidez pode garantir a resistencia ás interferencias externas durante o proceso de procesamento e manter unha precisión de procesamento estable. Para mellorar a rixidez do sistema de transmisión, pódense tomar as seguintes medidas:
Acurtar a cadea de transmisión: reducir as conexións de transmisión pode reducir a deformación elástica do sistema e mellorar a rixidez. Por exemplo, o uso do método de accionamento directo do parafuso de avance polo motor aforra as conexións de transmisión intermedias, reduce os erros de transmisión e a deformación elástica e mellora a rixidez do sistema.
Mellorar a rixidez do sistema de transmisión mediante precarga: Para guías de rodadura e pares de parafusos de bólas, pódese empregar un método de precarga para xerar unha certa precarga entre os elementos de rodadura e os carrís guía ou os parafusos de avance para mellorar a rixidez do sistema. O soporte do parafuso de avance está deseñado para ser fixado en ambos extremos e pode ter unha estrutura preestirada. Ao aplicar unha certa pretensión ao parafuso de avance, pódese contrarrestar a forza axial durante o funcionamento e pódese mellorar a rixidez do parafuso de avance.
V. Requisito de alta frecuencia resonante
Unha alta frecuencia de resonancia significa que o sistema pode volver rapidamente a un estado estable cando se somete a interferencias externas e ten unha boa resistencia ás vibracións. Para mellorar a frecuencia de resonancia do sistema, pódense comezar cos seguintes aspectos:
Optimizar o deseño estrutural dos compoñentes de transmisión: deseña razoablemente a forma e o tamaño dos compoñentes de transmisión, como os parafusos de avance e os carrís guía, para mellorar as súas frecuencias naturais. Por exemplo, o uso dun parafuso de avance oco pode reducir o peso e mellorar a frecuencia natural.
Selecciona materiais axeitados: selecciona materiais con módulo elástico alto e baixa densidade, como aliaxes de titanio, etc., que poidan mellorar a rixidez e a frecuencia natural dos compoñentes de transmisión.
Aumentar a amortiguación: Un aumento axeitado da amortiguación no sistema pode consumir enerxía de vibración, reducir o pico resonante e mellorar a estabilidade do sistema. A amortiguación do sistema pódese aumentar empregando materiais de amortiguación e instalando amortecedores.
Unha alta frecuencia de resonancia significa que o sistema pode volver rapidamente a un estado estable cando se somete a interferencias externas e ten unha boa resistencia ás vibracións. Para mellorar a frecuencia de resonancia do sistema, pódense comezar cos seguintes aspectos:
Optimizar o deseño estrutural dos compoñentes de transmisión: deseña razoablemente a forma e o tamaño dos compoñentes de transmisión, como os parafusos de avance e os carrís guía, para mellorar as súas frecuencias naturais. Por exemplo, o uso dun parafuso de avance oco pode reducir o peso e mellorar a frecuencia natural.
Selecciona materiais axeitados: selecciona materiais con módulo elástico alto e baixa densidade, como aliaxes de titanio, etc., que poidan mellorar a rixidez e a frecuencia natural dos compoñentes de transmisión.
Aumentar a amortiguación: Un aumento axeitado da amortiguación no sistema pode consumir enerxía de vibración, reducir o pico resonante e mellorar a estabilidade do sistema. A amortiguación do sistema pódese aumentar empregando materiais de amortiguación e instalando amortecedores.
VI. Requisito dunha relación de amortecemento axeitada
Unha relación de amortecemento axeitada pode facer que o sistema se estabilice rapidamente despois de ser perturbado sen unha atenuación excesiva da vibración. Para obter unha relación de amortecemento axeitada, o control da relación de amortecemento pódese conseguir axustando os parámetros do sistema, como os parámetros do amortecedor e o coeficiente de fricción dos compoñentes de transmisión.
Unha relación de amortecemento axeitada pode facer que o sistema se estabilice rapidamente despois de ser perturbado sen unha atenuación excesiva da vibración. Para obter unha relación de amortecemento axeitada, o control da relación de amortecemento pódese conseguir axustando os parámetros do sistema, como os parámetros do amortecedor e o coeficiente de fricción dos compoñentes de transmisión.
En resumo, para cumprir os estritos requisitos das máquinas-ferramenta CNC para os mecanismos de transmisión de alimentación, é necesario tomar unha serie de medidas de optimización. Estas medidas non só poden mellorar a precisión e a eficiencia do procesamento das máquinas-ferramenta, senón que tamén melloran a estabilidade e a fiabilidade das máquinas-ferramenta, o que proporciona un forte apoio para o desenvolvemento da fabricación moderna.
Nas aplicacións prácticas, tamén é necesario considerar exhaustivamente varios factores segundo as necesidades específicas de procesamento e as características das máquinas-ferramenta e seleccionar o mecanismo de transmisión de alimentación e as medidas de optimización máis axeitados. Ao mesmo tempo, co progreso continuo da ciencia e a tecnoloxía, xorden constantemente novos materiais, tecnoloxías e conceptos de deseño, o que tamén proporciona un amplo espazo para mellorar aínda máis o rendemento dos mecanismos de transmisión de alimentación das máquinas-ferramenta CNC. No futuro, o mecanismo de transmisión de alimentación das máquinas-ferramenta CNC seguirá desenvolvéndose na dirección dunha maior precisión, maior velocidade e maior fiabilidade.