Requisitos y medidas de optimización para el mecanismo de transmisión de avance de las máquinas herramienta CNC
En la fabricación moderna, las máquinas herramienta CNC se han convertido en equipos de procesamiento clave gracias a sus ventajas, como alta precisión, alta eficiencia y alto grado de automatización. El sistema de transmisión de avance de las máquinas herramienta CNC suele funcionar con un servosistema de avance, que desempeña un papel crucial. Según las instrucciones transmitidas desde el sistema CNC, este amplifica y controla el movimiento de los componentes de accionamiento. No solo debe controlar con precisión la velocidad del avance, sino también la posición y la trayectoria de la herramienta respecto a la pieza de trabajo.
Un sistema típico de alimentación controlada en bucle cerrado de una máquina herramienta CNC se compone principalmente de varios componentes, como el comparador de posición, los componentes de amplificación, las unidades de accionamiento, los mecanismos de transmisión mecánica de la alimentación y los elementos de retroalimentación de detección. Entre ellos, el mecanismo de transmisión mecánica de la alimentación es la cadena de transmisión mecánica completa que convierte el movimiento rotacional del servomotor en el movimiento de alimentación lineal de la mesa de trabajo y el portaherramientas, incluyendo dispositivos de reducción, pares de husillo y tuerca, componentes de guía y sus piezas de soporte. Como eslabón importante del servosistema, el mecanismo de alimentación de las máquinas herramienta CNC no solo debe tener una alta precisión de posicionamiento, sino también buenas características de respuesta dinámica. La respuesta del sistema a las señales de instrucción de seguimiento debe ser rápida y la estabilidad, buena.
Para garantizar la precisión de transmisión, la estabilidad del sistema y las características de respuesta dinámica del sistema de alimentación de los centros de mecanizado verticales, se plantean una serie de requisitos estrictos para el mecanismo de alimentación:
I. Requisito de ausencia de hueco
La holgura de la transmisión provocará un error de zona muerta inversa y afectará la precisión del procesamiento. Para minimizar la holgura de la transmisión, se pueden adoptar métodos como el uso de un eje de enlace con eliminación de holgura y pares de transmisión con medidas de eliminación de holgura. Por ejemplo, en el par de husillo y tuerca, se puede utilizar el método de precarga de doble tuerca para eliminar la holgura ajustando la posición relativa entre ambas tuercas. Asimismo, en piezas como transmisiones de engranajes, se pueden utilizar métodos como el ajuste de calzas o elementos elásticos para eliminar la holgura y garantizar la precisión de la transmisión.
La holgura de la transmisión provocará un error de zona muerta inversa y afectará la precisión del procesamiento. Para minimizar la holgura de la transmisión, se pueden adoptar métodos como el uso de un eje de enlace con eliminación de holgura y pares de transmisión con medidas de eliminación de holgura. Por ejemplo, en el par de husillo y tuerca, se puede utilizar el método de precarga de doble tuerca para eliminar la holgura ajustando la posición relativa entre ambas tuercas. Asimismo, en piezas como transmisiones de engranajes, se pueden utilizar métodos como el ajuste de calzas o elementos elásticos para eliminar la holgura y garantizar la precisión de la transmisión.
II. Requisito de baja fricción
La adopción de un método de transmisión de baja fricción puede reducir la pérdida de energía, mejorar la eficiencia de la transmisión y también contribuir a mejorar la velocidad de respuesta y la precisión del sistema. Los métodos de transmisión de baja fricción más comunes incluyen guías hidrostáticas, guías de rodadura y husillos de bolas.
La adopción de un método de transmisión de baja fricción puede reducir la pérdida de energía, mejorar la eficiencia de la transmisión y también contribuir a mejorar la velocidad de respuesta y la precisión del sistema. Los métodos de transmisión de baja fricción más comunes incluyen guías hidrostáticas, guías de rodadura y husillos de bolas.
Las guías hidrostáticas forman una película de aceite a presión entre las superficies de la guía para lograr un deslizamiento sin contacto con una fricción extremadamente baja. Las guías de rodadura utilizan elementos rodantes sobre los rieles de guía para sustituir el deslizamiento, reduciendo considerablemente la fricción. Los husillos de bolas son componentes importantes que convierten el movimiento rotatorio en movimiento lineal. Las bolas ruedan entre el husillo y la tuerca con un bajo coeficiente de fricción y una alta eficiencia de transmisión. Estos componentes de transmisión de baja fricción pueden reducir eficazmente la resistencia del mecanismo de avance durante el movimiento y mejorar el rendimiento del sistema.
III. Requisito de baja inercia
Para mejorar la resolución de la máquina herramienta y maximizar la aceleración de la mesa de trabajo para el seguimiento de las instrucciones, el momento de inercia que el sistema transmite al eje de transmisión debe ser lo más pequeño posible. Este requisito se logra seleccionando la relación de transmisión óptima. Una relación de transmisión adecuada permite reducir el momento de inercia del sistema, a la vez que se cumplen los requisitos de velocidad y aceleración de la mesa de trabajo. Por ejemplo, al diseñar un dispositivo reductor, según las necesidades reales, se puede seleccionar una relación de transmisión o de polea adecuada para que la velocidad de salida del servomotor coincida con la velocidad de movimiento de la mesa de trabajo y, al mismo tiempo, reducir el momento de inercia.
Para mejorar la resolución de la máquina herramienta y maximizar la aceleración de la mesa de trabajo para el seguimiento de las instrucciones, el momento de inercia que el sistema transmite al eje de transmisión debe ser lo más pequeño posible. Este requisito se logra seleccionando la relación de transmisión óptima. Una relación de transmisión adecuada permite reducir el momento de inercia del sistema, a la vez que se cumplen los requisitos de velocidad y aceleración de la mesa de trabajo. Por ejemplo, al diseñar un dispositivo reductor, según las necesidades reales, se puede seleccionar una relación de transmisión o de polea adecuada para que la velocidad de salida del servomotor coincida con la velocidad de movimiento de la mesa de trabajo y, al mismo tiempo, reducir el momento de inercia.
Además, se puede adoptar un diseño ligero y seleccionar materiales más ligeros para fabricar los componentes de transmisión. Por ejemplo, el uso de materiales ligeros como la aleación de aluminio para fabricar pares de husillo y tuerca, así como componentes de guía, puede reducir la inercia general del sistema.
IV. Requisito de alta rigidez
Un sistema de transmisión de alta rigidez garantiza la resistencia a las interferencias externas durante el procesamiento y mantiene una precisión estable. Para mejorar la rigidez del sistema de transmisión, se pueden tomar las siguientes medidas:
Acortamiento de la cadena de transmisión: Reducir los eslabones de transmisión puede reducir la deformación elástica del sistema y mejorar la rigidez. Por ejemplo, el método de accionamiento directo del tornillo de avance por el motor ahorra eslabones de transmisión intermedios, reduce los errores de transmisión y la deformación elástica, y mejora la rigidez del sistema.
Mejorar la rigidez del sistema de transmisión mediante precarga: En el caso de guías de rodadura y pares de husillos de bolas, se puede utilizar un método de precarga para generar una precarga específica entre los elementos rodantes y los rieles guía o husillos de avance, mejorando así la rigidez del sistema. El soporte del husillo de avance está diseñado para fijarse en ambos extremos y puede tener una estructura preestirada. Al aplicar una pretensión específica al husillo de avance, se contrarresta la fuerza axial durante el funcionamiento y se mejora su rigidez.
Un sistema de transmisión de alta rigidez garantiza la resistencia a las interferencias externas durante el procesamiento y mantiene una precisión estable. Para mejorar la rigidez del sistema de transmisión, se pueden tomar las siguientes medidas:
Acortamiento de la cadena de transmisión: Reducir los eslabones de transmisión puede reducir la deformación elástica del sistema y mejorar la rigidez. Por ejemplo, el método de accionamiento directo del tornillo de avance por el motor ahorra eslabones de transmisión intermedios, reduce los errores de transmisión y la deformación elástica, y mejora la rigidez del sistema.
Mejorar la rigidez del sistema de transmisión mediante precarga: En el caso de guías de rodadura y pares de husillos de bolas, se puede utilizar un método de precarga para generar una precarga específica entre los elementos rodantes y los rieles guía o husillos de avance, mejorando así la rigidez del sistema. El soporte del husillo de avance está diseñado para fijarse en ambos extremos y puede tener una estructura preestirada. Al aplicar una pretensión específica al husillo de avance, se contrarresta la fuerza axial durante el funcionamiento y se mejora su rigidez.
V. Requisito de alta frecuencia de resonancia
Una alta frecuencia de resonancia permite que el sistema recupere rápidamente su estabilidad ante interferencias externas y presenta una buena resistencia a las vibraciones. Para mejorar la frecuencia de resonancia del sistema, se pueden implementar los siguientes aspectos:
Optimizar el diseño estructural de los componentes de transmisión: Diseñar la forma y el tamaño de los componentes de transmisión, como husillos y rieles guía, de forma razonable para mejorar sus frecuencias propias. Por ejemplo, el uso de un husillo hueco puede reducir el peso y mejorar la frecuencia propia.
Seleccione materiales adecuados: seleccione materiales con alto módulo elástico y baja densidad, como aleación de titanio, etc., que puedan mejorar la rigidez y la frecuencia natural de los componentes de transmisión.
Aumento de la amortiguación: Un aumento adecuado de la amortiguación en el sistema puede reducir la energía de vibración, el pico de resonancia y mejorar la estabilidad del sistema. La amortiguación del sistema puede aumentarse mediante el uso de materiales amortiguadores y la instalación de amortiguadores.
Una alta frecuencia de resonancia permite que el sistema recupere rápidamente su estabilidad ante interferencias externas y presenta una buena resistencia a las vibraciones. Para mejorar la frecuencia de resonancia del sistema, se pueden implementar los siguientes aspectos:
Optimizar el diseño estructural de los componentes de transmisión: Diseñar la forma y el tamaño de los componentes de transmisión, como husillos y rieles guía, de forma razonable para mejorar sus frecuencias propias. Por ejemplo, el uso de un husillo hueco puede reducir el peso y mejorar la frecuencia propia.
Seleccione materiales adecuados: seleccione materiales con alto módulo elástico y baja densidad, como aleación de titanio, etc., que puedan mejorar la rigidez y la frecuencia natural de los componentes de transmisión.
Aumento de la amortiguación: Un aumento adecuado de la amortiguación en el sistema puede reducir la energía de vibración, el pico de resonancia y mejorar la estabilidad del sistema. La amortiguación del sistema puede aumentarse mediante el uso de materiales amortiguadores y la instalación de amortiguadores.
VI. Requisito de una relación de amortiguamiento adecuada
Una relación de amortiguación adecuada permite que el sistema se estabilice rápidamente tras una perturbación sin atenuar excesivamente la vibración. Para obtener una relación de amortiguación adecuada, se puede controlar ajustando parámetros del sistema, como los del amortiguador y el coeficiente de fricción de los componentes de la transmisión.
Una relación de amortiguación adecuada permite que el sistema se estabilice rápidamente tras una perturbación sin atenuar excesivamente la vibración. Para obtener una relación de amortiguación adecuada, se puede controlar ajustando parámetros del sistema, como los del amortiguador y el coeficiente de fricción de los componentes de la transmisión.
En resumen, para cumplir con los estrictos requisitos de las máquinas herramienta CNC para los mecanismos de transmisión de avance, es necesario implementar una serie de medidas de optimización. Estas medidas no solo mejoran la precisión y la eficiencia del procesamiento, sino que también mejoran su estabilidad y fiabilidad, lo que contribuye significativamente al desarrollo de la fabricación moderna.
En aplicaciones prácticas, es necesario considerar exhaustivamente diversos factores según las necesidades específicas de procesamiento y las características de la máquina herramienta, y seleccionar el mecanismo de transmisión de avance y las medidas de optimización más adecuados. Al mismo tiempo, con el continuo avance de la ciencia y la tecnología, surgen constantemente nuevos materiales, tecnologías y conceptos de diseño, lo que ofrece un amplio margen para mejorar el rendimiento de los mecanismos de transmisión de avance de las máquinas herramienta CNC. En el futuro, los mecanismos de transmisión de avance de las máquinas herramienta CNC seguirán evolucionando hacia una mayor precisión, velocidad y fiabilidad.