"דרישות ואמצעי אופטימיזציה למנגנון העברת הזנה של מכונות CNC"
בייצור מודרני, מכונות CNC הפכו לציוד עיבוד מרכזי בשל יתרונותיהן כגון דיוק גבוה, יעילות גבוהה ורמת אוטומציה גבוהה. מערכת העברת ההזנה של מכונות CNC פועלת בדרך כלל עם מערכת הזנה סרוו, אשר ממלאת תפקיד מכריע. בהתאם להודעות ההוראות המועברות ממערכת ה-CNC, היא מגבירה ולאחר מכן שולטת בתנועת רכיבי ההפעלה. היא לא רק צריכה לשלוט במדויק במהירות תנועת ההזנה, אלא גם לשלוט במדויק במיקום התנועה ובמסלול הכלי ביחס לחומר העבודה.
מערכת הזנה טיפוסית מבוקרת בלולאה סגורה של מכונת CNC מורכבת בעיקר ממספר חלקים כגון השוואת מיקום, רכיבי הגברה, יחידות הנעה, מנגנוני העברת הזנה מכניים ורכיבי משוב זיהוי. ביניהם, מנגנון העברת ההזנה המכני הוא כל שרשרת ההילוכים המכנית הממירה את התנועה הסיבובית של מנוע הסרוו לתנועת הזנה ליניארית של שולחן העבודה ומחזיק הכלי, כולל התקני צמצום, זוגות בורגי מובילים ואומים, רכיבי מדריך וחלקי התמיכה שלהם. כחוליה חשובה במערכת הסרוו, מנגנון ההזנה של מכונת CNC צריך לא רק להיות בעל דיוק מיקום גבוה אלא גם מאפייני תגובה דינמיים טובים. תגובת המערכת לאותות הוראות מעקב צריכה להיות מהירה והיציבות צריכה להיות טובה.
כדי להבטיח את דיוק ההעברה, יציבות המערכת ומאפייני התגובה הדינמיים של מערכת ההזנה של מרכזי עיבוד שבבי אנכיים, מוצגות סדרה של דרישות מחמירות למנגנון ההזנה:
א. דרישה לחוסר פער
פער בתיבת ההילוכים יוביל לשגיאת אזור מת הפוך ויפגע בדייקנות העיבוד. כדי לבטל את פער בתיבת ההילוכים ככל האפשר, ניתן לאמץ שיטות כגון שימוש בציר קישור עם אמצעי ביטול פערים וזוגות תיבת הילוכים עם אמצעים לביטול פערים. לדוגמה, בזוג בורג מוביל ואום, ניתן להשתמש בשיטת טעינה מוקדמת של אום כפול כדי לבטל את הפער על ידי התאמת המיקום היחסי בין שני האומים. יחד עם זאת, עבור חלקים כגון תיבות הילוכים, ניתן להשתמש גם בשיטות כגון התאמת שימסים או אלמנטים אלסטיים כדי לבטל את הפער כדי להבטיח את דיוק תיבת ההילוכים.
פער בתיבת ההילוכים יוביל לשגיאת אזור מת הפוך ויפגע בדייקנות העיבוד. כדי לבטל את פער בתיבת ההילוכים ככל האפשר, ניתן לאמץ שיטות כגון שימוש בציר קישור עם אמצעי ביטול פערים וזוגות תיבת הילוכים עם אמצעים לביטול פערים. לדוגמה, בזוג בורג מוביל ואום, ניתן להשתמש בשיטת טעינה מוקדמת של אום כפול כדי לבטל את הפער על ידי התאמת המיקום היחסי בין שני האומים. יחד עם זאת, עבור חלקים כגון תיבות הילוכים, ניתן להשתמש גם בשיטות כגון התאמת שימסים או אלמנטים אלסטיים כדי לבטל את הפער כדי להבטיח את דיוק תיבת ההילוכים.
II. דרישה לחיכוך נמוך
אימוץ שיטת תיבת הילוכים בעלת חיכוך נמוך יכול להפחית אובדן אנרגיה, לשפר את יעילות התמסורת, וגם לסייע בשיפור מהירות התגובה והדיוק של המערכת. שיטות תיבת הילוכים נפוצות בעלות חיכוך נמוך כוללות מובילים הידרוסטטיים, מובילים מתגלגלים וברגי כדור.
אימוץ שיטת תיבת הילוכים בעלת חיכוך נמוך יכול להפחית אובדן אנרגיה, לשפר את יעילות התמסורת, וגם לסייע בשיפור מהירות התגובה והדיוק של המערכת. שיטות תיבת הילוכים נפוצות בעלות חיכוך נמוך כוללות מובילים הידרוסטטיים, מובילים מתגלגלים וברגי כדור.
מובילים הידרוסטטיים יוצרים שכבת שמן בלחץ בין משטחי המוביל כדי להשיג החלקה ללא מגע עם חיכוך קטן ביותר. מובילים מתגלגלים משתמשים בגלגול של אלמנטים מתגלגלים על מסילות המוביל כדי להחליף החלקה, מה שמפחית מאוד את החיכוך. ברגי כדור הם רכיבים חשובים הממירים תנועה סיבובית לתנועה ליניארית. הכדורים מתגלגלים בין בורג ההובלה לאום עם מקדם חיכוך נמוך ויעילות תמסורת גבוהה. רכיבי תמסורת בעלי חיכוך נמוך אלה יכולים להפחית ביעילות את ההתנגדות של מנגנון ההזנה במהלך התנועה ולשפר את ביצועי המערכת.
III. דרישה לאינרציה נמוכה
כדי לשפר את רזולוציית כלי המכונה ולהאיץ את שולחן העבודה ככל האפשר, על מנת להשיג את מטרת מעקב ההוראות, מומנט האינרציה המומר לפיר ההינע על ידי המערכת צריך להיות קטן ככל האפשר. ניתן להשיג דרישה זו על ידי בחירת יחס העברה אופטימלי. בחירה סבירה של יחס העברה יכולה להפחית את מומנט האינרציה של המערכת תוך עמידה בדרישות מהירות ותאוצת תנועת שולחן העבודה. לדוגמה, בעת תכנון התקן הפחתה, בהתאם לצרכים בפועל, ניתן לבחור יחס הילוכים או יחס גלגלת חגורה מתאים כדי להתאים את מהירות המוצא של מנוע הסרוו למהירות התנועה של שולחן העבודה ולהפחית את מומנט האינרציה בו זמנית.
כדי לשפר את רזולוציית כלי המכונה ולהאיץ את שולחן העבודה ככל האפשר, על מנת להשיג את מטרת מעקב ההוראות, מומנט האינרציה המומר לפיר ההינע על ידי המערכת צריך להיות קטן ככל האפשר. ניתן להשיג דרישה זו על ידי בחירת יחס העברה אופטימלי. בחירה סבירה של יחס העברה יכולה להפחית את מומנט האינרציה של המערכת תוך עמידה בדרישות מהירות ותאוצת תנועת שולחן העבודה. לדוגמה, בעת תכנון התקן הפחתה, בהתאם לצרכים בפועל, ניתן לבחור יחס הילוכים או יחס גלגלת חגורה מתאים כדי להתאים את מהירות המוצא של מנוע הסרוו למהירות התנועה של שולחן העבודה ולהפחית את מומנט האינרציה בו זמנית.
בנוסף, ניתן לאמץ קונספט עיצוב קל משקל, ולבחור חומרים בעלי משקל קל יותר לייצור רכיבי תמסורת. לדוגמה, שימוש בחומרים קלים כמו סגסוגת אלומיניום לייצור זוגות של בורגי מוביל ואומים ורכיבי הנחיה יכול להפחית את האינרציה הכוללת של המערכת.
IV. דרישה לקשיחות גבוהה
מערכת תמסורת בעלת קשיחות גבוהה יכולה להבטיח עמידות בפני הפרעות חיצוניות במהלך תהליך העיבוד ולשמור על דיוק עיבוד יציב. כדי לשפר את קשיחות מערכת התמסורת, ניתן לנקוט באמצעים הבאים:
קיצור שרשרת ההילוכים: צמצום קשרי ההילוכים יכול להפחית את העיוות האלסטי של המערכת ולשפר את הנוקשות. לדוגמה, שימוש בשיטת הנעה ישירה של בורג ההילוכים על ידי המנוע חוסך את קשרי ההילוכים הביניים, מפחית שגיאות תמסורת ועיוות אלסטי, ומשפר את נוקשות המערכת.
שיפור קשיחות מערכת ההולכה על ידי טעינה מוקדמת: עבור מובילי גלגול וזוגות של ברגי כדור, ניתן להשתמש בשיטת טעינה מוקדמת כדי ליצור עומס מוקדמת מסוים בין אלמנטי הגלגול למסילות ההנחיה או ברגי ההובלה כדי לשפר את קשיחות המערכת. תמיכת בורג ההובלה מתוכננת להיות קבועה בשני הקצוות ויכולה להיות בעלת מבנה מתוח מראש. על ידי הפעלת מתח מוקדם מסוים על בורג ההובלה, ניתן לנטרל את הכוח הצירי במהלך הפעולה ולשפר את קשיחות בורג ההובלה.
מערכת תמסורת בעלת קשיחות גבוהה יכולה להבטיח עמידות בפני הפרעות חיצוניות במהלך תהליך העיבוד ולשמור על דיוק עיבוד יציב. כדי לשפר את קשיחות מערכת התמסורת, ניתן לנקוט באמצעים הבאים:
קיצור שרשרת ההילוכים: צמצום קשרי ההילוכים יכול להפחית את העיוות האלסטי של המערכת ולשפר את הנוקשות. לדוגמה, שימוש בשיטת הנעה ישירה של בורג ההילוכים על ידי המנוע חוסך את קשרי ההילוכים הביניים, מפחית שגיאות תמסורת ועיוות אלסטי, ומשפר את נוקשות המערכת.
שיפור קשיחות מערכת ההולכה על ידי טעינה מוקדמת: עבור מובילי גלגול וזוגות של ברגי כדור, ניתן להשתמש בשיטת טעינה מוקדמת כדי ליצור עומס מוקדמת מסוים בין אלמנטי הגלגול למסילות ההנחיה או ברגי ההובלה כדי לשפר את קשיחות המערכת. תמיכת בורג ההובלה מתוכננת להיות קבועה בשני הקצוות ויכולה להיות בעלת מבנה מתוח מראש. על ידי הפעלת מתח מוקדם מסוים על בורג ההובלה, ניתן לנטרל את הכוח הצירי במהלך הפעולה ולשפר את קשיחות בורג ההובלה.
V. דרישה לתדר תהודה גבוה
תדר תהודה גבוה פירושו שהמערכת יכולה לחזור במהירות למצב יציב כאשר היא נתונה להפרעות חיצוניות ויש לה עמידות טובה לרעידות. כדי לשפר את תדר התהודה של המערכת, ניתן להתחיל בהיבטים הבאים:
אופטימיזציה של התכנון המבני של רכיבי תמסורת: עיצוב סביר של הצורה והגודל של רכיבי תמסורת כגון ברגי מוביל ומסילות מובילות כדי לשפר את התדרים הטבעיים שלהם. לדוגמה, שימוש בבורג מוביל חלול יכול להפחית משקל ולשפר את התדר הטבעי.
בחירת חומרים מתאימים: בחרו חומרים בעלי מודול אלסטיות גבוה וצפיפות נמוכה, כגון סגסוגת טיטניום וכו', אשר יכולים לשפר את הנוקשות והתדירות הטבעית של רכיבי תיבת ההילוכים.
הגברת ריסון: הגברת ריסון מתאימה במערכת יכולה לצרוך אנרגיית רטט, להפחית את שיא התהודה ולשפר את יציבות המערכת. ניתן להגביר את ריסון המערכת באמצעות שימוש בחומרי ריסון והתקנת בולמי זעזועים.
תדר תהודה גבוה פירושו שהמערכת יכולה לחזור במהירות למצב יציב כאשר היא נתונה להפרעות חיצוניות ויש לה עמידות טובה לרעידות. כדי לשפר את תדר התהודה של המערכת, ניתן להתחיל בהיבטים הבאים:
אופטימיזציה של התכנון המבני של רכיבי תמסורת: עיצוב סביר של הצורה והגודל של רכיבי תמסורת כגון ברגי מוביל ומסילות מובילות כדי לשפר את התדרים הטבעיים שלהם. לדוגמה, שימוש בבורג מוביל חלול יכול להפחית משקל ולשפר את התדר הטבעי.
בחירת חומרים מתאימים: בחרו חומרים בעלי מודול אלסטיות גבוה וצפיפות נמוכה, כגון סגסוגת טיטניום וכו', אשר יכולים לשפר את הנוקשות והתדירות הטבעית של רכיבי תיבת ההילוכים.
הגברת ריסון: הגברת ריסון מתאימה במערכת יכולה לצרוך אנרגיית רטט, להפחית את שיא התהודה ולשפר את יציבות המערכת. ניתן להגביר את ריסון המערכת באמצעות שימוש בחומרי ריסון והתקנת בולמי זעזועים.
VI. דרישה ליחס ריסון מתאים
יחס ריסון מתאים יכול לייצוב המערכת במהירות לאחר הפרעה, ללא הנחתה מוגזמת של הרעידות. כדי להשיג יחס ריסון מתאים, ניתן להשיג שליטה ביחס הריסון על ידי התאמת פרמטרי המערכת, כגון פרמטרי הבולם ומקדם החיכוך של רכיבי תיבת ההילוכים.
יחס ריסון מתאים יכול לייצוב המערכת במהירות לאחר הפרעה, ללא הנחתה מוגזמת של הרעידות. כדי להשיג יחס ריסון מתאים, ניתן להשיג שליטה ביחס הריסון על ידי התאמת פרמטרי המערכת, כגון פרמטרי הבולם ומקדם החיכוך של רכיבי תיבת ההילוכים.
לסיכום, כדי לעמוד בדרישות המחמירות של מכונות CNC עבור מנגנוני העברת הזנה, יש לנקוט בסדרה של צעדי אופטימיזציה. צעדים אלה יכולים לא רק לשפר את דיוק העיבוד והיעילות של מכונות, אלא גם לשפר את היציבות והאמינות של מכונות, ולספק תמיכה חזקה לפיתוח ייצור מודרני.
ביישומים מעשיים, יש צורך גם לשקול באופן מקיף גורמים שונים בהתאם לצורכי העיבוד הספציפיים ולמאפייני כלי המכונה ולבחור את מנגנון העברת ההזנה המתאים ביותר ואת אמצעי האופטימיזציה. במקביל, עם ההתקדמות המתמשכת של המדע והטכנולוגיה, חומרים, טכנולוגיות וקונספטים עיצוביים חדשים צצים ללא הרף, מה שמספק גם מרחב רחב לשיפור נוסף של ביצועי מנגנוני העברת ההזנה של מכונות CNC. בעתיד, מנגנון העברת ההזנה של מכונות CNC ימשיך להתפתח לכיוון דיוק גבוה יותר, מהירות גבוהה יותר ואמינות גבוהה יותר.