"Krav och optimeringsåtgärder för matningsöverföringsmekanismen för CNC-maskiner"
Inom modern tillverkning har CNC-maskiner blivit viktig bearbetningsutrustning på grund av deras fördelar som hög precision, hög effektivitet och hög grad av automatisering. Matningsöverföringssystemet för CNC-maskiner arbetar vanligtvis med ett servomatningssystem, vilket spelar en avgörande roll. Enligt instruktionsmeddelandena som sänds från CNC-systemet förstärker det och styr sedan rörelsen hos de manöverbara komponenterna. Det behöver inte bara exakt styra matningsrörelsens hastighet utan också noggrant styra verktygets rörelseposition och bana i förhållande till arbetsstycket.
Ett typiskt slutet, styrt matningssystem för en CNC-maskin består huvudsakligen av flera delar, såsom positionsjämförelse, förstärkningskomponenter, drivenheter, mekaniska matningsöverföringsmekanismer och detekteringsåterkopplingselement. Bland dessa är den mekaniska matningsöverföringsmekanismen hela den mekaniska transmissionskedjan som omvandlar servomotorns rotationsrörelse till arbetsbordets och verktygshållarens linjära matningsrörelse, inklusive reduktionsanordningar, ledarskruv- och mutterpar, styrkomponenter och deras stödjande delar. Som en viktig länk i servosystemet bör matningsmekanismen för CNC-maskiner inte bara ha hög positioneringsnoggrannhet utan också ha goda dynamiska responsegenskaper. Systemets respons på spårningsinstruktionssignaler bör vara snabb och stabiliteten bör vara god.
För att säkerställa transmissionens noggrannhet, systemstabilitet och dynamiska responsegenskaper hos matningssystemet i vertikala fleroperationsmaskiner ställs en rad strikta krav på matningsmekanismen:
I. Krav på att det inte ska finnas något mellanrum
Transmissionsgap leder till fel i omvänd dödzon och påverkar bearbetningsnoggrannheten. För att eliminera transmissionsgap så mycket som möjligt kan metoder som att använda en länkaxel med gapseliminering och transmissionspar med gapselimineringsåtgärder användas. Till exempel, i ledarskruv- och mutterparet kan dubbelmutterförspänningsmetoden användas för att eliminera gapet genom att justera den relativa positionen mellan de två muttrarna. Samtidigt, för delar som kugghjulstransmissioner, kan metoder som justering av shims eller elastiska element också användas för att eliminera gapet för att säkerställa transmissionens noggrannhet.
Transmissionsgap leder till fel i omvänd dödzon och påverkar bearbetningsnoggrannheten. För att eliminera transmissionsgap så mycket som möjligt kan metoder som att använda en länkaxel med gapseliminering och transmissionspar med gapselimineringsåtgärder användas. Till exempel, i ledarskruv- och mutterparet kan dubbelmutterförspänningsmetoden användas för att eliminera gapet genom att justera den relativa positionen mellan de två muttrarna. Samtidigt, för delar som kugghjulstransmissioner, kan metoder som justering av shims eller elastiska element också användas för att eliminera gapet för att säkerställa transmissionens noggrannhet.
II. Krav på låg friktion
Att använda en lågfriktionstransmissionsmetod kan minska energiförluster, förbättra transmissionseffektiviteten och även bidra till att förbättra systemets svarshastighet och noggrannhet. Vanliga lågfriktionstransmissionsmetoder inkluderar hydrostatiska styrningar, rullande styrningar och kulskruvar.
Att använda en lågfriktionstransmissionsmetod kan minska energiförluster, förbättra transmissionseffektiviteten och även bidra till att förbättra systemets svarshastighet och noggrannhet. Vanliga lågfriktionstransmissionsmetoder inkluderar hydrostatiska styrningar, rullande styrningar och kulskruvar.
Hydrostatiska styrningar bildar ett lager av tryckoljefilm mellan styrytorna för att uppnå beröringsfri glidning med extremt liten friktion. Rullande styrningar använder rullande element på styrskenorna för att ersätta glidning, vilket minskar friktionen kraftigt. Kulskruvar är viktiga komponenter som omvandlar rotationsrörelse till linjär rörelse. Kulorna rullar mellan ledarskruven och muttern med låg friktionskoefficient och hög transmissionseffektivitet. Dessa lågfriktionstransmissionskomponenter kan effektivt minska matningsmekanismens motstånd under rörelse och förbättra systemets prestanda.
III. Krav på låg tröghet
För att förbättra maskinverktygets upplösning och få arbetsbordet att accelerera så mycket som möjligt för att uppnå syftet med att spåra instruktioner, bör tröghetsmomentet som omvandlas till drivaxeln av systemet vara så litet som möjligt. Detta krav kan uppnås genom att välja det optimala utväxlingsförhållandet. Att rimligt välja utväxlingsförhållandet kan minska systemets tröghetsmoment samtidigt som kraven på arbetsbordets rörelsehastighet och acceleration uppfylls. Till exempel, vid konstruktion av en reduktionsanordning, kan man, i enlighet med faktiska behov, välja ett lämpligt utväxlingsförhållande eller remskivsförhållande för att matcha servomotorns utgående hastighet med arbetsbordets rörelsehastighet och samtidigt minska tröghetsmomentet.
För att förbättra maskinverktygets upplösning och få arbetsbordet att accelerera så mycket som möjligt för att uppnå syftet med att spåra instruktioner, bör tröghetsmomentet som omvandlas till drivaxeln av systemet vara så litet som möjligt. Detta krav kan uppnås genom att välja det optimala utväxlingsförhållandet. Att rimligt välja utväxlingsförhållandet kan minska systemets tröghetsmoment samtidigt som kraven på arbetsbordets rörelsehastighet och acceleration uppfylls. Till exempel, vid konstruktion av en reduktionsanordning, kan man, i enlighet med faktiska behov, välja ett lämpligt utväxlingsförhållande eller remskivsförhållande för att matcha servomotorns utgående hastighet med arbetsbordets rörelsehastighet och samtidigt minska tröghetsmomentet.
Dessutom kan ett lättviktsdesignkoncept också användas, och material med lägre vikt kan väljas för att tillverka transmissionskomponenter. Till exempel kan användningen av lättviktsmaterial som aluminiumlegering för att tillverka ledarskruv- och mutterpar samt styrkomponenter minska systemets totala tröghet.
IV. Krav på hög styvhet
Ett högstyvt transmissionssystem kan säkerställa motståndskraft mot extern störning under bearbetningsprocessen och upprätthålla stabil bearbetningsnoggrannhet. För att förbättra transmissionssystemets styvhet kan följande åtgärder vidtas:
Förkorta transmissionskedjan: Att minska antalet transmissionslänkar kan minska systemets elastiska deformation och förbättra styvheten. Till exempel, genom att använda metoden att direkt driva ledarskruven med motorn sparas mellanliggande transmissionslänkar, vilket minskar transmissionsfel och elastisk deformation och förbättrar systemets styvhet.
Förbättra transmissionssystemets styvhet genom förspänning: För rullande styrningar och kulskruvpar kan en förspänd metod användas för att generera en viss förspänning mellan rullelementen och styrskenorna eller ledarskruvarna för att förbättra systemets styvhet. Ledarskruvstödet är utformat för att fixeras i båda ändar och kan ha en förspänd struktur. Genom att applicera en viss förspänning på ledarskruven kan axialkraften under drift motverkas och ledarskruvens styvhet förbättras.
Ett högstyvt transmissionssystem kan säkerställa motståndskraft mot extern störning under bearbetningsprocessen och upprätthålla stabil bearbetningsnoggrannhet. För att förbättra transmissionssystemets styvhet kan följande åtgärder vidtas:
Förkorta transmissionskedjan: Att minska antalet transmissionslänkar kan minska systemets elastiska deformation och förbättra styvheten. Till exempel, genom att använda metoden att direkt driva ledarskruven med motorn sparas mellanliggande transmissionslänkar, vilket minskar transmissionsfel och elastisk deformation och förbättrar systemets styvhet.
Förbättra transmissionssystemets styvhet genom förspänning: För rullande styrningar och kulskruvpar kan en förspänd metod användas för att generera en viss förspänning mellan rullelementen och styrskenorna eller ledarskruvarna för att förbättra systemets styvhet. Ledarskruvstödet är utformat för att fixeras i båda ändar och kan ha en förspänd struktur. Genom att applicera en viss förspänning på ledarskruven kan axialkraften under drift motverkas och ledarskruvens styvhet förbättras.
V. Krav på hög resonansfrekvens
En hög resonansfrekvens innebär att systemet snabbt kan återgå till ett stabilt tillstånd när det utsätts för extern störning och har god vibrationstålighet. För att förbättra systemets resonansfrekvens kan följande aspekter påbörjas:
Optimera den strukturella utformningen av transmissionskomponenter: Utforma formen och storleken på transmissionskomponenter som ledarskruvar och styrskenor på ett rimligt sätt för att förbättra deras naturliga frekvenser. Till exempel kan användningen av en ihålig ledarskruv minska vikten och förbättra den naturliga frekvensen.
Välj lämpliga material: Välj material med hög elasticitetsmodul och låg densitet, såsom titanlegering etc., vilket kan förbättra styvheten och egenfrekvensen hos transmissionskomponenter.
Öka dämpningen: Lämplig ökning av dämpningen i systemet kan förbruka vibrationsenergi, minska resonanstoppen och förbättra systemets stabilitet. Systemets dämpning kan ökas genom att använda dämpningsmaterial och installera dämpare.
En hög resonansfrekvens innebär att systemet snabbt kan återgå till ett stabilt tillstånd när det utsätts för extern störning och har god vibrationstålighet. För att förbättra systemets resonansfrekvens kan följande aspekter påbörjas:
Optimera den strukturella utformningen av transmissionskomponenter: Utforma formen och storleken på transmissionskomponenter som ledarskruvar och styrskenor på ett rimligt sätt för att förbättra deras naturliga frekvenser. Till exempel kan användningen av en ihålig ledarskruv minska vikten och förbättra den naturliga frekvensen.
Välj lämpliga material: Välj material med hög elasticitetsmodul och låg densitet, såsom titanlegering etc., vilket kan förbättra styvheten och egenfrekvensen hos transmissionskomponenter.
Öka dämpningen: Lämplig ökning av dämpningen i systemet kan förbruka vibrationsenergi, minska resonanstoppen och förbättra systemets stabilitet. Systemets dämpning kan ökas genom att använda dämpningsmaterial och installera dämpare.
VI. Krav på lämpligt dämpningsförhållande
Ett lämpligt dämpningsförhållande kan göra att systemet snabbt stabiliseras efter att ha störts utan att vibrationerna dämpas för mycket. För att erhålla ett lämpligt dämpningsförhållande kan kontroll av dämpningsförhållandet uppnås genom att justera systemparametrar som dämparens parametrar och friktionskoefficienten för transmissionskomponenterna.
Ett lämpligt dämpningsförhållande kan göra att systemet snabbt stabiliseras efter att ha störts utan att vibrationerna dämpas för mycket. För att erhålla ett lämpligt dämpningsförhållande kan kontroll av dämpningsförhållandet uppnås genom att justera systemparametrar som dämparens parametrar och friktionskoefficienten för transmissionskomponenterna.
Sammanfattningsvis, för att uppfylla de strikta kraven för CNC-maskiner för matningsöverföringsmekanismer, måste en rad optimeringsåtgärder vidtas. Dessa åtgärder kan inte bara förbättra bearbetningsnoggrannheten och effektiviteten hos verktygsmaskinerna utan också öka stabiliteten och tillförlitligheten hos verktygsmaskinerna, vilket ger starkt stöd för utvecklingen av modern tillverkning.
I praktiska tillämpningar är det också nödvändigt att noggrant beakta olika faktorer beroende på specifika bearbetningsbehov och maskinverktygets egenskaper och välja den lämpligaste matningsöverföringsmekanismen och optimeringsåtgärderna. Samtidigt, med den kontinuerliga utvecklingen inom vetenskap och teknik, framträder ständigt nya material, tekniker och designkoncept, vilket också ger ett brett utrymme för att ytterligare förbättra prestandan hos matningsöverföringsmekanismerna i CNC-verktygsmaskiner. I framtiden kommer matningsöverföringsmekanismen för CNC-verktygsmaskiner att fortsätta att utvecklas i riktning mot högre precision, högre hastighet och högre tillförlitlighet.