Průvodce kontrolou a údržbou kuličkového šroubu

Začněte zde: Přiřaďte svůj příznak k příčině

Než cokoliv rozeberete, zjistěte, co stroj skutečně dělá. Stejná součást - opotřebené opěrné ložisko, například -, může vyvolat různé příznaky v závislosti na tom, jak selhalo. Práce od příznaku zpět je rychlejší a spolehlivější než kontrola všech komponent v pořadí.

Použijte tuto tabulku jako vstupní bod. Části 1 až 5 níže se podrobně zabývají jednou oblastí.

Část 1: Axiální vůle opěrného ložiska

Nosná ložiska drží hřídel šroubu v pevné axiální poloze na každém konci. Když se u nich vyvine vůle - v důsledku uvolněných pojistných matic, opotřebených drah nebo nesprávného předpětí -, samotný hřídel šroubu se pod zatížením pohybuje axiálně. Tento axiální pohyb přechází přímo do polohovací chyby a je jednou z nejčastějších příčin vůle u CNC strojů.

Jak správně změřit axiální vůli

Měření se musí provádět přímo na hřídeli šroubu, nikoli na matici nebo stole stroje. Měření u stolu kombinuje více zdrojů chyb a znemožňuje izolovat ložisko.

Potřebné vybavení:Magnetický-úchylkoměr se základnou, rozlišení 0,001 mm nebo lepší.

Postup:

1. Namontujte úchylkoměr na pevný referenční povrch - rámu stroje nebo na těžký přípravek přišroubovaný ke stolu. Špička sondy by se měla dotýkat koncového čela dříku šroubu se středem v ose dříku.
2. Zajistěte matici, aby se během testu nemohla pohybovat podél hřídele. Nedovolte, aby matice působila axiální reakční silou -, která by zatížila matici spíše než ložisko.
3. Aplikujte na hřídel rukou stálou axiální tlačnou sílu, přibližně 10–20 N. Všimněte si hodnoty indikátoru.
4. Aplikujte stálou axiální tažnou sílu v opačném směru se stejnou silou. Všimněte si čtení.
5. Celkový pohyb indikátoru mezi tlakem a tahem je axiální vůle sestavy nosného ložiska.

Výklad:

• Méně než 0,005 mm: Přijatelné pro většinu CNC aplikací.
• 0,005–0,015 mm: Hranice. Před rozhodnutím o výměně znovu zkontrolujte stav předpínací podložky a utahovací moment pojistné matice.
• Více než 0,015 mm: Vůle ložiska přispívá k chybě polohování. Před opětovnou montáží zjistěte příčinu.

Co vám měření říká:

Pokud je přítomna vůle, ale kroužky ložisek jsou při ručním otáčení hladké, nejpravděpodobnější příčinou je uvolněná pojistná matice nebo předpínací podložka, která se časem stlačila. Znovu utáhněte pojistnou matici na správný utahovací moment a znovu zkontrolujte. Pokud se vůle během krátké doby provozu vrátí, pračka je unavená a potřebuje výměnu.

Pokud je přítomna vůle a ložisko je drsné, vroubkované nebo má při otáčení zjistitelné radiální kolísání, je samotné ložisko opotřebované a vyžaduje výměnu. Nastavení předpětí na opotřebovaném ložisku poskytuje pouze dočasné zlepšení.

Správné předpětí pro opěrná ložiska

Nosná ložiska na kuličkových šroubech jsou obvykle ložiska s kosoúhlým stykem instalovaná v pevné -pevné nebo pevné-volné konfiguraci. Správnou podmínkou instalace je mírné axiální předpětí - dostatečné k odstranění vnitřní vůle a zabránění uvolnění ložiska při reverzním zatížení, ale ne natolik, aby generovalo nadměrné teplo nebo snižovalo životnost ložiska.

Správně předepnuté opěrné ložisko by nemělo vykazovat žádný detekovatelný axiální pohyb při ruční síle 10–20 N působící na konec hřídele. Hřídel by se měla otáčet hladce bez vrubů nebo kolísání odporu. Po 15–30 minutách provozu při provozních otáčkách by mělo být ložiskové těleso teplé na dotek (30–50 stupňů nad okolní teplotu), ale ne horké.

Pokud se montuje náhradní ložisko, použijte stejnou specifikaci ložiska jako originál. Ložiska s kosoúhlým stykem pro podpěru kuličkového šroubu jsou obvykle k dispozici v konfiguracích 15°, 25° nebo 60° kontaktního úhlu - původní kontaktní úhel musí být zachován, protože různé úhly mají různou axiální únosnost a tuhost.

Část 2: Kontrola a opravy vůle matic

Axiální vůle v matici souvisí s opotřebením-, nikoli se seřízením- stejným způsobem jako předpětí ložiska. Kuličky a oběžné dráhy v matici časem akumulují mikro-opotřebení, což postupně zvyšuje vnitřní vůli mezi kuličkou a oběžnou dráhou. Když se tato vůle dostatečně zvětší, projeví se jako vůle na stole stroje - nejviditelněji jako chyba polohy, která se objeví pouze tehdy, když osa obrátí směr.

Měření vůle matic

Před měřením vůle matic ověřte, zda je axiální vůle opěrného ložiska v rámci specifikace (kapitola 1) a zda jsou všechny šrouby přírubového spoje utaženy (kapitola 3). Každý z těchto faktorů, pokud je přítomen, kontaminuje měření vůle matic.

Postup:

1. Namontujte číselníkový úchylkoměr na stůl stroje (ne na matici nebo hřídel) tak, aby se sonda dotýkala pevné reference na rámu stroje.
2. Najeďte osou do středu jejího pohybu a zastavte.
3. Aplikujte lehké axiální zatížení na stůl v kladném směru (zatlačte) a vynulujte indikátor.
4. Stejnou silou působíme mírným axiálním zatížením v záporném směru (tahem).
5. Údaj indikátoru je celková axiální vůle v matici, za předpokladu, že vůle ložiska již byla potvrzena jako v rámci specifikace.

Přijatelná vůle závisí na aplikaci. Pro obecnou automatizaci s přesností C7 je často přijatelná až 0,05 mm. Pro CNC obrábění s požadavky na přesnost C5 by vůle matice měla být typicky udržována pod 0,01–0,02 mm.

Dvojitá matice (řada DFU): nastavení vůle

Konstrukce s dvojitými-maticemi -, jako je řada DFU -, používají k vytvoření vnitřního předpětí přesnou rozpěrku mezi dvěma polovinami matice. Když se vůle vytvoří, může být rozpěrka nahrazena mírně silnější, aby se obnovilo předpětí a odstranila se vůle.

Potřebné zvýšení tloušťky rozpěrky závisí na naměřené vůli a geometrii kulového okruhu. Výchozím bodem je, že zvětšení distanční vložky o 1,5–2 násobek naměřené vůle přibližně obnoví nulovou vůli. Jemné nastavení se provádí měřením vůle po každé výměně rozpěrky, dokud není dosaženo cíle.

Po nastavení projeďte osou celý její zdvih normální rychlostí a zkontrolujte teplotu matice. Správně předepjatá dvojitá matice poběží o 5–10 stupňů tepleji než jednoduchá-matice s nastavenou vůlí. Pokud se matice po seřízení otáčí výrazně více než tato, bylo zvětšení rozpěrky příliš velké a předpětí je nadměrné - zpět na nejbližší menší velikost rozpěrky.

Všimněte si, že seřízení rozpěrky může kompenzovat pouze vůli způsobenou opotřebením. Pokud oběžné dráhy vykazují viditelné důlky, odlupování nebo poškození povrchu, nastavení distanční vložky neobnoví přesnost -, sestava matice vyžaduje výměnu.

Jednoduchá matice (řada SFU): kdy seřídit a kdy vyměnit

Konstrukce s jednou-maticí nemají mechanismus pro nastavení distanční vložky. Vnitřní vůle je dána průměrem kuličky a geometrií oběžné dráhy. Když se vůle vyvine v důsledku opotřebení, existují dvě možnosti:

Možnost 1 - Nahradit míčky nadměrné velikosti

Pokud je opotřebení malé (naměřená vůle menší než 0,05 mm a žádné viditelné poškození oběžné dráhy), výměna kuliček za mírně větší průměr může obnovit vnitřní předpětí a odstranit vůli. Standardní přírůstky výměny kuličky jsou +0.025 mm a +0.050 mm nad jmenovitým průměrem kuličky.

Než se o to pokusíte, zkontrolujte oběžné dráhy vizuálně a hmatem. Přejíždějte prstem po odkryté hřídeli šroubu v oblasti, která byla zakryta maticí. Oběžná dráha by měla působit hladce a jednotně. Pokud cítíte vyvýšeniny, důlky nebo nerovnosti, výměna kuličky neobnoví výkon - geometrie oběžné dráhy již není správná bez ohledu na velikost kuličky.

Při výměně kuliček musí být všechny koule v okruhu nahrazeny stejnou šarží a stejnou jakostí nadměrné velikosti. Míchání kuliček různých průměrů - i o 0,005 mm - vytváří nerovnoměrné rozložení zatížení a urychluje opotřebení naložených kuliček. Objednejte si raději kompletní náhradní sadu než jednotlivé míčky.

Po montáži nadrozměrných koulí zkontrolujte krouticí moment otáčením hřídele rukou. Odpor by měl být o něco vyšší než dříve (předpětí se zvýšilo), ale rotace by měla být plynulá po celou dobu jízdy. Pokud je hřídel v jakémkoli bodě napnutá nebo nepravidelná, přírůstek nadměrné velikosti je příliš velký pro skutečné podmínky opotřebení - vraťte se k menšímu přírůstku.

Možnost 2 - Vyměnit matici nebo celou sestavu šroubu-a{2}}matice

Pokud je viditelné opotřebení oběžné dráhy, pokud naměřená vůle přesahuje 0,05 mm, nebo pokud je požadavek na přesnost C5 nebo těsnější, měla by být sestava matice vyměněna, nikoli seřízena. U řady SFU jsou náhradní matice k dispozici jako standardní skladové položky a lze je nainstalovat bez výměny hřídele šroubu, pokud samotný hřídel není poškozen.

Při objednávání náhradní matice uveďte jmenovitý průměr šroubu, vedení a typ matice. Pokud neznáte původní třídu přesnosti, změřte průměr dříku šroubu a vývod pomocí mikrometru a měrky stoupání -, to obvykle stačí k identifikaci správné náhrady.

Část 3: Přírubové spojení a mechanické uvolnění

Uvolněné přírubové šrouby jsou jedním z nejčastěji přehlížených zdrojů zjevné vůle kuličkových šroubů. Matice je připevněna k vozíku stroje přes čelo příruby, zajištěné čtyřmi nebo více šrouby s válcovou hlavou. V průběhu času mohou vibrace a vratná zatížení tyto šrouby postupně vytáhnout a vytvořit vůli mezi čelem příruby a vozíkem.

Tento typ uvolnění lze snadno chybně diagnostikovat jako vůli matice nebo vůli ložiska, protože příznak - vůle u stolu - je identický. Rozdíl je v tom, že uvolněnost příruby má charakteristickou vlastnost: když zatlačíte a zatáhnete stůl rukou a přitom sledujete tělo matice, matice se sama mírně pohne vzhledem k vozíku, pokud je příruba uvolněná. Při vůli matice zůstává tělo matice pevné a hřídel se v něm pohybuje.

Postup kontroly:

1. Se stacionárním strojem a aktivovanými servopohony zatlačte a zatáhněte rukou za stůl a sledujte rozhraní mezi přírubou matice a povrchem vozíku.
2. Jakékoli viditelné otevření mezery nebo pohyb na tomto rozhraní potvrzuje uvolnění příruby.
3. Pomocí momentového klíče zkontrolujte každý šroub příruby podle specifikace pro danou velikost a třídu šroubu. Nespoléhejte na to, že šrouby příruby -, které se při ruce cítí „přiléhavé“, jsou často nedotažené.
4. Pokud byl některý šroub uvolněný, dotáhněte všechny šrouby do kříže na stanovený utahovací moment a poté znovu zkontrolujte měření vůle stolu.

Prevence:Při počáteční instalaci a po jakékoli opětovné instalaci naneste na šrouby příruby přípravek pro zajištění závitů{0}}. To nebrání vyjmutí pomocí standardního klíče, ale zabraňuje uvolnění způsobenému vibracemi-.

Část 4: Mazání - Diagnostika a náprava problémů v provozu

Selhání mazání u kuličkových šroubů v provozu se projevuje odlišně od problémů řešených při instalaci. U stroje, který běží měsíce nebo roky, jsou nejběžnější problémy s mazáním vyčerpání maziva, degradace maziva a zablokované přívodní potrubí v centralizovaných systémech.

Rozpoznání problémů s mazáním

Nejčasnějším a nejspolehlivějším indikátorem problému s mazáním je zvýšení teploty na matici. Když se mazací film stane nedostatečným, tření oběžné dráhy kuličky-se zvýší a matice se zahřeje. Základní teplota zaznamenaná při uvádění do provozu - nebo jednoduše stálá provozní teplota pozorovaná v průběhu času - činí tento trend zjistitelným dříve, než způsobí poškození.

Další ukazatele:

• Zvýšení hluku, zejména vyšší{0}}frekvence zvuku během pohybu (nikoli nízkofrekvenční rezonance-problému mechanického uvolnění)
• Zvýšený hnací proud při konstantní rychlosti, viditelný na monitoru servopohonu
• Kolísání drsnosti nebo odporu při pomalém ručním pohybu osy s vypnutými pohony

Pokud je některý z nich přítomen, nepokračujte v chodu stroje při normálním zatížení a rychlosti. Nejprve přidejte mazivo a znovu zkontrolujte.

Přidání maziva do běžící instalace

U matice s mazacím šroubením vstřikujte mazací tuk pomalu přes šroubení, když je osa nehybná. Použijte stejný typ maziva, jaký byl použit při instalaci -, nemíchejte typy maziv. Typická doplňovací dávka pro ořech SFU 2005 je 0,3–0,5 gramu; pro větší DFU 3210 přibližně 1–1,5 gramu.

Po přidání maziva proveďte osu několik pomalých cyklů plných{0}}zdvihů, než se vrátíte k normálnímu provozu. Po obnovení normální rychlosti sledujte teplotu matice po dobu 15–30 minut. Pokud se teplota vrátí na základní hodnotu, problém s mazáním je vyřešen. Pokud zůstane zvednutá, problém může být pokročilejší - zkontrolujte matici, zda není znečištěná nebo poškozená.

Zablokované vedení centrálního mazání

U strojů s centralizovaným olejovým mazáním jsou ucpání rozvodů nebo dávkovacích ventilů častou příčinou lokalizovaného selhání mazání -, zdá se, že systém funguje, ale jeden nebo více kuličkových šroubů nedostává dostatek oleje.

Příznaky zablokované linie jsou lokalizovány: jedna osa je horká nebo hlučná, zatímco ostatní jsou normální. Pro diagnostiku odpojte přívodní potrubí u šroubení matice a spusťte mazací impuls ručně z ovládání stroje. Olej by měl z odpojeného vedení vytéct během několika sekund. Žádný nebo velmi pomalý průtok potvrzuje zablokování.

K ucpání nejčastěji dochází na dávkovacích ventilech nebo na samotném šroubení matice, zejména pokud bylo vyměněno mazivo bez propláchnutí systému. Odstraňte zablokování odpojením dotčeného segmentu vedení a profouknutím nízkotlakým- stlačeným vzduchem, nebo výměnou dávkovacího ventilu, pokud jej nelze vyčistit.

Po vyčištění znovu připojte vedení, spusťte několik ručních mazacích impulsů a před opětovným připojením ověřte průtok v matici.

Znečištění uvnitř matice

Pokud stroj pracuje v prostředí s kovovými třískami, chladicí kapalinou nebo jemným prachem, znečištění vnikající do matice urychlí opotřebení a může způsobit náhlé poruchy. Mezi známky znečištění patří odolnost proti kamínkům při ručním pohybu osy, viditelný tmavý nebo zabarvený tuk na těsněních matic a rychlý návrat vůle po seřízení.

Pokud se kontaminace potvrdí, matici je třeba před domazáním odstranit a vyčistit. Nepřidávejte jednoduše čerstvé mazivo na znečištěné mazivo -, částice budou nadále obrušovat oběžné dráhy bez ohledu na množství maziva.

Stav těsnění matice by měl být zkontrolován při každé demontáži matice. Opotřebovaná nebo poškozená břitová těsnění umožňují pronikání nečistot bez ohledu na frekvenci mazání. Náhradní těsnění jsou k dispozici pro většinu standardních konstrukcí matic a měla by být vyměněna jako samozřejmost, kdykoli je matice mimo stroj.

Část 5: Problémy s parametry servopohonu

Ne všechny problémy s kuličkovým šroubem jsou mechanické. Některé příznaky nestability vibrací, plazení a polohování mají hlavní příčinu v nastavení parametrů servopohonu spíše než v mechanických součástech.

Hlavní rozdíl je tento: mechanické problémy bývají konzistentní a opakovatelné - stejný příznak při stejné poloze nebo rychlosti, každý cyklus. Problémy s parametry serva bývají proměnlivé - příznak se mění s rychlostí, zatížením nebo teplotou, nebo se objevuje a mizí bez zjevné mechanické příčiny.

Zisk polohové smyčky

Zisk poziční smyčky (Kp) určuje, jak agresivně servo reaguje na chybu polohy. Pokud je Kp nastaveno příliš vysoko pro mechanickou tuhost osy -, k čemuž může dojít po výměně kuličkového šroubu, změně zatížení nebo změně orientace osy -, osa bude kmitat nebo vibrovat, zejména při zrychlování a zpomalování a zejména při nízké rychlosti.

Pokud tento vzorec odpovídá pozorovanému příznaku, snižte Kp o 10–20 % a opakujte test. Správná hodnota Kp je nejvyšší hodnota, která vytváří stabilní, plynulý pohyb bez oscilací v celém rozsahu otáček a zatížení aplikace.

Zisk a integrál rychlostní smyčky

Zesílení rychlostní smyčky (Kv) a integrální časová konstanta řídí, jak měnič reaguje na chybu rychlosti. Neodpovídající parametry rychlostní smyčky způsobují procházení nebo lov nízkou rychlostí - osa se pohybuje spíše v sérii malých trhnutí než plynule.

Tento příznak je často zaměňován s vůlí kuličkového šroubu, protože oba způsobují trhavý pohyb při obrácení. Rozdíl: vůle vytváří konzistentní mrtvou zónu (rozsah otáčení motoru bez pohybu osy), zatímco problém s rychlostní smyčkou způsobuje nepravidelný pohyb během zdvihu, nejen při reverzaci.

Kdy zavolat odborné znalosti serva

Ladění parametrů serva na moderním měniči je iterativní a vyžaduje přístup k funkcím monitorování a automatického{0}}ladění měniče. Výše uvedený popis poskytuje výchozí bod pro diagnostiku, zda problém souvisí s parametrem-, ale úplnou optimalizaci by měl provést někdo obeznámený s konkrétním používaným systémem disku.

Pokud se parametry serva nezměnily, ale po mechanické opravě (výměně ložiska, výměně matice nebo nastavení předpětí) se objevil problém, má nová mechanická konfigurace jiné charakteristiky tuhosti a parametry pohonu bude nutné znovu-optimalizovat pro nový stav.

Plán preventivní údržby

Nákladově nejefektivnější{0}}údržba je taková, která poruchám předchází, místo aby na ně reagovala. Níže uvedený plán je výchozím rámcem - správné intervaly pro konkrétní stroj závisí na jeho pracovním cyklu, prostředí a požadavcích na přesnost a měly by být upraveny na základě skutečných zkušeností s daným strojem.

Když kontrola ukáže, že je potřeba výměna

Některé stavy nelze opravit seřízením nebo domazáním. Pokud kontrola odhalí některou z následujících skutečností, měla by být dotčená součást vyměněna, nikoli vrácena do provozu:

• Viditelné důlky, odlupování nebo odlupování na oběžné dráze hřídele šroubu nebo uvnitř matice
• Změna barvy koule (modré nebo hnědé zabarvení indikuje poškození teplem v důsledku selhání mazání)
• Hřídel šroubu s viditelným obloukem nebo poškozením profilu závitu
• Podepření ložisek s hrubým nebo vrubovitým otáčením, které se po vyčištění a domazání nezlepší
• Těsnění matic, která jsou roztržená, ztvrdlá nebo se již nedotýkají hřídele

U řad SFU a DFU jsou náhradní matice na skladě jako standardní položky a lze je nainstalovat na stávající hřídel šroubu, pokud je hřídel nepoškozená, což zabraňuje nákladům a prostojům při výměně kompletní sestavy.