ENDÜSTRİYEL AKTARIM ELEMANLARI | CNC, Otomasyon ve Mekanik Sistemler
Planet redüktörler, CNC makinelerinde yüksek tork aktarımı, hassas konumlandırma ve rijitlik sağlamak amacıyla vazgeçilmez bileşenlerdir. Genellikle servo motor ve sürücüler ile birlikte kullanılarak, motorun yüksek hızını düşük, kontrollü ve yüksek torklu bir çıkış hareketine dönüştürürler. Ancak, iş güvenliği, operatör hatası, takım kırılması veya beklenmedik bir arıza durumunda sistemin anında durdurulması gerekebilir. Bu acil duruşlar, ani hızlanma veya yavaşlama durumlarından çok daha büyük ve kontrolsüz yüklerin ortaya çıkmasına neden olabilir.
Bir CNC sisteminde hareket eden her kütle, belirli bir atalete (eylemsizliğe) sahiptir. İş tablası, iş parçası, takım ve hareketli eksen bileşenleri (örneğin vidali mil fiyatları ve lineer ray ve arabalar) bu ataleti oluşturur. Acil duruş komutu verildiğinde, bu hareketli kütlelerin kinetik enerjisi çok kısa bir süre içinde sıfıra indirilmeye çalışılır. Bu ani yavaşlama, sisteme etkiyen çok yüksek dinamik yükler (deceleration forces) oluşturur. Bu yükler, redüktör dişlileri, yataklar, kaplinler ve diğer mekanik aktarım elemanları üzerinde aşırı stres yaratır.
Acil duruş anında planet redüktör içinde oluşan yükler, başlıca şu bileşenleri etkiler:
CNC sistemlerinde acil duruş anında oluşabilecek hasarları minimize etmek ve sistemin güvenilirliğini artırmak için çeşitli mühendislik yaklaşımları mevcuttur:
Tamamen ani bir duruş yerine, servo sürücüler ve CNC kontrol kartları fiyatları üzerinden programlanabilen kontrollü yavaşlama rampaları kullanılabilir. Bu, acil duruş komutu alındığında sistemin belirli bir ivme ile yavaşlayarak durmasını sağlar, böylece pik yükler azaltılır. Ancak bu yöntem, duruş mesafesini uzatacağı için kritik güvenlik uygulamalarında dikkatli kullanılmalıdır.
Özellikle dikey eksenlerde veya yüksek ataletli sistemlerde, entegre frenli servo motorlar veya harici fren sistemleri, acil duruş anında yükü absorbe etmede kritik rol oynar. Bu frenler, enerjiyi ısıya dönüştürerek mekanik bileşenler üzerindeki stresi azaltır.
Sistemin tasarımı aşamasında, acil duruş senaryoları da dahil olmak üzere tüm potansiyel yük durumları göz önünde bulundurularak planet redüktör, motor, vidalı mil ve diğer aktarım elemanlarının doğru boyutlandırılması hayati önem taşır. Yüksek mukavemetli malzemeler ve uygun güvenlik faktörleri ile tasarım, beklenmedik yüklemelere karşı direnci artırır.
Sensör ve sviç çeşitleri fiyatları ile sürekli izlenen sistemler, anormal durumları tespit ederek potansiyel acil duruşları önceden algılayabilir veya daha kontrollü bir duruş prosedürü başlatabilir. Tork sensörleri, titreşim sensörleri gibi bileşenler, sistemin sağlık durumunu anlık olarak raporlayabilir.
Planet redüktörlü CNC sistemlerinde acil duruş anında yük davranışı, sadece bir güvenlik meselesi değil, aynı zamanda sistemin performansı ve ömrü üzerinde doğrudan etkisi olan karmaşık bir mühendislik konusudur. MERMAK CNC olarak, müşterilerimize sunduğumuz yüksek kaliteli planet redüktörler, servo sistemler ve komple CNC çözümlerinde, bu tür kritik senaryoları en baştan hesaba katıyoruz. Doğru tasarım, uygun bileşen seçimi ve ileri düzey kontrol algoritmaları ile acil duruşların olumsuz etkilerini minimize ederek, CNC makinelerinizin güvenliğini ve uzun ömürlülüğünü garanti altına alıyoruz.
Acil duruş anında ana yük kaynakları; hareketli kütlelerin (iş parçası, takım, vidalı mil, motor rotoru, redüktör içindeki dişliler) sahip olduğu kinetik enerjiden kaynaklanan atalet kuvvetleri, frenleme sisteminin uyguladığı tork ve eğer duruş anında işleme devam ediyorsa kesme kuvvetlerinin aniden kesilmesinden kaynaklanan reaksiyonlardır. En baskın yük genellikle sistemin toplam atalet momentinden kaynaklanan durma torkudur.
Bu tork ve kuvvetler, sistemin toplam atalet momenti (Itoplam), duruş süresi (t) veya açısal yavaşlama ivmesi (α) kullanılarak dinamik analizlerle belirlenir. Temel olarak T = Itoplam * α formülü kullanılır. Frenleme torku, bu atalet torkunu yenmek ve sistemi güvenli bir şekilde durdurmak zorundadır. Yavaşlama ivmesi ne kadar yüksekse (yani duruş süresi ne kadar kısaysa), redüktör üzerindeki tork o kadar artar.
Geri boşluk, acil duruş sırasında yük yönü değiştiğinde (örneğin motor freni aniden devreye girdiğinde veya bir ters yönde şok oluştuğunda) bir "çekiçleme" veya darbe etkisi yaratabilir. Bu boşluk, dişlilerin aniden birbirine çarpmasına neden olarak yüksek anlık şok yükleri, titreşimler ve erken aşınma riskini artırır. Bu nedenle, yüksek hassasiyetli CNC sistemlerinde sıfır veya çok düşük geri boşluklu redüktörler tercih edilir.
Dişli takımları, duruş anında iletilen yüksek tork nedeniyle diş yüzeylerinde ve köklerinde aşırı eğilme ve temas gerilimlerine maruz kalır. Bu durum, dişlilerde yorulma çatlaklarına veya ani kırılmalara yol açabilir. Yataklar ise, hem radyal hem de eksenel yönde yüksek şok yükler ve ivmelenmelerden kaynaklanan ek kuvvetler yaşar, bu da yatak ömrünü kısaltabilir veya hasara neden olabilir.
Motor frenleri (genellikle yaylı, güç kesildiğinde devreye giren) ve harici emniyet frenleri, sistemi mümkün olan en kısa sürede ve güvenli bir şekilde durdurmak için tasarlanmıştır. Bu frenler, sistemin kinetik enerjisini sürtünme yoluyla ısıya dönüştürerek dağıtır ve yüksek frenleme torkları uygular. Doğru boyutlandırılmış ve düzenli bakımı yapılan frenler, aşırı yükleri önleyerek redüktör ve diğer bileşenlerin korunmasına yardımcı olur.
Yüksek atalet, sistemin durması için daha büyük frenleme torku ve/veya daha uzun durma süresi gerektirir. Acil duruş anında, yüksek ataletli sistemlerde daha büyük kinetik enerji depolandığından, bu enerjinin hızlıca dağıtılması redüktör ve diğer bileşenler üzerinde daha yüksek şok yükleri oluşturur. Bu nedenle, motor ataleti ile yük ataleti arasındaki oran (atalet eşleşmesi) redüktör ve fren seçiminde kritik bir faktördür.
Evet, özellikle yüksek şok yükleri ve titreşimler nedeniyle mekanik bileşenlerde (vidalı mil, yataklar, kaplinler, redüktör dişlileri) mikro deformasyonlar veya aşınmalar meydana gelirse, bu durum kalıcı konum hatalarına veya tekrarlanabilirlik ve hassasiyet kaybına yol açabilir. Artan geri boşluk da sistemin hassasiyetini olumsuz etkileyen önemli bir faktördür.
Şok yükler, dişli kırılması, yataklarda çukurlaşma veya dağılma, mil eğilmesi, kaplinlerde deformasyon veya kırılma, vidalı mil bükülmesi ve lineer kızaklarda aşınma gibi ciddi hasarlara neden olabilir. Aşırı durumlarda, makine gövdesinde çatlaklar veya montaj noktalarında gevşemeler de görülebilir, bu da uzun vadede sistem performansını ve güvenliğini tehlikeye atar.
Düşük geri boşluklu ve yüksek burulma rijitliğine sahip planet redüktörler kullanmak, doğru atalet eşleşmesi sağlamak, yeterli frenleme torkuna sahip emniyet frenleri seçmek, sistemin mekanik rijitliğini artırmak, şok emiciler kullanmak ve düzenli bakım ile aşınmış parçaları değiştirmek gibi önlemler alınabilir. Ayrıca, bazı CNC sistemleri kontrollü acil duruş (Category 1 Stop) seçenekleri sunarak yükleri azaltır.
IEC 60204-1 standardına göre, "Category 0 Stop" (güç kesilir, frenler devreye girer) en yüksek şok yüklerini yaratır, çünkü motor gücü olmadan sadece frenler sistemi durdurur ve yavaşlama süresi minimumdadır. "Category 1 Stop" (motor gücü kullanılarak kontrollü bir şekilde yavaşlama yapılır, sonra frenler devreye girer) ise daha yumuşak bir duruş sağlar. Bu kontrollü yavaşlama, redüktör ve diğer bileşenler üzerindeki yükleri önemli ölçüde azaltır ve sistem ömrünü uzatır.
TR − TL
