Шарико-винтовые приводы (KGT) в настоящее время являются одной из наиболее часто используемых систем привода в станках. Шпиндель управляется непосредственно двигателем или зубчатой передачей и ременным приводом. Шарики перемещаются в канавках между шпинделем и гайкой и движутся вдоль оси при вращении шпинделя. Шарики транспортируются обратно в обратный канал гайки шпинделя и, таким образом, замыкают цикл движения. Таким образом, вращательные движения могут быть преобразованы в прямолинейные движения.
Избегайте ненужных простоев машины
Преимуществами шариковых винтов являются их высокая эффективность и энергоэффективность. Передача мощности с шариками снижает мощность привода примерно на две трети. Кроме того, эти приводные системы характеризуются низким износом дорожек качения. Если шариковый винт неисправен, ремонтные работы могут быстро составить несколько десятков тысяч евро. В худшем случае могут быть повреждены другие компоненты машины, особенно если это выходит из строя во время работы. Превентивное изменение, однако, приводит к ненужным простоям машины, и его следует избегать с экономической и экологической точек зрения, поскольку работающий компонент может быть утилизирован.
Однако производители сталкиваются с другой проблемой. Чтобы иметь возможность позиционировать привод как можно точнее, устанавливается высокая механическая предварительная нагрузка, то есть люфт между шпинделем и гайкой уменьшается до нескольких микрометров. Это, в свою очередь, приводит к увеличению трения, усталости материала и в конечном итоге к износу. В результате зазор между гайкой и шпинделем снова увеличивается, в результате чего предварительное натяжение и, следовательно, точность обработки станка постоянно снижаются. Шариковый винт должен быть заменен или, если возможно, повторно натянут.
Интеллектуально изменяйте предварительную нагрузку
Ученые из Института станков и технологий формовки им. Фраунгофера совместно с промышленными партнерами успешно интегрировали приводы с памятью формы в шарико-винтовой привод в рамках проекта «Последний проход», финансируемого Федеральным министерством экономики и энергетики (BMWi). Этот интеллектуальный привод интеллектуально изменяет свою предварительную нагрузку, используя тепло, генерируемое между катящимися контактами, для активации используемых приводов.
Сплавы с памятью формы имеют способность возвращаться к определенной исходной форме после механической деформации и последующего нагрева и, таким образом, могут использоваться для реализации функций привода. «Чтобы варьировать предварительную нагрузку, мы встроили элемент привода в форме кольца между двумя гайками», - объясняет Том Юнкер, руководитель проекта Fraunhofer IWU. «Из-за высокой температуры трения приводы с памятью формы расширяются до заданного уровня и, таким образом, постоянно увеличивают предварительную нагрузку». Это растяжение сохраняется после однократной активации и не требует дополнительной подачи энергии. В первых тестах предварительная нагрузка могла быть увеличена в среднем до 60%.
Подсказка к книге
Вспоминая материал
Сделайте процесс обслуживания более энергоэффективным и ресурсосберегающим
Разработанный демонстратор для компенсации износа был дополнительно оснащен внешним нагревательным элементом и может специально управлять этим. Исследователи Fraunhofer уже думают о будущем и хотят сделать процесс техобслуживания более энергоэффективным и ресурсосберегающим в целом: «На следующем этапе мониторинг системы в смысле Industry 4.0 осуществляется с помощью датчиков. Если точность снижается, шарико-винтовой привод может быть автоматически предварительно загружен, а точность снова повышена ». Интервалы техобслуживания значительно уменьшаются и также могут лучше соответствовать производственной мощности.
Использование сплавов с памятью формы является относительно молодой тенденцией развития, для которой, в отличие от других конструкционных материалов, пока мало руководств и стандартов. Вместе с партнерами IWU Fraunhofer работает над руководством по использованию этих материалов, завершение которого запланировано на 2016 год. «Вместе с разработанными приводами мы уже можем использовать конкретный пример, чтобы показать, что мы можем сделать сложные свойства материала управляемыми и что эти материалы обладают огромным потенциалом в качестве функционального материала», - сказал Юнкер. Необходимые дополнительные затраты на модернизацию новых приводов составляют часть инвестиционных затрат на полный шарико-винтовой привод.
Проект IGF 17637 BR научно-исследовательского института VDW был профинансирован Федеральным министерством экономики и энергетики через AiF в рамках программы содействия исследованиям промышленных сообществ (IGF) на основе решения Бундестага Германии. (Ш)