Kuličkové šrouby a ozubený-a{1}}pastorkový systém dokážou převést otáčení motoru na lineární pohyb, ale nechovají se stejně, když se zvětší délka dráhy, rychlost a řezná síla. Kuličkové šrouby jsou běžně vybírány pro přesný posuv, nízké tření a řízenou vůli. Hřebenové-a{5}}pastorkové pohony jsou často zvažovány pro dlouhé CNC frézovací osy, kde je vyžadována vysoká rychlost pojezdu a otáčející se šroub by se obtížně ovládal.
Ani jeden převodový systém nenese stůl stroje sám. Lineární vedení podporují pohybující se zatížení a řídí směr pojezdu, zatímco kuličkový šroub nebo ozubená tyč-a-pastorek dodává tah, který pohybuje osou. Volba mezi těmito dvěma proto vyžaduje vyhodnocení celé osy spíše než porovnávání pouze šroubu a hřebenu.
Pro mnoho kompaktních a středních CNC strojů zůstává vhodně zvolený kuličkový šroub efektivním řešením. U dlouhé portálové osy měřící několik metrů však může kritická rychlost, šroubový bič a uspořádání podpěry učinit hřeben a pastorek praktičtější. Správná volba závisí na zdvihu, rychlé-rychlosti posuvu, přesnosti řezání, pohyblivé hmotnosti, podmínkách instalace a schopnosti údržby.
Jak fungují dva CNC systémy pohonu
V konvenční ose kuličkového šroubu motor otáčí hřídelem šroubu prostřednictvím spojky nebo řemenového převodu. Mezi dráhami pro šroub a matici se odvalují recirkulační kuličky, které způsobují lineární pohyb matice a připojeného stolu stroje. Valivý kontakt poskytuje vysokou mechanickou účinnost a umožňuje systému přenášet významný axiální tah s relativně nízkým třením.
V ose hřebene-a{1}}pastorku je hřeben upevněn podél rámu stroje, zatímco motor otáčí pastorkem, který je v záběru se zuby hřebene. Pastorek a motor se normálně pohybují s pohyblivým portálem nebo vozíkem. Protože je stojan podepřen nepřetržitě podél rámu, systém nemá dlouhou rotující hřídel, která může šlehat při své vlastní frekvenci.
Tento strukturální rozdíl se stává stále důležitějším, jak se osa prodlužuje. Kuličkový šroub je podepřen hlavně svými koncovými ložisky a může se mezi těmito podpěrami prohýbat nebo vibrovat. Hřeben je namontován podél své délky, ale jeho přesnost závisí na kvalitě zubů, záběru ozubených kol, vyrovnání kloubu, mazání a-způsobu řízení vůle.
Kulový šroub vs ozubnice a pastorek: hlavní rozdíly
| Faktor výběru | Kulový šroub | Hřeben a pastorek |
|---|---|---|
| Typická síla | Přesný posuv, vysoký tah a kontrolovaná vůle | Dlouhý pojezd a vysoká lineární rychlost bez šroubového biče |
| Mrtvice | Běžně praktické pro krátké a střední cesty; dlouhé cestování vyžaduje pečlivé ověření rychlosti | Dobře se hodí pro dlouhé osy stroje, protože hřebenové sekce lze spojovat |
| Omezení rychlosti | Ovlivňuje kritická rychlost šroubu, omezení rychlosti matice a uspořádání podpěry | Není omezeno kritickou rychlostí dlouhého rotujícího šroubu |
| Vůle | Lze snížit předpětím nebo vhodnou strukturou matice | Závisí na kvalitě zubů, záběru pastorku a mechanismu předpětí |
| Přesnost polohování | Dostupné v definovaných stupních{0}} přesnosti olova | Závisí na přesnosti rozteče stojanu, spojích stojanu, kvalitě ozubení a zpětné vazbě |
| Kontaminace | Dráhy a oběh míčků musí být chráněny před třískami a prachem | Odkryté zuby také vyžadují čištění a mazání, zejména kolem brusného prachu |
| Údržba | Mazání, těsnění, vyrovnání, opěrná ložiska a stav matic | Mazání zubů, záběr ozubených kol, hřebenové spoje, opotřebení a seřízení vůle |
| Typické aplikace | CNC posuvové osy, Z osy, obráběcí centra a precizní automatizace | Velké CNC routery, plazmové stroje a dlouhé portálové systémy |
Proč u kuličkového šroubu záleží na délce dráhy
Kulový šroub nelze vybrat pouze z průměru a vedení. Jak se zvětšuje nepodporovaná vzdálenost mezi ložisky, kritická rychlost otáčení rychle klesá. V blízkosti kritických otáček může hřídel začít šlehat, produkovat vibrace, hluk, zatížení ložiska, nestabilní polohu a možné poškození oběhového systému matic.
Běžně používaný předběžný metrický vztah je:
nkr = K × dr × 107 ÷ L2
kde nkrje odhadovaná kritická rychlost v otáčkách za minutu, drje průměr paty šroubu v milimetrech, L je nepodporovaná délka mezi podpěrami ložisek v milimetrech a K je koncový -faktor podpory.
Přesný faktor a bezpečnostní limit by měly být převzaty z metody výpočtu zvoleného výrobcem. Reprezentativní předběžné faktory jsou přibližně 3,9 pro pevné-bezplatné, 12,1 pro podporované-podporované, 18,7 pro pevné-podporované a 27,2 pro pevné-pevné uspořádání. Tyto faktory by neměly být považovány za náhradu za konečné ověření výrobcem kuličkového šroubu.
Důležitým vztahem je člen druhé mocniny délky. Pokud se délka bez podepření zvětší, zatímco průměr a uspořádání podpěry zůstanou nezměněny, kritická rychlost se sníží úměrně 1/L². Zvýšení zdvihu z 1 metru na 2 metry nesníží pouze povolenou rychlost na polovinu; odhadovaná kritická rychlost klesne přibližně na jednu-čtvrtinu.
Další podrobnosti o tomto omezení vizjak se vyhnout kritické rychlosti kuličkového šroubu.
Příklad výpočtu dlouhé-cesty
Zvažte předběžnou CNC osu pomocí kuličkového šroubu s následujícími předpokládanými hodnotami:
- Průměr kořene: 25 mm
- Předstih: 10 mm/otáčku
- Ukončení podpory: opraveno-podporováno
- Faktor podpory použitý pro předběžný výpočet: 18.7
Příklad A: 2 000 mm nepodporovaná délka
nkr = 18.7 × 25 × 107 ÷ 2,000²
nkr≈ 1 169 ot./min
Teoretická lineární rychlost=1,169 × 10 ≈ 11,69 m/min
Stroj by normálně neměl pracovat nepřetržitě při vypočtené kritické rychlosti. Pokud se použije předběžný bezpečnostní limit 80 %, rychlost šneku bude přibližně 935 ot./min a odpovídající lineární rychlost je asi 9,35 m/min.
Příklad B: 3 000 mm nepodporovaná délka
nkr = 18.7 × 25 × 107 ÷ 3,000²
nkr≈ 519 ot./min
Teoretická lineární rychlost=519 × 10 ≈ 5,19 m/min
Při 80 % této předběžné hodnoty je odpovídající lineární rychlost pouze asi 4,15 m/min. Příklad ukazuje, proč šroub, který je vhodný pro 2-metrovou osu, nemusí splňovat požadovanou rychlost rychloposuvu poté, co se délka bez podepření zvětší na 3 metry.
Nestanoví to univerzální 2-metrovou nebo 3-metrovou dělicí čáru. Větší průměr kořene, vyšší stoupání, pevná pevná podpora, konstrukce s rotující maticí nebo strategie střední podpory mohou změnit výsledek. Konečný výběr musí také zkontrolovat hodnotu DN, otáčky matice, axiální zatížení, vzpěr, moment zrychlení, tepelnou roztažnost a únosnost.
Kde mají kuličkové šrouby výhodu
Kuličkový šroub je často silnější volbou, když CNC osa vyžaduje řízený posuv, vysoký přítlak a stabilní přesnost reverzace při krátkém nebo středním zdvihu. Vedení šroubu je vyrobeno podle třídy přesnosti, což umožňuje konstruktérům strojů vztáhnout nařízené otáčení k očekávanému lineárnímu pohybu.
Struktury předepjatých kulových matic mohou snížit axiální vůli a zlepšit tuhost, když se směr pohybu obrátí. To je užitečné zejména u os obrábění, kde může vůle ovlivnit polohu otvoru, přesnost obrysu a jakost povrchu. Konstrukce valivého-kontaktu také poskytuje vysokou účinnost převodu, takže motor může převádět točivý moment na axiální sílu s relativně nízkým třením.
Kuličkové šrouby se často používají na CNC osách Z, protože zdvih je normálně kratší než dráha hlavního portálu a osa vyžaduje přesné řízení hloubky. Vertikální osa kuličkového šroubu musí stále obsahovat vhodnou brzdu motoru, protizávaží nebo jiné bezpečnostní opatření, protože kuličkový šroub by neměl být považován za samosvorný.
Kuličkové šrouby mohou být také preferovány pro kompaktní osy X a Y, systémy podávání pro řezání kovů-, vrtačky, přesné polohovací stoly a automatizační zařízení, kde je tah a stabilita polohy důležitější než extrémně dlouhá dráha.
Kde má hřeben a pastorek výhodu
Hřebenové-a{1}}pastorkové systémy se stávají atraktivními, když má stroj dlouhou osu a musí udržovat vysokou rychlost-posuvu. Hřeben je trvale připevněn k rámu stroje, takže zvětšení jeho délky nevyvolává stejný problém s rotující -kritickou-rychlostí hřídele, jaký se vyskytuje u konvenčního kuličkového šroubu.
Sekce stojanu lze také spojit a vytvořit tak dlouhou dráhu bez výroby a přepravy jednoho extrémně dlouhého rotačního šroubu. To je užitečné pro velké dřevoobráběcí frézky, panelové-stroje na zpracování, plazmové stoly a další portálová zařízení se zdvihem měřeným v několika metrech.
Hřeben a pastorek by však neměl být automaticky označen jako nepřesný. Správně vyrobený a nainstalovaný přesný regálový systém může poskytnout dobrý polohovací výkon. Jeho výsledek závisí na přesnosti rozteče hřebene, kvalitě pastorku, záběru zubů, uspořádání předpětí nebo děleného-pastorku, vůli reduktoru, vyrovnání-kloubů hřebenu a zpětné vazbě.
Naopak u nízko{0}}kvalitního nebo špatně nainstalovaného stojanu se může vyvinout nerovnoměrná vůle a kolísání polohy podél osy. Konstruktér stroje musí vyhodnotit celý pohon, ne pouze předpokládat, že každý regálový systém je vhodný pro dlouhý a přesný pohyb.
Přesnost, opakovatelnost a vůle nejsou stejné
Přesnost popisuje, jak přesně odpovídá skutečná poloha osy zadané poloze. Opakovatelnost popisuje, jak konzistentně se osa vrací do stejné polohy za stejných podmínek. Vůle je ztracený pohyb, který se může objevit, když měnič změní směr.
Kuličkový šroub může mít dobrou přesnost vedení, ale přesto vykazuje chybu reverzace, pokud má matice vůli, opěrná ložiska mají axiální vůli nebo je spojka uvolněná. Hřebenový-systém{2}}pastorek může konzistentně opakovat polohu, ale stále může obsahovat systematickou chybu náklonu podél celé dráhy.
Finální přesnost CNC je také ovlivněna:
- Zarovnání lineárního vodítka a přesnost povrchu{0}}upevnění
- Tuhost rámu stroje-
- Rozlišení motoru a kodéru
- Vůle převodovky nebo spojky
- Tepelná roztažnost
- Portálová pravoúhlost
- Kompenzace a ladění regulátoru
- Deformace řeznou-sílou
Z tohoto důvodu nemůže přechod z hřebenu a pastorku na kuličkový šroub automaticky opravit slabý rám nebo špatně vyrovnané vedení. Převodový systém je pouze jednou částí kompletního řetězce přesnosti.
Zatížení a tuhost: Co každý disk skutečně nese
Lineární vedení by měla podporovat hmotnost portálu, vřetena, vozíku nebo stolu. Matice s kuličkovým šroubem je primárně navržena tak, aby přenášela axiální tlak podél osy šroubu, nikoli spojité radiální nebo otočné zatížení. Nesouosost mezi šroubem, pouzdrem matice a lineárním vedením může způsobit boční zatížení a zkrátit životnost.
Hřebenový-a{1}}pastorkový pohon také vyžaduje samostatný naváděcí systém. Pastorek dodává sílu přes zuby hřebene, zatímco vodicí kolejnice řídí polohu a orientaci pohyblivého portálu. Nesprávná výška hřebene nebo záběr pastorku může způsobit nerovnoměrné zatížení zubů, ale hřeben by neměl být používán jako náhrada za lineární vodicí systém.
Při hodnocení kapacity pohonu potvrďte požadovaný tah ze zrychlení, řezného odporu, tření, gravitace a vnějších sil. U kuličkového šroubu je třeba také zkontrolovat tlakové zatížení proti vybočení sloupu. Průměr šneku by proto měl být vybírán pomocí zatížení, délky a rychlosti společně, spíše než volit větší průměr pouze proto, že je stroj těžký. Viz průvodce DLY najak vybrat správný průměr kuličkového šroubu.
Údržba a pracovní prostředí
CNC frézky mohou vytvářet dřevěný prach, kompozitní částice, hliníkové třísky nebo abrazivní úlomky. Dráhy kuličkových šroubů vyžadují účinnou ochranu, protože do matice může vniknout kontaminace, přerušit oběh kuličky a urychlit opotřebení oběžné dráhy. V závislosti na prostředí stroje mohou být vyžadovány měchy, kryty, těsnění, stěrače a pravidelné mazání.
Zuby stojanu jsou více exponované a jejich kontrola může být snazší, ale nevyžadují-údržbu. Prach smíchaný s tukem může vytvořit brusnou pastu. Povrchy zubů, záběr pastorku, spoje ozubených tyčí a mechanismy-nastavování vůle by měly být pravidelně kontrolovány.
Lepší výběr je tedy ovlivněn tím, jak bude stroj chráněn a udržován. Teoreticky přesný disk nemusí udržet svůj výkon, pokud je ignorováno skutečné pracovní prostředí.
Může jeden CNC router používat oba systémy?
Ano. Stroj nemusí používat stejný typ pohonu na každé ose. Velký CNC router může používat hřeben a pastorek na svých dlouhých osách X a Y, zatímco na kratší ose Z používá kuličkový šroub. Toto uspořádání kombinuje vysokou-rychlost dlouhého pojezdu s přesným ovládáním vertikální hloubky.
Některé stroje také používají různé specifikace na paralelních stranách portálu. Když dva motory pohánějí jeden portál, musí ovladač udržovat obě strany synchronizované, aby se zabránilo stočení. Mechanické zarovnání, naváděcí senzory a procedury kvadratury na portálu- zůstávají zásadní bez ohledu na vybraný disk.
Praktický výběr pomocí CNC aplikace
| Aplikace | Pravděpodobný výchozí bod | Důvod |
|---|---|---|
| Kompaktní stolní CNC | Kulový šroub | Krátký zdvih, kompaktní instalace a řízený posuv |
| Střední CNC frézovací osa | Kulový šroub | Důležitý je vysoký tah, tuhost a přesnost reverzace |
| Velká dřevoobráběcí frézka | Vyhodnoťte hřeben a pastorek pro dlouhé osy X/Y | Dlouhý pojezd a rychlý posuv mohou překročit praktický rozsah otáček šroubu- |
| Plazmový řezací stůl | Často se uvažuje o hřebenu a pastorku | Dlouhý pojezd a vysoká rychlost mohou být důležitější než vysoký posuv |
| Krátká CNC osa Z | Kulový šroub s brzdou nebo bezpečnostním opatřením | Přesný hloubkový pohyb a kompaktní-pohon s vysokým tahem |
| Tří{0}}metrový portál vyžadující vysokou rychlost | Hřeben a pastorek nebo speciálně navržené šroubové uspořádání | Konvenční rotační kuličkový šroub vyžaduje pečlivé ověření kritické{0}}rychlosti |
To jsou spíše výchozí body než pevná pravidla. Konečné rozhodnutí by mělo být učiněno na základě vypočtených požadavků na osu a ověřených údajů o součástech.
Informace požadované před výběrem jednotky
Před výběrem kuličkového šroubu nebo hřebenového-a{1}}systému pastorku si připravte následující informace:
- Celkový pohyb os a vzdálenost mezi podporami
- Požadovaná vysoká rychlost a normální řezací-rychlost posuvu
- Maximální zrychlení a zpomalení
- Pohyblivá hmota, řezná síla a směr instalace
- Požadovaná přesnost polohování a opakovatelnost
- Přijatelná vůle nebo chyba obrácení
- Jmenovité otáčky motoru, špičkový točivý moment a specifikace enkodéru
- Očekávaný pracovní cyklus
- Prach, třísky, chladicí kapalina a provozní teplota
- Dostupný prostor pro instalaci a přístup pro údržbu
Pokud uvažujete o kuličkovém šroubu, potvrďte také průměr šroubu, průměr kořene, stoupání, stupeň přesnosti, uspořádání podpěry, opracování konců, typ matice a požadovanou délku kolejnice. DLY umí vyhodnotit standardní i zakázkovésestavy kuličkových šroubůpodle těchto podmínek.
Konečný výběr
Kuličkový šroub je obecně silnou volbou pro krátkou nebo střední CNC osu, která vyžaduje vysoký přítlak, řízenou vůli a přesný posuv. Hřeben a pastorek se stávají atraktivními, když je osa velmi dlouhá a musí dosahovat vysoké rychlosti pohybu bez kritického-omezení rychlosti dlouhého rotujícího šroubu.
Rozhodnutí by nemělo být založeno na přesvědčení, že jeden systém je univerzálně přesnější nebo odolnější. Dobře -navržená osa hřebenu- a{3}}pastorku může překonat poddimenzovaný dlouhý kuličkový šroub, zatímco správně podepřený a předepnutý kuličkový šroub může zajistit lepší kontrolu posuvu než špatně nainstalovaný hřebenový systém.
Pro návrh CNC routeru vyhodnoťte každou osu zvlášť. Dlouhé osy X a Y mohou ospravedlnit hřeben a pastorek, zatímco kratší osa Z může stále těžit z kuličkového šroubu. Pokud je vybrán kuličkový šroub, před dokončením návrhu ověřte kritickou rychlost, vzpěrné zatížení, stoupání, krouticí moment motoru, opěrná ložiska, vyrovnání a ochranu životního prostředí.
Potřebujete pomoc s kontrolou CNC kuličkového šroubu?
Odešlete DLY vaši dráhu CNC osy, pohybující se zatížení, požadovanou rychlost, přesnost, směr instalace a specifikaci motoru. Můžeme vám pomoci zkontrolovat průměr kuličkového šroubu, stoupání, stupeň přesnosti, uspořádání podpěry a požadavky na-obrábění konce.
E-mail: export@dlybearing.com
