“Persyaratan dan Langkah Optimasi Mekanisme Transmisi Umpan pada Mesin Perkakas CNC”
Dalam manufaktur modern, mesin perkakas CNC telah menjadi peralatan pemrosesan utama karena keunggulannya seperti presisi tinggi, efisiensi tinggi, dan tingkat otomatisasi yang tinggi. Sistem transmisi umpan pada mesin perkakas CNC biasanya bekerja dengan sistem servo feed, yang memainkan peran krusial. Berdasarkan pesan instruksi yang dikirimkan dari sistem CNC, sistem ini memperkuat dan kemudian mengontrol pergerakan komponen penggerak. Sistem ini tidak hanya perlu mengontrol kecepatan umpan secara presisi, tetapi juga secara akurat mengontrol posisi dan lintasan pergerakan pahat relatif terhadap benda kerja.
Sistem umpan terkontrol loop tertutup yang umum pada mesin perkakas CNC terutama terdiri dari beberapa bagian seperti perbandingan posisi, komponen amplifikasi, unit penggerak, mekanisme transmisi umpan mekanis, dan elemen umpan balik deteksi. Di antara mereka, mekanisme transmisi umpan mekanis adalah seluruh rantai transmisi mekanis yang mengubah gerakan putar motor servo menjadi gerakan umpan linier meja kerja dan dudukan pahat, termasuk perangkat reduksi, pasangan sekrup dan mur utama, komponen pemandu dan bagian pendukungnya. Sebagai penghubung penting dalam sistem servo, mekanisme umpan mesin perkakas CNC tidak hanya harus memiliki akurasi posisi yang tinggi tetapi juga memiliki karakteristik respons dinamis yang baik. Respons sistem terhadap sinyal instruksi pelacakan harus cepat dan stabilitasnya harus baik.
Untuk memastikan akurasi transmisi, stabilitas sistem, dan karakteristik respons dinamis dari sistem umpan pusat permesinan vertikal, serangkaian persyaratan ketat diajukan untuk mekanisme umpan:
I. Persyaratan tidak ada celah
Celah transmisi akan menyebabkan kesalahan zona mati terbalik dan memengaruhi akurasi pemrosesan. Untuk meminimalkan celah transmisi, metode seperti penggunaan poros penghubung dengan eliminasi celah dan pasangan transmisi dengan langkah-langkah eliminasi celah dapat diterapkan. Misalnya, pada pasangan sekrup dan mur utama, metode preload mur ganda dapat digunakan untuk menghilangkan celah dengan menyesuaikan posisi relatif antara kedua mur. Sementara itu, untuk komponen seperti transmisi roda gigi, metode seperti penyetelan shim atau elemen elastis juga dapat digunakan untuk menghilangkan celah guna memastikan akurasi transmisi.
Celah transmisi akan menyebabkan kesalahan zona mati terbalik dan memengaruhi akurasi pemrosesan. Untuk meminimalkan celah transmisi, metode seperti penggunaan poros penghubung dengan eliminasi celah dan pasangan transmisi dengan langkah-langkah eliminasi celah dapat diterapkan. Misalnya, pada pasangan sekrup dan mur utama, metode preload mur ganda dapat digunakan untuk menghilangkan celah dengan menyesuaikan posisi relatif antara kedua mur. Sementara itu, untuk komponen seperti transmisi roda gigi, metode seperti penyetelan shim atau elemen elastis juga dapat digunakan untuk menghilangkan celah guna memastikan akurasi transmisi.
II. Persyaratan gesekan rendah
Mengadopsi metode transmisi rendah gesekan dapat mengurangi kehilangan energi, meningkatkan efisiensi transmisi, dan juga membantu meningkatkan kecepatan respons dan akurasi sistem. Metode transmisi rendah gesekan yang umum meliputi pemandu hidrostatik, pemandu rol, dan sekrup bola.
Mengadopsi metode transmisi rendah gesekan dapat mengurangi kehilangan energi, meningkatkan efisiensi transmisi, dan juga membantu meningkatkan kecepatan respons dan akurasi sistem. Metode transmisi rendah gesekan yang umum meliputi pemandu hidrostatik, pemandu rol, dan sekrup bola.
Pemandu hidrostatik membentuk lapisan film oli bertekanan di antara permukaan pemandu untuk mencapai luncuran tanpa kontak dengan gesekan yang sangat kecil. Pemandu rol menggunakan penggulungan elemen rol pada rel pemandu untuk menggantikan luncuran, sehingga sangat mengurangi gesekan. Sekrup bola merupakan komponen penting yang mengubah gerak putar menjadi gerak linier. Bola-bola menggelinding di antara sekrup utama dan mur dengan koefisien gesekan rendah dan efisiensi transmisi tinggi. Komponen transmisi rendah gesekan ini dapat secara efektif mengurangi hambatan mekanisme umpan selama pergerakan dan meningkatkan kinerja sistem.
III. Persyaratan inersia rendah
Untuk meningkatkan resolusi mesin perkakas dan memaksimalkan akselerasi meja kerja guna mencapai tujuan pelacakan instruksi, momen inersia yang dikonversi ke poros penggerak oleh sistem harus sekecil mungkin. Hal ini dapat dicapai dengan memilih rasio transmisi yang optimal. Pemilihan rasio transmisi yang tepat dapat mengurangi momen inersia sistem sekaligus memenuhi persyaratan kecepatan dan akselerasi gerakan meja kerja. Misalnya, saat merancang perangkat reduksi, rasio roda gigi atau rasio puli sabuk yang sesuai dapat dipilih berdasarkan kebutuhan aktual untuk menyesuaikan kecepatan keluaran motor servo dengan kecepatan gerakan meja kerja, sekaligus mengurangi momen inersia.
Untuk meningkatkan resolusi mesin perkakas dan memaksimalkan akselerasi meja kerja guna mencapai tujuan pelacakan instruksi, momen inersia yang dikonversi ke poros penggerak oleh sistem harus sekecil mungkin. Hal ini dapat dicapai dengan memilih rasio transmisi yang optimal. Pemilihan rasio transmisi yang tepat dapat mengurangi momen inersia sistem sekaligus memenuhi persyaratan kecepatan dan akselerasi gerakan meja kerja. Misalnya, saat merancang perangkat reduksi, rasio roda gigi atau rasio puli sabuk yang sesuai dapat dipilih berdasarkan kebutuhan aktual untuk menyesuaikan kecepatan keluaran motor servo dengan kecepatan gerakan meja kerja, sekaligus mengurangi momen inersia.
Selain itu, konsep desain ringan juga dapat diadopsi, dan material dengan bobot lebih ringan dapat dipilih untuk membuat komponen transmisi. Misalnya, penggunaan material ringan seperti paduan aluminium untuk membuat pasangan sekrup dan mur utama serta komponen pemandu dapat mengurangi inersia keseluruhan sistem.
IV. Persyaratan kekakuan tinggi
Sistem transmisi dengan kekakuan tinggi dapat memastikan ketahanan terhadap gangguan eksternal selama proses pemrosesan dan menjaga akurasi pemrosesan yang stabil. Untuk meningkatkan kekakuan sistem transmisi, langkah-langkah berikut dapat diambil:
Memperpendek rantai transmisi: Mengurangi sambungan transmisi dapat mengurangi deformasi elastis sistem dan meningkatkan kekakuan. Misalnya, penggunaan metode penggerak sekrup utama secara langsung oleh motor dapat menghemat sambungan transmisi antara, mengurangi kesalahan transmisi dan deformasi elastis, serta meningkatkan kekakuan sistem.
Meningkatkan kekakuan sistem transmisi dengan pemberian beban awal: Untuk pemandu rol dan pasangan sekrup bola, metode pemberian beban awal dapat digunakan untuk menghasilkan beban awal tertentu antara elemen rol dan rel pemandu atau sekrup utama guna meningkatkan kekakuan sistem. Penyangga sekrup utama dirancang untuk terpasang di kedua ujungnya dan dapat memiliki struktur pra-regangan. Dengan memberikan tegangan awal tertentu pada sekrup utama, gaya aksial selama operasi dapat dinetralkan dan kekakuan sekrup utama dapat ditingkatkan.
Sistem transmisi dengan kekakuan tinggi dapat memastikan ketahanan terhadap gangguan eksternal selama proses pemrosesan dan menjaga akurasi pemrosesan yang stabil. Untuk meningkatkan kekakuan sistem transmisi, langkah-langkah berikut dapat diambil:
Memperpendek rantai transmisi: Mengurangi sambungan transmisi dapat mengurangi deformasi elastis sistem dan meningkatkan kekakuan. Misalnya, penggunaan metode penggerak sekrup utama secara langsung oleh motor dapat menghemat sambungan transmisi antara, mengurangi kesalahan transmisi dan deformasi elastis, serta meningkatkan kekakuan sistem.
Meningkatkan kekakuan sistem transmisi dengan pemberian beban awal: Untuk pemandu rol dan pasangan sekrup bola, metode pemberian beban awal dapat digunakan untuk menghasilkan beban awal tertentu antara elemen rol dan rel pemandu atau sekrup utama guna meningkatkan kekakuan sistem. Penyangga sekrup utama dirancang untuk terpasang di kedua ujungnya dan dapat memiliki struktur pra-regangan. Dengan memberikan tegangan awal tertentu pada sekrup utama, gaya aksial selama operasi dapat dinetralkan dan kekakuan sekrup utama dapat ditingkatkan.
V. Persyaratan untuk frekuensi resonansi tinggi
Frekuensi resonansi yang tinggi berarti sistem dapat dengan cepat kembali ke kondisi stabil ketika mengalami gangguan eksternal dan memiliki ketahanan getaran yang baik. Untuk meningkatkan frekuensi resonansi sistem, aspek-aspek berikut dapat dimulai:
Optimalkan desain struktural komponen transmisi: Rancang bentuk dan ukuran komponen transmisi seperti sekrup pengarah dan rel pemandu secara wajar untuk meningkatkan frekuensi alaminya. Misalnya, penggunaan sekrup pengarah berongga dapat mengurangi bobot dan meningkatkan frekuensi alami.
Pilih bahan yang sesuai: Pilih bahan dengan modulus elastisitas tinggi dan kepadatan rendah, seperti paduan titanium, dll., yang dapat meningkatkan kekakuan dan frekuensi alami komponen transmisi.
Meningkatkan peredaman: Peningkatan peredaman yang tepat dalam sistem dapat mengurangi energi getaran, mengurangi puncak resonansi, dan meningkatkan stabilitas sistem. Peredaman sistem dapat ditingkatkan dengan menggunakan material peredam dan memasang peredam.
Frekuensi resonansi yang tinggi berarti sistem dapat dengan cepat kembali ke kondisi stabil ketika mengalami gangguan eksternal dan memiliki ketahanan getaran yang baik. Untuk meningkatkan frekuensi resonansi sistem, aspek-aspek berikut dapat dimulai:
Optimalkan desain struktural komponen transmisi: Rancang bentuk dan ukuran komponen transmisi seperti sekrup pengarah dan rel pemandu secara wajar untuk meningkatkan frekuensi alaminya. Misalnya, penggunaan sekrup pengarah berongga dapat mengurangi bobot dan meningkatkan frekuensi alami.
Pilih bahan yang sesuai: Pilih bahan dengan modulus elastisitas tinggi dan kepadatan rendah, seperti paduan titanium, dll., yang dapat meningkatkan kekakuan dan frekuensi alami komponen transmisi.
Meningkatkan peredaman: Peningkatan peredaman yang tepat dalam sistem dapat mengurangi energi getaran, mengurangi puncak resonansi, dan meningkatkan stabilitas sistem. Peredaman sistem dapat ditingkatkan dengan menggunakan material peredam dan memasang peredam.
VI. Persyaratan rasio redaman yang sesuai
Rasio peredaman yang tepat dapat membuat sistem cepat stabil setelah terganggu tanpa redaman getaran yang berlebihan. Untuk mendapatkan rasio peredaman yang tepat, pengendalian rasio peredaman dapat dilakukan dengan menyesuaikan parameter sistem seperti parameter peredam dan koefisien gesek komponen transmisi.
Rasio peredaman yang tepat dapat membuat sistem cepat stabil setelah terganggu tanpa redaman getaran yang berlebihan. Untuk mendapatkan rasio peredaman yang tepat, pengendalian rasio peredaman dapat dilakukan dengan menyesuaikan parameter sistem seperti parameter peredam dan koefisien gesek komponen transmisi.
Singkatnya, untuk memenuhi persyaratan ketat mesin perkakas CNC terkait mekanisme transmisi umpan, serangkaian langkah optimasi perlu dilakukan. Langkah-langkah ini tidak hanya dapat meningkatkan akurasi dan efisiensi pemrosesan mesin perkakas, tetapi juga meningkatkan stabilitas dan keandalan mesin perkakas, sehingga memberikan dukungan kuat bagi perkembangan manufaktur modern.
Dalam aplikasi praktis, berbagai faktor juga perlu dipertimbangkan secara komprehensif berdasarkan kebutuhan pemrosesan spesifik dan karakteristik mesin perkakas, serta pemilihan mekanisme transmisi umpan dan langkah-langkah optimasi yang paling sesuai. Bersamaan dengan itu, seiring dengan kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi yang berkelanjutan, material, teknologi, dan konsep desain baru terus bermunculan, yang juga memberikan ruang yang luas untuk lebih meningkatkan kinerja mekanisme transmisi umpan mesin perkakas CNC. Di masa mendatang, mekanisme transmisi umpan mesin perkakas CNC akan terus berkembang ke arah presisi, kecepatan, dan keandalan yang lebih tinggi.