Lineární saně s kuličkovým šroubem pro CNC obráběcí stroje: Jak se liší požadavky na osu X, Y a Z

Když výrobci CNC strojů získávají kuličkové šrouby a lineární vedení pro nový stroj, výchozím přístupem je použít stejnou specifikaci pro všechny osy - stejný průměr, stejné stoupání, stejný typ matice. Zjednodušuje zadávání zakázek, snižuje počet čísel dílů ke správě a působí konzervativně.

V praxi je to často špatný přístup.

Osy X, Y a Z CNC stroje pracují za zásadně odlišných podmínek. Osa X pokrývá nejdelší zdvih při nejvyšší rychlosti. Osa Y nese kombinovanou hmotnost sestavy vřetena a pohybuje se pod nepřetržitým příčným-řezným zatížením. Osa Z pracuje vertikálně proti gravitaci, musí držet polohu při výpadku proudu a vyžaduje kratší, tužší šroub než horizontální osy. Použití stejné specifikace kuličkového šroubu pro všechny tři znamená buď přes-určení dvou os pro ochranu třetí, nebo pod-určení nejnáročnější osy, aby se ušetřily náklady na ostatní.

Tento článek popisuje, co každá osa skutečně vyžaduje od lineárního saně s kuličkovým šroubem, jak sladit řadu šroubů a vést ke každé sadě podmínek a kde výrobci OEM strojů nejčastěji chybují ve specifikaci.

Proč má každá CNC osa jiné požadavky na kuličkový šroub

Lineární saně s kuličkovým šroubem nejsou jen hnacím mechanismem. Je to jedna z klíčových součástí, která ovlivňuje, jak přesně se osa umístí, jak rychle se může pohybovat, jaký tah dokáže vyvinout a jak dlouho vydrží v pracovním cyklu stroje. Každý z těchto parametrů je nastaven geometrií os a podmínkami zatížení -, nikoli jedinou univerzální specifikací.

Tři faktory se významně liší mezi CNC osami a přímo řídí specifikaci kuličkového šroubu:

Osa X: Dlouhý zdvih, Vysoká rychlost, Maximální účinnost pojezdu

Na většině CNC routerů, portálových strojů a obráběcích center je osa X primární pojezdovou osou -, která je zodpovědná za pokrytí celé pracovní šířky stroje při rychloposuvech mezi řezy. Typicky má nejdelší zdvih, běží nejvyšší rychlostí a při rychlých pohybech pracuje s relativně malým zatížením.

Co osa X vyžaduje od lineárního saně s kuličkovým šroubem

Nejprve rychlost.Rychlost rychlého posuvu osy X určuje minimální předstih. Pro servomotor běžící rychlostí 3 000 ot./min. je předstih potřebný k dosažení rychlosti 30 m/min nebo 500 mm/s: 500 mm/s × 60 ÷ 3 000 ot./min=10 mm. K dosažení rychlosti 60 m/min na stejném motoru je zapotřebí 20mm vedení. Většina CNC routerů X os vede vedení mezi 10 mm a 20 mm v závislosti na velikosti stroje a požadavcích na rychlost. Když požadavek na rychlost překročí to, co může 20mm vývod SFU dodat při maximálních otáčkách motoru, je správným krokem vpřed velká -řada vývodů SFE - s vývody 25 mm, 32 mm, 40 mm a více -.

Průměr hřídele pro kritické otáčky.Na ose X zdvihu 2 000 mm může nepodporovaná délka hřídele šroubu dosáhnout 2 200–2 400 mm mezi nosnými ložisky. Při této délce může být hřídel o průměru 20 mm omezena kritickou rychlostí ještě před dosažením požadovaných otáček rychlého posuvu v závislosti na konfiguraci podpěry, bezpečnostním faktoru a struktuře šroubu. V mnoha osách CNC s dlouhým{9}}zdvihem se šrouby o průměru 32 mm nebo 40 mm vybírají především proto, aby udržely kritickou rychlost nad provozním rozsahem -, nikoli proto, že to vyžaduje zatížení.

Válcovaný C7 je obvykle tou správnou přesností.Pro dřevoobráběcí frézky a běžné výrobní stroje často postačují válcované kuličkové šrouby C7, když je požadovaná přesnost polohování střední. Konečná přesnost stroje také závisí na montáži, vůli, tepelné roztažnosti, tuhosti vedení a kompenzaci řízení - jakost šroubu je jedním z několika faktorů.

Osa Y: střední zdvih, kombinované zatížení, tuhost konstrukce

U mnoha CNC frézek a portálových strojů- nese osa Y motor vřetena, sestavu osy Z-a často portálový příčník nebo sedlo. Pohybuje se kolmo k ose X, obvykle nižší rychlostí než X, ale pod výrazně vyšším zatížením -, protože hmotnost všeho namontovaného na vozíku Y se přidává k axiální síle potřebné během zrychlování a zpomalování.

Co osa Y vyžaduje od lineárního saně s kuličkovým šroubem

Vyšší požadavek na tah než X.Pokud sestava osy Z a vřeteno váží dohromady 80 kg a stroj zrychlí rychlostí 0,3 g, osa Y musí vyvinout tah 80 × 9,8 × 0.3=235N pouze pro zrychlení -, než se přidá jakákoli řezná síla. Kuličkový šroub by měl být dimenzován pro ekvivalentní axiální zatížení, včetně složek zrychlení a řezné síly ve směru šroubu, s přiměřenou bezpečnostní rezervou Ca.

Řízení momentové zátěže.Když vřeteno řeže v bodě odsazeném od středové osy osy Y, reakční síla vytváří momentové zatížení na vozíku Y. Tento moment nese lineární vedení, nikoli kuličkový šroub. Momentové zatížení od přesazených řezných sil by se mělo vypočítat samostatně pro lineární vedení a bloky vozíků - specifikace vedení, včetně šířky kolejnice, počtu bloků a třídy předpětí, musí odpovídat maximálnímu momentu, který může geometrie osy Y generovat. Při -určení vodítek osy Y- při správném zadání kuličkového šroubu je běžná konstrukční chyba, která způsobuje předčasné opotřebení vodítek a ztrátu přesnosti.

Střední vedení pro vyváženou rychlost a tah.Osa Y nepotřebuje velký předstih osy X, protože pokrývá kratší zdvih při nižší rychlé rychlosti. 10mm vedení poskytuje rozumnou rovnováhu mezi rychlostí a tahem pro většinu os Y CNC frézek a obráběcích center. U těžkých-strojů s hmotností sedla nad 200 kg může být zapotřebí 5mm vedení se šroubem o větším průměru, aby byl zajištěn dostatečný tah při jmenovitém točivém momentu motoru.

Osa Z: Krátký zdvih, Vertikální zatížení, Zpět{0}}riziko jízdy

Osa Z je mechanicky nejvíce odlišná ze všech tří. Pohybuje se vertikálně, nese konstantní zatížení směrem dolů, váha vřetena po celou dobu funguje během krátkého zdvihu a musí spolehlivě držet polohu, když je servopohon bez energie. Tyto požadavky poukazují na specifikaci kuličkového šroubu, která je v téměř všech ohledech opakem osy X.

Co osa Z vyžaduje od lineárního saně s kuličkovým šroubem

Malý náskok pro spodní část zad-tendencí jízdy a vyšší tah.Menší předstih dává motoru větší mechanickou výhodu a snižuje tendenci osy Z couvat-pod hmotností vřetena. S kuličkovým šroubem by se však nemělo zacházet jako se samo-samouzamykacím mechanismem - kuličkové šrouby mají vysokou mechanickou účinnost, což znamená, že jsou náchylnější k zpětnému-pojezdu než tradiční vodicí šrouby. Zda se daná osa Z vrátí zpět-závisí na vedení, zatížení, účinnosti šroubu, stavu mazání a na tom, zda servopohon zachová přídržný moment, když je v klidu.

5mm vedení je standardní pro CNC osy Z. Poskytuje dostatečný tah od jmenovitého točivého momentu motoru a udržuje hodnotu Dm·N v provozním rozsahu při příslušných otáčkách. Samotné vedení však nezaručuje, že vřeteno při výpadku proudu nespadne.

Často je nutná motorová brzda nebo protizávaží.U vertikálních CNC os by měla být zvážena motorová brzda nebo protizávaží vždy, když nekontrolovaný sestup může způsobit bezpečnostní riziko, riziko nástroje nebo obrobku. Prakticky lze uvést, že sestavy vřetena osy Z o hmotnosti 15–20 kg nebo více by měly být běžně kontrolovány z hlediska požadavků na brzdu nebo vyvažování -, ale skutečná prahová hodnota závisí na předstihu, účinnosti šroubu, tření a chování pohonu a měla by být vyhodnocena pro každý návrh, nikoli jako pevné pravidlo.

Krátká hřídel znamená tuhost, nikoli kritickou rychlost.Dřík šroubu osy AZ{0}} je obvykle dlouhý 300–600 mm. Při této délce není kritická rychlost obvykle omezujícím faktorem ani u malých průměrů. Výběr průměru se řídí nosností, Ca a průhybem hřídele pod hmotností vřetena. Hřídel o průměru 16 mm nebo 20 mm pokrývá většinu os Z CNC frézky; obráběcí centra s těžšími vřeteny mohou potřebovat 25 mm.

Dvojitá matice pro přesné obrábění.Na CNC obráběcích centrech, kde osa Z řídí hloubku řezu, vůle v ose Z přímo ovlivňuje jakost povrchu a rozměrovou přesnost. Konstrukce DFU s dvojitou-maticí pomáhá minimalizovat axiální vůli a zlepšit tuhost. Na CNC frézkách s hloubkovou tolerancí ±0,1 mm postačuje standardní osa Z s jednou maticí SFU-.

Kompaktní lineární vedení pro omezený prostor.Osa Z má obvykle nejvíce omezený instalační prostor. Typické je úzké lineární vedení, jako je HDR15 nebo HDR20 z řady HD DLY, se dvěma bloky. Vodítko musí být dimenzováno tak, aby uneslo kombinovanou hmotnost vřetena a vozíku a jakéhokoli nástroje ve vřetenu, s přiměřenou rezervou dynamického zatížení.

Společné chyby ve specifikaci společnosti Axis

Shrnutí specifikace os X, Y, Z

Sourcing kuličkových šroubů a lineárních vedení pro CNC osy

Pro výrobce OEM CNC strojů, kteří pořizují komponenty ve velkém, je praktickým hlediskem po specifikaci konzistence napříč šaržemi. Šroub, který splňuje Ca a přesnost stoupání v první objednávce, musí splňovat stejnou specifikaci v desáté objednávce. Rozdíly mezi šaržemi - v průměru koule, předpětí nebo chybě olova - vytvářejí stroje, které fungují odlišně, přestože používají stejná čísla dílů, což způsobuje problémy s kontrolou kvality a po{4}}prodeji.

DLY vyrábíSFU single-nutaDFU double-nutkuličkové šrouby v průměrech od 12 mm do 80 mm, s vývody od 4 mm do 20 mm, v C7 válcovaných a C5/C3 broušených přesných třídách. Pro vysokorychlostní-aplikace v ose X vyžadující vývody nad 20 mm,SFE velké-hlavní sériepokrývá vodiče 25 mm, 32 mm, 40 mm, 50 mm a 64 mm. Lineární vedení jsou k dispozici v řadě HD, HDR15 až HDR65, pro obecné CNC aplikace, řada ED, EDR15 až EDR30, pro nízko{10}}profilové a vysokorychlostní{11}}aplikace, a válečková řada RD, RDR15 až RDR65, pro velké-zatížení a vysokou tuhost{15}. Všechny řady jsou k dispozici ve standardních a vysoce přesných třídách a podporují dávkové objednávky s potvrzením dodací lhůty ve fázi poptávky.

Před objednáním si ověřte specifikaci osy CNC

Pokud specifikujete kuličkové šrouby a lineární vedení pro nový design CNC stroje nebo vyměňujete součásti na stávajícím stroji, technický tým DLY může zkontrolovat parametry vaší osy a potvrdit správnou řadu šroubů, průměr, stoupání a specifikaci vedení pro každou osu.

Cena šarže a dodací lhůta jsou potvrzeny současně s technickou specifikací.