Quali sono le differenze tra l'avanzamento idraulico e quello con servomotore in una macchina di foratura CNC?

Avete difficoltà a scegliere il giusto sistema di alimentazione per la vostra macchina perforatrice. Una scelta sbagliata porta a cicli lenti, utensili rotti e perdita di profitti. Vi spiegherò le reali differenze per aiutarvi a decidere.

Gli alimentatori idraulici utilizzano la pressione del fluido per fornire una spinta elevata e stabile, rendendoli ideali per fori profondi e grandi diametri. Gli avanzamenti con servomotore utilizzano la precisione elettrica per un controllo distinto della velocità, una rapida retrazione e un posizionamento preciso, adatti alla produzione ad alta velocità e alle operazioni di maschiatura complesse.

La maggior parte delle persone guarda solo al prezzo. La vera risposta si trova nella meccanica del modo in cui la potenza viene applicata al pezzo.

In cosa differiscono fondamentalmente i meccanismi di base dei sistemi di alimentazione idraulici e servoassistiti?

Si vedono tubi su una macchina e fili su un'altra. Sembra tutto confuso, ma la meccanica è semplice. Conoscere l'interno aiuta a prevedere le prestazioni e le esigenze di manutenzione.

Gli azionamenti idraulici si basano su pompe che spingono l'olio nei cilindri per creare una forza lineare, enfatizzando la potenza grezza e i "muscoli". I sistemi servo utilizzano motori elettrici che azionano le viti di comando con un controllo digitale ad anello chiuso, convertendo il movimento rotatorio in un posizionamento lineare preciso.

Le costruzioni di questi due sistemi sono completamente diverse. A sistema idraulico¹ è incentrato su una stazione di pompaggio. Questa pompa spinge l'olio attraverso le valvole in un cilindro. Offre un'elevata densità di potenza, ma soffre di complessità. Bisogna fare i conti con le perdite d'olio, la sostituzione dei filtri e la perdita di energia, perché la pompa spesso funziona costantemente per mantenere la pressione.

A sistema di servoassistenza² è l'approccio "cerebrale". Utilizza un motore elettrico di alta precisione collegato a una vite a sfera. Un computer (CNC) dice al motore esattamente dove andare utilizzando un controllo ad anello chiuso (algoritmo PID). Il motore controlla la sua posizione migliaia di volte al secondo mediante encoder. Il motore si sposta in un punto specifico, indipendentemente dalla resistenza, fino al suo limite di coppia. Questo metodo è più pulito, consuma energia solo quando si muove e richiede meno manutenzione.

Come si confrontano gli avanzamenti idraulici e servoassistiti in termini di velocità di avanzamento e di velocità di ritrazione rapida?

I tempi di ciclo sono troppo lenti durante le fasi di ritrazione. Ogni secondo sprecato danneggia i vostri profitti. Il tipo di sistema di alimentazione determina la velocità massima di produzione e l'accelerazione.

I servoalimentatori reagiscono in pochi millisecondi, offrendo un'elevata accelerazione e velocità di ritrazione spesso superiori a 30 m/min. Gli alimentatori idraulici hanno una risposta dinamica lenta a causa della comprimibilità del fluido e del ritardo della valvola, che li limita a una ritrazione più lenta in base alla portata della pompa.

La velocità non riguarda solo la velocità di rotazione del trapano, ma anche la velocità con cui la testa si muove quando è in funzione. non taglio. Alimentazione idraulica³ è eccellente per lavori di precisione a media e bassa velocità. Offre una stabilità regolare grazie all'incomprimibilità dell'olio in grandi volumi, ma le regolazioni distinte delle valvole richiedono tempo. La risposta dinamica è tipicamente inferiore a 10 Hz. Quando è necessario invertire la direzione, la valvola deve spostarsi e il flusso dell'olio deve invertirsi. Questo crea un ritardo da 50 a 300 millisecondi.

Alimentazione servoassistita⁴ supporta la regolazione dinamica ad alta velocità. La frequenza di risposta è di centinaia di hertz. Un servomotore può passare dall'avanzamento di taglio alla ritrazione rapida in meno di 20 millisecondi. Non è necessario superare l'inerzia del fluido. I moderni servosistemi consentono profili di accelerazione a "curva S". Ciò significa che la macchina sale di velocità in modo fluido ma incredibilmente veloce (10-50 m/s²). Per un lavoro con centinaia di fori, il tempo risparmiato nella sola retrazione rapida può ridurre il tempo di ciclo totale da 30% a 70%.

Per quali applicazioni di perforazione è essenziale un'alimentazione idraulica?

I servomotori sono più veloci, quindi si potrebbe pensare che siano sempre migliori. Ma la velocità pura e semplice non è sufficiente in scenari di lavoro gravosi, dove la forza bruta e l'assorbimento degli urti sono le uniche opzioni.

L'avanzamento idraulico è essenziale per la foratura profonda (rapporto L/D > 10) e per i fori di grande diametro (≥30 mm). Lo smorzamento naturale del fluido assorbe le vibrazioni, fornendo una spinta assiale stabile e massiccia che impedisce la rottura dell'utensile in materiali tenaci dove i servocomandi andrebbero in sovraccarico o in stallo.

Consiglio i sistemi idraulici per lavori specifici di "sollevamento pesante". Quando si esegue un foro 100 volte più profondo del suo diametro, si devono affrontare forze di attrito e di taglio enormi. Un cilindro idraulico fornisce una spinta costante di 20-50 kN senza surriscaldarsi. Se la trivella colpisce un punto duro in una fusione, l'olio agisce come una molla liquida. Smorza l'urto. Un sistema di servoassistenza rigido potrebbe forzare l'utensile in avanti in modo troppo rigido, causando lo scatto della punta.

La foratura di grandi diametri è un altro punto di forza dell'idraulica. Per praticare un foro di 50 mm nell'acciaio sono necessarie una coppia e una forza di avanzamento immense. Un servomotore analogo dovrebbe essere enorme e costoso. I sistemi idraulici gestiscono questo carico in modo naturale. Inoltre, eccellono nei sistemi di fori complessi, come i fori a gradini o i fori ciechi, dove è necessaria una regolazione continua della velocità in presenza di un carico elevato. Il sistema integra facilmente i sensori di pressione. Se l'utensile si abbassa e la forza aumenta, l'impianto idraulico lo "sente" e può interrompere l'avanzamento per salvare la macchina.

• Perforazione profonda⁵: Fornisce una spinta continua per L/D > 10 fino a 100:1.
• Diametri grandi: Gestisce facilmente i requisiti di coppia elevati per i fori da >30 mm.
• Assorbimento degli urti: Ideale per tagli interrotti o punti duri nei pezzi forgiati.
• Capacità di spinta: Fornisce efficacemente una forza elevata (ad esempio, 50kN).

Perché l'avanzamento con servomotore offre un controllo superiore per la maschiatura e la foratura di precisione?

Si rompono rubinetti costosi perché la macchina non riesce a invertire la rotta abbastanza velocemente. I problemi di precisione richiedono la messa a punto computerizzata che solo un sistema motore digitale può fornire.

I servoalimentatori eccellono in questo caso, sincronizzando la rotazione del mandrino con la velocità di avanzamento per una maschiatura rigida, garantendo un errore di passo nullo. La loro capacità di tracciare la posizione assoluta consente profondità di foratura precise e inversione istantanea, senza il ritardo che provoca la rottura degli utensili.

I servomotori sono il "cervello" delle operazioni di precisione. Nella maschiatura rigida, l'avanzamento verso il basso deve corrispondere esattamente al passo del filetto. Se il mandrino gira una volta, l'avanzamento deve spostarsi esattamente di una lunghezza del passo. I servoazionamenti utilizzano encoder ad alta risoluzione per bloccare elettronicamente questi due movimenti. Non sono necessari costosi portamaschi "flottanti". Il risultato è un'accuratezza del passo entro ±0,005 mm.

La foratura a becco (ritrazione della punta per eliminare i trucioli) è un'altra area in cui i servocomandi dominano. Un sistema idraulico fatica a fermarsi a una profondità esatta, a ritrarsi e a tornare al punto di partenza. esatto punto precedente. Si basa su timer o flussi, che vanno alla deriva. Questo porta alla rottura degli utensili. Un servo conosce la sua posizione fino al micron. Esegue istantaneamente l'azione "picchio". Si abbassa, si ritrae per eliminare i trucioli e torna rapidamente sulla superficie di taglio senza collidere. Questa precisione riduce notevolmente gli scarti nei pezzi di alto valore come i componenti aerospaziali.

Conclusione

Scegliete sistemi idraulici per la spinta grezza in fori profondi o grandi. Scegliete i servoalimentatori per la velocità, l'efficienza energetica e i compiti di precisione come la maschiatura rigida e i cicli complessi.