وضوح موقعیت یابی توپ اسکرو: نحوه محاسبه آن از روی سرب، تعداد رمزگذار و نسبت دنده

 

وضوح موقعیت یابی بال اسکرو کوچکترین حرکت خطی نظری را توصیف می کند که با یک مرحله فرمان موتور یا یک تعداد بازخورد نشان داده می شود. می توان آن را از سرب بال اسکرو، تعداد مراحل موتور یا شمارش رمزگذار در هر دور و هر نسبت انتقال بین موتور و پیچ محاسبه کرد.

خود محاسبه ساده است. مشکل این است که بفهمیم نتیجه واقعاً چه چیزی را نشان می دهد. وضوح محاسبه شده 0.5 میکرومتر به این معنی نیست که دستگاه می تواند با دقت 0.5 ± میکرومتر قرار گیرد. خطای سرب بال اسکرو، واکنش برگشتی، تغییر شکل الاستیک، دقت نصب، انبساط حرارتی و عملکرد کنترلر، همگی می توانند خطای موقعیت یابی واقعی را بسیار بزرگتر کنند.

این راهنما نحوه محاسبه صحیح وضوح موقعیت یابی بال اسکرو و نحوه تشخیص وضوح نظری از دقت موقعیت و تکرارپذیری را توضیح می دهد.

وضوح موقعیت یابی بال اسکرو چیست؟

هنگامی که یک بال اسکرو با یک دور کامل می چرخد، مهره با یک سیم پیچ حرکت می کند. بنابراین یک گلوله پیچ 5 میلی متری مهره را برای هر دور کامل پیچ 5 میلی متر حرکت می دهد.

موتور و کنترلر آن چرخش را به افزایش های زاویه ای کوچکتر تقسیم می کنند. این افزایش ها را می توان به صورت زیر بیان کرد:

• رمزگذار برای یک سروو موتور شمارش می کند
• مراحل کامل یا میکرو استپ برای یک موتور پله ای
• پالس ها را از یک کنترل کننده حرکت فرمان دهید
• بازخورد از یک رمزگذار خطی یا چرخشی محاسبه می شود

وضوح موقعیت یابی بال اسکرو، سفر خطی نظری مربوط به یکی از این افزایش ها است.

فرمول اصلی تفکیک توپ اسکرو

برای یک موتور و بال اسکرو با جفت مستقیم:

استفاده از نمادها:

R = L ÷ N

کجا:

• Rوضوح خطی نظری =، معمولاً به میلی متر/شمار یا میکرومتر/شمار
• L= سرب بال‌پیچ بر حسب میلی‌متر/دور
• N= گام‌های مؤثر موتور، پالس‌های فرمان یا شمارش رمزگذار در هر دور

اگر بال اسکرو دارای یک سرب 5 میلی متری باشد و سیستم 10000 شمارش موثر در هر دور پیچ ارائه دهد:

R=5 ÷ 10، 000=0.0005 میلی‌متر/شمار

0.0005 میلی متر=0.5 میکرومتر

بنابراین افزایش بازخورد نظری 0.5 میکرومتر در هر شمارش است.

چگونه نسبت دنده رزولوشن خطی را تغییر می دهد

برخی از محورها از جعبه دنده یا انتقال تسمه زمان{0} بین موتور و بال اسکرو استفاده می کنند. برای جلوگیری از سردرگمی، این مقاله نسبت انتقال را به صورت زیر تعریف می کند:

i=چرخش موتور ÷ چرخش توپی پیچ

طبق این تعریف، کاهش 2:1 به این معنی است که موتور دو بار می چرخد ​​در حالی که بال اسکرو یک بار می چرخد. فرمول کامل می شود:

R = L ÷ (N × i)

این تعریف باید قبل از استفاده از مقداری از جعبه دنده یا کاتالوگ قرقره بررسی شود. برخی از تولید کنندگان نسبت را در جهت مخالف بیان می کنند.

مثال: سرب 5 میلی متر با کاهش 2:1

• سرب بال اسکرو: 5 میلی متر
• وضوح انکودر: 10000 شمارش در هر دور موتور
• نسبت انتقال: 2 دور موتور در هر دور پیچ

R = 5 ÷ (10,000 × 2)

R=0.00025 میلی‌متر=0.25 میکرومتر/شمارش

کاهش وضوح خطی نظری را بهبود می بخشد زیرا تعداد موتورهای بیشتری برای یک چرخش بال اسکرو مورد نیاز است. با این حال، مسافت خطی طی شده را برای سرعت موتور معین کاهش می دهد. برگشت گیربکس، کشش تسمه و خطای انتقال نیز باید در نظر گرفته شود.

نمونه سروو موتور

یک محور CNC سروو{0}}با شرایط زیر در نظر بگیرید:

• بال اسکرو: SFU1605
• قطر اسمی: 16 میلی متر
• سرب: 5 میلی متر
• وضوح بازخورد موثر: 10000 شمارش در هر دور موتور
• اتصال: جفت مستقیم

R = 5 ÷ 10,000

R=0.0005 میلی‌متر=0.5 میکرومتر/شمارش

اگر به محور دستور داده شود که 20 میلی متر حرکت کند، تعداد نظری شمارش ها برابر است با:

تعداد مورد نیاز=مسافت سفر ÷ وضوح

20 ÷ 0.0005=40,000 شمارش

همین نتیجه را می توان با استفاده از چرخش های پیچ بررسی کرد:

• سفر 20 میلی متر ÷ 5 میلی متر سرب=4 دور پیچ
• 4 دور × 10000 شمارش=40000 شمارش

این دو روش نتیجه یکسانی را ایجاد می کنند و تأیید می کنند که تبدیل واحد سازگار است.

مثال موتور پله ای

یک موتور پله ای استاندارد 1.8 درجه دارای 200 پله کامل در هر دور است:

360 درجه ÷ 1.8 درجه=200 گام/دور

اگر درایور روی 16 میکروگام در هر مرحله کامل تنظیم شده باشد:

200 × 16=3، 200 میکروگام / چرخش

برای یک بال اسکرو 5 میلی متری با هدایت مستقیم:

R = 5 ÷ 3,200

R=0.0015625 میلی‌متر=1.5625 میکرومتر/میکروگام

این افزایش دستور نظری است. نباید به عنوان دقت موقعیت یابی تضمین شده 1.5625 میکرومتر تفسیر شود. گشتاور موتور، بار، اصطکاک، رزونانس و خطی نبودن حرکت میکروگام می‌تواند مانع از ایجاد جابجایی مکانیکی برابر برای هر ریزگام فرمان شود.

PPR را با تعداد رمزگذار اشتباه نگیرید

اصطلاحات رمزگذار همیشه به طور مداوم استفاده نمی شود. یک رمزگذار مربعی افزایشی ممکن است بر حسب پالس در هر دور مشخص شود، در حالی که کنترل‌کننده حرکت لبه‌های بالارونده و نزولی هر دو کانال A و B را می‌شمارد.

به عنوان مثال، یک رمزگذار مربعی 2500 PPR ممکن است تولید کند:

2,500 PPR × 4=10,000 شمارش در هر دور

استفاده از 2500 به جای 10000 در فرمول وضوح، افزایش خطی محاسبه شده را چهار برابر بیش از حد بزرگ می کند. قبل از محاسبه، تأیید کنید که آیا اسناد درایو مشخص می کند:

• پالس در هر انقلاب
• خطوط در هر انقلاب
• تعداد در هر انقلاب
• پالس های فرمان در هر دور موتور
• وضوح بازخورد موثر پس از دنده الکترونیکی

ایمن‌ترین روش استفاده از شمارش‌های مؤثر شناسایی‌شده توسط درایو یا کنترل‌کننده، به جای تکیه بر برچسب رمزگذار است.

چگونه سرب بال اسکرو بر وضوح تأثیر می گذارد

با وضوح موتور و فیدبک یکسان، یک سرب کوچکتر وضوح خطی نظری ریزتری تولید می کند.

سرب کوچکتر وضوح بهتر و مزیت مکانیکی بیشتری را ارائه می دهد، در حالی که یک سرب بزرگتر سرعت خطی بالاتری را در همان سرعت چرخشی پیچ ایجاد می کند. بنابراین انتخاب سرب نیاز به تعادل بین وضوح، سرعت، گشتاور موتور و سرعت چرخش مجاز توپ اسکرو دارد.

برای رابطه بین سرب، سرعت چرخش و سفر، نگاه کنید بهنحوه محاسبه سرب بال اسکرو.

وضوح با دقت موقعیت یابی یکسان نیست

وضوح نظری فقط توضیح می دهد که سیستم کنترل چقدر یک دور را به خوبی تقسیم می کند. این توضیح نمی دهد که چگونه محور به موقعیت فیزیکی فرمان می رسد.

به عنوان مثال، یک محور ممکن است وضوح نظری 0.5 میکرومتر در شمارش داشته باشد، اما از یک بال اسکرو C7 استفاده کنید که خطای سفر انباشته آن بسیار بزرگتر از 0.5 میکرومتر است. کنترل کننده می تواند افزایش های بسیار کوچکی را فرمان دهد، اما سیستم مکانیکی لزوما نمی تواند هر افزایشی را با دقت یکسان تولید کند.

نمرات دقت بال اسکرو انحراف مجاز سفر را توصیف می کند، نه وضوح رمزگذار. بیشتر بدانید دردقت سرب بال اسکرو چیست؟ C3، C5 و C7 توضیح داده شده است.

چه چیزی دقت محور واقعی را تعیین می کند؟

پس از محاسبه قدرت تفکیک نظری، عوامل مکانیکی و کنترلی زیر همچنان باید ارزیابی شوند.

خطای سرب بال اسکرو

حرکت مهره واقعی ممکن است با سرب اسمی متفاوت باشد. این انحراف در طول سفر جمع می شود و توسط درجه دقت توپ اسکرو کنترل می شود.

خطای برگشت و برگشت

فاصله محوری می تواند حرکت از دست رفته را در هنگام معکوس شدن جهت ایجاد کند. پیش بارگذاری می تواند واکنش برگشتی را کاهش دهد، اما پیش بارگذاری بیش از حد باعث افزایش اصطکاک، گرما و گشتاور مورد نیاز موتور می شود.

تغییر شکل الاستیک

شفت پیچ، مهره توپ، یاتاقان های نگهدارنده، محفظه مهره و قاب دستگاه همگی تحت بار تغییر شکل می دهند. وضوح بالای رمزگذار نمی تواند به طور خودکار انحراف مکانیکی را که در بار اندازه گیری نمی شود، جبران کند.

انبساط حرارتی

گرمای تولید شده توسط مهره توپ، یاتاقان های پشتیبانی و موتور می تواند طول موثر پیچ را تغییر دهد. در یک محور طولانی، حتی یک افزایش جزئی دما می تواند تغییر موقعیت بسیار بزرگتر از وضوح محاسبه شده ایجاد کند.

نصب و تراز

ناهماهنگی بین بال اسکرو، یاتاقان های نگهدارنده و راهنماهای خطی می تواند مقاومت در حال اجرا را افزایش دهد و باعث تغییر شکل ناهموار شود. خطای کوپلینگ، نصب بلبرینگ و سفتی براکت مهره نیز بر نتیجه نهایی تأثیر می گذارد.

مکان بازخورد

یک رمزگذار موتور، چرخش شفت موتور را اندازه می‌گیرد. به طور مستقیم موقعیت جدول نهایی را اندازه گیری نمی کند. یک رمزگذار خطی جداگانه نصب شده بر روی محور متحرک می تواند خطای مکانیکی بیشتری را بین موتور و میز تشخیص دهد، اگرچه طراحی کنترل کلی پیچیده تر می شود.

یک روش محاسبه عملی

1. سرب بال اسکرو را تایید کنید.از میلی متر در هر دور پیچ استفاده کنید، نه گام رزوه، مگر اینکه گام و سرب برای آن پیچ یکسان باشد.
2. مقدار وضوح را مشخص کنید.تأیید کنید که آیا مشخصات به معنی پالس ها، خطوط رمزگذار، تعداد مربعات، گام های کامل یا ریزگام ها است.
3. انتقال را بررسی کنید.تعیین کنید که چند دور موتور یک دور بال اسکرو ایجاد می کند.
4. افزایش نظری را محاسبه کنید.از R=L ÷ (N × i) استفاده کنید.
5. سرعت و گشتاور را بررسی کنید.یک انتخاب متمرکز{0}}با وضوح باید همچنان سرعت سفر و رانش محوری مورد نیاز را داشته باشد.
6. خطای موقعیت یابی واقعی را برآورد کنید.شامل خطای سرب، واکنش برگشتی، تغییر شکل، رشد حرارتی و شرایط نصب.
7. محور مونتاژ شده را بررسی کنید.از تجهیزات اندازه گیری مناسب برای مقایسه سفر دستوری با حرکت واقعی جدول استفاده کنید.

گشتاور موتور باید به طور جداگانه بررسی شود زیرا افزایش کاهش انتقال یا تغییر سرب بال اسکرو نیز سرعت موتور و شرایط بار را تغییر می دهد. ببینیدمحاسبه گشتاور موتور بال اسکرو: فرمول ها و مثال ها.

اصل انتخاب نهایی

وضوح موقعیت یابی توپ مارپیچ را می توان از روی سر پیچ، تعداد موثر در هر دور و نسبت انتقال محاسبه کرد. نتیجه برای بررسی اینکه آیا موتور و سیستم کنترل یک فرمان یا بازخورد به اندازه کافی افزایش می دهند مفید است.

با این حال، وضوح تنها یک لایه از عملکرد محور است. اگر درجه دقت بال اسکرو، واکنش برگشتی، استحکام، کنترل دما یا کیفیت نصب ناکافی باشد، ماشینی با شمارش رمزگذار بسیار ظریف ممکن است هنوز دقت موقعیت یابی ضعیفی داشته باشد.

برای طراحی قابل اعتماد، ابتدا وضوح نظری را محاسبه کنید، سپس سرعت مورد نیاز، گشتاور موتور، درجه دقت بال اسکرو، پیش بارگذاری، آرایش پشتیبانی و استحکام سازه را تأیید کنید. محور کامل-نه یک مشخصات واحد-نتیجه موقعیت یابی نهایی را تعیین می کند.

← بازگشت به وبلاگ DLY