Struktura NUMA (numericki upravljanih masina alatki)

Ishod br.2

Zahtevi koje NUMA mora da ispuni

Veći stepen iskorišćenja Viša tačnost Daljinsko upravljanje, posebna konstrukcija svih glavni i

pomocnih kretanja Svođenje brzine kretanja na puzeći hod kod približavanja

zadatoj koordinati Nosači alata su automatizovani a funkcije izmene alata

uključene u deo numeričkog upravljanja Merni sistem Vretena NUMA, glavna i pomoćna, izvedena su sa višim

stepenom tačnosti, većih su dimenzija a uležištenju se posvećuje posebna pažnja sa gledišta krutosti, gušenja oscilacije i toplotnih deformacija.

Strukturna sema numericki upravljanog sistema

Komponente NUMA

Noseća struktura mašne

Vođice

Pogon

Vreteno i uležištenje vretena Merni sistemi

Upravljačka jedinica i intefejs operatera

Senzori

Sistem za nadgledanje alata

Postolja i kucista

Elementi strukture: Staticki – ram, postolja,

kucista. Veza – cvrsta razdvojiva

Pokretni – nosac alata, nosac obratka. Kotrljajne, klizne i plivajuce vodjice.

Izrada od sivog liva i drugih materijala, spajanje zavarivanjem

Obezbedjeno odvodjenje strugotine

Postolja i kucista

Noseća struktura - noseći i potporni element alatne mašine. Svi delovi alatne mašine čvrsto vezani za noseću strukturu mašine. Izložena statičkim i dinamičkim silama. Sve komponente mašine moraju da ostanu u tačnom relativnom položaju

Dva osnovna tipa konfiguracije masina alatki Staticka analiza krutosti konfiguracije u SolidWorks-u

Postolja i kucista

Noseća struktura se pomoću metoda konačnih elemenata mora optimizovati tako da ima što manju masu, a što veću krutost, zbog vibracija.

Svi elementi strukture zatvaraju tok sila i naprezanja, a na temelj se prenosi samo tezina masine i obratka

Na staticke deformacije uticu sile koje se ne menjaju tokom vremena – tezina kliznih delova i obratka, i sila koja se javlja prilikom rezanja

Dinamicko opterecenje

Dinamičko opterćenje - sile koje se neprekidno menjaju i pri tom deluju na noseću strukturu alatne mašine. Ove sile dovode do vibracije celog mašinskog sistema.

Neizbalansirani rotirajući elementi Nedozvoljeno uparivanje

zupčanika Nepravilno izvedeno uležištenje Promena u intenzitetu sile rezanja

tokom obrade (kao kod glodanja)

Uticaj ovih vibracija na performanse mašine se smanjuje:

a) Povećanjem krutosti strukture b) Poboljšanjem prigušnih

svojstava

Termicko opterecenje

Kod alatnih mašina postoji veći broj lokalnih toplotnih izvora koji povećavaju toplotni gradijent unutar mašine.

Električni motor Trenje u mehaničkom pogonu i

prenosnicima Proces obrade Temperatura okoline

Ovi toplotni izvori prouzrokuju lokalne deformacije.

Pogon (motor i prenosnik) treba montirati na spoljnom delu mašine

Adekvatnim podmazivanjem otkloniti temperaturu nastalu usled trenja u ležajevima i vođicama

Adekvatnim sredstvom za hlađenje i sistemom za otklanjanje opiljaka otkloniti temperaturu nastalu tokom obrade

Strukturu mašine izraditi u termo-simetričnom dizajnu

Komponente za pomocno kretanje masine

Linearne vodjice (axis linear guide): klizne i kotrljajne

Linearne vodjice

Upravljanje pravcem i smerom kretanja suporta ili radnog stola za koja je alat ili obradak pričvršćen

Apsorbcija svih statičkih i dinamičkih sila

(pokazati SW ruter)

Linearne vodjice

Kod kliznih postoji više tipova, kao što su: aerostatičke, hidrostatičke, hidrodinamičke, ali u najširoj primeni su vođice sa dodirom metal-metal. Najčešće se između ovih kontaktnih površina ubrizgava tanak film ulja da bi se smanjilo trenje. U novije vreme na metalne površine se postavljaju obloge od plastične materije pod nazivom Turcite-B, koja poboljšava klizna svojstva vođica, eliminiše stick-slip efekat i omogućava laku zamenu samih obloga kada se pohabaju. Karakteristično za ovaj tip vođica je što zahtevaju visoku tačnost obrade i kvalitet obrađenih površina. Dimenziono su znatno veće od kotrljajnih vođica iste nosivosti što može da bude ograničavajući faktor. Pred pogonski sistem postavljaju povišene zahteve zbog relativno velikog trenja što ih ne čini najpogodnijim za velike brzine pomoćnog kretanja. S druge strane, ako govorimo o krutosti, u blagoj su prednosti u odnosu na kotrljajne. Priznati svetski proizvođač mašina alatki Fadal smatra da klizne vođice pružaju niz prednosti zbog kojih ih i dalje ugrađuje u svoje CNC mašine.

Princip rada kotrljajnih vođica zasniva se na cirkulisanju kotrljajnih tela, koja mogu biti kuglice ili valjčići, u za to predvođenim kanalima pokretnog dela. Kotrljajna tela naležu na šinu zamenjujući trenje klizanja trenjem kotrljanja. Kada su izmišljeni kuglični ležajevi, njihove kuglice nisu bile smeštene u kaveze. Trenje između kuglica prouzrokovalo je veliku buku, čineći velike brzine rotacija nemogućim i radni vek kraćim. Uljni film, koji se nalazi između kuglica koje nisu u kavezu, često nestaje usled opterećenja što dovodi do tačkastog kontakta,visokog kontaktnog napona i kliznog kontakta između kuglica. Nasuprot tome, kuglice smeštene u kavezu su u površinskom dodiru sa njim. Uljni film u toku rada uvek ostaje čitav, nivo buke je nizak, kuglice mogu da se kreću velikim brzinama što rezultuje dugačkim radnim vekom.

Vodjice sa trenjem

Kod vodjica sa trenjem obratiti paznju na stick-slip efekat!

Vodjice sa antifrikcionim linearnim kretanjem Smanjuju habanje Obezbedjuju mirno kretanje Smanjuju trenje Smanjuju generisanje toplote

Prednosti linearnih vodjica sa recirkulacionim kretanjem

a) Mali otpor trenju b) Bez stick-slip efekta c) Jednostavnost sastavljanja d) Komercijalno su raspoložive i isporučuju se u stanju spremnom za

ugradnju e) Sposobnost nošenja velikih opterećenja f) Mogućnost predopterećenja sa većim silama g) Veća brzina traverse

Linearne vodjiceKlizne jedinice T-OP

Otvorene klizne jedinice tipa T-OP, namenjene su većim opterećenjima. Posebna konstrukcija omogućava laku izmenu i fiksiranje ležaja u kućištu. Površina za vezivanje je šira od standardnog tipa kliznih jedinica. Kućište je urađeno od aluminijuma, i  mala inercija omogućava da klizni sklop funkcioniše brže i uz minimalan utrošak energije.

Linearni sistemi za vođenje

Linearni kuglicni lezajevi

Držač osovine SHF

CNC ruter

Pogon CNC masina

Funkcija pogonskog dela – obezbedjivanje kretanja klizaca pomocu naredbi za kretanje

Potrebni – visoka tacnost i brz odziv

Komponente pogonskog dela

Motori:

- Step

- Servo

Mehanicki prenosni sistem:

- Elementi za pretvaranje kruznog u pravolinijsko kretanje (zavojno vreteno sa navrtkom ili zupcasta letva sa pogonskim tockom)

- Elementi za prenos obrtne sile (prenosnik, sinhronizacioni kais, spojnica)

Motori

Dileme: Jednosmerna –

naizmenicna Step ili servo

Nacin rada koracnih motora

Основни рад је објашњен на следећи начин: Полови ротора су привучени к полу статора (фаза 1) кроз чију завојницу пролази струја. Једном тамо, струја протиче кроз завојницу пола статора (фаза 4), и пол ротора је привучен ту. Затим се активира фаза 3, па фаза 2. Циклус се даље понавља од фазе један, а угао корака је 15°.

Треба примиетити да је угао између полова статора 45° а између полова ротора 60°. Ово је потребно да се обезбеди зазор од 15° између полова ротора и статора за идући корак. Иначе, ротор се не би покретао при идућем пулсу струје.

Step (koracni) motori

Рад корачног мотора, корак 1. Електромагнет 1 је укључен. Када се полови ротора поредају са половима статора (1), долази до зазора између полова ротора и плова статора (2).

Рад корачног мотора, корак 2. Електромагнет 2 је укључен. Због зазора (полови ротора-полови статора (2)), ротор се даље окреће док полови нису поредани. Сад се међутим ствара зазор полова на позицији 3.

Рад корачног мотора, корак 3. Даље се наставља, по принципу из корака 1 и 2.

Рад корачног мотора, корак 4.

Пуни корак, полукорак и микрокорак

Пуни корак је нормални угао корака мотора, и ово је његов нормалан начин рада.

Полукорак је метода остварења угаоног помака мањег од пуног корака. Остварује се тако да су ДВЕ завојнице мотора активне у исто време, чиме се пол ротора држи у позицији између полова статора.

Микрокорак је сличан полукораку, али је сад и вредност струје у завојници подесива, па пол ротора може заузимати велики број дискретних позиција између полова статора.

Mehanicki prenosni sistem

Visoka sopstvena frekvencaVisoka cvrstocaDovoljno prigusenjeMalo trenjeBez mrtvog hoda

Navojna vretena

Osnovna uloga

Pretvaranje obrtnog kretanja u linearno kretanje ose masine pomocu navrtke

Govorimo o sistemu vreteno – navrtka

Kod numerickih masina, koristi se recirkulaciona navrtka sa kuglicama

Navojna vretena

Zlebovi navojnog vretena i navrtke u obliku polukruga ili gotickog luka

Sklop vreteno-navrtka mesto generisanja najveceg trenja u sistemu

U brzom hodu kuglice se okrecu 8000o/min

Toplota pri 2000o/min je izmedju 100 i 200 W. uzima se da je prednaprezanje 3kN koje proizvodi moment trenja od 0.5-1Nm.

Prednosti sistema vretena sa recirkulacijom

Mali otpor trenja Slabiji pogonski deo Mali porast

temperature Duzi vek trajanja Bez stick slip efekta Veca brzina traverse Veci stepen

iskoriscenja

Klase tacnosti navojnih vretena

Varijante izvodjenja recirkulacije

ZAHTEV! - minimalni mrtvi hod u vretenu i navrtki!

Prednaprezanje navrtke

Prednaprezanje u aksijalnom pravcu – eliminisanje zazora, povecava tacnost pozicioniranja (backlash) i krutost

Povecava krutost navrtke i smanjuje elasticno pomeranje

Prednaprezanje navrtke

Zavojno vreteno sa dvostrukom navrtkom, povratnom cevi i podmetačem za prednaprezanje (shim plate)

SFU kuglicna vretena

SFU sistemi se koriste u aplikacijama gde je obrtno kretanje potrebno sa velikom tačnošću pretvoriti u linijsko. Proizvodi se u varijanti kao valjani (klase tačnosti C10,C7 i C5) i precizno brušeni (C7,C5,C4,C3,C2,C1).

SFU sistemi sa klasom tačnosti C7 (greška na 300mm dužine je do 50μ ),

Preload P1(bez zazora i bez sile pritezanja)

Upotreba u većini aplikacija

DFU kuglicna vretena

DFU sistemi kugličnih navojnih vretena sa potpunom eliminacijom zazora.

Namenjeni CNC alatniim mašinama gde je potrebna visoka tačnost i "backlash" jednak nuli.

Podesivom spregom dve kuglične matice , obezbeđuje se potpuna eliminacija praznog hoda prilikom promene smera okretanja navojnog vretena.

Preporučuju se za ugradnju u alatne mašine.

Upotreba (napr. Z-osa kod glodalica).Navojna vretena su identična kao kod SFU.

Ulezistenje navojnog vretena

Izvodjenje ulezistenja navojnog vretena

Izvođenja sistema zavojnog vretena mogu biti različita, pri čemu su krajevi vretena oslonjeni nekom kombinacijom radijalih i radijalno-aksijalnih ležajeva. Kraj vretena na kome je onemogućeno samo radijalno kretanje naziva se supported end, a kraj na kome je onemogućeno i aksijalno i radijalno fixed end.

Jedinica za radijalno i aksijalno oslanjanje Jedinica za aksijalno oslanjanje

Nacin montiranja navojnog vretena

Držač koji se montira na recirkulacionu navrtku,

radi spajanja sa izvršnim organom mašine

Sistem oslanjanja, radijalno aksijalno na jednom kraju,

radijalno na drugom kraju zavojnog vretena (fixed - supported)

Izbor kranjih lezajeva vretena

www.thk.com