Kuglični vijak i sustav-i-zupčanika mogu pretvoriti rotaciju motora u linearno kretanje, ali se ne ponašaju isto s povećanjem duljine putovanja, brzine i sile rezanja. Kuglični vijci se obično odabiru za točno kretanje posmaka, nisko trenje i kontrolirani zazor. Pogoni s- i- zupčanicima često se razmatraju za duge osi CNC glodala gdje je potrebna velika brzina kretanja i rotirajući vijak postaje teško kontrolirati.
Niti jedan prijenosni sustav ne nosi sam stol stroja. Linearne vodilice podržavaju pokretno opterećenje i kontroliraju smjer kretanja, dok kuglični vijak ili pogon-i-zupčanika daje potisak koji pomiče os. Odabir između to dvoje stoga zahtijeva procjenu cijele osi, a ne usporedbu samo vijka i letve.
Za mnoge kompaktne i srednje CNC strojeve, pravilno odabran kuglični vijak ostaje učinkovito rješenje. Međutim, za dugu osovinu portala koja mjeri nekoliko metara, kritična brzina, vijčani spoj i raspored potpore mogu učiniti zupčastu letvu i zupčanik praktičnijima. Ispravan izbor ovisi o hodu, brzoj-brzini hoda, točnosti rezanja, pokretnoj masi, uvjetima ugradnje i sposobnosti održavanja.
Kako rade dva CNC pogonska sustava
U konvencionalnoj osi s kugličnim vijkom, motor rotira osovinu vijka kroz spojku ili remenski prijenos. Recirkulacijske kuglice kotrljaju se između žljebova vijka i matice, uzrokujući linearno pomicanje matice i pričvršćenog stola stroja. Kontakt kotrljanja osigurava visoku mehaničku učinkovitost i omogućuje sustavu prijenos značajnog aksijalnog potiska uz relativno nisko trenje.
U osovini zupčanika -i-zupčanika, zupčasta letva je fiksirana duž okvira stroja dok motor okreće zupčanik koji je u zahvatu sa zubima zupčanika. Zupčanik i motor normalno putuju s pokretnim portalom ili kolicima. Budući da je stalak kontinuirano oslonjen duž okvira, sustav nema dugu rotirajuću osovinu koja se može kretati svojom prirodnom frekvencijom.
Ova strukturna razlika postaje sve važnija kako os postaje duža. Kuglični vijak je podržan uglavnom kroz svoje krajnje ležajeve i može popustiti ili vibrirati između tih oslonaca. Zupčasta letva je montirana po svojoj dužini, ali njena točnost ovisi o kvaliteti zuba, zahvatu zupčanika, poravnanju spojeva, podmazivanju i metodi-kontrole zazora.
Kuglični vijak u odnosu na zupčastu letvu i zupčanik: glavne razlike
| Faktor odabira | Kuglični vijak | Rack and Pinion |
|---|---|---|
| Tipična snaga | Precizan pomak, veliki potisak i kontrolirani zazor | Dugi hod i velika linearna brzina bez vijka |
| Moždani udar | Obično praktičan za kratka i srednja putovanja; dugo putovanje zahtijeva pažljivu provjeru brzine | Dobro prilagođen dugim osovinama strojeva jer se dijelovi zupčanika mogu spojiti |
| Ograničenje brzine | Na njega utječu kritična brzina vijka, ograničenje brzine matice i raspored potpore | Nije ograničen kritičnom brzinom dugog rotirajućeg vijka |
| Povratak | Može se smanjiti prednaprezanjem ili odgovarajućom strukturom matice | Ovisi o kvaliteti zuba, zahvatu zupčanika i mehanizmu predopterećenja |
| Točnost pozicioniranja | Dostupan u definiranim stupnjevima-točnosti | Ovisi o točnosti nagiba zupčanika, spojevima zupčanika, kvaliteti zupčanika i kontroli povratne sprege |
| Kontaminacija | Kanali i cirkulacija kuglica moraju biti zaštićeni od strugotina i prašine | Izloženi zubi također zahtijevaju čišćenje i podmazivanje, posebno oko abrazivne prašine |
| Održavanje | Podmazivanje, brtve, poravnanje, potporni ležajevi i stanje matice | Podmazivanje zubaca, uključivanje zupčanika, zupčasti spojevi, podešavanje habanja i zazora |
| Tipične primjene | CNC pogonske osi, Z osi, obradni centri i precizna automatizacija | Veliki CNC glodalice, plazma strojevi i dugački portalni sustavi |
Zašto je duljina hoda važna za kuglični vijak
Kuglični vijak se ne može odabrati samo iz promjera i izvođenja. Kako se nepodržani razmak između ležajeva povećava, kritična brzina vrtnje brzo pada. Blizu kritične brzine, vratilo bi moglo početi tresti, stvarajući vibracije, buku, opterećenje ležaja, nestabilno pozicioniranje i moguće oštećenje cirkulacijskog sustava matice.
Često korišteni preliminarni metrički odnos je:
nkr = K × dr × 107 ÷ L2
gdje je nkrje procijenjena kritična brzina u o/min, drje promjer korijena vijka u milimetrima, L je neoslonjena duljina između nosećih oslonaca u milimetrima, a K je kraj-faktor potpore.
Točan faktor i sigurnosnu granicu treba uzeti iz odabrane metode izračuna proizvođača. Reprezentativni preliminarni faktori su približno 3,9 za fiksne-besplatne, 12,1 za podržane-podržane, 18,7 za fiksne-podržane i 27,2 za fiksne-fiksne aranžmane. Ovi čimbenici ne bi se trebali smatrati zamjenom za konačnu provjeru proizvođača kugličnog vretena.
Važan odnos je kvadrat duljine. Ako se neoslonjena duljina povećava dok promjer i raspored potpore ostaju nepromijenjeni, kritična brzina se smanjuje proporcionalno 1/L². Povećanje hoda s 1 metra na 2 metra ne samo da prepolovljuje dopuštenu brzinu; procijenjena kritična brzina pada na otprilike jednu-četvrtinu.
Za više detalja o ovom ograničenju, pogledajtekako izbjeći kritičnu brzinu kugličnog vretena.
Primjer izračuna-dugog putovanja
Razmotrite preliminarnu CNC os koja koristi kuglični vijak sa sljedećim pretpostavljenim vrijednostima:
- Promjer korijena: 25 mm
- Olovo: 10 mm/okretaj
- Kraj podrške: fiksno-podržano
- Faktor podrške korišten za preliminarni izračun: 18,7
Primjer A: 2000 mm nepodržane duljine
nkr = 18.7 × 25 × 107 ÷ 2,000²
nkr≈ 1.169 o/min
Teorijska linearna brzina=1,169 × 10 ≈ 11,69 m/min
Stroj u normalnim okolnostima ne bi trebao raditi kontinuirano pri izračunatoj kritičnoj brzini. Ako se koristi preliminarno sigurnosno ograničenje od 80%, brzina puža postaje približno 935 o/min, a odgovarajuća linearna brzina je oko 9,35 m/min.
Primjer B: 3.000 mm nepodržane duljine
nkr = 18.7 × 25 × 107 ÷ 3,000²
nkr≈ 519 o/min
Teorijska linearna brzina=519 × 10 ≈ 5,19 m/min
Na 80% ove preliminarne vrijednosti, odgovarajuća linearna brzina je samo oko 4,15 m/min. Primjer pokazuje zašto vijak koji je prikladan za os od 2 - metra možda neće zadovoljiti potrebnu brzinu brzog hoda nakon što se nepodržana duljina poveća na 3 metra.
Time se ne uspostavlja univerzalna linija razdvajanja od 2 - metra ili 3 - metra. Veći promjer korijena, veći korak, fiksna-fiksna potpora, dizajn s rotirajućom maticom ili srednja strategija potpore mogu promijeniti rezultat. Konačni odabir također mora provjeriti DN vrijednost, brzinu matice, aksijalno opterećenje, izvijanje, moment ubrzanja, toplinsko širenje i nosivost.
Gdje kuglasti vijak ima prednost
Kuglični vijak često je jači izbor kada CNC os zahtijeva kontrolirani posmak, veliki potisak i stabilnu točnost preokreta tijekom kratkog ili srednjeg hoda. Vijčani vod proizveden je u skladu s klasom točnosti, omogućujući dizajnerima strojeva da povežu naređenu rotaciju s očekivanim linearnim kretanjem.
Prednapregnute strukture kuglaste matice mogu smanjiti aksijalni zazor i poboljšati krutost kada se smjer gibanja promijeni. Ovo je posebno korisno na obradnim sjekirama gdje zazor može utjecati na položaj rupe, točnost konture i završnu obradu površine. Dizajn-kontakta kotrljanja također pruža visoku učinkovitost prijenosa, tako da motor može pretvoriti moment u aksijalnu silu uz relativno nisko trenje.
Kuglični vijci se često koriste na CNC Z osi jer je hod obično kraći od hoda glavnog portala, a os zahtijeva točnu kontrolu dubine. Okomita osovina kugličnog vretena i dalje mora uključivati odgovarajuću motornu kočnicu, protutežu ili drugu sigurnosnu mjeru jer se ne bi trebalo smatrati da je kuglasti vijak samokočni-.
Kuglični vijci također bi mogli biti poželjniji za kompaktne X i Y osi, sustave-pokretanja za rezanje metala, strojeve za bušenje, stolove za precizno pozicioniranje i opremu za automatizaciju gdje su potisak i stabilnost pozicioniranja važniji od iznimno dugog putovanja.
Gdje zupčasta letva ima prednost
Sustavi-i-zupčanika postaju atraktivni kada stroj ima dugu os i mora održavati visoku brzinu-hoda. Zupčasti stalak je kontinuirano fiksiran na okvir stroja, tako da povećanje njegove duljine ne stvara isti problem kritične-brzine rotirajuće-osovine kao kod konvencionalnog kugličnog vretena.
Sekcije regala također se mogu spojiti kako bi se stvorio dug put bez proizvodnje i transporta jednog izuzetno dugog rotirajućeg vijka. Ovo je korisno za velike glodalice za obradu drva,-strojeve za obradu panela, plazma stolove i drugu portalnu opremu s hodom koji se mjeri u nekoliko metara.
Međutim, letvu i zupčanik ne treba automatski opisati kao netočne. Pravilno proizveden i instaliran sustav preciznih regala može pružiti dobre performanse pozicioniranja. Njegov rezultat ovisi o točnosti nagiba zupčanika, kvaliteti zupčanika, zahvatu zuba, predopterećenju ili rasporedu-zupčanika, zazoru reduktora, poravnanju-zgloba zupčanika i kontroli povratne sprege.
Suprotno tome, stalak niske-kvalitete ili loše postavljen može razviti neravnomjeran zazor i varijaciju pozicioniranja duž osi. Dizajner stroja mora procijeniti kompletan pogon, a ne jednostavno pretpostaviti da je svaki sustav zupčanika prikladan za dugo, precizno kretanje.
Točnost, ponovljivost i zazor nisu isto
Točnost opisuje koliko stvarni položaj osi odgovara zadanom položaju. Ponovljivost opisuje koliko se dosljedno os vraća u isti položaj pod istim uvjetima. Zazor je izgubljeno gibanje koje se može pojaviti kada pogon promijeni smjer.
Kuglični vijak može imati dobru točnost, ali i dalje pokazivati pogrešku preokreta ako matica ima zazor, ležajevi imaju aksijalni zazor ili je spojnica labava. Sustav-i-zupčanika može dosljedno ponavljati položaj, ali i dalje sadržavati sustavnu pogrešku nagiba duž punog hoda.
Na konačnu CNC točnost također utječu:
- Poravnanje linearnih vodilica i-površinska točnost
- Krutost-okvira stroja
- Razlučivost motora i kodera
- Zazor mjenjača ili spojke
- Toplinska ekspanzija
- Pravokutnost portala
- Kompenzacija i podešavanje regulatora
- Deformacija -sile rezanja
Iz tog razloga, promjena sa zupčaste letve i zupčanika na kuglasti vijak ne može automatski ispraviti slab okvir ili loše poravnatu vodilicu. Prijenosni sustav samo je jedan dio cjelokupnog lanca točnosti.
Opterećenje i krutost: Što svaki pogon zapravo nosi
Linearne vodilice trebaju podnijeti težinu portala, vretena, kolica ili stola. Matica s kuglastim navojem primarno je dizajnirana da nosi aksijalni potisak duž osi vijka, a ne kontinuirano radijalno opterećenje ili opterećenje pri prevrtanju. Neusklađenost između vijka, kućišta matice i linearnih vodilica može dovesti do bočnog opterećenja i skratiti vijek trajanja.
Pogon-i-zupčanika također zahtijeva poseban sustav za navođenje. Zupčanik daje silu kroz zube letve, dok vodilice kontroliraju položaj i orijentaciju pokretnog portala. Pogrešna visina letve ili zahvat zupčanika mogu stvoriti neravnomjerno opterećenje zuba, ali letva se ne smije koristiti kao zamjena za sustav linearnih vodilica.
Kada procjenjujete kapacitet pogona, potvrdite potrebni potisak iz ubrzanja, otpora rezanja, trenja, gravitacije i vanjskih sila. Za kuglični vijak, tlačno opterećenje također se mora provjeriti u odnosu na izvijanje stupa. Promjer vijka stoga treba odabrati koristeći opterećenje, duljinu i brzinu zajedno, a ne odabir većeg promjera samo zato što je stroj težak. Pogledajte DLY vodič nakako odabrati pravi promjer kugličnog vretena.
Održavanje i radna okolina
CNC glodalice mogu stvarati drvenu prašinu, kompozitne čestice, aluminijske komadiće ili abrazivne ostatke. Kanali s kugličnim navojem zahtijevaju učinkovitu zaštitu jer onečišćenje može ući u maticu, prekinuti cirkulaciju kuglice i ubrzati trošenje kanalića. Mjehovi, poklopci, brtve, brisači i redovito podmazivanje mogu biti potrebni ovisno o okruženju stroja.
Zubi letve su izloženiji i možda ih je lakše pregledati, ali ne zahtijevaju održavanje-. Prašina pomiješana s mašću može stvoriti abrazivnu pastu. Površine zuba, zahvat zupčanika, zupčaste spojeve i mehanizme za-namještanje zazora treba povremeno provjeravati.
Na bolji izbor stoga utječe način na koji će stroj biti zaštićen i održavan. Teoretski točan pogon možda neće uspjeti zadržati svoje performanse ako se zanemari stvarno radno okruženje.
Može li jedna CNC glodalica koristiti oba sustava?
Da. Stroj ne mora koristiti istu vrstu pogona na svakoj osi. Velika CNC glodalica može koristiti letvu i zupčanik na svojim dugim X i Y osi dok koristi kuglični vijak na kraćoj Z osi. Ovaj raspored kombinira veliku-brzinu dugog putovanja s preciznom okomitom kontrolom dubine.
Neki strojevi također koriste različite specifikacije na paralelnim stranicama portala. Kada dva motora pokreću jedan portal, upravljač mora održavati dvije strane sinkronizirane kako bi spriječio pucanje. Mehaničko poravnanje, senzori za samonavođenje i postupci-kvadriranja portala ostaju bitni bez obzira na odabrani pogon.
Praktični odabir putem CNC primjene
| Primjena | Vjerojatno polazište | Razlog |
|---|---|---|
| Kompaktni stolni CNC | Kuglični vijak | Kratak hod, kompaktna instalacija i kontrolirani pomak |
| Srednja CNC os za glodanje | Kuglični vijak | Važni su veliki potisak, krutost i točnost preokreta |
| Velika glodalica za obradu drveta | Procijenite letvu i zupčanik za duge X/Y osi | Dugi hod i brzi hod mogu premašiti praktični raspon brzina-vijka |
| Stol za plazma rezanje | Zupčasta letva i zupčanik se često razmatraju | Dugo putovanje i velika brzina mogu biti važniji od velikog potiska posmaka |
| Kratka CNC Z os | Kuglični vijak s kočnicom ili sigurnosnom opcijom | Precizno kretanje po dubini i kompaktni pogon velikog-potiska |
| Tri{0}}metarski portal koji zahtijeva veliku brzu brzinu | Zupčasta letva i zupčanik ili posebno konstruirani raspored vijaka | Konvencionalni rotirajući kuglični vijak zahtijeva pažljivu kritičnu{0}}provjeru brzine |
Ovo su polazišta, a ne fiksna pravila. Konačnu odluku treba donijeti na temelju izračunatih zahtjeva za osi i provjerenih podataka o komponentama.
Podaci potrebni prije odabira pogona
Prije nego što odaberete kuglični vijak ili sustav-i-zupčanika, pripremite sljedeće informacije:
- Ukupni hod osi i udaljenost između oslonaca
- Potrebna velika brzina i normalna-brzina dodavanja
- Maksimalno ubrzanje i usporavanje
- Pokretna masa, sila rezanja i smjer ugradnje
- Zahtijevana točnost i ponovljivost pozicioniranja
- Prihvatljivi zazor ili pogreška preokreta
- Nazivna brzina motora, vršni moment i specifikacija kodera
- Očekivani radni ciklus
- Prašina, strugotine, rashladna tekućina i radna temperatura
- Dostupan prostor za ugradnju i pristup za održavanje
Ako se razmatra kuglični vijak, također potvrdite promjer vijka, promjer korijena, visinu, stupanj točnosti, raspored potpore, obradu krajeva, vrstu matice i potrebnu duljinu tračnice. DLY može procijeniti standardne i prilagođenesklopovi kugličnih vijakaprema ovim uvjetima.
Konačni odabir
Kuglični vijak općenito je dobar izbor za kratku ili srednju CNC os koja zahtijeva veliki potisak, kontrolirani zazor i točan pomak. Zupčasta letva i zupčanik postaju privlačni kada je os vrlo dugačka i mora postići veliku brzinu kretanja bez kritičnog-ograničenja brzine dugog rotirajućeg vijka.
Odluka se ne bi trebala temeljiti na uvjerenju da je jedan sustav univerzalno točniji ili trajniji. Dobro-dizajnirana osovina zupčanika-i-zupčanika može nadmašiti dugi kuglični vijak premale veličine, dok pravilno oslonjen i unaprijed napregnut kuglični vijak može pružiti bolju kontrolu posmaka od loše instaliranog sustava zupčanika.
Za dizajn CNC glodala, procijenite svaku os zasebno. Duge osi X i Y mogu opravdati zupčastu letvu i zupčanik, dok bi kraća os Z mogla imati koristi od kugličnog vretena. Ako je odabran kuglični vijak, provjerite kritičnu brzinu, opterećenje izvijanja, olovo, moment motora, potporne ležajeve, poravnanje i zaštitu okoliša prije dovršetka dizajna.
Trebate li pomoć pri provjeri CNC kugličnog vretena?
DLY pošaljite svoj hod CNC osi, pokretno opterećenje, potrebnu brzinu, točnost, smjer instalacije i specifikaciju motora. Možemo vam pomoći provjeriti promjer kugličnog vretena, visinu, stupanj točnosti, raspored nosača i zahtjeve za kraj-strojnu obradu.
Email: export@dlybearing.com
