Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> Pohonné jednotky s naháněnou maticí
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.

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.

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.

Další články

Obráběcí stroje a technologie
Převody/pohony/ložiska/spojky

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky

Sledujte nás na sociálních sítích: