Улучшение производительности ЧПУ станка установкой противовеса на Z-ось


Задумывались ли когда-нибудь про установку противовеса на свой ЧПУ станок?

Большинство коммерчески продаваемых станин используют такой противовес. Вот, например, Hurco VM1.

1g1.jpg

 














Или вот схема станка от DIY Haas, показывающая пневмогидравлическую систему противовеса станка Haas -   пневмогидравлическая система противовеса оси Z станка Haas (courtesy DIY Haas).


2g.jpg


Использование пневмогидравлической системы делает конструкцию противовеса компактнее. 


Зачем использовать противовес на оси Z?


Задача противовеса оси Z уравновешивание сил на оси Z в обоих направлениях. Если при опускании инструмента помогает сила гравитации, то при его подъеме гравитация играет против системы сервоприводов. Потому применение противовеса позволяет уравнять скорости перемещения по оси Z, как вверх, так и вниз, без необходимости устанавливать более мощные двигатели.

Именно поэтому установка системы противовесов оси Z может повысить общую производительность ЧПУ станка. Еще одна проблема – у некоторых станков консоль станка может дрейфовать вниз (иногда тревожно быстро), особенно с отключенным питанием, когда мотор оси Z не поддерживает вес консоли. Так происходит, потому что ходовой винт оси Z (шариковой винт или другой механизм), наклон резьбы который делает возможным обратное проскальзывание. У некоторых станков эта проблема решена установкой тормоза оси, который активируется каждый раз, когда отключается питание станка. Противовес на оси Z позволяет устранить эту проблему, увеличивая производительность станка благодаря тому, что нет необходимости включения системы тормоза оси Z при отключении питания станка. 


Методы установки противовеса на ось Z


Противовес


Нормально будет  работать даже простой противовес соединенный тросами или роликовой цепью с осью Z. Основная проблема такого способа – найти место для установки противовеса. Также важно чтобы противовес перемещался по направляющему валу или рельсу, это поможет свести к минимуму случайные поперечные вибрации. Уверен, что вы не хотите, чтобы он бился о конструкции станка, потому что такие вибрации будут передаваться на колонну шпинделя, и любая вибрация будет проявляться на обрабатываемой поверхности. 

Важно при установке противовеса учитывать то, что он удвоит весовую нагрузку, приходящуюся на ось Z. Это, в свою очередь, означает вдвое большую инерцию. Мне нравится следующее решение этой проблемы.
 

Пневматические пружины

На картинке можно увидеть п3g.jpgротивовес на Z оси на основе пневматических пружин.

Пневматические пружины могут быть 3g.jpgидеальным решением для небольших ЧПУ станков. Типичная установка газовых пружин выглядит следующим образом:
 
Газовые пружины хороши тем, что очень компактны, а это может очень сильно облегчить поиск места для их установки. Вы можете установить их непосредственно на оси Z, как показано выше или использовать трос или другую систему уравновешивания, чтобы перенести нагрузку на заднюю часть колонны. Единственное чего вам нужно придерживаться при установке, если вы устанавливаете консоли, так как это изображено на фотографии приведенной выше, это сведение угла к минимуму и продумать, куда именно будет направлено усилие. Так как консоль установленная с большим углом под большим углом усилие может сильно изменятся при движении вверх и вниз. Тут трудно добиться идеального результата, так как сила гравитации постоянна, а сила сжатия пружин может варьироваться в большую или меньшую сторону.

Кроме того угол направления силы может приводить к колебанию головки на оси, что также может снижать точность и увеличивать мощность необходимую для перемещения головки вверх и вниз. Избежать этих проблем можно установив противовес на роликовой цепи или тросе. При проектировании системы с газовыми пружинами вам необходимо убедится, что:
  • Пределы перемещения пружины должны соответствовать требованиям вертикального перемещения по оси Z;
  • Убедиться, что сила, прилагаемая пружиной, направлена в нужном направлении, чтобы уменьшать силу тяжести. Не смотря на то, что это очевидно у вас все же есть возможность становить пружину неправильно. Так как существуют пружины, работающие на растяжение и пружины, работающие на сжатие;
  • Вес/производительность пружин должна быть как можно ближе к весу головки. 


Гидравлика и другие механизмы

Здесь нет никаких ограничений ни в цене, ни в сложности конструкции. Нам известно про станок Haas с гидравлическим противовесом. Тем не менее, для небольших станков, такое решение будет избыточным. Лучше сделайте выбор в пользу газовой пружины или противовеса – это будет быстрым, простым, а главное дешевым решением, надёжно повышающим производительность вашего ЧПУ станка. 


Также вам может быть интересно: 
> Какой портал станка подойдет любителю?
> Конструкция портала и вертикальной оси Z гравировально-фрезерного станка с ЧПУ