“Vereisten en optimalisatiemaatregelen voor het voedingstransmissiemechanisme van CNC-bewerkingsmachines”
In de moderne productie zijn CNC-bewerkingsmachines belangrijke verwerkingsapparatuur geworden vanwege hun voordelen, zoals hoge precisie, hoge efficiëntie en hoge mate van automatisering. Het voedingstransmissiesysteem van CNC-bewerkingsmachines werkt meestal met een servo-voedingssysteem, dat een cruciale rol speelt. Op basis van de instructieberichten die door het CNC-systeem worden verzonden, versterkt en bestuurt het vervolgens de beweging van de actuatoren. Het moet niet alleen de snelheid van de voedingsbeweging nauwkeurig regelen, maar ook de bewegingspositie en -baan van het gereedschap ten opzichte van het werkstuk.
Een typisch closed-loop gestuurd voedingssysteem van een CNC-bewerkingsmachine bestaat voornamelijk uit verschillende onderdelen, zoals positievergelijking, versterkingscomponenten, aandrijfeenheden, mechanische voedingstransmissiemechanismen en detectiefeedbackelementen. Het mechanische voedingstransmissiemechanisme is de volledige mechanische transmissieketen die de roterende beweging van de servomotor omzet in een lineaire voedingsbeweging van de werktafel en gereedschapshouder, inclusief reductie-inrichtingen, spindel- en moerparen, geleidingscomponenten en hun ondersteunende onderdelen. Als belangrijke schakel in het servosysteem moet het voedingsmechanisme van CNC-bewerkingsmachines niet alleen een hoge positioneringsnauwkeurigheid hebben, maar ook goede dynamische responseigenschappen. De respons van het systeem op volginstructiesignalen moet snel zijn en de stabiliteit moet goed zijn.
Om de transmissienauwkeurigheid, systeemstabiliteit en dynamische responskarakteristieken van het toevoersysteem van verticale bewerkingscentra te garanderen, worden er een reeks strenge eisen gesteld aan het toevoermechanisme:
I. Vereiste voor geen opening
Een transmissiespleet leidt tot een fout in de omgekeerde dode zone en beïnvloedt de verwerkingsnauwkeurigheid. Om de transmissiespleet zoveel mogelijk te elimineren, kunnen methoden zoals het gebruik van een verbindingsas met spleeteliminatie en transmissieparen met spleeteliminatiemaatregelen worden toegepast. Zo kan in het leidspindel-moerpaar de dubbele moervoorspanningsmethode worden gebruikt om de spleet te elimineren door de relatieve positie tussen de twee moeren aan te passen. Tegelijkertijd kunnen voor onderdelen zoals tandwieloverbrengingen ook methoden zoals het aanpassen van vulplaatjes of elastische elementen worden gebruikt om de spleet te elimineren en zo de nauwkeurigheid van de transmissie te waarborgen.
Een transmissiespleet leidt tot een fout in de omgekeerde dode zone en beïnvloedt de verwerkingsnauwkeurigheid. Om de transmissiespleet zoveel mogelijk te elimineren, kunnen methoden zoals het gebruik van een verbindingsas met spleeteliminatie en transmissieparen met spleeteliminatiemaatregelen worden toegepast. Zo kan in het leidspindel-moerpaar de dubbele moervoorspanningsmethode worden gebruikt om de spleet te elimineren door de relatieve positie tussen de twee moeren aan te passen. Tegelijkertijd kunnen voor onderdelen zoals tandwieloverbrengingen ook methoden zoals het aanpassen van vulplaatjes of elastische elementen worden gebruikt om de spleet te elimineren en zo de nauwkeurigheid van de transmissie te waarborgen.
II. Vereiste voor lage wrijving
Het toepassen van een transmissiemethode met lage wrijving kan energieverlies verminderen, de transmissie-efficiëntie verbeteren en ook de reactiesnelheid en nauwkeurigheid van het systeem verbeteren. Veelgebruikte transmissiemethoden met lage wrijving zijn hydrostatische geleiders, rolgeleiders en kogelomloopspindels.
Het toepassen van een transmissiemethode met lage wrijving kan energieverlies verminderen, de transmissie-efficiëntie verbeteren en ook de reactiesnelheid en nauwkeurigheid van het systeem verbeteren. Veelgebruikte transmissiemethoden met lage wrijving zijn hydrostatische geleiders, rolgeleiders en kogelomloopspindels.
Hydrostatische geleidingen vormen een oliefilm tussen de geleidingsoppervlakken om contactloos glijden met extreem lage wrijving te bereiken. Rolgeleidingen gebruiken het rollen van rolelementen op de geleiderails om glijden te vervangen, waardoor wrijving aanzienlijk wordt verminderd. Kogelomloopspindels zijn belangrijke componenten die roterende beweging omzetten in lineaire beweging. De kogels rollen tussen de spindel en de moer met een lage wrijvingscoëfficiënt en een hoge transmissie-efficiëntie. Deze wrijvingsarme transmissiecomponenten kunnen de weerstand van het toevoermechanisme tijdens de beweging effectief verminderen en de prestaties van het systeem verbeteren.
III. Vereiste voor lage traagheid
Om de resolutie van de machine te verbeteren en de werktafel zo snel mogelijk te laten accelereren om het doel van het volgen van instructies te bereiken, moet het traagheidsmoment dat door het systeem naar de aandrijfas wordt omgezet zo klein mogelijk zijn. Aan deze eis kan worden voldaan door de optimale overbrengingsverhouding te selecteren. Een verstandige keuze van de overbrengingsverhouding kan het traagheidsmoment van het systeem verminderen en tegelijkertijd voldoen aan de eisen ten aanzien van de bewegingssnelheid en acceleratie van de werktafel. Bij het ontwerpen van een reductiekast kan bijvoorbeeld, afhankelijk van de werkelijke behoeften, een geschikte overbrengingsverhouding of poelieverhouding worden gekozen om de uitgangssnelheid van de servomotor af te stemmen op de bewegingssnelheid van de werktafel en tegelijkertijd het traagheidsmoment te verminderen.
Om de resolutie van de machine te verbeteren en de werktafel zo snel mogelijk te laten accelereren om het doel van het volgen van instructies te bereiken, moet het traagheidsmoment dat door het systeem naar de aandrijfas wordt omgezet zo klein mogelijk zijn. Aan deze eis kan worden voldaan door de optimale overbrengingsverhouding te selecteren. Een verstandige keuze van de overbrengingsverhouding kan het traagheidsmoment van het systeem verminderen en tegelijkertijd voldoen aan de eisen ten aanzien van de bewegingssnelheid en acceleratie van de werktafel. Bij het ontwerpen van een reductiekast kan bijvoorbeeld, afhankelijk van de werkelijke behoeften, een geschikte overbrengingsverhouding of poelieverhouding worden gekozen om de uitgangssnelheid van de servomotor af te stemmen op de bewegingssnelheid van de werktafel en tegelijkertijd het traagheidsmoment te verminderen.
Daarnaast kan een lichtgewicht ontwerpconcept worden toegepast en kunnen lichtere materialen worden gekozen voor transmissiecomponenten. Zo kan het gebruik van lichtgewicht materialen zoals aluminiumlegering voor de productie van spindel- en moerparen en geleidingscomponenten de totale traagheid van het systeem verminderen.
IV. Vereiste voor hoge stijfheid
Een transmissiesysteem met hoge stijfheid garandeert weerstand tegen externe interferentie tijdens het verwerkingsproces en handhaaft een stabiele verwerkingsnauwkeurigheid. Om de stijfheid van het transmissiesysteem te verbeteren, kunnen de volgende maatregelen worden genomen:
Verkort de transmissieketen: Het verkleinen van de transmissieschakels kan de elastische vervorming van het systeem verminderen en de stijfheid verbeteren. Bijvoorbeeld, door de leidspindel direct door de motor aan te drijven, worden tussenliggende transmissieschakels bespaard, transmissiefouten en elastische vervorming verminderd en de stijfheid van het systeem verbeterd.
Verbeter de stijfheid van het transmissiesysteem door voorspanning: Voor rolgeleiders en kogelomloopspindels kan een voorspanningsmethode worden gebruikt om een bepaalde voorspanning te creëren tussen de rolelementen en de geleiderails of leidspindels om de stijfheid van het systeem te verbeteren. De leidspindelsteun is ontworpen om aan beide uiteinden te worden bevestigd en kan een voorgespannen structuur hebben. Door een bepaalde voorspanning op de leidspindel aan te brengen, kan de axiale kracht tijdens bedrijf worden tegengegaan en de stijfheid van de leidspindel worden verbeterd.
Een transmissiesysteem met hoge stijfheid garandeert weerstand tegen externe interferentie tijdens het verwerkingsproces en handhaaft een stabiele verwerkingsnauwkeurigheid. Om de stijfheid van het transmissiesysteem te verbeteren, kunnen de volgende maatregelen worden genomen:
Verkort de transmissieketen: Het verkleinen van de transmissieschakels kan de elastische vervorming van het systeem verminderen en de stijfheid verbeteren. Bijvoorbeeld, door de leidspindel direct door de motor aan te drijven, worden tussenliggende transmissieschakels bespaard, transmissiefouten en elastische vervorming verminderd en de stijfheid van het systeem verbeterd.
Verbeter de stijfheid van het transmissiesysteem door voorspanning: Voor rolgeleiders en kogelomloopspindels kan een voorspanningsmethode worden gebruikt om een bepaalde voorspanning te creëren tussen de rolelementen en de geleiderails of leidspindels om de stijfheid van het systeem te verbeteren. De leidspindelsteun is ontworpen om aan beide uiteinden te worden bevestigd en kan een voorgespannen structuur hebben. Door een bepaalde voorspanning op de leidspindel aan te brengen, kan de axiale kracht tijdens bedrijf worden tegengegaan en de stijfheid van de leidspindel worden verbeterd.
V. Vereiste voor hoge resonantiefrequentie
Een hoge resonantiefrequentie betekent dat het systeem snel kan terugkeren naar een stabiele toestand bij externe interferentie en een goede trillingsbestendigheid heeft. Om de resonantiefrequentie van het systeem te verbeteren, kunnen de volgende aspecten worden aangepakt:
Optimaliseer het structurele ontwerp van transmissiecomponenten: ontwerp de vorm en grootte van transmissiecomponenten zoals leidspindels en geleiderails op een verstandige manier om hun eigenfrequenties te verbeteren. Het gebruik van een holle leidspindel kan bijvoorbeeld het gewicht verlagen en de eigenfrequentie verbeteren.
Selecteer geschikte materialen: Selecteer materialen met een hoge elasticiteitsmodulus en een lage dichtheid, zoals titaniumlegering, enz., die de stijfheid en eigenfrequentie van transmissiecomponenten kunnen verbeteren.
Verhoogde demping: Een adequate verhoging van de demping in het systeem kan trillingsenergie verbruiken, de resonantiepiek verminderen en de stabiliteit van het systeem verbeteren. De demping van het systeem kan worden verhoogd door dempingsmaterialen te gebruiken en dempers te installeren.
Een hoge resonantiefrequentie betekent dat het systeem snel kan terugkeren naar een stabiele toestand bij externe interferentie en een goede trillingsbestendigheid heeft. Om de resonantiefrequentie van het systeem te verbeteren, kunnen de volgende aspecten worden aangepakt:
Optimaliseer het structurele ontwerp van transmissiecomponenten: ontwerp de vorm en grootte van transmissiecomponenten zoals leidspindels en geleiderails op een verstandige manier om hun eigenfrequenties te verbeteren. Het gebruik van een holle leidspindel kan bijvoorbeeld het gewicht verlagen en de eigenfrequentie verbeteren.
Selecteer geschikte materialen: Selecteer materialen met een hoge elasticiteitsmodulus en een lage dichtheid, zoals titaniumlegering, enz., die de stijfheid en eigenfrequentie van transmissiecomponenten kunnen verbeteren.
Verhoogde demping: Een adequate verhoging van de demping in het systeem kan trillingsenergie verbruiken, de resonantiepiek verminderen en de stabiliteit van het systeem verbeteren. De demping van het systeem kan worden verhoogd door dempingsmaterialen te gebruiken en dempers te installeren.
VI. Vereiste voor een geschikte dempingsverhouding
Een geschikte dempingsverhouding kan ervoor zorgen dat het systeem zich snel stabiliseert na verstoring, zonder overmatige demping van trillingen. Om een geschikte dempingsverhouding te verkrijgen, kan de dempingsverhouding worden geregeld door systeemparameters aan te passen, zoals de parameters van de demper en de wrijvingscoëfficiënt van de transmissiecomponenten.
Een geschikte dempingsverhouding kan ervoor zorgen dat het systeem zich snel stabiliseert na verstoring, zonder overmatige demping van trillingen. Om een geschikte dempingsverhouding te verkrijgen, kan de dempingsverhouding worden geregeld door systeemparameters aan te passen, zoals de parameters van de demper en de wrijvingscoëfficiënt van de transmissiecomponenten.
Kortom, om te voldoen aan de strenge eisen van CNC-bewerkingsmachines voor voedingstransmissiemechanismen, is een reeks optimalisatiemaatregelen nodig. Deze maatregelen kunnen niet alleen de verwerkingsnauwkeurigheid en -efficiëntie van bewerkingsmachines verbeteren, maar ook de stabiliteit en betrouwbaarheid ervan vergroten, wat de ontwikkeling van moderne productiemethoden sterk ondersteunt.
In praktische toepassingen is het ook noodzakelijk om verschillende factoren, afhankelijk van de specifieke verwerkingsbehoeften en de kenmerken van de machine, uitgebreid te overwegen en het meest geschikte voedingstransmissiemechanisme en optimalisatiemaatregelen te selecteren. Tegelijkertijd ontstaan er, met de voortdurende vooruitgang in wetenschap en technologie, voortdurend nieuwe materialen, technologieën en ontwerpconcepten, wat ook veel ruimte biedt voor verdere verbetering van de prestaties van voedingstransmissiemechanismen van CNC-bewerkingsmachines. In de toekomst zal het voedingstransmissiemechanisme van CNC-bewerkingsmachines zich blijven ontwikkelen in de richting van hogere precisie, hogere snelheid en hogere betrouwbaarheid.