Kuglični vijak i sistem zupčanika{0}}i- mogu pretvoriti rotaciju motora u linearno kretanje, ali se ne ponašaju isto kao što se povećavaju dužina putovanja, brzina i sila rezanja. Kuglični vijci se obično biraju za precizno kretanje, nisko trenje i kontrolirani zazor. Pogoni -i-zupčanika se često razmatraju za dugačke osovine CNC rutera gdje je potrebna velika brzina kretanja i gdje bi rotirajući vijak postalo teško kontrolisati.
Niti jedan prijenosni sistem ne nosi sam sto stroja. Linearne vodilice podržavaju pokretno opterećenje i kontroliraju smjer kretanja, dok kuglični vijak ili zupčanik-i-pogon osiguravaju potisak koji pomiče osovinu. Odabir između ova dva stoga zahtijeva procjenu cijele ose, a ne poređenje samo zavrtnja i nosača.
Za mnoge kompaktne i srednje CNC mašine, pravilno odabran kuglični vijak ostaje efikasno rješenje. Međutim, za dugačku osovinu portala koja meri nekoliko metara, kritična brzina, vijčani bič i raspored nosača mogu učiniti letvu i zupčanik praktičnijim. Ispravan izbor zavisi od hoda, brzog-brzine hoda, tačnosti rezanja, pokretne mase, uslova ugradnje i mogućnosti održavanja.
Kako funkcionišu dva CNC pogonska sistema
U konvencionalnoj osi sa kugličnim vijkom, motor rotira osovinu vijka kroz spojnicu ili remenski prijenos. Recirkulacijske kuglice se kotrljaju između vijka i matice, uzrokujući da se matica i pričvršćeni sto mašine pomeraju linearno. Kotrljajući kontakt pruža visoku mehaničku efikasnost i omogućava sistemu da prenosi značajan aksijalni potisak uz relativno malo trenje.
U osovini zupčanika-i-zupčanika, letva je fiksirana duž okvira mašine dok motor rotira zupčanik koji se spaja sa zupcima letve. Zupčanik i motor normalno putuju s pokretnim portalom ili kolicima. Budući da je stalak kontinuirano poduprt duž okvira, sistem nema dugačku rotirajuću osovinu koja može da se vrti svojom prirodnom frekvencijom.
Ova strukturna razlika postaje sve važnija kako osovina postaje duža. Kuglični vijak je oslonjen uglavnom na svoje krajnje ležajeve i može klonuti ili vibrirati između tih oslonaca. Nosač je postavljen duž svoje dužine, ali njegova preciznost zavisi od kvaliteta zuba, zahvata zupčanika, poravnanja zgloba, podmazivanja i metode kontrole zazora{2}}.
Kuglični vijak naspram zupčanika: glavne razlike
| Faktor selekcije | Ball Screw | Zupčanik i zupčanik |
|---|---|---|
| Tipična snaga | Precizno kretanje, veliki potisak i kontrolisan zazor | Dug hod i velika linearna brzina bez zavrtnja |
| Moždani udar | Obično praktičan za kratka i srednja putovanja; dugo putovanje zahtijeva pažljivu provjeru brzine | Pogodan za duge strojne sjekire jer se dijelovi regala mogu spojiti |
| Ograničenje brzine | Pod utjecajem kritične brzine vijka, ograničenja brzine navrtke i rasporeda potpore | Nije ograničeno kritičnom brzinom dugog rotacionog vijka |
| Backlash | Može se smanjiti prednaprezanjem ili odgovarajućom strukturom matice | Zavisi od kvaliteta zuba, zahvata zupčanika i mehanizma prednaprezanja |
| Preciznost pozicioniranja | Dostupan u definisanim nivoima{0}}tačnosti olova | Ovisi o preciznosti nagiba letve, spojevima letve, kvaliteti zupčanika i kontroli povratnih informacija |
| Kontaminacija | Staze za trčanje i kruženje kuglica moraju biti zaštićeni od strugotina i prašine | Izloženi zubi također zahtijevaju čišćenje i podmazivanje, posebno oko abrazivne prašine |
| Održavanje | Podmazivanje, zaptivke, poravnanje, potporni ležajevi i stanje matice | Podmazivanje zuba, zahvatanje zupčanika, spojevi zupčanika, podešavanje habanja i zazora |
| Tipične primjene | CNC osi za pomak, Z osi, obradni centri i precizna automatizacija | Veliki CNC ruteri, plazma mašine i dugački portalni sistemi |
Zašto je putna dužina važna za kuglični vijak
Kuglični vijak se ne može odabrati samo od prečnika i olovke. Kako se rastojanje između ležajeva bez oslonca povećava, kritična brzina rotacije brzo opada. U blizini kritične brzine, osovina može početi da se vrti, proizvodeći vibracije, buku, opterećenje ležaja, nestabilno pozicioniranje i moguće oštećenje cirkulacijskog sistema matice.
Uobičajeni preliminarni metrički odnos je:
ncr = K × dr × 107 ÷ L2
gdje je ncrje procijenjena kritična brzina u o/min, drje promjer korijena vijka u milimetrima, L je nepodržana dužina između oslonaca ležaja u milimetrima, a K je krajnji-faktor potpore.
Tačan faktor i sigurnosna granica treba uzeti iz metode proračuna odabranog proizvođača. Reprezentativni preliminarni faktori su otprilike 3,9 za fiksne-besplatne, 12,1 za podržane-podržane, 18,7 za fiksne-podržane i 27,2 za fiksne-fiksne aranžmane. Ovi faktori se ne bi trebali tretirati kao zamjena za konačnu verifikaciju proizvođača kugličnih vijaka.
Važan odnos je kvadrat dužine. Ako se dužina bez podupirača povećava dok promjer i raspored nosača ostaju nepromijenjeni, kritična brzina se smanjuje proporcionalno 1/L². Povećanje hoda sa 1 metra na 2 metra ne samo da prepolovi dozvoljenu brzinu; procijenjena kritična brzina pada na približno jednu-četvrtinu.
Za više detalja o ovom ograničenju, pogledajtekako izbjeći kritičnu brzinu kugličnog vijka.
-Primjer izračunavanja dugog putovanja
Razmotrite preliminarnu CNC os pomoću kugličnog vijka sa sljedećim pretpostavljenim vrijednostima:
- Prečnik korena: 25 mm
- Olovo: 10 mm/okr
- Kraj podrške: fiksno{0}}podržano
- Faktor podrške korišten za preliminarni obračun: 18.7
Primjer A: 2.000 mm nepodržana dužina
ncr = 18.7 × 25 × 107 ÷ 2,000²
ncr≈ 1,169 o/min
Teoretska linearna brzina=1,169 × 10 ≈ 11,69 m/min
Mašina normalno ne bi trebala raditi kontinuirano pri izračunatoj kritičnoj brzini. Ako se koristi preliminarna granica sigurnosti od 80%, brzina vijka postaje približno 935 o/min, a odgovarajuća linearna brzina je oko 9,35 m/min.
Primjer B: 3.000 mm nepodržana dužina
ncr = 18.7 × 25 × 107 ÷ 3,000²
ncr≈ 519 o/min
Teoretska 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 osu od 2- metra možda neće zadovoljiti potrebnu brzinu brzog hoda nakon što se nepodržana dužina poveća na 3 metra.
Ovo ne uspostavlja univerzalnu liniju razdvajanja od 2-metra ili 3-metra. Veći promjer korijena, veći vod, fiksno-fiksirani oslonac, dizajn rotirajućih matica ili strategija srednjeg oslonca mogu promijeniti rezultat. Konačni odabir također mora provjeriti DN vrijednost, brzinu matice, aksijalno opterećenje, izvijanje, moment ubrzanja, toplinsko širenje i nosivost.
Gdje kuglični vijci imaju prednost
Kuglični vijak je često jači izbor kada CNC osovina zahtijeva kontrolirani pomak, visok potisak i stabilnu tačnost preokreta pri kratkom ili srednjem hodu. Vijčani vod je proizveden prema klasi tačnosti, omogućavajući dizajnerima mašina da povežu naređenu rotaciju sa očekivanim linearnim kretanjem.
Prednapregnute strukture kugličnih matica mogu smanjiti aksijalni zazor i poboljšati krutost kada se smjer kretanja obrne. Ovo je posebno korisno na osovinama za obradu gdje zazor može utjecati na položaj rupe, točnost konture i završnu obradu površine. Dizajn sa kotrljajućim-kontaktom takođe obezbeđuje visoku efikasnost prenosa, tako da motor može da konvertuje obrtni moment u aksijalnu silu sa relativno malim trenjem.
Kuglični vijci se često koriste na CNC Z osi jer je hod obično kraći od glavnog hoda portala i osovina zahtijeva preciznu kontrolu dubine. Vertikalna os kugličnog vijka i dalje mora uključivati odgovarajuću motornu kočnicu, protutežu ili drugu sigurnosnu mjeru jer se ne bi trebalo pretpostaviti da je kuglični vijak samo-zaključujući.
Kuglični vijci također mogu biti poželjniji za kompaktne X i Y osi, sisteme za pomicanje metala-, mašine za bušenje, stolove za precizno pozicioniranje i opremu za automatizaciju gdje su potisak i stabilnost pozicioniranja važniji od izuzetno dugog putovanja.
Gdje zupčanik ima prednost
Sistemi{0}}i-zupčanika postaju atraktivni kada mašina ima dugu osovinu i mora održavati veliku brzinu{2}}pokretanja. Stalak je kontinuirano fiksiran na ram mašine, tako da povećanje njegove dužine ne stvara isti problem sa-kritičnom{5}}brzinom rotacije osovine koji postoji kod konvencionalnog kugličnog vijka.
Sekcije regala se takođe mogu spojiti kako bi se stvorila duga putovanja bez proizvodnje i transporta jednog izuzetno dugog rotacionog zavrtnja. Ovo je korisno za velike glodalice za obradu drveta, -mašine za obradu ploča, plazma stolove i drugu portalnu opremu s hodom koji se mjeri u nekoliko metara.
Međutim, zupčanik i zupčanik ne bi trebali biti automatski opisani kao neprecizni. Pravilno proizveden i instaliran precizni sistem regala može pružiti dobre performanse pozicioniranja. Njegov rezultat zavisi od tačnosti nagiba letve, kvaliteta zupčanika, zahvata zuba, prednaprezanja ili razdvojenog-rasporeda zupčanika, zazora reduktora, poravnanja zupčanika{3}}zupčanika i kontrole povratnih informacija.
Suprotno tome, nisko-kvalitetan ili loše instaliran stalak može razviti neravnomjeran zazor i varijacije u pozicioniranju duž ose. Dizajner mašine mora da proceni kompletan pogon, a ne samo da pretpostavi da je svaki sistem regala pogodan za dugo, precizno kretanje.
Preciznost, ponovljivost i zazor nisu isti
Preciznost opisuje koliko se stvarni položaj ose poklapa sa naređenim položajem. Ponovljivost opisuje koliko se dosljedno os vraća u isti položaj pod istim uvjetima. Zazor je izgubljeno kretanje koje se može pojaviti kada pogon obrne smjer.
Kuglični vijak može imati dobru točnost vođenja, ali i dalje pokazuje grešku u preokretu ako matica ima zazor, ležajevi potpore imaju aksijalni otvor ili je spojnica labava. Sistem zupčanika-i-zupčanika može dosljedno ponavljati poziciju, ali i dalje sadržavati sistematsku grešku nagiba duž cijelog hoda.
Na konačnu CNC tačnost utiče i:
- Poravnanje linearne vodilice i preciznost{0}}površine montaže
- Krutost okvira{0}}mašine
- Rezolucija motora i enkodera
- Zazor mjenjača ili spojnice
- Toplotna ekspanzija
- Kvadratnost portala
- Kompenzacija i podešavanje kontrolera
- Deformacija{0}}silom rezanja
Iz tog razloga, prelazak sa letve i zupčanika na kuglični vijak ne može automatski ispraviti slab okvir ili loše poravnat vodilicu. Sistem prenosa je samo jedan deo kompletnog lanca tačnosti.
Opterećenje i krutost: šta svaki pogon zapravo nosi
Linearne vodilice treba da izdrže težinu portala, vretena, kolica ili stola. Matica sa kugličnim vijkom prvenstveno je dizajnirana da nosi aksijalni potisak duž ose vijka, a ne kontinuirano radijalno ili prevrtljivo opterećenje. Neusklađenost između vijka, kućišta matice i linearnih vodilica može dovesti do bočnog opterećenja i skratiti vijek trajanja.
Pogon zupčanika{0}}i-također zahtijeva poseban sistem navođenja. Zupčanik dovodi silu kroz zupce letve, dok vodilice kontrolišu položaj i orijentaciju pokretnog portala. Nepravilna visina zupčanika ili zupčanik može dovesti do neravnomjernog opterećenja zubaca, ali letvica se ne smije koristiti kao zamjena za sistem linearnih vodilica.
Prilikom procjene pogonskog kapaciteta, potvrdite potreban potisak od ubrzanja, otpora rezanja, trenja, gravitacije i vanjskih sila. Za kuglični vijak, tlačno opterećenje se također mora provjeriti protiv izvijanja stupa. Prečnik vijka stoga treba odabrati koristeći opterećenje, dužinu i brzinu zajedno, a ne birati veći prečnik samo zato što je mašina teška. Pogledajte DLY vodič nakako odabrati pravi prečnik kugličnog vijka.
Održavanje i radno okruženje
CNC glodalice mogu stvarati drvenu prašinu, kompozitne čestice, aluminijske strugotine ili abrazivne krhotine. Staze za trčanje kugličnih vijaka zahtijevaju efikasnu zaštitu jer kontaminacija može ući u maticu, prekinuti cirkulaciju kuglice i ubrzati habanje staze. U zavisnosti od okruženja mašine mogu biti potrebni mehovi, poklopci, zaptivke, brisači i redovno podmazivanje.
Zubi nosača su više izloženi i možda ih je lakše pregledati, ali nisu{0}}održavani. Prašina pomešana sa mašću može formirati abrazivnu pastu. Površine zuba, zahvat zupčanika, zglobove letve i mehanizme za podešavanje zazora-treba periodično provjeravati.
Na bolji izbor stoga utiče kako će mašina biti zaštićena i održavana. Teoretski precizan pogon možda neće održati svoje performanse ako se zanemari stvarno radno okruženje.
Može li jedan CNC ruter koristiti oba sistema?
Da. Stroj ne mora koristiti isti tip pogona na svakoj osi. Veliki CNC ruter može koristiti letvu i zupčanik na svojim dugim X i Y osi dok koristi kuglični vijak na kraćoj Z osi. Ovaj aranžman kombinuje veliku-brzinu dugu vožnju sa preciznom vertikalnom kontrolom dubine.
Neke mašine takođe koriste različite specifikacije na paralelnim stranama portala. Kada dva motora pokreću jedan portal, kontroler mora držati dvije strane sinkronizirane kako bi spriječio preklapanje. Mehaničko poravnanje, senzori za navođenje i procedure kvadriranja portala{2}} ostaju bitne bez obzira na odabrani pogon.
Praktičan odabir pomoću CNC aplikacije
| Aplikacija | Vjerovatna početna tačka | Razlog |
|---|---|---|
| Kompaktni desktop CNC | Kuglični vijak | Kratak hod, kompaktna instalacija i kontrolirani dovod |
| Srednja CNC osovina za glodanje | Kuglični vijak | Veliki potisak, krutost i tačnost preokreta su važni |
| Velika glodalica za obradu drveta | Procijenite letvu i zupčanik za duge X/Y osi | Dugačak hod i brzi hod mogu premašiti praktičan raspon{0}}brzina zavrtnja |
| Sto za sečenje plazmom | Često se uzima u obzir letva i zupčanik | Dugačak put i velika brzina mogu biti važniji od velikog pomaka |
| Kratka CNC Z osa | Kuglični vijak sa kočnicom ili sigurnosnom opremom | Precizno kretanje po dubini i kompaktan{0}}pogon visokog potiska |
| Portal od tri-metra koji zahtijeva veliku brzinu | Zupčanik i zupčanik, ili posebno dizajnirani vijčani raspored | Konvencionalni rotirajući kuglični vijak zahtijeva pažljivu provjeru kritične{0}}brzine |
Ovo su prije početne tačke nego fiksna pravila. Konačnu odluku treba donijeti na osnovu izračunatih zahtjeva za osovinu i provjerenih podataka o komponentama.
Potrebne informacije prije odabira pogona
Prije odabira kugličnog vijka ili zupčanika-i-sistema, pripremite sljedeće informacije:
- Ukupni hod osovine i udaljenost između oslonaca
- Potrebna brza brzina i normalna brzina{0}}povlačenja
- Maksimalno ubrzanje i usporavanje
- Pokretna masa, sila rezanja i smjer ugradnje
- Potrebna tačnost pozicioniranja i ponovljivost
- Prihvatljiv zaokret ili greška preokreta
- Nazivna brzina motora, vršni moment i specifikacija enkodera
- Očekivani radni ciklus
- Prašina, strugotine, rashladna tečnost i radna temperatura
- Dostupan prostor za instalaciju i pristup za održavanje
Ako se razmatra kuglični vijak, također potvrdite prečnik zavrtnja, prečnik korena, vod, stepen tačnosti, raspored nosača, mašinsku obradu, tip matice i potrebnu dužinu šine. DLY može procijeniti standardne i prilagođenesklopovi kugličnih vijakaprema ovim uslovima.
Final Selection
Kuglični vijak je općenito jak izbor za kratku ili srednju CNC osu koja zahtijeva veliki potisak, kontrolirani zazor i precizno kretanje. Zupčanik i zupčanik postaju atraktivni kada je osovina veoma duga i mora postići veliku brzinu kretanja bez kritičnog-ograničenja brzine dugog rotacionog zavrtnja.
Odluka ne treba da se zasniva na uverenju da je jedan sistem univerzalno tačniji ili trajniji. Dobro-dizajnirana osovina zupčanika-i-osovina može nadmašiti predimenzionirani dugi kuglični vijak, dok pravilno poduprt i prednapregnut kuglični vijak može pružiti bolju kontrolu posmaka od loše instaliranog sistema zupčanika.
Za dizajn CNC rutera, procijenite svaku osu zasebno. Duge X i Y ose mogu opravdati letvu i zupčanik, dok kraća Z osa i dalje može imati koristi od kugličnog vijka. Ako je odabran kuglični vijak, provjerite kritičnu brzinu, opterećenje pri izvijanju, vod, obrtni moment motora, potporne ležajeve, poravnanje i zaštitu okoliša prije finalizacije dizajna.
Trebate pomoć pri provjeri CNC kugličnog vijka?
Pošaljite DLY svoj CNC hod ose, pokretno opterećenje, potrebnu brzinu, tačnost, smjer instalacije i specifikaciju motora. Možemo vam pomoći provjeriti promjer kugličnog vijka, olovo, stepen tačnosti, raspored podrške i zahtjeve za krajnju{1}} mašinsku obradu.
Email: export@dlybearing.com
