Kuulkruvi positsioneerimise eraldusvõime: kuidas seda plii, kodeerija arvu ja ülekandearvu järgi arvutada

 

Kuulkruvi positsioneerimise eraldusvõime kirjeldab väikseimat teoreetilist lineaarset liikumist, mida esindab üks mootorikäsu samm või üks tagasiside loendus. Seda saab arvutada kuulkruvi juhtme, mootori sammude arvu või kodeerijate arvu ühe pöörde kohta ning mis tahes mootori ja kruvi vahelise ülekandesuhte järgi.

Arvutamine ise on lihtne. Raskus on mõista, mida tulemus tegelikult esindab. Arvutatud eraldusvõime 0,5 μm ei tähenda, et masin suudab positsioneerida täpsusega ±0,5 μm. Kuulkruvi juhtmeviga, lõtk, elastne deformatsioon, paigaldustäpsus, soojuspaisumine ja kontrolleri jõudlus võivad muuta tegeliku positsioneerimisvea palju suuremaks.

See juhend selgitab, kuidas õigesti arvutada kuulkruvi positsioneerimise eraldusvõimet ning kuidas eristada teoreetilist eraldusvõimet positsioneerimise täpsusest ja korratavusest.

Mis on kuulkruvi positsioneerimise eraldusvõime?

Kui kuulkruvi pöörleb ühe täispöörde võrra, liigub mutter ühe kruvijuhtme võrra. 5 mm juhtkuulkruvi liigutab seega mutrit 5 mm iga kruvi täieliku pöörde kohta.

Mootor ja kontroller jagavad selle pöörde väiksemateks nurksammudeks. Neid juurdekasvu võib väljendada järgmiselt:

• Kodeerija arvestab servomootorit
• Täisastmed või mikrosammud samm-mootori jaoks
• Käsuimpulsid liikumiskontrollerilt
• Tagasiside loeb lineaarselt või pöörlevalt kooderilt

Kuulkruvi positsioneerimise eraldusvõime on teoreetiline lineaarne käik, mis vastab ühele neist sammudest.

Põhiline kuulkruvi eraldusvõime valem

Otseühendusega mootori ja kuulkruvi jaoks:

Sümbolite kasutamine:

R = L ÷ N

Kus:

• R= teoreetiline lineaarne eraldusvõime, tavaliselt mm/loend või μm/loend
• L= kuulkruvi juhe mm/pöörde kohta
• N= mootori efektiivset sammu, käsuimpulsse või kodeerija loendusi pöörde kohta

Kui kuulkruvil on 5 mm juhe ja süsteem annab 10 000 efektiivset loendust kruvi pöörde kohta:

R=5 ÷ 10,000=0.0005 mm/loend

0,0005 mm=0.5 μm

Teoreetiline tagasiside juurdekasv on seega 0,5 μm loenduse kohta.

Kuidas ülekandearv muudab lineaarset eraldusvõimet

Mõned teljed kasutavad mootori ja kuulkruvi vahel käigukasti või hammasrihma{0}}ülekannet. Segaduste vältimiseks määratleb see artikkel ülekandearvu järgmiselt:

i=Mootori pöörded ÷ Kuulkruvi pöörded

Selle määratluse kohaselt tähendab 2:1 vähendamine, et mootor pöörleb kaks korda, samal ajal kui kuulkruvi pöörleb üks kord. Täielik valem muutub:

R = L ÷ (N × i)

Seda määratlust tuleb kontrollida enne käigukasti või rihmaratta kataloogi väärtuse kasutamist. Mõned tootjad väljendavad suhet vastupidises suunas.

Näide: 5 mm plii 2:1 vähendamisega

• Kuulkruvi juhe: 5 mm
• Kodeerija eraldusvõime: 10 000 loendust mootori pöörde kohta
• Jõuülekanne: 2 mootori pööret kruvi pöörde kohta

R = 5 ÷ (10,000 × 2)

R=0.00025 mm=0.25 μm/loend

Vähendamine parandab teoreetilist lineaarset eraldusvõimet, kuna ühe kuulkruvi pöörde jaoks on vaja rohkem mootorite loendeid. Kuid see vähendab ka antud mootori kiiruse korral läbitavat lineaarset vahemaad. Arvestada tuleb ka käigukasti lõtku, rihma elastsuse ja ülekandeveaga.

Servo mootori näide

Kaaluge servo{0}}juhitavat CNC-telge järgmiste tingimustega:

• Kuulkruvi: SFU1605
• Nimiläbimõõt: 16 mm
• Plii: 5 mm
• Efektiivne tagasiside eraldusvõime: 10 000 loendust mootori pöörde kohta
• Ühendus: otseühendus

R = 5 ÷ 10,000

R=0.0005 mm=0.5 μm/loend

Kui teljel antakse käsk liikuda 20 mm, on loenduste teoreetiline arv:

Nõutavad arvud=Sõidukaugus ÷ Eraldusvõime

20 ÷ 0.0005=40 000 loendusi

Sama tulemust saab kontrollida kruvide pöörete abil:

• 20 mm käik ÷ 5 mm plii=4 kruvi pööret
• 4 pööret × 10 000 loendust=40 000 loendust

Mõlemad meetodid annavad sama tulemuse, kinnitades, et ühikute teisendamine on järjepidev.

Sammmootori näide

Tavalisel 1,8-kraadisel samm-mootoril on 200 täissammu pöörde kohta:

360 kraadi ÷ 1,8 kraadi=200 sammu pöörde kohta

Kui draiver on seatud 16 mikrosammule täissammu kohta:

200 × 16=3, 200 mikrosammu pöörde kohta

Otseajamiga 5 mm kuulkruvi jaoks:

R = 5 ÷ 3,200

R=0.0015625 mm=1.5625 μm/mikrosamm

See on teoreetiline käsu juurdekasv. Seda ei tohiks tõlgendada kui garanteeritud 1,5625 μm positsioneerimistäpsust. Mootori pöördemoment, koormus, hõõrdumine, resonants ja mikrosammu liikumise mittelineaarsus võivad takistada igal kästud mikrosammul tekitamast võrdset mehaanilist nihet.

Ärge ajage PPR-i segamini kodeerija loendustega

Kodeerija terminoloogiat ei kasutata alati järjepidevalt. Inkrementaalse kvadratuurkooderi saab määrata impulssidena pöörde kohta, samal ajal kui liikumiskontroller loeb nii A- kui ka B-kanali tõusvaid ja langevaid servi.

Näiteks 2500 PPR kvadratuurkooder võib toota:

2500 PPR × 4=10 000 loendust pöörde kohta

Kui kasutate eraldusvõime valemis 10 000 asemel 2500, oleks arvutatud lineaarne juurdekasv neli korda liiga suur. Enne arvutamist kontrollige, kas ajami dokumentatsioonis on märgitud:

• Impulsse pöörde kohta
• Rida pöörde kohta
• Arvutab pöörde kohta
• Käsuimpulsid mootori pöörde kohta
• Tõhus tagasiside eraldusvõime pärast elektroonilist käiguvahetust

Kõige turvalisem on kasutada ajami või kontrolleri tuvastatud efektiivseid loendusi, selle asemel et tugineda ainult kodeerija märgisele.

Kuidas kuulkruvi juhe eraldusvõimet mõjutab

Sama mootori ja tagasiside eraldusvõimega annab väiksem juhe peenema teoreetilise lineaarse eraldusvõime.

Väiksem juhe tagab väiksema eraldusvõime ja suurema mehaanilise eelise, samas kui suurem juhe tagab suurema lineaarkiiruse sama kruvi pöörlemiskiiruse juures. Plii valimine nõuab seetõttu tasakaalu eraldusvõime, kiiruse, mootori pöördemomendi ja kuulkruvi lubatud pöörlemiskiiruse vahel.

Plii, pöörlemiskiiruse ja liikumise vahelise seose kohta vtKuidas arvutada kuulkruvi juhet.

Eraldusvõime ei ole sama mis positsioneerimise täpsus

Teoreetiline lahutusvõime kirjeldab ainult seda, kui peeneks jagab juhtimissüsteem ühe pöörde. See ei kirjelda, kui lähedalt telg kästud füüsilisele asendile jõuab.

Näiteks võib telje teoreetiline eraldusvõime olla 0,5 μm loenduse kohta, kuid kasutada saab C7 valtsitud kuulkruvi, mille akumuleeritud liikumisviga on palju suurem kui 0,5 μm. Kontroller võib anda käsu väga väikesele sammule, kuid mehaaniline süsteem ei pruugi iga sammu sama täpsusega reprodutseerida.

Kuulkruvi täpsusklassid kirjeldavad lubatud käiguhälvet, mitte kooderi eraldusvõimet. Lisateavet leiateMis on kuulkruvi juhtme täpsus? C3, C5 ja C7 selgitatud.

Mis määrab telje tegeliku täpsuse?

Pärast teoreetilise eraldusvõime arvutamist tuleb veel hinnata järgmisi mehaanilisi ja juhtimistegureid.

Kuulkruvi juhtme viga

Mutri tegelik käik võib nominaalsest juhtmest erineda. See kõrvalekalle koguneb käigupikkusele ja seda kontrollib kuulkruvi täpsusaste.

Tagasilöögi ja tagasikäigu viga

Aksiaalne kliirens võib suuna muutumisel kaotada liikumise. Eelkoormus võib vähendada tagasilööki, kuid liigne eelkoormus suurendab hõõrdumist, kuumust ja mootori vajalikku pöördemomenti.

Elastne deformatsioon

Kruvivõll, kuulmutter, tugilaagrid, mutri korpus ja masina raam deformeeruvad koormuse all. Kõrge kodeerija eraldusvõime ei suuda automaatselt kompenseerida mehaanilist läbipaindet, mida ei mõõdeta koormusel.

Soojuspaisumine

Kuulmutri, tugilaagrite ja mootori tekitatud soojus võib muuta kruvi efektiivset pikkust. Pikemal teljel võib isegi väike temperatuuritõus tekitada arvutuslikust eraldusvõimest palju suurema asukohamuutuse.

Paigaldamine ja joondamine

Kuulkruvi, tugilaagrite ja lineaarsete juhikute vaheline joondumine võib suurendada sõidutakistust ja põhjustada ebaühtlast deformatsiooni. Lõpptulemust mõjutavad ka ühendusviga, laagripaigaldus ja mutriklambri jäikus.

Tagasiside Asukoht

Mootorikooder mõõdab mootori{0}}võlli pöörlemist. See ei mõõda otseselt lõpplaua positsiooni. Liikuvale teljele paigaldatud eraldi lineaarkooder suudab tuvastada suurema osa mootori ja laua vahelisest mehaanilisest veast, kuigi üldine juhtimiskonstruktsioon muutub keerukamaks.

Praktiline arvutusprotseduur

1. Kinnitage kuulkruvi juhe.Kasutage millimeetreid kruvi pöörde kohta, mitte keerme sammu, välja arvatud juhul, kui samm ja esikülg on selle kruvi puhul samad.
2. Määrake eraldusvõime väärtus.Kontrollige, kas spetsifikatsioon tähendab impulsse, kodeerija ridu, kvadratuuriloendeid, täissamme või mikrosammu.
3. Kontrollige käigukasti.Määrake, mitu mootori pööret tekitab ühe kuulkruvi pöörde.
4. Arvutage teoreetiline juurdekasv.Kasutage R=L ÷ (N × i).
5. Kontrollige kiirust ja pöördemomenti.Eraldusvõime{0}}keskne valik peab siiski vastama nõutavale liikumiskiirusele ja aksiaalsele tõukejõule.
6. Hinnake tegelikku positsioneerimisviga.Kaasake plii viga, lõtk, deformatsioon, termiline kasv ja paigaldustingimused.
7. Kontrollige kokkupandud telge.Kasutage sobivat mõõteseadet, et võrrelda kästud liikumist laua tegeliku liikumisega.

Mootori pöördemomenti tuleks kontrollida eraldi, sest ülekande vähendamise või kuulkruvi juhtme vahetamine muudab ka mootori kiirust ja koormustingimusi. VaataKuulkruvi mootori pöördemomendi arvutamine: valemid ja näited.

Lõpliku valiku põhimõte

Kuulkruvi positsioneerimise eraldusvõimet saab arvutada kruvi juhtme, efektiivse arvu pöörde kohta ja ülekandearvu järgi. Tulemus on kasulik kontrollimaks, kas mootor ja juhtimissüsteem annavad piisavalt väikese käsu- või tagasisidesammu.

Eraldusvõime on aga vaid üks telje jõudluse kiht. Äärmiselt peene anduriarvuga masinal võib siiski olla halb positsioneerimistäpsus, kui kuulkruvi täpsusaste, lõtk, jäikus, temperatuuri reguleerimine või paigalduskvaliteet on ebapiisav.

Usaldusväärse konstruktsiooni jaoks arvutage esmalt teoreetiline eraldusvõime, seejärel kinnitage vajalik kiirus, mootori pöördemoment, kuulkruvi täpsusaste, eelkoormus, tugi paigutus ja konstruktsiooni jäikus. Lõpliku positsioneerimise tulemuse määrab täielik telg-mitte ükski spetsifikatsioon-.

← Tagasi DLY blogisse