Palloruuvi ja hammastanko-ja-hammaspyöräjärjestelmä voivat kumpikin muuntaa moottorin pyörimisen lineaariseksi liikkeeksi, mutta ne eivät toimi samalla tavalla kuin kulkupituus, nopeus ja leikkausvoima kasvavat. Kuularuuvit valitaan yleisesti tarkan syöttöliikkeen, alhaisen kitkan ja hallitun välyksen vuoksi. Hammas-ja-hammaspyöräkäyttöä harkitaan usein pitkillä CNC-reitittimen akseleilla, joissa vaaditaan suurta kulkunopeutta ja pyörivää ruuvia on vaikea hallita.
Kumpikaan voimansiirtojärjestelmä ei kanna konepöytää yksinään. Lineaariset ohjaimet tukevat liikkuvaa kuormaa ja ohjaavat kulkusuuntaa, kun taas kuularuuvi tai hammastanko-ja-pyöräkäyttö antaa työntövoiman, joka liikuttaa akselia. Valinta näiden kahden välillä edellyttää siksi koko akselin arvioimista sen sijaan, että vertaillaan vain ruuvia ja telinettä.
Moniin pienikokoisiin ja keskikokoisiin CNC-koneisiin oikein valittu kuularuuvi on edelleen tehokas ratkaisu. Pitkälle, usean metrin mittaiselle portaaliakselille kriittinen nopeus, ruuvipiiska ja tukijärjestely voivat kuitenkin tehdä hammastankosta käytännöllisemmän. Oikea valinta riippuu isosta, nopeasta-liikenopeudesta, leikkaustarkkuudesta, liikkuvasta massasta, asennusolosuhteista ja huoltokyvystä.
Kuinka kaksi CNC-käyttöjärjestelmää toimivat
Perinteisessä kuularuuviakselissa moottori pyörittää ruuvin akselia kytkimen tai hihnavoimansiirron kautta. Kierrätyspallot pyörivät ruuvin ja mutterin kulkureittien välissä, jolloin mutteri ja siihen kiinnitetty konepöytä liikkuvat lineaarisesti. Vierintäkosketin tarjoaa korkean mekaanisen tehokkuuden ja mahdollistaa järjestelmän siirtämään merkittävän aksiaalisen työntövoiman suhteellisen pienellä kitkalla.
Hammastangon-ja-hammaspyörän akselissa hammastanko on kiinnitetty koneen runkoon samalla kun moottori pyörittää hammaspyörän hammaspyörää, joka osuu hammastangon hampaisiin. Hammaspyörä ja moottori kulkevat normaalisti liikkuvan telineen tai vaunun mukana. Koska teline on jatkuvasti tuettu runkoa pitkin, järjestelmässä ei ole pitkää pyörivää akselia, joka pystyisi piiskaamaan luonnollisella taajuudellaan.
Tämä rakenteellinen ero tulee yhä tärkeämmäksi akselin pidentyessä. Kuularuuvi on tuettu pääosin päätylaakereidensa kautta ja se voi painua tai täristä näiden tukien välissä. Teline on asennettu sen pituudelle, mutta sen tarkkuus riippuu hampaiden laadusta, vaihteiden kytkennästä, nivelten kohdistuksesta, voitelusta ja välyksen-hallintamenetelmästä.
Palloruuvi vs hammastanko: tärkeimmät erot
| Valintatekijä | Palloruuvi | Hammastanko |
|---|---|---|
| Tyypillinen vahvuus | Tarkka syöttöliike, suuri työntövoima ja hallittu välys | Pitkä matka ja suuri lineaarinen nopeus ilman ruuvipiiskaa |
| Aivohalvaus | Yleisesti käytännöllinen lyhyillä ja keskipitkillä matkoilla; pitkä matka vaatii huolellisen nopeuden tarkistamisen | Sopii hyvin pitkille koneakseleille, koska telineosat voidaan liittää yhteen |
| Nopeusrajoitus | Vaikuttavat ruuvin kriittisellä nopeudella, mutterin nopeusrajoituksella ja tukijärjestelyllä | Ei rajoita pitkän pyörivän ruuvin kriittinen nopeus |
| Takaisku | Voidaan vähentää esijännityksen tai sopivan mutterirakenteen avulla | Riippuu hampaiden laadusta, hammaspyörän kiinnittymisestä ja esijännitysmekanismista |
| Paikannustarkkuus | Saatavilla määritellyillä liidi{0}}tarkkuusluokilla | Riippuu telineen nousun tarkkuudesta, telineen nivelistä, vaihteiston laadusta ja takaisinkytkennän ohjauksesta |
| Saastuminen | Kilparadat ja pallon kierto on suojattava lastuilta ja pölyltä | Myös paljaat hampaat vaativat puhdistusta ja voitelua, erityisesti hankaavan pölyn ympäriltä |
| Huolto | Voitelu, tiivisteet, kohdistus, tukilaakerit ja mutterin kunto | Hampaiden voitelu, vaihteiden kytkeminen, hammastangon liitokset, kulumisen ja välyksen säätö |
| Tyypillisiä sovelluksia | CNC-syöttöakselit, Z-akselit, koneistuskeskukset ja tarkkuusautomaatio | Suuret CNC-reitittimet, plasmakoneet ja pitkät portaalijärjestelmät |
Miksi kuularuuvin matkan pituudella on väliä
Palloruuvia ei voi valita pelkän halkaisijan ja johdon perusteella. Kun laakereiden välinen tukematon etäisyys kasvaa, kriittinen pyörimisnopeus laskee nopeasti. Lähellä kriittistä nopeutta akseli voi alkaa ruiskuttaa aiheuttaen tärinää, melua, laakerin kuormitusta, epävakaa asentoa ja mahdollista vaurioita mutterin kiertojärjestelmässä.
Yleisesti käytetty alustava metrisuhde on:
nkr = K × dr × 107 ÷ L2
missä nkron arvioitu kriittinen nopeus rpm, dron ruuvin juuren halkaisija millimetreinä, L on tukematon pituus laakerin kannattimien välillä millimetreinä ja K on pääte{0}}tukikerroin.
Tarkka kerroin ja turvaraja tulee ottaa valitun valmistajan laskentamenetelmästä. Edustavat alustavat kertoimet ovat noin 3,9 kiinteille-ilmaisille, 12,1 tuetuille-tuetuille, 18,7 kiinteille-tuetuille ja 27,2 kiinteille-kiinteille järjestelyille. Näitä tekijöitä ei pidä käsitellä palloruuvin valmistajan lopputarkastuksen korvikkeena.
Tärkeä suhde on neliöity pituustermi. Jos tukematon pituus kasvaa halkaisijan ja tukijärjestelyn pysyessä muuttumattomina, kriittinen nopeus pienenee suhteessa 1/L². Matkan lisääminen metristä 2 metriin ei vain puolita sallittua nopeutta; arvioitu kriittinen nopeus putoaa noin yhteen-neljännekseen.
Katso lisätietoja tästä rajoituksestakuinka vältetään kuularuuvin kriittinen nopeus.
Pitkä{0}}matkalaskennan esimerkki
Harkitse alustavaa CNC-akselia käyttämällä kuularuuvia seuraavilla oletusarvoilla:
- Juuren halkaisija: 25 mm
- Lyijy: 10 mm/kierros
- Lopeta tuki: kiinteä{0}}tuettu
- Alustavassa laskennassa käytetty tukikerroin: 18.7
Esimerkki A: 2 000 mm Tukematon pituus
nkr = 18.7 × 25 × 107 ÷ 2,000²
nkr≈ 1 169 rpm
Teoreettinen lineaarinen nopeus=1,169 × 10 ≈ 11,69 m/min
Koneen ei normaalisti pitäisi toimia jatkuvasti lasketulla kriittisellä nopeudella. Jos käytetään alustavaa 80 % turvarajaa, tulee ruuvin kierrosluku noin 935 rpm ja vastaava lineaarinopeus noin 9,35 m/min.
Esimerkki B: 3 000 mm Tukematon pituus
nkr = 18.7 × 25 × 107 ÷ 3,000²
nkr≈ 519 rpm
Teoreettinen lineaarinen nopeus=519 × 10 ≈ 5,19 m/min
80 %:lla tästä alustavasta arvosta vastaava lineaarinen nopeus on vain noin 4,15 m/min. Esimerkki osoittaa, miksi 2- metrin akselille sopiva ruuvi ei välttämättä täytä vaadittua nopeaa liikenopeutta sen jälkeen, kun tukematon pituus kasvaa 3 metriin.
Tämä ei muodosta yleistä 2-metrin tai 3- metrin jakoviivaa. Suurempi juuren halkaisija, korkeampi lyijykynä, kiinteästi kiinnitetty tuki, pyörivä mutterirakenne tai välitukistrategia voivat muuttaa tulosta. Lopullisessa valinnassa tulee myös tarkistaa DN-arvo, mutterin nopeus, aksiaalikuorma, nurjahdus, kiihdytysmomentti, lämpölaajeneminen ja kantavuus.
Missä kuularuuveista on etua
Kuularuuvi on usein vahvempi valinta, kun CNC-akseli vaatii hallittua syöttöä, suurta työntövoimaa ja vakaata suunnanvaihtotarkkuutta lyhyellä tai keskipitkällä iskulla. Ruuvijohto on valmistettu tarkkuusluokan mukaan, joten koneen suunnittelijat voivat suhteuttaa käskyn pyörimisen odotettuun lineaariseen liikkeeseen.
Esikuormitetut kuulamutterirakenteet voivat vähentää aksiaalista välystä ja parantaa jäykkyyttä, kun liikesuunta vaihtuu. Tämä on erityisen hyödyllistä koneistusakseleilla, joissa välys voi vaikuttaa reiän sijaintiin, ääriviivojen tarkkuuteen ja pinnan viimeistelyyn. Pyörivä-kosketinrakenne tarjoaa myös korkean siirtotehokkuuden, joten moottori voi muuntaa vääntömomentin aksiaalivoimaksi suhteellisen pienellä kitkalla.
Kuularuuveja käytetään usein CNC Z-akseleilla, koska isku on normaalisti lyhyempi kuin pääportaalin liike ja akseli vaatii tarkan syvyyssäädön. Pystysuoraan kuularuuvin akseliin on silti sisällyttävä sopiva moottorijarru, vastapaino tai muu turvatoimi, koska kuularuuvin ei pitäisi olettaa itselukittuvan-.
Kuulalauveja voidaan käyttää myös kompakteissa X- ja Y-akseleissa, metallin-leikkaussyöttöjärjestelmissä, porakoneissa, tarkkuusasemointipöydissä ja automaatiolaitteissa, joissa työntövoiman ja asennon vakaus ovat tärkeämpiä kuin erittäin pitkä matka.
Missä hammastanko on etu
Hammastanko-ja-hammaspyöräjärjestelmät tulevat houkutteleviksi, kun koneella on pitkä akseli ja sen on säilytettävä suuri nopea-liikenopeus. Teline on kiinnitetty jatkuvasti koneen runkoon, joten sen pituuden lisääminen ei aiheuta samaa pyörimis-akselin kriittistä-nopeusongelmaa kuin perinteisessä kuularuuvissa.
Telineosat voidaan myös yhdistää pitkän matkan aikaansaamiseksi ilman yhden erittäin pitkän pyörivän ruuvin valmistamista ja kuljettamista. Tästä on hyötyä suurissa puuntyöstöreitittimissä, paneelin-käsittelykoneissa, plasmapöydissä ja muissa portaalilaitteissa, joiden liikematka on useita metrejä.
Hammastankoa ei kuitenkaan pidä automaattisesti kuvata epätarkoksi. Oikein valmistettu ja asennettu tarkkuustelinejärjestelmä voi tarjota hyvän paikannussuorituskyvyn. Sen tulos riippuu hammastangon nousun tarkkuudesta, hammaspyörän laadusta, hampaiden kiinnittymisestä, esikuormituksesta tai jaetun{2}}hammaspyörän järjestelystä, välyksen pienentämisestä, hammastangon-nivelen kohdistuksesta ja takaisinkytkennän ohjauksesta.
Toisaalta heikkolaatuinen-tai huonosti asennettu teline voi aiheuttaa epätasaisen välyksen ja asennon vaihtelun akselilla. Koneen suunnittelijan on arvioitava koko käyttö, ei vain oletettava, että jokainen telinejärjestelmä soveltuu pitkiin ja täsmällisiin liikkeisiin.
Tarkkuus, toistettavuus ja vastaisku eivät ole samoja
Tarkkuus kuvaa, kuinka tarkasti todellinen akselin sijainti vastaa käskettyä sijaintia. Toistettavuus kuvaa, kuinka johdonmukaisesti akseli palaa samaan asemaan samoissa olosuhteissa. Takavälys on kadonnut liike, joka voi ilmetä, kun taajuusmuuttaja vaihtaa suuntaa.
Kuulalaakerilla voi olla hyvä lyijyn tarkkuus, mutta siinä voi silti olla kääntövirhe, jos mutterissa on välys, tukilaakereissa on aksiaalivälys tai kytkin on löysällä. Hammastanko-ja-hammaspyöräjärjestelmä voi toistaa asennon johdonmukaisesti, mutta sisältää silti systemaattisen nousuvirheen koko matkan ajan.
Lopulliseen CNC-tarkkuuteen vaikuttavat myös:
- Lineaarisen ohjaimen kohdistus ja asennus-pinnan tarkkuus
- Koneen-rungon jäykkyys
- Moottorin ja anturin resoluutio
- Vaihteiston tai kytkimen välys
- Lämpölaajeneminen
- Portaalin neliömäisyys
- Säätimen kompensointi ja viritys
- Leikkaus-voimamuodonmuutos
Tästä syystä vaihtaminen hammastankoista palloruuviin ei voi automaattisesti korjata heikkoa runkoa tai huonosti kohdistettua ohjaustietä. Voimansiirtojärjestelmä on vain yksi osa täydellistä tarkkuusketjua.
Kuorma ja jäykkyys: mitä kukin asema todella kantaa
Lineaaristen ohjauskäytävien tulee tukea telineen, karan, vaunun tai pöydän painoa. Kuularuuvimutteri on ensisijaisesti suunniteltu kuljettamaan aksiaalista työntövoimaa ruuvin akselia pitkin, ei jatkuvaa säteittäistä tai kaatuvaa kuormaa. Virhe ruuvin, mutterikotelon ja lineaariohjaimien välillä voi aiheuttaa sivukuormitusta ja lyhentää käyttöikää.
Hammastanko-ja-pyöräkäyttö vaatii myös erillisen ohjausjärjestelmän. Hammaspyörä syöttää voimaa hammastankojen hampaiden läpi, kun taas ohjauskiskot ohjaavat liikkuvan portaalin asentoa ja suuntaa. Väärä hammastangon korkeus tai hammaspyörän kiinnitys voi aiheuttaa epätasaisen hampaiden kuormituksen, mutta hammastankoa ei tule käyttää lineaarisen ohjausjärjestelmän korvikkeena.
Kun arvioit käyttökapasiteettia, varmista vaadittu työntövoima kiihtyvyyden, leikkausvastuksen, kitkan, painovoiman ja ulkoisten voimien perusteella. Kuularuuvin puristuskuormitus on myös tarkistettava pilarin nurjahduksen suhteen. Ruuvin halkaisija tulee siksi valita kuormituksen, pituuden ja nopeuden mukaan sen sijaan, että valittaisiin suurempi halkaisija pelkästään koneen painavuuden vuoksi. Katso DLY-opaskuinka valita oikea kuularuuvin halkaisija.
Huolto ja työympäristö
CNC-reitittimet voivat tuottaa puupölyä, komposiittihiukkasia, alumiinilastuja tai hankaavia roskia. Palloruuvit vaativat tehokkaan suojauksen, koska epäpuhtaudet voivat päästä mutteriin, keskeyttää pallon kierron ja nopeuttaa kilparadan kulumista. Palkeet, kannet, tiivisteet, pyyhkimet ja säännöllinen voitelu voivat olla tarpeen koneen ympäristöstä riippuen.
Terän hampaat ovat paljaampia ja niitä voi olla helpompi tarkastaa, mutta ne eivät ole huoltovapaita-. Rasvan kanssa sekoitettu pöly voi muodostaa hankaavan tahnan. Hampaiden pinnat, hammaspyörän kiinnitys, hammastangon liitokset ja välyksensäätömekanismit- tulee tarkistaa säännöllisesti.
Parempaan valintaan vaikuttaa siis se, miten konetta suojataan ja huolletaan. Teoreettisesti tarkka taajuusmuuttaja ei välttämättä kestä suorituskykyään, jos todellinen työympäristö jätetään huomiotta.
Voiko yksi CNC-reititin käyttää molempia järjestelmiä?
Kyllä. Koneen ei tarvitse käyttää samaa käyttötyyppiä joka akselilla. Suuri CNC-reititin voi käyttää hammastankoa pitkillä X- ja Y-akselillaan, kun taas lyhyemmällä Z-akselilla käytetään kuularuuvia. Tässä järjestelyssä yhdistyvät nopea-pitkä matka ja tarkka pystysyvyyden säätö.
Jotkin koneet käyttävät myös erilaisia eritelmiä rinnakkaisilla portaalien sivuilla. Kun kaksi moottoria käyttää yhtä portaalia, ohjaimen on pidettävä molemmat puolet synkronoituina hyllyjen estämiseksi. Mekaaninen kohdistus, kohdistusanturit ja portaali{2}}neliöinti ovat välttämättömiä valitusta asemasta riippumatta.
Käytännön valinta CNC-sovelluksella
| Sovellus | Todennäköinen lähtökohta | Syy |
|---|---|---|
| Kompakti pöytäkone CNC | Palloruuvi | Lyhyt isku, kompakti asennus ja ohjattu syöttö |
| Keskikokoinen CNC-jyrsintäakseli | Palloruuvi | Suuri työntövoima, jäykkyys ja suunnanvaihtotarkkuus ovat tärkeitä |
| Suuri puuntyöstöreititin | Arvioi hammastanko ja hammaspyörä pitkille X/Y-akseleille | Pitkä matka ja nopea liike voi ylittää käytännön ruuvi{0}}nopeusalueen |
| Plasma leikkauspöytä | Hammastankoa harkitaan usein | Pitkällä matkalla ja suurella nopeudella voi olla enemmän merkitystä kuin suurella syöttötyöntövoimalla |
| Lyhyt CNC Z-akseli | Palloruuvi jarrulla tai turvavarusteella | Tarkka syvyysliike ja kompakti korkea{0}}työntövoima |
| Kolmen{0}}metrin portaali, joka vaatii suurta nopeaa nopeutta | Hammastanko tai erityisesti suunniteltu ruuvijärjestely | Perinteinen pyörivä kuularuuvi vaatii huolellisen kriittisen{0}}nopeuden vahvistuksen |
Nämä ovat pikemminkin lähtökohtia kuin kiinteitä sääntöjä. Lopullinen päätös tulee tehdä laskettujen akselivaatimusten ja todettujen komponenttitietojen perusteella.
Vaadittavat tiedot ennen aseman valitsemista
Ennen kuin valitset kuularuuvin tai hammastangon-ja-hammaspyöräjärjestelmän, valmistele seuraavat tiedot:
- Akselin kokonaisliike ja tukien välinen etäisyys
- Vaadittu nopea nopeus ja normaali leikkaus-syöttönopeus
- Suurin kiihtyvyys ja hidastuvuus
- Liikkuva massa, leikkausvoima ja asennussuunta
- Vaadittu paikannustarkkuus ja toistettavuus
- Hyväksyttävä vastaisku tai peruutusvirhe
- Moottorin nimellisnopeus, huippuvääntömomentti ja anturin tiedot
- Odotettu käyttömäärä
- Pöly, lastut, jäähdytysneste ja käyttölämpötila
- Vapaa asennustila ja huoltomahdollisuus
Jos harkitset kuularuuvia, varmista myös ruuvin halkaisija, juuren halkaisija, johto, tarkkuusluokka, tukijärjestely, päätytyöstö, mutterin tyyppi ja tarvittava kiskon pituus. DLY voi arvioida vakio- ja mukautettujapalloruuvikokoonpanotnäiden ehtojen mukaan.
Lopullinen valinta
Kuularuuvi on yleensä vahva valinta lyhyelle tai keskikokoiselle CNC-akselille, joka vaatii suurta työntövoimaa, hallittua välystä ja tarkkaa syöttöliikettä. Hammastanko muuttuu houkuttelevaksi, kun akseli on hyvin pitkä ja sen on saavutettava suuri kulkunopeus ilman pitkän pyörivän ruuvin kriittistä -nopeusrajoitusta.
Päätöksen ei pitäisi perustua siihen uskomukseen, että yksi järjestelmä on yleisesti ottaen tarkempi tai kestävämpi. Hyvin-suunniteltu hammastanko-ja-hammaspyöräakseli voi toimia paremmin kuin alikokoinen pitkä kuularuuvi, kun taas kunnolla tuettu ja esikuormitettu kuularuuvi voi tarjota paremman syötön ohjauksen kuin huonosti asennettu hammastankojärjestelmä.
CNC-reitittimen suunnittelua varten arvioi jokainen akseli erikseen. Pitkät X- ja Y-akselit voivat oikeuttaa hammastangon ja hammaspyörän, kun taas lyhyempi Z-akseli voi silti hyötyä kuularuuvista. Jos valitaan kuularuuvi, tarkista kriittinen nopeus, nurjahduskuorma, lyijy, moottorin vääntö, tukilaakerit, kohdistus ja ympäristönsuojelu ennen suunnittelun viimeistelyä.
Tarvitsetko apua CNC-palloruuvin tarkistamisessa?
Lähetä DLY CNC-akselin kulku, liikkuva kuorma, vaadittu nopeus, tarkkuus, asennussuunta ja moottorin tiedot. Voimme auttaa tarkistamaan kuularuuvin halkaisijan, johdon, tarkkuusluokan, tukijärjestelyn ja pääty{1}}koneistusvaatimukset.
Sähköposti: export@dlybearing.com
