«Требования и меры оптимизации к механизмам передачи подач станков с ЧПУ»
В современном производстве станки с ЧПУ стали ключевым технологическим оборудованием благодаря таким преимуществам, как высокая точность, эффективность и высокая степень автоматизации. Система подачи станков с ЧПУ обычно работает с сервоприводом, который играет решающую роль. В соответствии с командами, передаваемыми системой ЧПУ, она усиливает и затем управляет перемещением исполнительных элементов. Необходимо не только точно контролировать скорость подачи, но и точно контролировать положение и траекторию перемещения инструмента относительно заготовки.
Типичная система подачи с замкнутым контуром управления станка с ЧПУ состоит в основном из нескольких компонентов, таких как устройство сравнения положения, усилительные компоненты, приводные устройства, механические передаточные механизмы подачи и элементы обратной связи. Среди них механический передаточный механизм подачи представляет собой всю механическую трансмиссионную цепь, преобразующую вращательное движение серводвигателя в линейное перемещение подачи рабочего стола и держателя инструмента, включая редукторы, пары ходового винта и гайки, направляющие и их опорные элементы. Будучи важным звеном сервосистемы, механизм подачи станка с ЧПУ должен не только обладать высокой точностью позиционирования, но и хорошими динамическими характеристиками. Реакция системы на сигналы команд слежения должна быть быстрой, а стабильность – высокой.
Для обеспечения точности передачи, стабильности работы и динамических характеристик системы подач вертикальных обрабатывающих центров к механизму подачи предъявляется ряд жестких требований:
I. Требование отсутствия зазоров
Зазор в передаче приводит к ошибке обратной мертвой зоны и влияет на точность обработки. Для максимального устранения зазора в передаче можно использовать такие методы, как использование кулачкового вала с устранением зазора и пар передач с устранением зазора. Например, в паре ходовой винт-гайка для устранения зазора можно использовать метод предварительного натяжения двух гаек путем регулировки их относительного положения. В то же время, для таких деталей, как зубчатые передачи, для устранения зазора и обеспечения точности передачи можно использовать такие методы, как регулировочные прокладки или упругие элементы.
Зазор в передаче приводит к ошибке обратной мертвой зоны и влияет на точность обработки. Для максимального устранения зазора в передаче можно использовать такие методы, как использование кулачкового вала с устранением зазора и пар передач с устранением зазора. Например, в паре ходовой винт-гайка для устранения зазора можно использовать метод предварительного натяжения двух гаек путем регулировки их относительного положения. В то же время, для таких деталей, как зубчатые передачи, для устранения зазора и обеспечения точности передачи можно использовать такие методы, как регулировочные прокладки или упругие элементы.
II. Требование низкого трения
Использование метода передачи с низким трением позволяет снизить потери энергии, повысить эффективность передачи, а также скорость отклика и точность системы. К распространённым методам передачи с низким трением относятся гидростатические направляющие, роликовые направляющие и шарико-винтовые передачи.
Использование метода передачи с низким трением позволяет снизить потери энергии, повысить эффективность передачи, а также скорость отклика и точность системы. К распространённым методам передачи с низким трением относятся гидростатические направляющие, роликовые направляющие и шарико-винтовые передачи.
Гидростатические направляющие образуют между направляющими поверхностями слой масляной плёнки под давлением, обеспечивая бесконтактное скольжение с крайне малым трением. Роликовые направляющие используют качение тел качения по направляющим рельсам вместо скольжения, что значительно снижает трение. Шариковые винтовые передачи являются важными компонентами, преобразующими вращательное движение в поступательное. Шарики катятся между ходовым винтом и гайкой с низким коэффициентом трения и высокой эффективностью передачи. Эти компоненты трансмиссии с низким коэффициентом трения эффективно снижают сопротивление механизма подачи во время движения и повышают производительность системы.
III. Требование малой инерционности
Для повышения разрешения станка и максимального ускорения рабочего стола для достижения цели отслеживания, момент инерции, передаваемый системой на приводной вал, должен быть как можно меньше. Этого можно достичь, выбрав оптимальное передаточное отношение. Рациональный выбор передаточного отношения может снизить момент инерции системы, одновременно удовлетворяя требованиям к скорости перемещения и ускорению рабочего стола. Например, при проектировании редуктора, в соответствии с реальными потребностями, можно выбрать подходящее передаточное отношение или передаточное отношение ременного шкива, чтобы согласовать выходную скорость серводвигателя со скоростью перемещения рабочего стола и одновременно уменьшить момент инерции.
Для повышения разрешения станка и максимального ускорения рабочего стола для достижения цели отслеживания, момент инерции, передаваемый системой на приводной вал, должен быть как можно меньше. Этого можно достичь, выбрав оптимальное передаточное отношение. Рациональный выбор передаточного отношения может снизить момент инерции системы, одновременно удовлетворяя требованиям к скорости перемещения и ускорению рабочего стола. Например, при проектировании редуктора, в соответствии с реальными потребностями, можно выбрать подходящее передаточное отношение или передаточное отношение ременного шкива, чтобы согласовать выходную скорость серводвигателя со скоростью перемещения рабочего стола и одновременно уменьшить момент инерции.
Кроме того, можно реализовать концепцию облегченной конструкции и выбрать более легкие материалы для изготовления компонентов трансмиссии. Например, использование легких материалов, таких как алюминиевый сплав, для изготовления пар ходовой винт-гайка и направляющих элементов может снизить общую инерцию системы.
IV. Требование высокой жесткости
Высокожесткая система передачи обеспечивает устойчивость к внешним помехам в процессе обработки и поддерживает стабильную точность обработки. Для повышения жёсткости системы передачи можно принять следующие меры:
Укоротите цепь привода: уменьшение длины звеньев привода может снизить упругую деформацию системы и повысить жёсткость. Например, использование метода непосредственного привода ходового винта двигателем позволяет уменьшить количество промежуточных звеньев привода, уменьшить погрешности передачи и упругую деформацию, а также повысить жёсткость системы.
Повышение жёсткости системы передачи за счёт предварительного натяжения: для направляющих качения и шарико-винтовых пар метод предварительного натяжения может использоваться для создания определённого предварительного натяжения между телами качения и направляющими или ходовыми винтами для повышения жёсткости системы. Опора ходового винта предназначена для фиксации с обоих концов и может иметь предварительно натянутую конструкцию. Приложение определённого предварительного натяжения к ходовому винту позволяет компенсировать осевое усилие во время работы и повысить жёсткость ходового винта.
Высокожесткая система передачи обеспечивает устойчивость к внешним помехам в процессе обработки и поддерживает стабильную точность обработки. Для повышения жёсткости системы передачи можно принять следующие меры:
Укоротите цепь привода: уменьшение длины звеньев привода может снизить упругую деформацию системы и повысить жёсткость. Например, использование метода непосредственного привода ходового винта двигателем позволяет уменьшить количество промежуточных звеньев привода, уменьшить погрешности передачи и упругую деформацию, а также повысить жёсткость системы.
Повышение жёсткости системы передачи за счёт предварительного натяжения: для направляющих качения и шарико-винтовых пар метод предварительного натяжения может использоваться для создания определённого предварительного натяжения между телами качения и направляющими или ходовыми винтами для повышения жёсткости системы. Опора ходового винта предназначена для фиксации с обоих концов и может иметь предварительно натянутую конструкцию. Приложение определённого предварительного натяжения к ходовому винту позволяет компенсировать осевое усилие во время работы и повысить жёсткость ходового винта.
V. Требование высокой резонансной частоты
Высокая резонансная частота означает, что система может быстро вернуться в устойчивое состояние при воздействии внешних помех и обладает хорошей виброустойчивостью. Для повышения резонансной частоты системы можно предпринять следующие меры:
Оптимизируйте конструкцию компонентов трансмиссии: рационально проектируйте форму и размер компонентов трансмиссии, таких как ходовые винты и направляющие, для повышения их собственных частот. Например, использование полого ходового винта может снизить вес и повысить собственную частоту.
Выберите подходящие материалы: выбирайте материалы с высоким модулем упругости и низкой плотностью, такие как титановый сплав и т. д., которые могут улучшить жесткость и собственную частоту компонентов трансмиссии.
Увеличение демпфирования: Соответствующее увеличение демпфирования в системе может снизить энергию вибрации, снизить резонансный пик и повысить устойчивость системы. Демпфирование системы можно увеличить, используя демпфирующие материалы и устанавливая демпферы.
Высокая резонансная частота означает, что система может быстро вернуться в устойчивое состояние при воздействии внешних помех и обладает хорошей виброустойчивостью. Для повышения резонансной частоты системы можно предпринять следующие меры:
Оптимизируйте конструкцию компонентов трансмиссии: рационально проектируйте форму и размер компонентов трансмиссии, таких как ходовые винты и направляющие, для повышения их собственных частот. Например, использование полого ходового винта может снизить вес и повысить собственную частоту.
Выберите подходящие материалы: выбирайте материалы с высоким модулем упругости и низкой плотностью, такие как титановый сплав и т. д., которые могут улучшить жесткость и собственную частоту компонентов трансмиссии.
Увеличение демпфирования: Соответствующее увеличение демпфирования в системе может снизить энергию вибрации, снизить резонансный пик и повысить устойчивость системы. Демпфирование системы можно увеличить, используя демпфирующие материалы и устанавливая демпферы.
VI. Требование к соответствующему коэффициенту демпфирования
Правильный коэффициент демпфирования позволяет системе быстро стабилизироваться после воздействия без чрезмерного ослабления вибрации. Для достижения необходимого коэффициента демпфирования управление им осуществляется путем регулирования параметров системы, таких как параметры демпфера и коэффициент трения компонентов трансмиссии.
Правильный коэффициент демпфирования позволяет системе быстро стабилизироваться после воздействия без чрезмерного ослабления вибрации. Для достижения необходимого коэффициента демпфирования управление им осуществляется путем регулирования параметров системы, таких как параметры демпфера и коэффициент трения компонентов трансмиссии.
Подводя итог, можно сказать, что для удовлетворения строгих требований к механизмам передачи подачи станков с ЧПУ необходимо реализовать ряд мер по оптимизации. Эти меры позволяют не только повысить точность обработки и эффективность станков, но и повысить их стабильность и надежность, оказывая мощную поддержку развитию современного производства.
В практическом применении также необходимо всесторонне учитывать различные факторы в соответствии с конкретными требованиями обработки и характеристиками станка, чтобы выбрать наиболее подходящий механизм передачи подачи и меры оптимизации. В то же время, благодаря непрерывному развитию науки и техники, постоянно появляются новые материалы, технологии и конструктивные решения, что также открывает широкие возможности для дальнейшего повышения производительности механизмов передачи подачи станков с ЧПУ. В будущем механизмы передачи подачи станков с ЧПУ будут продолжать развиваться в направлении повышения точности, скорости и надежности.