HAREKET MOTORU
Sürtünmeli sistemin sonuçları


150'mm lik bir vidalı milin 2 noktası arasında 24m/dak hızla ileri geri hareketinin 6 saat sonunda vidalı milde hareket silsilesinin bölgesel ısınmasının grafiği aşağıdaki şekilde gösterilmiştir. Bu ısısal grafik reaksiyonu hareket programı sonunda oluşmuştur. Heidenhain'den alınmıştır.

MAKİNA SÜRÜCÜ MOTORLARI
Termal genleşmenin bir sonucu olarak vidalı millerin rotary encoder ile kullanımında eğrisel, açısal ölçü hatası oluşmaktadır. Çünkü vidalı mil motoru 2 çeşit komut içerir ve uygular. Diğer taraftan servo motorun doğrusal ilerleme hareketi ters ve düz olarak rotasyon hareketine dönüştürürken mümkün olduğunca hassas olmalı, ölçü doğrusallığını sağlamalıdır. Bu iki (komut) kuvvet fonksiyonu sürücünün sabit rulman ve vidalı mildeki ön yüklenmedeki termal genleşme ve rijitlik arasındaki etkileşimidir.

Sürüş Sürtünmesi
Tipik bir vidalı mil sürücü sistemi içindeki sürtünmenin çoğu vidalı milin yeniden tur atması ile birlikte vidalı milin üstündeki göbek somunun (vidalı mil açısal hareketini ilerleme hareketine çeviren vidalı mil üstündeki somun) içinde ısıya dönüşmektedir. Ayrıca vidalı mil yivleri ve rolling boyunca yatağın içindeki yan yana yerleştirilmiş hatvelerin temas bölgesindeki sıkışmaya bağlı olarak hareket esnasında mikro dalgaya maruz kalır. Ekstra sürtünme maruz kalır çünkü mil yatakları tüm köşelerde mili tümüyle tutamaz. Bunun nedeni hareket nedeni ile oluşan sallanmadır. Yani tenis topunun bir borunun içinden aşağıya düşerken ilerlemesine benzer. Arada sırada oluşan hız kaybı, sürekli itme ve baskı neticesinde sallantı (salgı) oluşur. Ayrıca cihazın bilgiyi saklayamama devamsızlığı milin sürtünmeden ekstra tahriş olmasına neden olur. Bilyaların ve yüzeydeki ortadan kalkan yüksek basıncın ayrılması göbek somun bilyalarının çoğu encoderların bilgiyi saklamaması sonucu sürtünmenin milde ekstra tahrişe neden olmasını sağlar.

Heidenhain mühendisleri araştırmalarında düşük hızlarda vidalı mil sürücüsündeki titreşimin yüksek bir kısmı 40 mm çap 10 mm adımlı bir vidalı mildeki çeşitli ilk yüklenme güçleri, dönüş hızı ve sürtünme momentinin ölçüsüne bağlı olduğu teyit etmişlerdir. Yüksek hız yapışkansı sürtünmenin etkisindedir, bununla birlikte tanımlı vidalı miller için normal makine ilerlemelerindeki değerler yukarıdaki grafikte verilmiştir. Bu hızlarda sürtünme momenti en az seviyededir. Maksimum ilerleme hızlarında bunun tersini söylemek mümkündür.

Bu vidalı mildeki ilerlemede optimum verimlilik nadiren yakalanabilir. Sürtünme momenti göbek somunundaki eksen yüklenmelerine az da olsa bağımlıdır.

İlerleme artış hızı vidalı milin adımına yada dönüş hızına bağlı olarak artış gösterir. Geçtiğimiz 5 yıl içinde ulaşılmak istenilen maksimum hız vidalı milde iki kat artmış olup, bununla birlikte ivmelenmedeki sürekli artış ihtiyacı nedeniyle ilk yüklenmelerde oluşan sürtünmeler göbek somunlarında azaltılamamıştır. Vidalı mil sürücüsü bu yüzden önemli bir şekilde önceye nazaran daha fazla sıcaklık ve ısı üretmektedir ve gelecekte daha düzgün bir seviyeye getirilebilir. Heidenhain araştırmasına uygun olarak, bir sürücü ilk yüklenmesi göbek somununda 3 KN'luk ön yüklenme kuvveti ve ünitenin yüksüz sürtünme momenti 0.5-1 Nm olabilir. 2000 rpm hızındaki bir vidalı mildeki ilerlemede yaklaşık 100W ve 200W arası sürtünme sıcaklığı nedeni ile elektrik meydana gelir. Göbek somununda ısının bir miktarı ilerleme elemanlarının birleşmesinden dolayı genleşme oluşur ve bir iki saat içinde tipik bir sabit zamanla birlikte termal genleşmeden ötürü pozisyonlamada 0.1 mikron büyüklüğünde parça programının doğasına uygun olarak hata oluşur. İşleme merkezi geometrik hatası ve termal yapısal deformasyonu bu pozisyon hatasında ağırlık kazanır.

POZİSYON HATASI
Vidalı Mil Rulman Dizaynı

Bir vidalı mildeki termal genleşmenin kuralsal önerisine göz atalım. 1 m boyunda soğuk bir vidalı milin tam boyunda vidalı milin ileri geri hareketinde 0.5 mikrometreden 1mikrometreye büyüme meydana gelir. Sabit zamanda biriken yeni parça programında, bir ilerleme sürücü sistemi sabit ısısal koşullara 1 saatte ulaşacağını tahmini olarak kabul eder. Bu ayrıca makinadaki interpolasyon uygulamasıdır. Vidalı mil yataklama sisteminin kullandığı tip termal genleşmesine bağlı olarak farklılık gösterir. Örneğin bir vidalı milde kullanılan sabit ve seyyar yataklar sıcaklıkla birbiriyle uyum içinde serbestçe çalışıp genleşebilir. Bunun anlamı teorik olarak ısı değişimi bulunamayacaktır. Eğer sabit yatağa göbek somunu eklersek vidalı milin termal genleşmesi bütün diğer pozisyonları etkileyecektir. Bu durum sabit yatağın yapısından kaynaklanıp ideali vidalı milin son pozisyonlarında rijit bir yapıya sahip olması genleşmeyi önleyebilir.

Bununla birlikte bu istek oldukça güç olacaktır. Sıcaklık artışının vidalı milin her bir santigrat derece dönüşünde 40 mm çapındaki vidalı milde genleşmeyi önlemek için 2.6 KN'luk güç uygulanmalıdır. Vidalı milin hareketi ile oluşan sıcaklık artışından rulmanlar önemli bir deformasyona uğruyor ve vidalı milin son pozisyonunda ısı ile oluşan gücün yönünde 20 ile 30 mikrondan fazla ilerleme (zorlanma) oluşur. Bunun anlamı olarak genleşme yarıya inmiştir. Milin dönerek hareket (ilerleme hareketi) menzilinin ortasındaki ilerleme ekseninin termal sıfır noktası olarak görünür.

Milin ilerleme hareket menzili ortasında, ilerleme ekseninin termal sıfır noktası durur olarak görünür. Ayrıca bu beklenen bir durumdur. Çünkü rulmanlar tahmini eşit bir hassasiyete sahiptir ve tüm uzunlukta eşit bir şekilde vidalı mil ısınır. Sabit bir ön yüklenmedeki rulman dizaynı basınç valfinin bir çeşiti olarak sıklıkla kullanılır. 50 mikro m/m de tipik bir ön yüklenme ile 5 derecedeki sıcaklık artışının üstü sabit/sabit kombinasyonu benzer davranış biçimi umulan bir durumdur. Bunları ötesinde sabit/değişken kombinasyonu benzerlik gösterir.

Karşı Tedbirler
Birçok vidalı mil sistemi, vidalı mil sürücüsüne bağlı olarak bir rotary encoder kullanır. Encoder dönüş sayılarını hesaplar ve iyi bir şekilde kısmi yön değişikliklerini belirler, bilgisayar kontrolü için pozisyon verilerine dönüştürür. Bununla birlikte eğer vidalı milin tüm uzunluğu değişmiş ise örneğin bir encoder bu boydaki değişimi algılayamaz. Eğer bir ilerleme sistemi ısısal genleşmeyi doğruca hataya tabi kılarsa rotary encoder yerine bir lineer encoder eklenebilir yada doğruca monte edilebilir. Bir lineer encoder göbek somunun gerçek pozisyonunda temel veri sağlıyor ve konstrüksiyonda genellikle termal olarak sabit bir malzemeye dahil eder.

Diğer bir yol soğutucu, iletken bir delik kullanmaktır. Bununla birlikte soğutucu dolaşımı için vidalı milde bir delik gerekmektedir ve vidalı mil dönüşü için vida rulmanı yanına dönüş burcu kovanı gerekir. Conta problemlerinin bir parçası vidalı milin daima güçsüz eksen yönündeki mekanik hassasiyeti delikte zayıflar. En büyük problem yeteri kadar doğru ve hatasız olarak soğutucu sıcaklık kontrolünü sağlamaktır. Software kontrolü içinde termal deformasyon telafisinde araştırma başlanmıştır (Analitik modellerin desteği ile sinirsel bilgi ağı ve deneysel denklemlerin). Isının iç ve dış kaynakların bir sonucu olarak makine takım yapısının deformasyonda olmasıdır. Bununla birlikte bu çalışmaların ana hedefi eksen sürüklenmesinin
(ilerlemesinin) telafisi içindeki incelemede biraz yarar vardır. (Bu nedenle makine takım doğruluğu ve süratteki gerekli artışı lineer encoderlar bir geri besleme sistem dizaynındaki (ölçüm pozisyonu için) kesinliğinde ehemmiyet i