Zašto kuglični vijak vibrira velikom brzinom na CNC strojevima?

Uvod

Vibracija kugličnog vretena pri velikoj- brzini čest je problem kod CNC strojeva. U nekim situacijama vibracije samo povećavaju radnu buku. U ozbiljnijim slučajevima utječe na točnost strojne obrade, skraćuje vijek trajanja ležaja, oštećuje potporne jedinice i čak uzrokuje servo alarme.

Mnogi korisnici pretpostavljaju da vibracija dolazi izravno od samog kugličnog vretena. Međutim, vibracije su obično rezultat više čimbenika koji djeluju zajedno, uključujući brzinu vrtnje, krutost, kvalitetu ugradnje, predopterećenje, podmazivanje i strukturu stroja.

Da bismo razumjeli zašto kuglični vijak vibrira velikom brzinom, prvo bismo trebali razumjeti najvažnije mehaničko ograničenje u sustavu rotirajućih vijaka: kritična brzina.

1. Kritična brzina

Svaka rotirajuća osovina ima svoju vlastitu frekvenciju. Kada se brzina vrtnje približi ovoj frekvenciji, dolazi do rezonancije i osovina počinje značajno vibrirati.

Taj se fenomen naziva kritična brzina.

U sustavima s kugličnim vijcima, što je osovina vijka duža, to lakše postiže kritičnu brzinu tijekom -rade velike brzine.

Tipični simptomi uključuju:

Vidljivo podrhtavanje vijka
Povećanje vibracija pri višim okretajima
Glasna radna buka
Smanjena stabilnost pozicioniranja

Metoda podrške izravno utječe na kritičnu brzinu.

Metoda podrške	Relativna kritična brzina
Fiksno-Besplatno	Najniža
Popravljeno-Podržano	srednje
Popravljeno-Popravljeno	Najviša

Čak i kada vijak radi ispod teoretske kritične brzine, vibracije se mogu pojaviti ako je točnost ugradnje loša.

2. Poravnanje instalacije

Loše poravnavanje instalacije još je jedan glavni izvor vibracija.

Ako vratilo motora, spojka, potporna jedinica i kuglasti vijak nisu ispravno poravnati, rotirajući sustav doživljava kontinuiranu radijalnu silu tijekom rada.

Pri maloj brzini problem možda neće biti očit. Međutim, pri velikoj brzini, čak i male pogreške poravnanja postaju pojačane.

Uobičajeni problemi s instalacijom uključuju:

Neusklađeni potporni blokovi
Neravne montažne površine
Savijene konstrukcije stroja
Neispravna instalacija spojke
Pre-zategnuti potporni ležajevi

Ovi problemi stvaraju cikličku silu tijekom rotacije, koja se na kraju razvija u vibraciju.

Međutim, sama točnost instalacije nije dovoljna. Krutost samog kugličnog vretena također igra važnu ulogu.

3. Krutost kugličnog navoja

Krutost kugličnog vretena uglavnom ovisi o promjeru osovine i nepodržanoj duljini.

Vijak malog-promjera lakše se savija pod opterećenjem i ubrzanjem.

Na primjer:

Kuglični vijak 1204 prikladan je za male strojeve
Kuglični vijak 2505 ili 3210 ima mnogo veću krutost

Kada je krutost nedovoljna, otklon osovine postaje veći tijekom-kretanja velikom brzinom, što vibracije čini jačima.

CNC strojevi s dugim-hodom posebno su osjetljivi na ovaj problem.

Osim same vijčane osovine, još jedna važna komponenta također može prenijeti vibracije izravno u prijenosni sustav: spojka.

4. Problemi sa spajanjem

Spojka povezuje servo motor i kuglasti vijak.

Ako je kvaliteta spojke loša ili pogrešno instalirana, vibracije se mogu proširiti cijelim pogonskim sustavom.

Tipični problemi spajanja uključuju:

Ekscentrična rotacija
Loše balansiranje
Pretjerani zazor
Niska torzijska krutost

Jeftine fleksibilne spojke ponekad privremeno kompenziraju pogreške u poravnanju, ali mogu smanjiti stabilnost pri velikoj brzini.

Čak i s odgovarajućim komponentama prijenosa, prekomjerni unutarnji otpor može uzrokovati nestabilan rad.

5. Predopterećenje i podmazivanje

Predopterećenje se koristi za smanjenje zazora i poboljšanje točnosti pozicioniranja.

Međutim, prekomjerno predopterećenje povećava trenje unutar sustava kugličnog vretena.

Pri velikoj brzini, prekomjerno trenje može uzrokovati:

Stvaranje topline
Povećano opterećenje motora
Smanjena glatkoća pokreta
Vibracije tijekom ubrzanja

Podmazivanje također snažno utječe na glatkoću cirkulacije lopte.

Loše podmazivanje povećava otpor kotrljanja i uzrokuje nestabilan rad.

Onečišćena mast može dodatno pogoršati vibracije i buku.

U ovom trenutku mnogi korisnici zamjenjuju sam kuglični vijak. Međutim, stvarni izvor vibracija može potjecati od strukture stroja.

6. Struktura stroja

Krutost stroja utječe na cjelokupno vibracijsko ponašanje CNC sustava.

Slabi okviri stroja mogu pojačati vibracije koje stvara normalno kretanje mjenjača.

Ovaj problem je čest u:

DIY CNC strojevi
Lagane aluminijske konstrukcije
Dugi kreveti strojeva bez potpore
Tanke montažne ploče

U mnogim slučajevima kuglasti vijak nije izvorni izvor vibracija. Prenosi samo vibracije nastale negdje drugdje u stroju.

Budući da se vibracije obično razvijaju iz više čimbenika zajedno, rješavanje problema zahtijeva potpunu anti-strategiju vibracija.

7. Anti{1}}vibracijska rješenja

Nekoliko praktičnih metoda može smanjiti-vibracije kugličnog vretena pri velikim brzinama.

Otopina	Učinak
Povećajte promjer vijka	Poboljšava krutost
Koristite fiksnu-fiksnu podršku	Povećava kritičnu brzinu
Poboljšajte točnost instalacije	Smanjuje radijalnu silu
Poboljšajte kvalitetu spajanja	Poboljšava rotacionu stabilnost
Optimizirajte predučitavanje	Smanjuje unutarnje trenje
Poboljšajte podmazivanje	Ublažava cirkulaciju lopte
Ojačajte okvir stroja	Smanjuje strukturalne vibracije

8. Odabir pravog kuglastog vretena

Prilikom odabira kugličnog vretena za-CNC aplikacije velike brzine, korisnici bi trebali uzeti u obzir cijeli sustav gibanja, a ne samo izvod i promjer.

Važni čimbenici uključuju:

Krutost osovine
Metoda podrške
Brzina vrtnje
Servo ubrzanje
Krutost strukture stroja
Zahtjevi za prethodno opterećenje
Stanje podmazivanja

Ispravno usklađen sustav kugličnog vretena osigurava glatkije kretanje, veću točnost i duži vijek trajanja.

Zaključak

Vibracija kugličnog vretena pri velikoj brzini obično je problem-na razini sustava, a ne kvar jedne komponente.

Kritična brzina je početna točka, ali poravnanje instalacije, krutost, predopterećenje, podmazivanje, kvaliteta spojke i struktura stroja utječu na ponašanje vibracija.

Umjesto jednostavnog smanjenja brzine, proizvođači CNC-a trebali bi optimizirati cijeli prijenosni sustav.

S pravilnim dizajnom i sastavljanjem, visoko{0}}sustavi kugličnih vijaka mogu postići stabilno, glatko i precizno kretanje za dugotrajan-rad.

Reference

Mehanički dizajn strojnih elemenata i strojeva: perspektiva-prevencije kvara, Jack A. Collins, Henry R. Busby i George H. Staab
Teorija strojeva i mehanizama Johna J. Uickera Jr., Gordona R. Pennocka i Josepha E. Shigleya

Zatražite prilagođeno rješenje za kuglični vijak

Trebate stabilna visoko{0}}brzinska rješenja s kugličnim vijakom?

DLY pruža preciznostkuglasti vijciza CNC strojeve, opremu za automatizaciju i industrijske sustave kretanja.

Podržavamo: