Tork, motorun bir yükü döndürme veya hareket ettirme kabiliyetidir. CNC'de, makinenin hızlanma/yavaşlama performansı, kesme kuvvetlerine direnç gösterme yeteneği, konumlandırma hassasiyeti ve genel dinamikleri için kritik öneme sahiptir. Yetersiz tork, konumlandırma hatalarına, titreşimlere, düşük işleme kalitesine ve hatta motorun aşırı ısınmasına yol açabilir.

Toplam tork ihtiyacı genellikle üç ana bileşenden oluşur:

1. İvmelenme Torku (Akselerasyon Torku): Yükü ve motor rotoruyla birlikte tüm hareketli parçaları istenen hızda hızlandırmak/yavaşlatmak için gereken torktur. Bu, en yüksek anlık tork talebini oluşturur.
2. Sürtünme ve Dış Yük Torku (Sürekli Tork): Mekanik sürtünme (yataklar, contalar, kızaklar), işleme kuvvetleri (kesme, taşlama), yerçekimi ve diğer dış kuvvetleri yenmek için gereken sürekli torktur.
3. Atalet Torku: Yükün ve motorun ataleti, ivmelenme torkunun hesaplanmasında doğrudan kullanılır. Yüksek atalet, aynı ivmelenme için daha fazla tork gerektirir.

Atalet oranı, yük ataletinin (motor miline indirgenmiş) motor rotor ataletine oranıdır (J_yük / J_motor). İdeal olarak bu oran 1:1 ile 10:1 arasında olmalıdır (bazı durumlarda 20:1'e kadar kabul edilebilir). Çok yüksek bir atalet oranı, sistemin kontrolünü zorlaştırır, titreşimlere neden olabilir, servo sistemin tepki süresini uzatır ve motorun hızlanma/yavaşlama performansını düşürür. Düşük oranlar genellikle daha iyi dinamik tepki, daha kararlı kontrol ve daha yüksek hassasiyet sağlar.

Her iki eleman da tork hesabında kritik rol oynar:

• Bilyalı Vidalar: Lineer hareketi dönme hareketine dönüştürürken, vida adımı (pitch) ve verimlilik tork hesabına dahil edilmelidir. Yükün lineer kuvveti (F_yük), motor milindeki eşdeğer torka şu şekilde dönüştürülür: T_motor = (F_yük * Vida_Adımı) / (2 * π * Verimlilik).
• Redüktörler: Redüktörler torku artırırken hızı düşürür (veya tersi). Redüktör oranı (i) ve verimliliği (η) hesaba katılmalıdır. Motorun sağlaması gereken tork, yük tarafındaki torkun redüktör oranına bölünmesi ve verimliliğe çarpılmasıyla bulunur: T_motor = (T_yük / i) / η. Ayrıca redüktörün kendi ataleti de motor miline indirgenerek toplam atalete eklenmelidir.

Bu iki tork değeri motorun farklı performans limitlerini temsil eder:

• Sürekli Tork (Continuous Torque): Motorun aşırı ısınmadan sürekli olarak (belirli bir ortam sıcaklığında) üretebileceği maksimum torktur. Sürekli sürtünme, kesme kuvvetleri ve yerçekimi gibi yükleri karşılamak için gereklidir. Motorun nominal çalışma aralığını belirler.
• Pik Tork (Peak Torque): Motorun kısa bir süre (genellikle birkaç saniye) boyunca üretebileceği maksimum torktur. Hızlanma, yavaşlama veya anlık yüksek kesme kuvvetleri gibi dinamik olaylar sırasında gereklidir. Motorun pik torku, sürekli torkunun genellikle 2-3 katı kadardır ve anlık yüksek güç taleplerini karşılamak için kullanılır.

Güvenlik faktörü, hesaplanan tork değerine eklenen bir paydır. Bu, malzeme toleransları, beklenmeyen yük dalgalanmaları, aşınma, çevresel faktörler (sıcaklık, nem) ve hesaplama varsayımlarındaki belirsizlikleri telafi etmek için kullanılır. Genellikle 1.2 ila 2.0 arasında bir değer seçilir. Daha kritik uygulamalar, yüksek dinamik yükler veya daha az bilinen sistemler için daha yüksek bir güvenlik faktörü tercih edilebilir. Bu, motorun ömrünü uzatır ve sistemin güvenilirliğini artırır.

İvmelenme ve yavaşlama, sisteme uygulanan en büyük anlık tork taleplerini oluşturur. Daha kısa ivmelenme/yavaşlama süreleri isteniyorsa, motorun daha yüksek bir açısal ivme (α) sağlaması gerekir. T = J * α (Tork = Atalet * Açısal İvme) formülüne göre, α ne kadar büyükse, T (ivmelenme torku) de o kadar büyük olacaktır. Bu durum, motorun pik tork kapasitesinin yeterli olmasını gerektirir. Hızlı hareket gerektiren CNC makinelerinde bu faktör çok önemlidir.

Her işleme türü, "yük torku" bileşenini farklı şekilde etkiler:

• Frezeleme/Tornalama: Kesme kuvvetleri önemli bir sürekli tork bileşeni oluşturur. Takım çapı, talaş derinliği, ilerleme hızı, işlenecek malzemenin sertliği ve takım geometrisi doğrudan kesme torkunu etkiler. Bu tork, motor seçiminde büyük bir rol oynar ve genellikle en yüksek sürekli tork talebini belirler.
• Lazer Kesim/Plazma Kesim: Kesme kuvvetleri genellikle çok düşüktür veya yoktur. Bu uygulamalarda tork ihtiyacı daha çok atalet ve sürtünme kuvvetleri ile ivmelenme/yavaşlama dinamiklerine odaklanır. Hızlı ve hassas konumlandırma ön plandadır.
• Genel: Her uygulamada atalet ve sürtünme gibi temel bileşenler olsa da, "işleme torku" (yani işin kendisinden kaynaklanan tork) farklılık gösterir ve hesaplamaya özel olarak dahil edilmelidir.

Temel formüller şunlardır:

1. Açısal İvme (α): α = Δω / Δt (Açısal hız değişimi / Zaman değişimi).
2. İvmelenme Torku (T_acc): T_acc = J_toplam * α (Burada J_toplam = motor miline indirgenmiş toplam atalet).
3. Lineer Yükten Gelen Tork (T_load_linear): T_load_linear = (F_yük * Vida_Adımı) / (2 * π * Verimlilik).
4. Redüktörlü Sistemde Motor Torku (T_motor): T_motor = (T_yük / i) / η (Burada i = redüktör oranı, η = redüktör verimliliği).
5. Toplam Maksimum Anlık Tork (T_max): T_max = T_acc + T_sürtünme + T_kesme_kuvveti (en kötü senaryo için).
6. RMS Tork (T_rms): Motorun termal limitlerini kontrol etmek için kullanılan efektif tork değeri. Genellikle bir çevrimdeki farklı tork seviyeleri ve süreleri kullanılarak hesaplanır: T_rms = √[(Σ(T_i² * t_i)) / Σt_i].

Bu formüller, redüktör oranları ve verimlilikler ile birlikte kullanılarak tüm sistemin tork ihtiyacını belirler.

 

Sık yapılan hatalar şunlardır:

• Yük ataletini hafife almak: Özellikle büyük veya ağır yüklerde, yükün ataleti motorun kendi ataletine göre çok daha büyük olabilir ve bu göz ardı edildiğinde yetersiz motor seçimine yol açar.
• Sürtünme kuvvetlerini göz ardı etmek: Yataklar, contalar, kızaklar, kablolar ve hareketli parçalardaki sürtünme, özellikle düşük ivmelenme gerektiren uygulamalarda veya yüksek hızlı hareketlerde önemli bir sürekli tork bileşeni oluşturabilir.
• Redüktör ve bilyalı vida verimliliklerini hesaba katmamak: Verimlilik kayıpları motorun sağlaması gereken torku artırır. %10-20'lik bir verimlilik kaybı, motorun %10-20 daha fazla tork sağlaması gerektiği anlamına gelir.
• Güvenlik faktörünü kullanmamak veya yanlış seçmek: Beklenmeyen yükler, çevresel değişiklikler veya hesaplama belirsizlikleri nedeniyle yetersiz motor seçimine yol açar.
• Pik tork ve sürekli tork arasındaki farkı göz ardı etmek: Motorun sürekli torku yeterli olsa bile, anlık hızlanma/yavaşlama için pik torku yetersiz kalabilir, bu da performans sorunlarına neden olur.
• Termal limitleri göz ardı etmek (RMS tork hesabı yapmamak): Motorun termal limiti aşılırsa, uzun süreli çalışmada aşırı ısınabilir ve ömrü kısalabilir veya arızalanabilir.
• Kabloların ve bağlantı elemanlarının ataletini/sürtünmesini göz ardı etmek: Özellikle uzun kablo veya hortum taşımaları olan sistemlerde bu faktörler ihmal edilmemelidir.