Témata
Reklama

Pohonné jednotky s naháněnou maticí

Permanentní snaha o zlepšení produktivity a kvality obrábění silně ovlivňuje stavbu obráběcích strojů. Maximálně dosažitelná zrychlení a rychlosti při současně dobré přesnosti polohování představují proto výzvu pro techniku lineárního pohonu.

Vedle oboru elektrotechniky vyplývají proto z tohoto trendu i vysoké nároky na mechanické komponenty pohonné části. Základem nové pohonné jednotky firmy Rexroth Star je oboustranně pevně upnuté kuličkové vřeteno, na kterém elektromotor s dutým hřídelem pohání přímo matici. Využitím této koncepce se dosahuje takových provozních vlastností, které daleko předstihují dosavadní pohonné systémy.
Reklama
Reklama

Spojení mechaniky a elektroniky

Spojením mechanických a elektrotechnických komponent vznikají tzv. mechatronické, technicky optimalizované systémy. Novou kombinací kuličkového šroubového pohonu a střídavého elektromotoru s dutým rotorkem vzniká optimálně sladěná pohonná jednotka. Přímým spojením elektrického pohonu a mechaniky se dosahuje současně maximální rychlosti pojezdu a přesnosti při lineárním polohování. Přitom se nově interpretuje funkce tohoto kuličkového šroubu, tj. převod rotačního pohybu na podélný.

Osvědčená technologie

Při tradičním elektromechanickém řešení pohonu se rotační pohyb servomotoru převádí na lineární posuv pomocí kuličkového šroubu. Obvyklá koncepce takovéto osy stroje předpokládá vřeteno poháněné střídavým servomotorem přes spojku nebo řemen. Matice přitom provádí na rotujícím hřídeli požadovaný posuvný pohyb. Nevyhnutelná axiální teplotní dilatace vřetena se převážně vyrovnává koncovým uložením vřetena v jednom pevném a jednom volném ložisku. Další variantou je oboustranně pevné uložení, které vede k lepší tuhosti a vyšším ohybově kritickým otáčkám.

Fyzikální hranice

V závislosti na délce vřetena a koncovém uložení jsou omezeny dosažitelné hodnoty axiální tuhosti. Elastické deformace a kmitání vyvolané například obráběcími silami omezují přesnost lineárního polohování. Také z hlediska dosažitelných lineárních rychlostí mají tyto osové systémy své fyzikální hranice. Zvýšené stoupání vřetena zvyšuje sice lineární rychlosti, ale působí negativně na přesnost polohování a na životnost, resp. únosnost. Proto mají velký význam maximálně možné otáčky kuličkového šroubu, které sice byly zvýšeny na dosud technicky možnou hranici, avšak zvláště u vysoce dynamických aplikací se při vysokých rychlostech vyskytují u obráběcích strojů nežádoucí rezonanční otáčky, resp. ohybově kritické otáčky. K tomu stále více přistupuje termický účinek zvýšených otáček a rychlosti, jehož důsledkem jsou délkové změny vřeten.
Tomu lze zabránit předepnutím vřeten. Pro tuto kompenzaci teplotní dilatace jsou ale potřebné vysoké síly, které se musí zachytit axiálními ložisky na koncích rotujících vřeten. Tím je předepnutí limitováno. Přitom vznikající síly u pevného oboustranného uložení zatěžují navíc k vlastní zátěži i valivá ložiska a zkracují tak jejich životnost.

Alternativní řešení

Na základě těchto fyzikálních skutečností jsou vysoce dynamické koncepce s rotujícím vřetenem stěží dosažitelné. Alternativním řešením je poháněcí systém od firem Rexroth Star a Rexroth Indramat s nerotujícím, pevně upnutým vřetenem a poháněnou rotující maticí. Dosud existovala pro takovéto systémy pouze možnost pohánět matici ve valivém ložisku ozubeným řemenem. Nová koncepce pohonné jednotky s motorem opatřeným dutým hřídelem znamená rozhodující pokrok. Pro využití maximálně možné dynamiky pohonu kuličkového šroubu se vřeteno vede skrz dutý hřídel servomotoru. Matice kuličkového šroubu je přímo spojena s dutým hřídelem motoru a při tomto řešení odpadají přídavné přenosné prvky, jako např. hnací řemeny nebo spojky, a jejich negativní vlivy. Servomotor a pohon kuličkového šroubu leží prostorově úsporně v jedné ose.
Rozhodující předností je zvýšená tuhost bez koncových ložisek limitujících axiální sílu. Použitím vrtaného dutého hřídele se navíc nabízí možnost jeho chlazení zevnitř. Kromě toho koncepce stojícího vřetena značně zjednodušuje problematiku ohybově kritických otáček. Omezení rychlochodu je tím v mnoha případech redukováno na maximální odvalovací rychlost pohonu kuličkového šroubu. Kromě toho celý systém má axiální tuhost, která daleko překračuje hodnotu tuhosti osy s rotujícím vřetenem. Totéž platí pro torzní tuhost, neboť při oboustranném upnutí vřetena je chování systému dynamičtější.

Vysoce dynamická pohonná kinematika

Kinematika posuvu jednotky s motorem s dutým hřídelem tak zaručuje dobrou přesnost polohování při vysokých rychlostech a zrychleních. Takto se na bázi osvědčených komponent vytvářejí nové perspektivy pro rozvoj vysoce dynamických generací obráběcích strojů. Svým pozoruhodným dynamickým chováním je popsaný systém velmi dobře konkurenceschopný i ve srovnání s pohonem přímým lineárním elektromotorem. Zejména vzhledem k principiální přednosti účinku převodu, který vyplývá ze stoupání kuličkového šroubu, se nová pohonná jednotka ve srovnání s přímým lineárním servomotorem hodí i pro aplikace s velkými hmotami saní nebo velkými silami obrábění.
Reklama
Vydání #4
Kód článku: 10445
Datum: 11. 04. 2001
Rubrika: Trendy / Obrábění
Autor:
Firmy
Související články
Silná geometrie s měkkým řezem

Existují prezentace produktů, které je potřeba přečíst si několikrát, než je člověk pochopí. Tato prezentace k nim ovšem nepatří. S-Cut SC-UNI je fréza, jejíž funkční princip lze přes její unikátní provedení, nebo právě proto, velmi snadno vysvětlit. Její břity ve tvaru S a extrémně nestejné dělení potlačující chvění vyvolané procesem obrábění vytvářejí z této frézy vysoce kvalitní nástroj, který v rámci veškerých srovnávacích testů poráží porovnávané frézy.

Modulární vřetenové jednotky s převodovkou

Novou variabilní řadu vřeten MGS představila firma Weiss Spindeltechnologie, dceřiná společnost koncernu Siemens AG, výrobcům obráběcích center požadujícím velké krouticí momenty. Tímto počinem konstruktéři strojů získávají pro své projekty řešení pomocí modulárních vřeten různých krouticích momentů.

Hydrostatika zvyšuje užitnou hodnotu obráběcích strojů

Hydrostatické vedení je jedním z typů lineárních vedení, která se používají u obráběcích strojů. Princip je znám dlouhá léta, přesto lze na komponentech, které zajišťují jeho funkci, stále co vyvíjet a vylepšovat. Příkladem tohoto úsilí je výsledek spolupráce firem Toshulin a Argo-Hytos.

Související články
Zprovoznění motorových vřeten systémem Plug and Play

Společnost Siemens AG spolu se svým dceřiným podnikem Weiss Spindeltechnologie GmbH ze Schweinfurtu vyvinula elektronický modul pro vřetena s označením SMI 24, který ve spojení se systémem Sinumerik CNC výrazně ulehčuje zprovoznění vřetena obráběcího stroje. Uživatel si navíc může nechat zobrazit, pokud je vřeteno příslušně vybaveno, různá statistická vyhodnocení, jako např. teplotní průběhy, dobu běhu, otáčky a profily krouticích momentů.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Efektivní výroba velkých kuličkových šroubů

Snad každý výrobce komponentů pro strojírenství řeší problematiku jejich efektivní výroby při splnění všech požadavků na kvalitu. Jednou z cest realizace této podmínky konkurenceschopnosti je využívání nových technologií a nástrojů.

Elektronické vačkové systémy a bruska radiálních vaček

VÚTS, a. s., se více než 30 let zabývá výpočty, konstrukcí a výrobou klasických vačkových mechanismů. Výroba radiálních a axiálních vaček technologiemi frézování, broušení a elektroerozivního obrábění se za tuto dobu stala standardem pro domácí i zahraniční odběratele. V současnosti se VÚTS zabývá také možnostmi aplikací elektronických vaček, jejichž hlavní předností je pružná změna pohybových funkcí.

Kuličkový šroub s klecí

Společnost Kuličkové Šrouby Kuřim vystavila na MSV v Brně svůj nově vyvinutý výrobek - kuličkový šroub s klecí. Tento produkt byl přihlášen do soutěže Zlatá medaile a byl oceněn za nejlepší inovační exponát v kategorii komerční produkt.

Je zaškrabávání nezastupitelná metoda?

V minulém vydání jsme uvedli 1. díl pohledu do minulosti i současnosti řemeslné výroby obráběcích strojů. Nyní vám přinášíme pokračování tohoto článku o unikátní metodě – technologii zaškrabávání.

Harmonizace ve svařování

Mezinárodní harmonizace norem a pravidel pro svařování je důležitá z mnoha důvodů. Primárním důvodem je skutečnost, že svařování je považováno za "zvláštní proces" (EN ISO 9001), při kterém nelze zcela zjistit jakost po skončení procesu inspekcí, ale jakost musí být sledována před i v průběhu celého procesu svařování.

Kompaktní pohony s dutou hřídelí

Kompaktní, robustní, cenově výhodné… Jsou-li stanoveny požadavky na stroje, musí zareagovat i poskytovatelé řídicí a pohonné techniky. Jejich inovace jsou důležité pro vývoj konstrukcí strojů.

Ready made lineární osy s ozubeným řemenem

Pomocí lineární osy je realizován pohyb v přímém směru a jedná se tak o výborný výchozí konstrukční prvek pro stavbu strojů, automatizačních linek a polohovacích zařízení s potřebou přesného lineárního pohybu ve více osách (typicky například CNC stroje). V posledních letech došlo navíc k výraznému snížení cen a lineární osy se tak stávají dostupné i pro dosud zapovězené oblasti. V neposlední řadě je podstatnou výhodou u tzv. ready made produktů dodávka již smontovaného dílu připraveného k okamžitému použití v zákaznické aplikaci.

Optimalizace péče o ložiska zabraňuje odstávkám výroby

Ložiska jsou vysoce namáhanými součástmi pohonů, které v průběhu času podléhají opotřebení. S ohledem na to je zvláště důležité zahrnout je do plánů údržby, protože tato strategie pomáhá prodloužit životnost strojů nebo zařízení.

Velmi rychlá dvojčata

SolidCAM a InventorCAM jsou jeden a tentýž CAM program integrovaný v různých CADech (SolidWorks a Autodesk Inventor), proto má smysl mluvit o obou najednou. Neliší se funkčně totiž opravdu vůbec, pouze je uživatel ovládá ve svém oblíbeném CADu.

Kuličkové šrouby a matice ve stavbě CNC obráběcích strojů, část 5.

V současné době se jako jedna z několika možných alternativ využívá ve stavbě obráběcích center pro realizaci přímočarých posuvů elektromechanická posuvová soustava tvořená servomotorem s kuličkovým šroubem a maticí. Princip kuličkového šroubu a matice je znám více než sto let. V tomto seriálu vás krok za krokem provedeme zajímavým světem tohoto typu pohybových (polohovacích) šroubů.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit