Коли виробники верстатів із ЧПК виробляють кулькові гвинти та лінійні напрямні для нового верстата, підхід за замовчуванням полягає в застосуванні однакових специфікацій для всіх осей - однакового діаметра, однакового ходу, однакового типу гайки. Це спрощує закупівлю, зменшує кількість номерів деталей, якими потрібно керувати, і виглядає консервативно.
На практиці це часто неправильний підхід.
Осі X, Y і Z машини з ЧПК працюють в принципово інших умовах. Вісь X охоплює найдовший хід при найвищій швидкості. Вісь Y несе загальну вагу шпиндельного вузла та рухається під дією постійних поперечних -навантажень. Вісь Z працює вертикально проти сили тяжіння, має зберігати положення, коли припиняється живлення, і вимагає коротшого та жорсткішого гвинта, ніж горизонтальні осі. Використання однакових специфікацій кулькової гвинти для всіх трьох означає або-визначення двох осей для захисту третьої, або недостатнє-визначення найбільш вимогливої осі, щоб заощадити на інших.
У цій статті розповідається про те, що насправді вимагає кожна вісь від кульково-гвинтової лінійної салазки, як узгодити серію гвинтів і привести до кожного набору умов, а також де виробники машин OEM найчастіше помиляються в специфікаціях.
Ключовий момент:Вісь ЧПК не повинна визначатися лише діаметром гвинта або ходом. Довжина ходу, швидкість, вертикальне навантаження, осьове навантаження, потужність направляючого моменту, вимога до люфту та ризик безпеки – усе це впливає на остаточний вибір кулькової гвинтової та лінійної напрямної.
Чому кожна вісь ЧПК має різні вимоги до кулькового гвинта
Кульково-гвинтова лінійна салазка - це не просто механізм приводу. Це один із ключових компонентів, який впливає на те, наскільки точно позиціонується вісь, наскільки швидко вона може рухатися, яку силу тяги вона може створити та скільки часу вона працює під час робочого циклу машини. Кожен із цих параметрів встановлюється геометрією осі й умовами навантаження -, а не єдиною універсальною специфікацією.
Три фактори суттєво відрізняються між осями ЧПК і напряму керують специфікацією кулькового гвинта:
Довжина ходувпливає на необхідний діаметр валу та конфігурацію опори. Довгий гвинтовий вал на високій швидкості може увійти в резонанс - стан, який називається критичною швидкістю -, коли вал хистає та створює вібрацію, шум і швидке зношування. Короткий вал на осі Z зазвичай не обмежений критичною швидкістю, але повинен бути достатньо жорстким, щоб протистояти відхиленню під вагою шпинделя.
Напрямок і величина навантаженнявизначити, чи працює гвинт лише проти осьових сил, що є ідеальним випадком, чи також піддається дії радіальних і моментних навантажень, які мають витримувати лінійні напрямні. На вертикальній осі гвинт несе повну вагу шпинделя та каретки осі Z- як постійне осьове навантаження, яке має бути враховано в еквівалентному динамічному навантаженні та оцінці терміну служби.
Швидкість і робочий циклвплинути на необхідний діаметр проводу та гвинта. Для заданої лінійної швидкості менший крок вимагає вищих обертів гвинта, які повинні бути перевірені як на критичну швидкість, так і на обмеження Dm·N конструкції гайки. Великий-ходовий гвинт на повільно-осі, що рухається, втрачає силу тяги.
Вісь X: довгий хід, висока швидкість, максимальна ефективність руху
На більшості фрезерних машин з ЧПК, портальних верстатів і обробних центрів вісь X є основною віссю переміщення -, яка відповідає за покриття повної робочої ширини верстата під час швидких переміщень між різаннями. Зазвичай він має найдовший хід, працює на найвищій швидкості та працює з відносно невеликими навантаженнями під час швидких рухів.
Що вимагає вісь X від кульково-гвинтової лінійної ковзанки
Швидкість перш за все.Швидкість прискореного ходу осі X визначає мінімальне випередження. Для серводвигуна, що працює зі швидкістю 3000 об/хв, випередження, необхідне для досягнення 30 м/хв, або 500 мм/с, становить: 500 мм/с × 60 ÷ 3000 об/хв=10 мм. Щоб досягти 60 м/хв на тому самому двигуні, потрібен кабель 20 мм. Більшість осей Х-фрезерів з ЧПК мають кроки від 10 мм до 20 мм залежно від розміру машини та вимог до швидкості. Коли вимоги до швидкості виходять за межі того, що може забезпечити 20-міліметровий кабель SFU при максимальних обертах двигуна, серія великих-проводів SFE - з проводами 25 мм, 32 мм, 40 мм і вище - є правильним кроком вперед.
Діаметр валу для критичної швидкості.На осі X із ходом 2000 мм довжина вала гвинта без підтримки може досягати 2200–2400 мм між опорними підшипниками. За такої довжини вал діаметром 20 мм може бути обмежений критичною швидкістю задовго до досягнення необхідного швидкісного ходу обертів за хвилину, залежно від конфігурації опори, коефіцієнта безпеки та конструкції гвинта. У багатьох осях із ЧПК із довгим ходом, гвинти діаметром 32 або 40 мм вибираються насамперед для підтримки критичної швидкості вище робочого діапазону -, а не тому, що цього вимагає навантаження.
Прокат C7, як правило, має правильний прецизійний сорт.Для деревообробних фрезерів і верстатів загального виробництва кулькових кулькових гвинтів C7 часто достатньо, коли потрібна помірна точність позиціонування. Остаточна точність машини також залежить від монтажу, люфту, теплового розширення, жорсткості напрямної та компенсації керування - клас гвинта є одним із кількох факторів.
Рекомендована специфікація осі X
Для фрезерного верстата з ЧПК із ходом X 1500–2500 мм при швидкому ході 30–60 м/хв:
- Серія гвинтів:SFU одна-гайка, внутрішня циркуляція
- Діаметр:25–40 мм із критичною швидкістю при необхідному ході
- Ведучий:10 мм–20 мм для серії SFU, що керується необхідною швидкістю та частотою обертання двигуна; Серія SFE, 25 мм, 32 мм, 40 мм+, для вищих вимог до швидкості
- Точність:С7 прокат для деревообробки та загальної фрезерування; C5 грунт для обробних центрів
- Тип горіха:Стандартна одинарна гайка SFU; подвійна гайка, DFU, тільки якщо люфт при реверсі є задокументованою проблемою точності
Вісь Y: середній хід, комбіноване навантаження, структурна жорсткість
У багатьох фрезерних машинах із ЧПК і портальних-верстатах вісь Y несе шпиндельний двигун, вузол осі Z-і часто портальну балку або сідло. Він рухається перпендикулярно до осі X, як правило, з нижчою швидкістю, ніж X, але під значно вищим навантаженням -, оскільки маса всього, що встановлено на каретці Y, додає осьову силу, необхідну під час прискорення та уповільнення.
Що вимагає вісь Y від кульково-гвинтової лінійної ковзанки
Вимоги до тяги вище, ніж X.Якщо вузол осі Z- і шпиндель разом важать 80 кг, а машина прискорюється на рівні 0,3 g, вісь Y має генерувати 80 × 9,8 × 0.3=235Н тяги лише для прискорення -, перш ніж буде додано будь-яку силу різання. Кульковий гвинт має бути розрахований на еквівалентне осьове навантаження, включаючи компоненти сили прискорення та сили різання в напрямку гвинта, з достатнім запасом безпеки Ca.
Моментне управління навантаженням.Коли шпиндель виконує різання в точці, зміщеній від центральної лінії осі Y, сила реакції створює моментне навантаження на каретку Y. Цей момент несуть лінійні напрямні, а не кульковий гвинт. Моментні навантаження від зміщених сил різання слід розраховувати окремо для лінійних напрямних і блоків каретки - специфікація напрямних, включаючи ширину рейки, кількість блоків і клас попереднього натягу, повинна відповідати максимальному моменту, який може створити геометрія осі Y. Не-зазначення напрямних осі Y-при правильному визначенні кулькового гвинта є поширеною помилкою при проектуванні, яка призводить до передчасного зносу напрямних і втрати точності.
Середній свинець для збалансованої швидкості та тяги.Вісь Y не потребує великого випередження осі X, оскільки вона охоплює коротший хід на нижчій швидкості. Вихід 10 мм забезпечує розумний баланс між швидкістю та тягою для більшості осей Y фрезерів із ЧПК та обробних центрів. На важких-машинах, які переміщують вагу сідла понад 200 кг, може знадобитися кабель діаметром 5 мм із гвинтом більшого діаметру, щоб забезпечити достатню тягу при номінальному крутному моменті двигуна.
Рекомендована специфікація осі Y
Для обробного центру з ЧПК або важкого фрезера з ходом Y 800–1500 мм:
- Серія гвинтів:SFU для стандартних додатків; Подвійна гайка DFU для прецизійних обробних центрів, де люфт осі Y- впливає на якість поверхні
- Діаметр:20–32 мм, приводиться в рух навантаженням і ходом
- Ведучий:5–10 мм, що залежить від швидкості-до-балансу тяги
- Точність:С5 ґрунт для обробних центрів; C7 прокатаний для фрезерування та загального виготовлення
- Відповідність лінійної напрямної:Використовуйте ширшу рейку, таку як HDR25 або HDR30 із серії DLY HD, із чотирма блоками, по два на рейку та двома рейками, щоб керувати моментними навантаженнями від зміщених сил шпинделя
Вісь Z: короткий хід, вертикальне навантаження, ризик-приводу назад
Вісь Z є найбільш механічно вираженою з трьох. Він рухається вертикально, несе постійне навантаження вниз, вага шпинделя постійно працює з коротким ходом і має надійно утримувати положення, коли сервопривід знеструмлено-. Ці вимоги вказують на специфікацію кулькової гвинтової гвинти, яка майже в усіх відношеннях протилежна осі X.
Що вимагає вісь Z від кульково-гвинтової лінійної ковзанки
Невелике переднє значення для нижньої{0}}тенденції руху та більшої тяги.Менший випередження дає двигуну більшу механічну перевагу та зменшує схильність осі Z повертатися- назад під вагою шпинделя. Однак кульковий гвинт не слід розглядати як само-механізм блокування - кульковий гвинт має високу механічну ефективність, а це означає, що вони більш сприйнятливі до-закручування, ніж традиційні ходові гвинти. Чи повертатиметься дана вісь Z назад-, залежить від ходу, навантаження, ефективності гвинта, стану змащення та того, чи підтримує сервопривід утримуючий крутний момент у нерухомому стані.
Вихід 5 мм є стандартним для осей Z ЧПУ. Він забезпечує достатню тягу від номінального крутного моменту двигуна та підтримує значення Dm·N у межах робочого діапазону на відповідних швидкостях. Але сам по собі свинець не гарантує, що шпиндель не опуститься після припинення живлення.
Часто потрібне гальмо двигуна або противага.Для вертикальних осей з ЧПК слід розглянути гальмо двигуна або противагу, коли неконтрольоване опускання може створити ризик для безпеки, інструменту або деталі. Як практична довідка, шпиндельні вузли осі Z- вагою приблизно 15–20 кг або більше зазвичай слід перевіряти на вимоги до гальма чи противаги -, але фактичний поріг залежить від ходу, ефективності гвинта, тертя та поведінки приводу, і його слід оцінювати для кожної конструкції, а не застосовувати як фіксоване правило.
Короткий вал означає жорсткість, а не критичну швидкість.Вал гвинта осі AZ- зазвичай має довжину 300–600 мм. При такій довжині критична швидкість зазвичай не є обмежуючим фактором навіть при малих діаметрах. Вибір діаметра залежить від навантажувальної здатності, Ca та прогину вала під вагою шпинделя. Вал діаметром 16 або 20 мм охоплює більшість осей Z фрезера з ЧПК; обробним центрам із важчими шпинделями може знадобитися 25 мм.
Подвійна гайка для точної обробки.На обробних центрах з ЧПК, де вісь Z контролює глибину різання, люфт по осі Z безпосередньо впливає на обробку поверхні та точність розмірів. Конструкція подвійної -гайки DFU допомагає мінімізувати осьовий люфт і підвищити жорсткість. На фрезерних машинах з ЧПК, де допуск на глибину становить ±0,1 мм, достатньо стандартної одно-гайкової осі Z SFU.
Компактна лінійна напрямна для обмеженого простору.Вісь Z зазвичай має найбільш обмежений простір для встановлення. Типовою є вузька лінійна напрямна, наприклад HDR15 або HDR20 із серії HD DLY, з двома блоками. Розмір направляючої має витримувати загальну вагу шпинделя, каретки та будь-якого інструменту в шпинделі з достатнім запасом динамічного навантаження.
Рекомендована специфікація осі Z
Для обробного центру з ЧПК або маршрутизатора по осі Z із ходом 200–500 мм:
- Серія гвинтів:одинарна гайка SFU для загальної прокладки; Подвійна гайка DFU для обробних центрів, які вимагають високої точності глибини
- Діаметр:16–25 мм, приводиться в рух навантаженням, не критична швидкість
- Ведучий:стандарт 5 мм; 4 мм для важких шпинделів, які вимагають максимальної тяги
- Точність:С5 ґрунт для обробних центрів; С7 прокатаний для фрезерування
- Гальмо двигуна:Рекомендовано, коли вертикальне навантаження може-загвинтити гвинт; перевірка необхідна для шпиндельних вузлів приблизно 15–20 кг або більше
- Лінійна напрямна:HDR15–HDR20, серія HD, з двома блоками, адаптованими до вертикального навантаження та динамічних сил під час врізання
Поширені помилки специфікації по осі
Використовуючи один і той самий відвід на всіх трьох осях
Якщо вісь X потребує 20-міліметрового випередження для швидкості, і таке ж випередження застосовується до осі Z, щоб зменшити номери деталей, вісь Z матиме недостатню тягу за номінального крутного моменту двигуна та значний ризик-зворотного руху під вагою шпинделя. Для кожної осі відведення необхідно вибирати окремо.
Розміри кулькової гвинтової осі Y залежать лише від маси корисного навантаження
Еквівалентне осьове навантаження на вісь Y включає компоненти сили прискорення та сили різання в напрямку гвинта. Розрахунок лише за статичною вагою корисного навантаження значно недооцінює фактичне навантаження в більшості застосувань з ЧПК. Моментні навантаження слід розраховувати окремо для системи лінійних напрямних. Результатом заниження розміру є запас міцності Ca, який виглядає достатнім на папері, але призводить до передчасного зносу гайки під час експлуатації.
Опускання гальма двигуна на осі Z з великим випередженням
Провід 10 або 20 мм на осі Z може повертати-при значне вертикальне навантаження, коли двигун знеструмлений-. Це відомий наслідок геометрії та ефективності кулькової гвинти -, а не виробничий дефект. Додавання гальма двигуна або противаги є правильним рішенням. Заміна гвинта на менший висновок після факту збільшує витрати та доопрацювання, яких можна було б уникнути на етапі проектування.
Під-зазначенням лінійної напрямної осі Y-при правильному визначенні кулькового гвинта
Кульковий гвинт несе осьове навантаження. Лінійна напрямна несе все інше - радіальне навантаження, бічне навантаження та моментні навантаження від сил зміщення шпинделя. На осі Y ці моментні навантаження можуть бути значними. Направляюча HDR15 може мати скорочений термін служби, якщо момент навантаження на вісь Y- постійно наближається до номінального моменту або перевищує його. Укажіть напрямну на основі максимального моменту, який може створити геометрія осі, а не лише ваги корисного навантаження.
Зведення специфікацій осей X, Y, Z
| Параметр | Вісь X | Вісь Y | Вісь Z |
|---|---|---|---|
| Первинне обмеження | Критична швидкість / хід | Тяга / осьове навантаження | Зворотний-привід / тяга |
| Типовий свинець | 10–20 мм, SFU; 25мм+, SFE | 5–10 мм | 4–5 мм |
| Типовий діаметр | 25-40 мм | 20-32 мм | 16-25 мм |
| Горіховий тип | Одинарна гайка SFU | ДФУ або ДФУ | ДФУ або ДФУ |
| Клас точності | С7 катаний / С5 шліфований | C5–C7 | С5 шліфована для обробки |
| Моторне гальмо | Зазвичай не потрібно для утримання сили тяжіння | Зазвичай не потрібно для утримання сили тяжіння | Рекомендовано, коли вертикальне навантаження може-зрушити назад |
| Серія посібників | Серія HD HDR25–HDR35 | Серія HD HDR25–HDR30, 4 блоки | Серія HD HDR15–HDR20 |
| Ключовий ризик | Резонанс на швидкості | Момент навантаження на направляючу | Назад-рух, помилка глибини |
Постачання кулькових гвинтів і лінійних напрямних для осей з ЧПК
Для виробників верстатів з ЧПК OEM, які закуповують компоненти в обсязі, практичним міркуванням після специфікації є узгодженість між партіями. Гвинт, який відповідає Ca та точності виведення на першому порядку, повинен відповідати тим самим специфікаціям на десятому порядку. Різниця між партіями - у діаметрі кульки, попередньому натягу чи помилці провідника - створює машини, які працюють по-різному, незважаючи на використання однакових номерів деталей, що створює проблеми з контролем якості та після-продажу.
DLY виробляєодинарний-гайок SFUіПодвійна гайка DFU-кулькові гвинти діаметром від 12мм до 80мм, з виводами від 4мм до 20мм, прецизійних марок C7 катаних і C5/C3. Для високошвидкісних застосувань осі X, які потребують проводів понад 20 мм,Велика{0}}серія SFEохоплює кабелі 25 мм, 32 мм, 40 мм, 50 мм і 64 мм. Лінійні напрямні доступні в серії HD, від HDR15 до HDR65, для загальних додатків з ЧПК, серії ED, від EDR15 до EDR30, для низько-профільних і високо-швидкісних застосувань, а також серії роликів RD, від RDR15 до RDR65, для важких-навантажень і високих-вимог до жорсткості. Усі серії доступні у стандартних і високоточних класах і підтримують пакетні замовлення з підтвердженням часу виконання на етапі запиту.
Підтвердьте специфікацію осі ЧПК перед замовленням
Якщо ви вказуєте кулькові гвинти та лінійні напрямні для нової конструкції верстата з ЧПК або замінюєте компоненти на існуючому верстаті, команда інженерів DLY може переглянути параметри вашої осі та підтвердити правильну серію гвинтів, діаметр, висновок і специфікації напрямних для кожної осі.
Щоб отримати корисну відповідь, поділіться наступним для кожної осі:
- Довжина ходу та довжина валу без підтримки
- Маса корисного навантаження, включаючи всі компоненти, встановлені на візку
- Необхідна швидкість швидкого ходу, мм/с або м/хв
- Номінальна швидкість двигуна, оберти та крутний момент
- Вимога до точності позиціонування
- Горизонтальна чи вертикальна вісь
Ціна партії та час виконання підтверджуються одночасно з технічною специфікацією.
Потрібні кулькові гвинти та лінійні напрямні для ЧПК по осі X, Y або Z?
Надішліть довжину ходу, напрямок осі, навантаження, швидкість, дані двигуна та вимоги до точності. DLY може допомогти підтвердити відповідну серію кулькових гвинтів, діаметр, свинець, тип гайки та специфікацію лінійної напрямної.
Електронна пошта: export@dlybearing.com
Запит на підтримку технічних характеристик кулькової гвинтової гвинти з ЧПУ
