Jak vybrat 3osý kuličkový šroubový systém pro CNC frézku

Před časem jsme probírali projekt zakázkové CNC frézy se zákazníkem, který plánoval obrábění hliníku a lehké oceli.

Jeho hlavními obavami byla nejen cena, ale také:

• Tuhost stroje
• Přesnost polohování
• Kvalita předběžného načtení
• Kompatibilita komponent
• Dlouhodobá-spolehlivost

To je ve skutečnosti velmi běžné v projektech CNC strojů. Mnoho výrobců strojů utrácí spoustu peněz za vřetena a motory, ale podceňují význam lineárního pohybového systému.

Ve skutečnosti výkon CNC stroje často silně závisí na kvalitě:

• Lineární vodicí lišty
• Kuličkové šrouby
• Podpěrné bloky
• Shoda s přednačtením
• Přesnost montáže

Výběr špatného 3osého systému kuličkových šroubů může vést k:
 

• Vibrace při řezání
• Vůle
• Špatná povrchová úprava
• Nestabilní přesnost
• Nadměrný hluk
• Zkrácená životnost stroje

V tomto článku vysvětlíme, jak vybrat správný 3osý kuličkový šroubový systém pro CNC frézku na základě skutečných technických úvah.

Co je 3osý kuličkový šroubový systém?

3osý kuličkový šroubový systém obvykle označuje kompletní systém lineárního přenosu pohybu používaný na: ose X-, ose Y- a ose Z- CNC stroje.

Typický CNC systém lineárního pohybu zahrnuje: lineární vodicí kolejnice, ložiskové bloky, kuličkové šrouby, matice pro kuličkové šrouby, nosné jednotky BK/BF, spojky, krokové nebo servomotory, montážní držáky motoru.

U CNC frézek musí všechny tři osy spolupracovat s vysokou tuhostí a stabilním řízením pohybu.

Na rozdíl od jednoduchých dřevoobráběcích frézek kladou stroje na řezání hliníku a oceli mnohem vyšší nároky na mechanickou konstrukci.

Proč je u CNC frézky důležitá tuhost

Mnoho konstruktérů CNC-poprvé se zaměřuje hlavně na rychlost nebo výkon motoru.

Tuhost je však často skutečným faktorem, který určuje kvalitu obrábění.

Při řezání hliníku nebo lehké oceli je stroj vystaven značným řezným silám. Pokud systém lineárního vedení nebo kuličkového šroubu postrádá tuhost, stroj může trpět:

• Vibrace
• Cvakání značky
• Nepřesné rozměry
• Nestabilní hloubka řezu
• Opotřebení nástroje

To je důvod, proč mnoho výrobců CNC upřednostňuje: lineární vodicí kolejnice HGR25 nebo dokonce kolejnice HGR30 namísto menších velikostí, jako je HGR15 nebo HGR20, pro těžké-aplikace.

Větší kolejnice poskytují:

• Lepší nosnost
• Vyšší konstrukční tuhost
• Vylepšená stabilita
• Lepší odolnost proti deformaci

U středně velkých{0}}frézek CNC je HGR25 jednou z nejčastěji používaných možností.

Výběr správného kuličkového šroubu pro každou osu

Výběr kuličkového šroubu by měl být založen na: velikosti stroje, zatížení osy, délce pojezdu, rychlosti pohybu, řezné síle, točivém momentu motoru.

U většiny středních- CNC frézek jsou kuličkové šrouby SFU2005 široce používány pro osy X a Y.

Proč je SFU2005 populární

"2005" znamená:

• Průměr šroubu 20 mm
• 5 mm vedení

Tato kombinace nabízí dobrou rovnováhu mezi: tuhostí, přesností polohování, nosností a regulací rychlosti.

Pro obrábění hliníku je často preferován SFU2005, protože větší průměr pomáhá snižovat průhyb na dlouhé vzdálenosti.

A co osa Z-?

Osa Z- obvykle nese menší délku pojezdu, ale vyšší koncentraci vertikálního zatížení.

Mnoho výrobců volí: SFU1605 nebo SFU2005 v závislosti na hmotnosti vřetena a konstrukci stroje.

Výhody SFU1605:

• Nižší hmotnost
• Nižší setrvačnost
• Snadnější zrychlení motoru
• Vhodné pro kompaktní konstrukce osy Z-

SFU2005 Výhody

• Vyšší tuhost
• Lepší podpora-vysokého zatížení
• Snížené vibrace

Pro těžší nastavení vřeten je SFU2005 obecně bezpečnější volbou.

Proč je důležité předpětí

Jeden detail, který mnoho dodavatelů ignoruje, je předběžné načtení.

Předpětí je však nesmírně důležité pro přesnost CNC stroje.

Předpětí lineárního vedení pomáhá snížit: vůli, vibrace, chybu polohování, nestabilitu pohybu.

Mnoho profesionálních výrobců CNC dává přednost: předpětí G2 nebo předpětí G3, protože předepjaté systémy poskytují lepší tuhost během řezání.

Bez správného předpětí může stroj vyvinout vůli nebo vibrace, i když jsou použity vysoce{0}}kvalitní kolejnice.

Současně se může zvýšit nadměrné předpětí: tření, tepelné zatížení a zatížení motoru.

Vyvážená konfigurace předběžného zatížení je důležitá pro dlouhodobý-výkon stroje.

HGR25 vs HGR30: Co byste si měli vybrat?

Mnoho výrobců CNC váhá mezi HGR25 a HGR30.

Oba jsou běžnou volbou pro CNC frézky, ale slouží různým prioritám.

Pro většinu aplikací z hliníku a lehké oceli je HGR25 dostačující již v kombinaci se silným rámem stroje.

HGR30 se stává atraktivnějším pro: větší portálové stroje, agresivní řezání, vysoký výkon vřetena a průmyslové aplikace.

Běžné problémy s kompatibilitou v CNC sestavách vlastními rukama

Jedním z největších problémů v zakázkových CNC projektech je nesoulad s kompatibilitou.

Mnoho uživatelů nakupuje komponenty samostatně od různých dodavatelů a později objeví problémy s montáží.

Mezi běžné problémy patří:

Nesprávné přiřazení podpory BK/BF

Opracování konců kuličkových šroubů nemusí správně lícovat s opěrnými bloky.

Nesoulad velikosti spojky

Průměr hřídele motoru a průměr hřídele kuličkového šroubu se nemusí shodovat se spojkou.

Problémy s vyrovnáním pouzdra matice

Špatně navržená pouzdra matic mohou způsobit chyby seřízení a zvýšené tření.

Nekompatibilita kolejnic a bloků

Různé značky někdy používají mírně odlišné tolerance nebo rozměry.

Chyby polohy držáku motoru

Nesprávná konstrukce držáku může způsobit problémy se zarovnáním motoru.

To je důvod, proč mnoho výrobců CNC nyní dává přednost nákupu kompletní sady CNC kuličkových šroubů nebo kompletního řešení lineárního pohybu od jednoho dodavatele.

Kompletní sada 3osých kuličkových šroubů vs. samostatný nákup

Nákup kompletního 3osého kuličkového šroubového systému od jednoho dodavatele nabízí několik výhod.

Lepší kompatibilita

Všechny komponenty jsou před odesláním vzájemně sladěny.

Jednodušší instalace

Proces montáže je mnohem jednodušší.

Snížené riziko

Menší šance na nesoulad při obrábění nebo rozměrové chyby.

Zjednodušená doprava

Jedna zásilka je obvykle snazší a levnější než odběr od více dodavatelů.

Technická podpora

Kompletní dodavatel může pomoci ověřit kompatibilitu mezi:

• Lineární kolejnice
• Lineární bloky
• Kulové šrouby
• Podpůrné jednotky
• Spojky
• Motory
   

Pro mnoho zahraničních kupujících je to obzvláště důležité, protože výměna nekompatibilních dílů po mezinárodní přepravě může být velmi nákladná.

Měli byste si vybrat válcované nebo broušené kuličkové šrouby?

To je další častá otázka v projektech CNC strojů.

Mnoho uživatelů si plete:

• C7 válcované kuličkové šrouby
• Zemní kuličkové šrouby

Ve skutečnosti:

• C7 je běžně spojován s válcovými kuličkovými šrouby
• C5 nebo C3 jsou běžnější pro přesné zemní vruty

Pro většinu hliníkových CNC frézek již postačují vysoce-kvalitní válcované kuličkové šrouby C7.

Zemní kuličkové šrouby se stávají důležitějšími pro:

• Mimořádně-vysoce přesné obrábění
• Brusky
• Polovodičová zařízení
• Vysokorychlostní-průmyslová automatizace

Správná volba závisí na skutečných požadavcích na obrábění a rozpočtu.

Doporučená konfigurace pro střední CNC frézku

Pro řezání hliníku a lehké oceli může běžná konfigurace zahrnovat:

Osa X-

• Kolejnice HGR25
• Bloky HGW25
• SFU2005 kuličkový šroub
• Podpůrné jednotky BK/BF
• Motor s uzavřenou-smyčkou NEMA23

Osa Y-

• Kolejnice HGR25
• SFU2005
• Střední předpětí
• Pevný spojovací systém

Z-osa

• HGR20 nebo HGR25
• SFU1605 nebo SFU2005
• Kompaktní držák motoru
• Snížená pohyblivá hmota

Tento typ nastavení poskytuje dobrou rovnováhu mezi: tuhostí, přesností, cenou a spolehlivostí.

Shrnutí

CNC stroj je pouze tak stabilní, jak stabilní je jeho lineární pohybový systém.

Výběr správného 3osého systému kuličkových šroubů není jen o individuálním výběru kolejnic a šroubů. Skutečnou výzvou je zajistit správnou kompatibilitu, předpětí, tuhost a přesnost montáže v celém stroji.

Pro obrábění hliníku a lehké oceli mohou vhodně sladěné komponenty výrazně zlepšit:

• Kvalita obrábění
• Stabilita řezu
• Přesnost polohování
• Životnost stroje

Pokud stavíte CNC router, frézku nebo automatizační systém a nejste si jisti, jak sladit:

• Lineární vodicí lišty
• Kuličkové šrouby
• Podpůrné jednotky
• Spojky
• Motory

DLY může pomoci poskytnout kompletní kompatibilní CNC řešení lineárního pohybu na základě struktury vašeho stroje a požadavků aplikace.

Diskutujte o svém CNC projektu