Γιατί μια σφαιρική βίδα δονείται σε υψηλή ταχύτητα σε μηχανές CNC;

Εισαγωγή

Οι κραδασμοί σφαιροβίδας υψηλής-ταχύτητας είναι ένα κοινό πρόβλημα στις μηχανές CNC. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η δόνηση αυξάνει μόνο τον θόρυβο λειτουργίας. Σε πιο σοβαρές περιπτώσεις, επηρεάζει την ακρίβεια της κατεργασίας, μειώνει τη διάρκεια ζωής του ρουλεμάν, βλάπτει τις μονάδες υποστήριξης και προκαλεί ακόμη και συναγερμούς σερβομηχανισμού.

Πολλοί χρήστες υποθέτουν ότι η δόνηση προέρχεται απευθείας από την ίδια τη σφαιρική βίδα. Ωστόσο, η δόνηση είναι συνήθως το αποτέλεσμα πολλών παραγόντων που συνεργάζονται, όπως η ταχύτητα περιστροφής, η ακαμψία, η ποιότητα εγκατάστασης, η προφόρτιση, η λίπανση και η δομή του μηχανήματος.

Για να κατανοήσουμε γιατί μια σφαιρική βίδα δονείται με υψηλή ταχύτητα, θα πρέπει πρώτα να κατανοήσουμε τον πιο σημαντικό μηχανικό περιορισμό σε ένα σύστημα περιστρεφόμενων βιδών: την κρίσιμη ταχύτητα.

1. Κρίσιμη Ταχύτητα

Κάθε περιστρεφόμενος άξονας έχει τη δική του φυσική συχνότητα. Όταν η ταχύτητα περιστροφής πλησιάζει αυτή τη συχνότητα, εμφανίζεται συντονισμός και ο άξονας αρχίζει να δονείται σημαντικά.

Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται κρίσιμη ταχύτητα.

Στα συστήματα με σφαιρικές βίδες, όσο μεγαλύτερος είναι ο άξονας της βίδας, τόσο πιο εύκολα επιτυγχάνει την κρίσιμη ταχύτητα κατά τη λειτουργία υψηλής-ταχύτητας.

Τα τυπικά συμπτώματα περιλαμβάνουν:

Ορατό τίναγμα της βίδας
Αύξηση των κραδασμών σε υψηλότερες στροφές
Δυνατός θόρυβος λειτουργίας
Μειωμένη σταθερότητα τοποθέτησης

Η μέθοδος υποστήριξης επηρεάζει άμεσα την κρίσιμη ταχύτητα.

Μέθοδος Υποστήριξης	Σχετική κρίσιμη ταχύτητα
Διορθώθηκε-Δωρεάν	Κατώτατος
Διορθώθηκε-Υποστηρίζεται	Μέσον
Διορθώθηκε-Διορθώθηκε	Υψιστος

Ακόμη και όταν η βίδα λειτουργεί κάτω από την θεωρητική κρίσιμη ταχύτητα, μπορεί να εμφανιστούν κραδασμοί εάν η ακρίβεια εγκατάστασης είναι χαμηλή.

2. Ευθυγράμμιση εγκατάστασης

Η κακή ευθυγράμμιση εγκατάστασης είναι μια άλλη σημαντική πηγή κραδασμών.

Εάν ο άξονας του κινητήρα, ο σύνδεσμος, η μονάδα στήριξης και η σφαιρική βίδα δεν είναι σωστά ευθυγραμμισμένες, το περιστρεφόμενο σύστημα δέχεται συνεχή ακτινική δύναμη κατά τη λειτουργία.

Σε χαμηλή ταχύτητα, το πρόβλημα μπορεί να μην είναι προφανές. Ωστόσο, σε υψηλή ταχύτητα, ακόμη και μικρά σφάλματα ευθυγράμμισης ενισχύονται.

Τα κοινά προβλήματα εγκατάστασης περιλαμβάνουν:

Μη ευθυγραμμισμένα μπλοκ υποστήριξης
Ανώμαλες επιφάνειες τοποθέτησης
Λυγισμένες κατασκευές μηχανών
Λανθασμένη εγκατάσταση ζεύξης
Υπερ-σφιχτοί ρουλεμάν στήριξης

Αυτά τα προβλήματα δημιουργούν κυκλική δύναμη κατά την περιστροφή, η οποία τελικά εξελίσσεται σε δόνηση.

Ωστόσο, η ακρίβεια εγκατάστασης από μόνη της δεν αρκεί. Η ακαμψία της ίδιας της σφαιρικής βίδας παίζει επίσης σημαντικό ρόλο.

3. Ακαμψία σφαιρικής βίδας

Η ακαμψία της σφαιρικής βίδας εξαρτάται κυρίως από τη διάμετρο του άξονα και το μη υποστηριζόμενο μήκος.

Μια μικρή-βίδα διαμέτρου λυγίζει πιο εύκολα υπό φορτίο και επιτάχυνση.

Για παράδειγμα:

Μια σφαιρική βίδα 1204 είναι κατάλληλη για μικρές μηχανές
Μια σφαιρική βίδα 2505 ή 3210 έχει πολύ μεγαλύτερη ακαμψία

Όταν η ακαμψία είναι ανεπαρκής, η παραμόρφωση του άξονα γίνεται μεγαλύτερη κατά τη διάρκεια της-μετακίνησης υψηλής ταχύτητας, καθιστώντας τους κραδασμούς πιο έντονους.

Τα μηχανήματα CNC για μεγάλο-ταξίδι είναι ιδιαίτερα ευαίσθητα σε αυτό το πρόβλημα.

Εκτός από τον ίδιο τον άξονα της βίδας, ένα άλλο σημαντικό εξάρτημα μπορεί επίσης να μεταφέρει τους κραδασμούς απευθείας στο σύστημα μετάδοσης: ο σύνδεσμος.

4. Προβλήματα σύζευξης

Ο σύνδεσμος συνδέει τον σερβοκινητήρα και τη σφαιρική βίδα.

Εάν η ποιότητα του συνδέσμου είναι κακή ή έχει τοποθετηθεί λανθασμένα, οι κραδασμοί μπορεί να εξαπλωθούν σε ολόκληρο το σύστημα μετάδοσης κίνησης.

Τα τυπικά προβλήματα σύζευξης περιλαμβάνουν:

Έκκεντρη περιστροφή
Κακή ισορροπία
Υπερβολική αντίδραση
Χαμηλή στρεπτική ακαμψία

Οι φτηνοί εύκαμπτοι σύνδεσμοι μερικές φορές αντισταθμίζουν προσωρινά τα σφάλματα ευθυγράμμισης, αλλά μπορεί να μειώσουν τη σταθερότητα σε υψηλή ταχύτητα.

Ακόμη και με τα κατάλληλα εξαρτήματα μετάδοσης, η υπερβολική εσωτερική αντίσταση μπορεί να προκαλέσει ασταθή λειτουργία.

5. Προφόρτιση και λίπανση

Η προφόρτιση χρησιμοποιείται για τη μείωση της αντίδρασης και τη βελτίωση της ακρίβειας τοποθέτησης.

Ωστόσο, η υπερβολική προφόρτιση αυξάνει την τριβή στο εσωτερικό του συστήματος σφαιρικής βίδας.

Σε υψηλή ταχύτητα, η υπερβολική τριβή μπορεί να προκαλέσει:

Παραγωγή θερμότητας
Αυξημένο φορτίο κινητήρα
Μειωμένη ομαλότητα κίνησης
Δόνηση κατά την επιτάχυνση

Η λίπανση επηρεάζει επίσης έντονα την ομαλότητα της κυκλοφορίας της μπάλας.

Η κακή λίπανση αυξάνει την αντίσταση κύλισης και προκαλεί ασταθή λειτουργία.

Το μολυσμένο γράσο μπορεί να επιδεινώσει περαιτέρω τους κραδασμούς και τον θόρυβο.

Σε αυτό το σημείο, πολλοί χρήστες αντικαθιστούν την ίδια τη σφαιρική βίδα. Ωστόσο, η πραγματική πηγή κραδασμών μπορεί να προέρχεται από τη δομή του μηχανήματος.

6. Δομή Μηχανής

Η ακαμψία του μηχανήματος επηρεάζει ολόκληρη τη συμπεριφορά δόνησης του συστήματος CNC.

Τα αδύναμα πλαίσια μηχανών μπορούν να ενισχύσουν τους κραδασμούς που δημιουργούνται από την κανονική κίνηση μετάδοσης.

Αυτό το πρόβλημα είναι κοινό σε:

DIY μηχανές CNC
Ελαφριές κατασκευές αλουμινίου
Μακριά μη υποστηριζόμενα κρεβάτια μηχανής
Λεπτές πλάκες τοποθέτησης

Σε πολλές περιπτώσεις, η σφαιρική βίδα δεν είναι η αρχική πηγή δόνησης. Μεταδίδει μόνο κραδασμούς που δημιουργούνται αλλού στο μηχάνημα.

Επειδή η δόνηση συνήθως αναπτύσσεται από πολλούς παράγοντες μαζί, η επίλυση του προβλήματος απαιτεί μια πλήρη αντικραδασμική-στρατηγική.

7. Αντικραδασμικές λύσεις

Διάφορες πρακτικές μέθοδοι μπορούν να μειώσουν-τη δόνηση της σφαιρικής βίδας υψηλής ταχύτητας.

Διάλυμα	Αποτέλεσμα
Αυξήστε τη διάμετρο της βίδας	Βελτιώνει την ακαμψία
Χρησιμοποιήστε σταθερή-σταθερή υποστήριξη	Αυξάνει την κρίσιμη ταχύτητα
Βελτιώστε την ακρίβεια εγκατάστασης	Μειώνει την ακτινική δύναμη
Αναβάθμιση ποιότητας ζεύξης	Βελτιώνει την περιστροφική σταθερότητα
Βελτιστοποίηση προφόρτωσης	Μειώνει την εσωτερική τριβή
Βελτιώστε τη λίπανση	Εξομαλύνει την κυκλοφορία της μπάλας
Ενισχύστε το πλαίσιο της μηχανής	Μειώνει τους δομικούς κραδασμούς

8. Επιλέγοντας τη σωστή σφαιρική βίδα

Όταν επιλέγουν μια σφαιρική βίδα για εφαρμογές CNC υψηλής-ταχύτητας, οι χρήστες θα πρέπει να λαμβάνουν υπόψη ολόκληρο το σύστημα κίνησης και όχι μόνο το καλώδιο και τη διάμετρο.

Σημαντικοί παράγοντες περιλαμβάνουν:

Ακαμψία άξονα
Μέθοδος υποστήριξης
Ταχύτητα περιστροφής
Servo επιτάχυνση
Ακαμψία δομής μηχανής
Απαιτήσεις προφόρτισης
Κατάσταση λίπανσης

Ένα σωστά προσαρμοσμένο σύστημα σφαιρικών βιδών παρέχει πιο ομαλή κίνηση, καλύτερη ακρίβεια και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής.

Σύναψη

Η δόνηση του σφαιρικού κοχλία σε υψηλή ταχύτητα είναι συνήθως πρόβλημα επιπέδου συστήματος και όχι ελάττωμα μεμονωμένου εξαρτήματος.

Η κρίσιμη ταχύτητα είναι το σημείο εκκίνησης, αλλά η ευθυγράμμιση εγκατάστασης, η ακαμψία, η προφόρτιση, η λίπανση, η ποιότητα σύζευξης και η δομή του μηχανήματος επηρεάζουν τη συμπεριφορά των κραδασμών.

Αντί απλώς να μειώνουν την ταχύτητα, οι κατασκευαστές CNC θα πρέπει να βελτιστοποιήσουν το πλήρες σύστημα μετάδοσης.

Με σωστή σχεδίαση και συναρμολόγηση, τα συστήματα σφαιροβιδωτών υψηλής ταχύτητας-μπορούν να επιτύχουν σταθερή, ομαλή και ακριβή κίνηση για-μακροπρόθεσμη λειτουργία.

Αναφορές

Μηχανικός Σχεδιασμός Στοιχείων και Μηχανών Μηχανής: Αστοχία-Προοπτική πρόληψης από τους Jack A. Collins, Henry R. Busby και George H. Staab
Theory of Machines and Mechanisms από τους John J. Uicker Jr., Gordon R.Pennock και Joseph E. Shigley

Ζητήστε μια προσαρμοσμένη λύση σφαιρικών βιδών

Χρειάζεστε σταθερές λύσεις υψηλής-Speed Ball Screw Solutions;

Το DLY παρέχει ακρίβειασφαιρικές βίδεςγια μηχανές CNC, εξοπλισμό αυτοματισμού και βιομηχανικά συστήματα κίνησης.

Υποστηρίζουμε: