“Requisitos e Medidas de Otimização para Mecanismo de Transmissão de Avanço de Máquinas-ferramenta CNC”
Na indústria moderna, as máquinas-ferramentas CNC tornaram-se equipamentos de processamento essenciais devido às suas vantagens como alta precisão, alta eficiência e alto grau de automação. O sistema de transmissão de avanço das máquinas-ferramentas CNC geralmente funciona com um sistema de servoalimentação, que desempenha um papel crucial. De acordo com as mensagens de instrução transmitidas pelo sistema CNC, ele amplifica e controla o movimento dos componentes de acionamento. Ele não só precisa controlar com precisão a velocidade do movimento de avanço, como também controlar com precisão a posição de movimento e a trajetória da ferramenta em relação à peça.
Um sistema de avanço controlado em malha fechada típico de uma máquina-ferramenta CNC é composto principalmente por diversas partes, como comparação de posição, componentes de amplificação, unidades de acionamento, mecanismos de transmissão de avanço mecânico e elementos de feedback de detecção. Entre eles, o mecanismo de transmissão de avanço mecânico é toda a cadeia de transmissão mecânica que converte o movimento rotacional do servomotor em movimento de avanço linear da mesa de trabalho e do porta-ferramentas, incluindo dispositivos de redução, pares de fusos e porcas de avanço, componentes de guia e suas peças de suporte. Como um elo importante no sistema servo, o mecanismo de avanço das máquinas-ferramenta CNC não deve apenas ter alta precisão de posicionamento, mas também boas características de resposta dinâmica. A resposta do sistema aos sinais de instrução de rastreamento deve ser rápida e a estabilidade deve ser boa.
Para garantir a precisão da transmissão, a estabilidade do sistema e as características de resposta dinâmica do sistema de alimentação dos centros de usinagem verticais, uma série de requisitos rigorosos são apresentados para o mecanismo de alimentação:
I. Exigência de ausência de lacuna
A folga na transmissão levará a erros de zona morta reversa e afetará a precisão do processamento. Para eliminar a folga na transmissão o máximo possível, métodos como o uso de um eixo de ligação com eliminação de folga e pares de transmissão com medidas de eliminação de folga podem ser adotados. Por exemplo, no par fuso de avanço e porca, o método de pré-carregamento de porca dupla pode ser usado para eliminar a folga ajustando a posição relativa entre as duas porcas. Ao mesmo tempo, para peças como transmissões de engrenagens, métodos como o ajuste de calços ou elementos elásticos também podem ser usados para eliminar a folga e garantir a precisão da transmissão.
A folga na transmissão levará a erros de zona morta reversa e afetará a precisão do processamento. Para eliminar a folga na transmissão o máximo possível, métodos como o uso de um eixo de ligação com eliminação de folga e pares de transmissão com medidas de eliminação de folga podem ser adotados. Por exemplo, no par fuso de avanço e porca, o método de pré-carregamento de porca dupla pode ser usado para eliminar a folga ajustando a posição relativa entre as duas porcas. Ao mesmo tempo, para peças como transmissões de engrenagens, métodos como o ajuste de calços ou elementos elásticos também podem ser usados para eliminar a folga e garantir a precisão da transmissão.
II. Requisito de baixo atrito
A adoção de um método de transmissão de baixo atrito pode reduzir a perda de energia, melhorar a eficiência da transmissão e também ajudar a melhorar a velocidade de resposta e a precisão do sistema. Métodos comuns de transmissão de baixo atrito incluem guias hidrostáticas, guias de rolamento e parafusos de esferas.
A adoção de um método de transmissão de baixo atrito pode reduzir a perda de energia, melhorar a eficiência da transmissão e também ajudar a melhorar a velocidade de resposta e a precisão do sistema. Métodos comuns de transmissão de baixo atrito incluem guias hidrostáticas, guias de rolamento e parafusos de esferas.
Guias hidrostáticas formam uma camada de óleo pressurizado entre as superfícies da guia para proporcionar deslizamento sem contato com atrito extremamente baixo. Guias rolantes utilizam o rolamento dos elementos rolantes nos trilhos para substituir o deslizamento, reduzindo significativamente o atrito. Parafusos de esferas são componentes importantes que convertem movimento rotacional em movimento linear. As esferas rolam entre o fuso de avanço e a porca com baixo coeficiente de atrito e alta eficiência de transmissão. Esses componentes de transmissão de baixo atrito podem reduzir efetivamente a resistência do mecanismo de avanço durante o movimento e melhorar o desempenho do sistema.
III. Requisito de baixa inércia
Para melhorar a resolução da máquina-ferramenta e acelerar a mesa de trabalho o máximo possível, a fim de atingir o objetivo de rastrear instruções, o momento de inércia convertido para o eixo de transmissão pelo sistema deve ser o menor possível. Esse requisito pode ser alcançado selecionando a relação de transmissão ideal. A escolha racional da relação de transmissão pode reduzir o momento de inércia do sistema, atendendo aos requisitos de velocidade de movimento e aceleração da mesa de trabalho. Por exemplo, ao projetar um dispositivo de redução, de acordo com as necessidades reais, uma relação de transmissão ou relação de polia de correia adequada pode ser selecionada para corresponder à velocidade de saída do servomotor com a velocidade de movimento da mesa de trabalho e, ao mesmo tempo, reduzir o momento de inércia.
Para melhorar a resolução da máquina-ferramenta e acelerar a mesa de trabalho o máximo possível, a fim de atingir o objetivo de rastrear instruções, o momento de inércia convertido para o eixo de transmissão pelo sistema deve ser o menor possível. Esse requisito pode ser alcançado selecionando a relação de transmissão ideal. A escolha racional da relação de transmissão pode reduzir o momento de inércia do sistema, atendendo aos requisitos de velocidade de movimento e aceleração da mesa de trabalho. Por exemplo, ao projetar um dispositivo de redução, de acordo com as necessidades reais, uma relação de transmissão ou relação de polia de correia adequada pode ser selecionada para corresponder à velocidade de saída do servomotor com a velocidade de movimento da mesa de trabalho e, ao mesmo tempo, reduzir o momento de inércia.
Além disso, um conceito de design leve também pode ser adotado, e materiais mais leves podem ser selecionados para a fabricação dos componentes da transmissão. Por exemplo, o uso de materiais leves, como liga de alumínio, para a fabricação dos pares de fusos e porcas de avanço e componentes de guia pode reduzir a inércia geral do sistema.
IV. Exigência de alta rigidez
Um sistema de transmissão de alta rigidez pode garantir resistência a interferências externas durante o processamento e manter a precisão do processamento estável. Para melhorar a rigidez do sistema de transmissão, as seguintes medidas podem ser tomadas:
Encurtar a corrente de transmissão: Reduzir os elos de transmissão pode reduzir a deformação elástica do sistema e melhorar a rigidez. Por exemplo, usar o método de acionamento direto do fuso de avanço pelo motor economiza os elos de transmissão intermediários, reduz erros de transmissão e deformação elástica, e melhora a rigidez do sistema.
Melhore a rigidez do sistema de transmissão por meio da pré-carga: Para guias de rolamento e pares de fusos de esferas, um método de pré-carga pode ser usado para gerar uma determinada pré-carga entre os elementos rolantes e os trilhos-guia ou fusos de avanço, a fim de melhorar a rigidez do sistema. O suporte do fuso de avanço é projetado para ser fixado em ambas as extremidades e pode ter uma estrutura pré-esticada. A aplicação de uma determinada pré-tensão ao fuso de avanço permite neutralizar a força axial durante a operação e melhorar a rigidez do fuso de avanço.
Um sistema de transmissão de alta rigidez pode garantir resistência a interferências externas durante o processamento e manter a precisão do processamento estável. Para melhorar a rigidez do sistema de transmissão, as seguintes medidas podem ser tomadas:
Encurtar a corrente de transmissão: Reduzir os elos de transmissão pode reduzir a deformação elástica do sistema e melhorar a rigidez. Por exemplo, usar o método de acionamento direto do fuso de avanço pelo motor economiza os elos de transmissão intermediários, reduz erros de transmissão e deformação elástica, e melhora a rigidez do sistema.
Melhore a rigidez do sistema de transmissão por meio da pré-carga: Para guias de rolamento e pares de fusos de esferas, um método de pré-carga pode ser usado para gerar uma determinada pré-carga entre os elementos rolantes e os trilhos-guia ou fusos de avanço, a fim de melhorar a rigidez do sistema. O suporte do fuso de avanço é projetado para ser fixado em ambas as extremidades e pode ter uma estrutura pré-esticada. A aplicação de uma determinada pré-tensão ao fuso de avanço permite neutralizar a força axial durante a operação e melhorar a rigidez do fuso de avanço.
V. Requisito de alta frequência de ressonância
Uma alta frequência de ressonância significa que o sistema pode retornar rapidamente a um estado estável quando sujeito a interferências externas e possui boa resistência à vibração. Para melhorar a frequência de ressonância do sistema, os seguintes aspectos podem ser considerados:
Otimize o projeto estrutural dos componentes de transmissão: Projete de forma razoável o formato e o tamanho dos componentes de transmissão, como fusos de avanço e trilhos-guia, para melhorar suas frequências naturais. Por exemplo, o uso de fusos de avanço ocos pode reduzir o peso e melhorar a frequência natural.
Selecione materiais adequados: Selecione materiais com alto módulo de elasticidade e baixa densidade, como liga de titânio, etc., que podem melhorar a rigidez e a frequência natural dos componentes de transmissão.
Aumentar o amortecimento: O aumento adequado do amortecimento no sistema pode consumir energia de vibração, reduzir o pico de ressonância e melhorar a estabilidade do sistema. O amortecimento do sistema pode ser aumentado com o uso de materiais de amortecimento e a instalação de amortecedores.
Uma alta frequência de ressonância significa que o sistema pode retornar rapidamente a um estado estável quando sujeito a interferências externas e possui boa resistência à vibração. Para melhorar a frequência de ressonância do sistema, os seguintes aspectos podem ser considerados:
Otimize o projeto estrutural dos componentes de transmissão: Projete de forma razoável o formato e o tamanho dos componentes de transmissão, como fusos de avanço e trilhos-guia, para melhorar suas frequências naturais. Por exemplo, o uso de fusos de avanço ocos pode reduzir o peso e melhorar a frequência natural.
Selecione materiais adequados: Selecione materiais com alto módulo de elasticidade e baixa densidade, como liga de titânio, etc., que podem melhorar a rigidez e a frequência natural dos componentes de transmissão.
Aumentar o amortecimento: O aumento adequado do amortecimento no sistema pode consumir energia de vibração, reduzir o pico de ressonância e melhorar a estabilidade do sistema. O amortecimento do sistema pode ser aumentado com o uso de materiais de amortecimento e a instalação de amortecedores.
VI. Requisito para uma relação de amortecimento adequada
Uma taxa de amortecimento adequada pode estabilizar o sistema rapidamente após uma perturbação, sem atenuação excessiva da vibração. Para obter uma taxa de amortecimento adequada, o controle da taxa de amortecimento pode ser obtido ajustando parâmetros do sistema, como os parâmetros do amortecedor e o coeficiente de atrito dos componentes da transmissão.
Uma taxa de amortecimento adequada pode estabilizar o sistema rapidamente após uma perturbação, sem atenuação excessiva da vibração. Para obter uma taxa de amortecimento adequada, o controle da taxa de amortecimento pode ser obtido ajustando parâmetros do sistema, como os parâmetros do amortecedor e o coeficiente de atrito dos componentes da transmissão.
Em resumo, para atender aos rigorosos requisitos das máquinas-ferramentas CNC para mecanismos de transmissão de avanço, uma série de medidas de otimização precisam ser tomadas. Essas medidas podem não apenas melhorar a precisão e a eficiência do processamento das máquinas-ferramentas, mas também aumentar sua estabilidade e confiabilidade, fornecendo um forte suporte para o desenvolvimento da manufatura moderna.
Em aplicações práticas, também é necessário considerar de forma abrangente diversos fatores, de acordo com as necessidades específicas de processamento e as características da máquina-ferramenta, e selecionar o mecanismo de transmissão de avanço e as medidas de otimização mais adequados. Ao mesmo tempo, com o progresso contínuo da ciência e da tecnologia, novos materiais, tecnologias e conceitos de design surgem constantemente, o que também proporciona um amplo espaço para aprimorar ainda mais o desempenho dos mecanismos de transmissão de avanço de máquinas-ferramenta CNC. No futuro, o mecanismo de transmissão de avanço de máquinas-ferramenta CNC continuará a se desenvolver na direção de maior precisão, maior velocidade e maior confiabilidade.