"متطلبات وإجراءات التحسين لآلية نقل التغذية لأدوات الآلات ذات التحكم الرقمي"
في التصنيع الحديث، أصبحت ماكينات CNC من معدات المعالجة الرئيسية بفضل مزاياها، كالدقة العالية والكفاءة العالية والأتمتة العالية. يعمل نظام نقل التغذية في ماكينات CNC عادةً بنظام تغذية مؤازر، وهو نظام بالغ الأهمية. ووفقًا لرسائل التعليمات المرسلة من نظام CNC، يُضخّم هذا النظام حركة المكونات المُشغّلة ثم يتحكم فيها. ولا يقتصر دوره على التحكم الدقيق في سرعة حركة التغذية فحسب، بل يشمل أيضًا التحكم الدقيق في موضع ومسار حركة الأداة بالنسبة لقطعة العمل.
يتكون نظام التغذية المُتحكم به ذو الحلقة المغلقة النموذجي لآلات CNC بشكل رئيسي من عدة أجزاء، مثل وحدة مقارنة المواضع، ومكونات التضخيم، ووحدات التشغيل، وآليات نقل التغذية الميكانيكية، وعناصر التغذية الراجعة للكشف. من بين هذه الأجزاء، آلية نقل التغذية الميكانيكية هي سلسلة النقل الميكانيكية الكاملة التي تُحوّل الحركة الدورانية لمحرك المؤازرة إلى حركة تغذية خطية لطاولة العمل وحامل الأداة، بما في ذلك أجهزة التخفيض، وأزواج براغي وصواميل التوجيه، ومكونات التوجيه والأجزاء الداعمة لها. وباعتبارها حلقة وصل مهمة في نظام المؤازرة، يجب أن تتميز آلية تغذية آلات CNC بدقة عالية في تحديد المواضع، بالإضافة إلى خصائص استجابة ديناميكية جيدة. يجب أن تكون استجابة النظام لإشارات تعليمات التتبع سريعة وثباتًا جيدًا.
لضمان دقة النقل واستقرار النظام وخصائص الاستجابة الديناميكية لنظام التغذية لمراكز التصنيع الرأسية، يتم طرح سلسلة من المتطلبات الصارمة لآلية التغذية:
أولا: شرط عدم وجود فجوة
ستؤدي فجوة النقل إلى حدوث خطأ عكسي في المنطقة الميتة، مما يؤثر على دقة المعالجة. ولتجنب فجوة النقل قدر الإمكان، يمكن اتباع طرق مثل استخدام عمود ربط مع إزالة الفجوة، وأزواج نقل مع إجراءات إزالة الفجوة. على سبيل المثال، في زوج براغي التوصيل والصامولة، يمكن استخدام طريقة التحميل المسبق للصامولتين لإزالة الفجوة عن طريق ضبط الموضع النسبي بين الصامولتين. وفي الوقت نفسه، بالنسبة لأجزاء مثل ناقل الحركة، يمكن أيضًا استخدام طرق مثل ضبط الحشوات أو العناصر المرنة لإزالة الفجوة، مما يضمن دقة النقل.
ستؤدي فجوة النقل إلى حدوث خطأ عكسي في المنطقة الميتة، مما يؤثر على دقة المعالجة. ولتجنب فجوة النقل قدر الإمكان، يمكن اتباع طرق مثل استخدام عمود ربط مع إزالة الفجوة، وأزواج نقل مع إجراءات إزالة الفجوة. على سبيل المثال، في زوج براغي التوصيل والصامولة، يمكن استخدام طريقة التحميل المسبق للصامولتين لإزالة الفجوة عن طريق ضبط الموضع النسبي بين الصامولتين. وفي الوقت نفسه، بالنسبة لأجزاء مثل ناقل الحركة، يمكن أيضًا استخدام طرق مثل ضبط الحشوات أو العناصر المرنة لإزالة الفجوة، مما يضمن دقة النقل.
ثانيًا: متطلبات الاحتكاك المنخفض
يمكن أن يؤدي اعتماد طريقة نقل منخفضة الاحتكاك إلى تقليل هدر الطاقة، وتحسين كفاءة النقل، كما يُساعد على تحسين سرعة استجابة النظام ودقته. تشمل طرق النقل منخفضة الاحتكاك الشائعة الأدلة الهيدروستاتيكية، والأدلة الدوارة، والبراغي الكروية.
يمكن أن يؤدي اعتماد طريقة نقل منخفضة الاحتكاك إلى تقليل هدر الطاقة، وتحسين كفاءة النقل، كما يُساعد على تحسين سرعة استجابة النظام ودقته. تشمل طرق النقل منخفضة الاحتكاك الشائعة الأدلة الهيدروستاتيكية، والأدلة الدوارة، والبراغي الكروية.
تُشكّل الأدلة الهيدروستاتيكية طبقة من زيت الضغط بين أسطح الأدلة لتحقيق انزلاق بدون تلامس مع احتكاك ضئيل للغاية. تستخدم الأدلة المتدحرجة دحرجة عناصر التدحرج على قضبان التوجيه لاستبدال الانزلاق، مما يُقلل الاحتكاك بشكل كبير. تُعدّ براغي الكرة مكونات مهمة تُحوّل الحركة الدورانية إلى حركة خطية. تتدحرج الكرات بين مسمار التوجيه والصامولة بمعامل احتكاك منخفض وكفاءة نقل عالية. تُقلل مكونات النقل منخفضة الاحتكاك هذه بفعالية من مقاومة آلية التغذية أثناء الحركة وتُحسّن أداء النظام.
ثالثًا: متطلبات القصور الذاتي المنخفض
لتحسين دقة أداة الماكينة وزيادة تسارع طاولة العمل قدر الإمكان لتحقيق غرض تتبع التعليمات، يجب أن يكون عزم القصور الذاتي المُحوَّل إلى عمود القيادة بواسطة النظام صغيرًا قدر الإمكان. يمكن تحقيق هذا المطلب باختيار نسبة نقل الحركة المثلى. يمكن أن يُقلل اختيار نسبة النقل بشكل معقول من عزم القصور الذاتي للنظام مع تلبية متطلبات سرعة حركة طاولة العمل وتسارعها. على سبيل المثال، عند تصميم جهاز تخفيض السرعة، ووفقًا للاحتياجات الفعلية، يمكن اختيار نسبة تروس أو نسبة بكرة سير مناسبة لمطابقة سرعة خرج محرك السيرفو مع سرعة حركة طاولة العمل وتقليل عزم القصور الذاتي في الوقت نفسه.
لتحسين دقة أداة الماكينة وزيادة تسارع طاولة العمل قدر الإمكان لتحقيق غرض تتبع التعليمات، يجب أن يكون عزم القصور الذاتي المُحوَّل إلى عمود القيادة بواسطة النظام صغيرًا قدر الإمكان. يمكن تحقيق هذا المطلب باختيار نسبة نقل الحركة المثلى. يمكن أن يُقلل اختيار نسبة النقل بشكل معقول من عزم القصور الذاتي للنظام مع تلبية متطلبات سرعة حركة طاولة العمل وتسارعها. على سبيل المثال، عند تصميم جهاز تخفيض السرعة، ووفقًا للاحتياجات الفعلية، يمكن اختيار نسبة تروس أو نسبة بكرة سير مناسبة لمطابقة سرعة خرج محرك السيرفو مع سرعة حركة طاولة العمل وتقليل عزم القصور الذاتي في الوقت نفسه.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن اعتماد مفهوم تصميم خفيف الوزن، واختيار مواد أخف وزنًا لتصنيع مكونات ناقل الحركة. على سبيل المثال، استخدام مواد خفيفة الوزن، مثل سبائك الألومنيوم، لتصنيع أزواج براغي وصواميل الرصاص ومكونات التوجيه، يُقلل من القصور الذاتي الكلي للنظام.
رابعًا: متطلبات الصلابة العالية
يضمن نظام نقل عالي الصلابة مقاومة التداخل الخارجي أثناء عملية المعالجة، ويحافظ على دقة معالجة ثابتة. لتحسين صلابة نظام النقل، يمكن اتخاذ الإجراءات التالية:
تقصير سلسلة النقل: يُمكن أن يُقلل تقصير حلقات النقل من التشوه المرن للنظام ويُحسّن صلابته. على سبيل المثال، يُوفر استخدام طريقة تشغيل برغي التوصيل مباشرةً بواسطة المحرك، وصلات النقل الوسيطة، ويُقلل أخطاء النقل والتشوه المرن، ويُحسّن صلابته.
تحسين صلابة نظام نقل الحركة بالتحميل المسبق: بالنسبة لأدلة التدحرج وأزواج براغي الكرة، يمكن استخدام طريقة التحميل المسبق لتوليد حمل مسبق معين بين عناصر التدحرج وقضبان التوجيه أو براغي الرصاص لتحسين صلابة النظام. صُممت دعامة براغي الرصاص لتثبيتها من كلا الطرفين، ويمكن أن تكون ذات هيكل مشدود مسبقًا. بتطبيق شد مسبق معين على براغي الرصاص، يمكن مواجهة القوة المحورية أثناء التشغيل، وبالتالي تحسين صلابتها.
يضمن نظام نقل عالي الصلابة مقاومة التداخل الخارجي أثناء عملية المعالجة، ويحافظ على دقة معالجة ثابتة. لتحسين صلابة نظام النقل، يمكن اتخاذ الإجراءات التالية:
تقصير سلسلة النقل: يُمكن أن يُقلل تقصير حلقات النقل من التشوه المرن للنظام ويُحسّن صلابته. على سبيل المثال، يُوفر استخدام طريقة تشغيل برغي التوصيل مباشرةً بواسطة المحرك، وصلات النقل الوسيطة، ويُقلل أخطاء النقل والتشوه المرن، ويُحسّن صلابته.
تحسين صلابة نظام نقل الحركة بالتحميل المسبق: بالنسبة لأدلة التدحرج وأزواج براغي الكرة، يمكن استخدام طريقة التحميل المسبق لتوليد حمل مسبق معين بين عناصر التدحرج وقضبان التوجيه أو براغي الرصاص لتحسين صلابة النظام. صُممت دعامة براغي الرصاص لتثبيتها من كلا الطرفين، ويمكن أن تكون ذات هيكل مشدود مسبقًا. بتطبيق شد مسبق معين على براغي الرصاص، يمكن مواجهة القوة المحورية أثناء التشغيل، وبالتالي تحسين صلابتها.
V. متطلبات التردد الرنيني العالي
تردد الرنين العالي يعني أن النظام قادر على العودة بسرعة إلى حالة الاستقرار عند تعرضه لتداخل خارجي، ويتمتع بمقاومة جيدة للاهتزاز. لتحسين تردد الرنين للنظام، يمكن البدء بالجوانب التالية:
تحسين التصميم الهيكلي لمكونات ناقل الحركة: صُمِّمَ شكل وحجم مكونات ناقل الحركة، مثل براغي الرصاص وقضبان التوجيه، بشكل معقول لتحسين تردداتها الطبيعية. على سبيل المثال، يُمكن استخدام براغي رصاص مجوفة لتقليل الوزن وتحسين التردد الطبيعي.
اختيار المواد المناسبة: اختر المواد ذات معامل المرونة العالي والكثافة المنخفضة، مثل سبائك التيتانيوم، وما إلى ذلك، والتي يمكن أن تعمل على تحسين صلابة والتردد الطبيعي لمكونات النقل.
زيادة التخميد: يمكن لزيادة التخميد في النظام بشكل مناسب أن تقلل من طاقة الاهتزاز، وتُقلل من ذروة الرنين، وتُحسّن استقراره. يمكن زيادة تخميد النظام باستخدام مواد التخميد وتركيب مخمدات.
تردد الرنين العالي يعني أن النظام قادر على العودة بسرعة إلى حالة الاستقرار عند تعرضه لتداخل خارجي، ويتمتع بمقاومة جيدة للاهتزاز. لتحسين تردد الرنين للنظام، يمكن البدء بالجوانب التالية:
تحسين التصميم الهيكلي لمكونات ناقل الحركة: صُمِّمَ شكل وحجم مكونات ناقل الحركة، مثل براغي الرصاص وقضبان التوجيه، بشكل معقول لتحسين تردداتها الطبيعية. على سبيل المثال، يُمكن استخدام براغي رصاص مجوفة لتقليل الوزن وتحسين التردد الطبيعي.
اختيار المواد المناسبة: اختر المواد ذات معامل المرونة العالي والكثافة المنخفضة، مثل سبائك التيتانيوم، وما إلى ذلك، والتي يمكن أن تعمل على تحسين صلابة والتردد الطبيعي لمكونات النقل.
زيادة التخميد: يمكن لزيادة التخميد في النظام بشكل مناسب أن تقلل من طاقة الاهتزاز، وتُقلل من ذروة الرنين، وتُحسّن استقراره. يمكن زيادة تخميد النظام باستخدام مواد التخميد وتركيب مخمدات.
السادس. متطلبات نسبة التخميد المناسبة
يمكن لنسبة التخميد المناسبة أن تُسهّل استقرار النظام بعد تعرضه للاضطراب دون تخفيف مفرط للاهتزاز. وللحصول على نسبة تخميد مناسبة، يمكن التحكم بها عن طريق ضبط معلمات النظام، مثل معلمات المثبط ومعامل احتكاك مكونات ناقل الحركة.
يمكن لنسبة التخميد المناسبة أن تُسهّل استقرار النظام بعد تعرضه للاضطراب دون تخفيف مفرط للاهتزاز. وللحصول على نسبة تخميد مناسبة، يمكن التحكم بها عن طريق ضبط معلمات النظام، مثل معلمات المثبط ومعامل احتكاك مكونات ناقل الحركة.
باختصار، لتلبية المتطلبات الصارمة لآلات التحكم الرقمي بالكمبيوتر (CNC) لآليات نقل التغذية، يلزم اتخاذ سلسلة من إجراءات التحسين. هذه الإجراءات لا تُحسّن دقة وكفاءة معالجة آلات التصنيع فحسب، بل تُعزز أيضًا استقرارها وموثوقيتها، مما يُوفر دعمًا قويًا لتطوير التصنيع الحديث.
في التطبيقات العملية، من الضروري أيضًا دراسة عوامل مختلفة بعناية، وفقًا لاحتياجات المعالجة المحددة وخصائص أدوات الآلة، لاختيار آلية نقل التغذية الأنسب وإجراءات التحسين. في الوقت نفسه، ومع التقدم المستمر في العلوم والتكنولوجيا، تظهر باستمرار مواد وتقنيات ومفاهيم تصميم جديدة، مما يوفر أيضًا مجالًا واسعًا لتحسين أداء آليات نقل التغذية في أدوات الآلات ذات التحكم الرقمي (CNC). في المستقبل، ستواصل آلية نقل التغذية في أدوات الآلات ذات التحكم الرقمي (CNC) تطويرها نحو دقة وسرعة وموثوقية أعلى.