“Requisiti e misure di ottimizzazione per il meccanismo di trasmissione dell'avanzamento delle macchine utensili CNC”
Nella produzione moderna, le macchine utensili CNC sono diventate apparecchiature di lavorazione fondamentali grazie ai loro vantaggi quali elevata precisione, elevata efficienza e alto grado di automazione. Il sistema di trasmissione dell'avanzamento delle macchine utensili CNC funziona solitamente con un servosistema di alimentazione, che svolge un ruolo cruciale. In base ai messaggi di istruzione trasmessi dal sistema CNC, amplifica e quindi controlla il movimento dei componenti di azionamento. Non solo deve controllare con precisione la velocità del movimento di avanzamento, ma anche la posizione e la traiettoria dell'utensile rispetto al pezzo.
Un tipico sistema di avanzamento controllato a circuito chiuso di una macchina utensile CNC è composto principalmente da diverse parti, come il comparatore di posizione, i componenti di amplificazione, le unità di azionamento, i meccanismi di trasmissione meccanica dell'avanzamento e gli elementi di feedback del rilevamento. Tra questi, il meccanismo di trasmissione meccanica dell'avanzamento è l'intera catena di trasmissione meccanica che converte il movimento rotatorio del servomotore nel movimento di avanzamento lineare del tavolo di lavoro e del portautensile, inclusi i dispositivi di riduzione, le coppie vite-chiocciola, i componenti di guida e i relativi elementi di supporto. Essendo un collegamento importante nel servosistema, il meccanismo di avanzamento delle macchine utensili CNC non deve solo avere un'elevata precisione di posizionamento, ma anche buone caratteristiche di risposta dinamica. La risposta del sistema ai segnali di istruzione di tracciamento deve essere rapida e la stabilità deve essere buona.
Per garantire la precisione della trasmissione, la stabilità del sistema e le caratteristiche di risposta dinamica del sistema di alimentazione dei centri di lavorazione verticali, vengono proposti una serie di requisiti rigorosi per il meccanismo di alimentazione:
I. Requisito di assenza di lacune
Il gioco di trasmissione porterà a un errore di zona morta inversa e influirà sulla precisione di elaborazione. Per eliminare il più possibile il gioco di trasmissione, è possibile adottare metodi come l'utilizzo di un albero di collegamento con eliminazione del gioco e coppie di trasmissione con misure di eliminazione del gioco. Ad esempio, nella coppia vite-chiocciola, è possibile utilizzare il metodo di precarico a doppia chiocciola per eliminare il gioco regolando la posizione relativa tra le due chiocciole. Allo stesso tempo, per componenti come le trasmissioni ad ingranaggi, è possibile utilizzare anche metodi come spessori di regolazione o elementi elastici per eliminare il gioco e garantire la precisione della trasmissione.
Il gioco di trasmissione porterà a un errore di zona morta inversa e influirà sulla precisione di elaborazione. Per eliminare il più possibile il gioco di trasmissione, è possibile adottare metodi come l'utilizzo di un albero di collegamento con eliminazione del gioco e coppie di trasmissione con misure di eliminazione del gioco. Ad esempio, nella coppia vite-chiocciola, è possibile utilizzare il metodo di precarico a doppia chiocciola per eliminare il gioco regolando la posizione relativa tra le due chiocciole. Allo stesso tempo, per componenti come le trasmissioni ad ingranaggi, è possibile utilizzare anche metodi come spessori di regolazione o elementi elastici per eliminare il gioco e garantire la precisione della trasmissione.
II. Requisito di basso attrito
L'adozione di un metodo di trasmissione a basso attrito può ridurre la perdita di energia, migliorare l'efficienza della trasmissione e contribuire ad aumentare la velocità di risposta e la precisione del sistema. I metodi di trasmissione a basso attrito più comuni includono guide idrostatiche, guide a rulli e viti a sfere.
L'adozione di un metodo di trasmissione a basso attrito può ridurre la perdita di energia, migliorare l'efficienza della trasmissione e contribuire ad aumentare la velocità di risposta e la precisione del sistema. I metodi di trasmissione a basso attrito più comuni includono guide idrostatiche, guide a rulli e viti a sfere.
Le guide idrostatiche formano uno strato di pellicola d'olio in pressione tra le superfici di guida per ottenere uno scorrimento senza contatto con un attrito estremamente ridotto. Le guide a rotolamento utilizzano il rotolamento di elementi volventi sulle guide per sostituire lo scorrimento, riducendo notevolmente l'attrito. Le viti a sfere sono componenti importanti che convertono il moto rotatorio in moto lineare. Le sfere rotolano tra la vite madre e la chiocciola con un basso coefficiente di attrito e un'elevata efficienza di trasmissione. Questi componenti di trasmissione a basso attrito possono ridurre efficacemente la resistenza del meccanismo di avanzamento durante il movimento e migliorare le prestazioni del sistema.
III. Requisito di bassa inerzia
Per migliorare la risoluzione della macchina utensile e accelerare il più possibile il tavolo di lavoro per raggiungere lo scopo di tracciare le istruzioni, il momento di inerzia convertito all'albero motore dal sistema deve essere il più piccolo possibile. Questo requisito può essere soddisfatto selezionando il rapporto di trasmissione ottimale. Una scelta razionale del rapporto di trasmissione può ridurre il momento di inerzia del sistema, soddisfacendo al contempo i requisiti di velocità e accelerazione del tavolo di lavoro. Ad esempio, quando si progetta un dispositivo di riduzione, in base alle esigenze effettive, è possibile selezionare un rapporto di trasmissione o di puleggia adatto per adattare la velocità di uscita del servomotore alla velocità di movimento del tavolo di lavoro e ridurre al contempo il momento di inerzia.
Per migliorare la risoluzione della macchina utensile e accelerare il più possibile il tavolo di lavoro per raggiungere lo scopo di tracciare le istruzioni, il momento di inerzia convertito all'albero motore dal sistema deve essere il più piccolo possibile. Questo requisito può essere soddisfatto selezionando il rapporto di trasmissione ottimale. Una scelta razionale del rapporto di trasmissione può ridurre il momento di inerzia del sistema, soddisfacendo al contempo i requisiti di velocità e accelerazione del tavolo di lavoro. Ad esempio, quando si progetta un dispositivo di riduzione, in base alle esigenze effettive, è possibile selezionare un rapporto di trasmissione o di puleggia adatto per adattare la velocità di uscita del servomotore alla velocità di movimento del tavolo di lavoro e ridurre al contempo il momento di inerzia.
Inoltre, è possibile adottare un design leggero e selezionare materiali più leggeri per realizzare i componenti della trasmissione. Ad esempio, l'utilizzo di materiali leggeri come la lega di alluminio per realizzare coppie vite-chiocciola e componenti di guida può ridurre l'inerzia complessiva del sistema.
IV. Requisito di elevata rigidità
Un sistema di trasmissione ad alta rigidità può garantire la resistenza alle interferenze esterne durante il processo di lavorazione e mantenere una precisione di lavorazione stabile. Per migliorare la rigidità del sistema di trasmissione, è possibile adottare le seguenti misure:
Accorciare la catena di trasmissione: ridurre i collegamenti di trasmissione può ridurre la deformazione elastica del sistema e migliorarne la rigidità. Ad esempio, l'utilizzo del metodo di azionamento diretto della vite madre tramite il motore consente di risparmiare sui collegamenti di trasmissione intermedi, riducendo gli errori di trasmissione e la deformazione elastica e migliorando la rigidità del sistema.
Migliorare la rigidità del sistema di trasmissione mediante precarico: per le guide a rulli e le coppie di viti a sfere, è possibile utilizzare un metodo di precarico per generare un certo precarico tra gli elementi volventi e le guide o le viti madri, migliorando così la rigidità del sistema. Il supporto della vite madre è progettato per essere fissato a entrambe le estremità e può avere una struttura pre-stirata. Applicando un certo pretensionamento alla vite madre, è possibile contrastare la forza assiale durante il funzionamento e migliorarne la rigidità.
Un sistema di trasmissione ad alta rigidità può garantire la resistenza alle interferenze esterne durante il processo di lavorazione e mantenere una precisione di lavorazione stabile. Per migliorare la rigidità del sistema di trasmissione, è possibile adottare le seguenti misure:
Accorciare la catena di trasmissione: ridurre i collegamenti di trasmissione può ridurre la deformazione elastica del sistema e migliorarne la rigidità. Ad esempio, l'utilizzo del metodo di azionamento diretto della vite madre tramite il motore consente di risparmiare sui collegamenti di trasmissione intermedi, riducendo gli errori di trasmissione e la deformazione elastica e migliorando la rigidità del sistema.
Migliorare la rigidità del sistema di trasmissione mediante precarico: per le guide a rulli e le coppie di viti a sfere, è possibile utilizzare un metodo di precarico per generare un certo precarico tra gli elementi volventi e le guide o le viti madri, migliorando così la rigidità del sistema. Il supporto della vite madre è progettato per essere fissato a entrambe le estremità e può avere una struttura pre-stirata. Applicando un certo pretensionamento alla vite madre, è possibile contrastare la forza assiale durante il funzionamento e migliorarne la rigidità.
V. Requisito di alta frequenza di risonanza
Un'elevata frequenza di risonanza significa che il sistema può tornare rapidamente a uno stato stabile quando sottoposto a interferenze esterne e ha una buona resistenza alle vibrazioni. Per migliorare la frequenza di risonanza del sistema, è possibile adottare i seguenti accorgimenti:
Ottimizzare la progettazione strutturale dei componenti della trasmissione: progettare in modo razionale la forma e le dimensioni dei componenti della trasmissione, come viti madri e guide, per migliorarne le frequenze naturali. Ad esempio, l'utilizzo di una vite madre cava può ridurre il peso e migliorare la frequenza naturale.
Selezionare materiali adatti: selezionare materiali con elevato modulo elastico e bassa densità, come la lega di titanio, ecc., che possono migliorare la rigidità e la frequenza naturale dei componenti della trasmissione.
Aumento dello smorzamento: un adeguato aumento dello smorzamento nel sistema può consumare l'energia delle vibrazioni, ridurre il picco di risonanza e migliorare la stabilità del sistema. Lo smorzamento del sistema può essere aumentato utilizzando materiali smorzanti e installando smorzatori.
Un'elevata frequenza di risonanza significa che il sistema può tornare rapidamente a uno stato stabile quando sottoposto a interferenze esterne e ha una buona resistenza alle vibrazioni. Per migliorare la frequenza di risonanza del sistema, è possibile adottare i seguenti accorgimenti:
Ottimizzare la progettazione strutturale dei componenti della trasmissione: progettare in modo razionale la forma e le dimensioni dei componenti della trasmissione, come viti madri e guide, per migliorarne le frequenze naturali. Ad esempio, l'utilizzo di una vite madre cava può ridurre il peso e migliorare la frequenza naturale.
Selezionare materiali adatti: selezionare materiali con elevato modulo elastico e bassa densità, come la lega di titanio, ecc., che possono migliorare la rigidità e la frequenza naturale dei componenti della trasmissione.
Aumento dello smorzamento: un adeguato aumento dello smorzamento nel sistema può consumare l'energia delle vibrazioni, ridurre il picco di risonanza e migliorare la stabilità del sistema. Lo smorzamento del sistema può essere aumentato utilizzando materiali smorzanti e installando smorzatori.
VI. Requisito per un rapporto di smorzamento appropriato
Un rapporto di smorzamento appropriato può consentire al sistema di stabilizzarsi rapidamente dopo essere stato disturbato, senza un'eccessiva attenuazione delle vibrazioni. Per ottenere un rapporto di smorzamento appropriato, è possibile controllarlo regolando i parametri del sistema, come i parametri dello smorzatore e il coefficiente di attrito dei componenti della trasmissione.
Un rapporto di smorzamento appropriato può consentire al sistema di stabilizzarsi rapidamente dopo essere stato disturbato, senza un'eccessiva attenuazione delle vibrazioni. Per ottenere un rapporto di smorzamento appropriato, è possibile controllarlo regolando i parametri del sistema, come i parametri dello smorzatore e il coefficiente di attrito dei componenti della trasmissione.
In sintesi, per soddisfare i severi requisiti delle macchine utensili CNC per i meccanismi di trasmissione dell'avanzamento, è necessario adottare una serie di misure di ottimizzazione. Queste misure possono non solo migliorare la precisione e l'efficienza di lavorazione delle macchine utensili, ma anche aumentarne la stabilità e l'affidabilità, fornendo un solido supporto allo sviluppo della produzione moderna.
Nelle applicazioni pratiche, è inoltre necessario considerare attentamente diversi fattori in base alle specifiche esigenze di lavorazione e alle caratteristiche della macchina utensile, nonché selezionare il meccanismo di trasmissione dell'avanzamento più adatto e le misure di ottimizzazione più appropriate. Allo stesso tempo, con il continuo progresso della scienza e della tecnologia, emergono costantemente nuovi materiali, tecnologie e concetti di progettazione, che offrono anche ampio spazio per migliorare ulteriormente le prestazioni dei meccanismi di trasmissione dell'avanzamento delle macchine utensili CNC. In futuro, il meccanismo di trasmissione dell'avanzamento delle macchine utensili CNC continuerà a svilupparsi verso una maggiore precisione, una maggiore velocità e una maggiore affidabilità.