Чому кульковий гвинт вібрує на високій швидкості на верстатах з ЧПУ?

вступ

Високошвидкісна вібрація кулькового гвинта є поширеною проблемою верстатів з ЧПК. У деяких ситуаціях вібрація лише збільшує робочий шум. У більш серйозних випадках це впливає на точність обробки, скорочує термін служби підшипників, пошкоджує опорні вузли та навіть викликає сигналізацію сервоприводу.

Багато користувачів припускають, що вібрація походить безпосередньо від самого кулькового гвинта. Однак вібрація, як правило, є результатом взаємодії кількох факторів, зокрема швидкості обертання, жорсткості, якості монтажу, попереднього навантаження, змащення та конструкції машини.

Щоб зрозуміти, чому кульковий гвинт вібрує на високій швидкості, ми повинні спочатку зрозуміти найважливіше механічне обмеження в системі обертового гвинта: критичну швидкість.

1. Критична швидкість

Кожен обертовий вал має свою власну частоту. Коли швидкість обертання наближається до цієї частоти, виникає резонанс і вал починає сильно вібрувати.

Це явище називається критичною швидкістю.

У кульково-гвинтових системах чим довший вал гвинта, тим легше він досягає критичної швидкості під час високо-швидкісної роботи.

Типові симптоми включають:

Помітне тремтіння гвинта
Посилення вібрації при вищих обертах
Гучний робочий шум
Знижена стабільність позиціонування

Метод підтримки безпосередньо впливає на критичну швидкість.

Метод підтримки	Відносна критична швидкість
Виправлено-Безкоштовно	Найнижчий
Виправлено-Підтримується	Середній
Виправлено-Виправлено	Найвищий

Навіть коли гвинт працює нижче теоретичної критичної швидкості, вібрація все одно може виникати, якщо точність встановлення низька.

2. Установка Вирівнювання

Погане вирівнювання монтажу є ще одним основним джерелом вібрації.

Якщо вал двигуна, муфта, опорний блок і кульковий гвинт неправильно вирівняні, обертова система відчуває постійну радіальну силу під час роботи.

На низькій швидкості проблема може бути неочевидною. Однак на високій швидкості навіть невеликі помилки вирівнювання посилюються.

Поширені проблеми встановлення включають:

Невідповідні опорні блоки
Нерівні монтажні поверхні
Гнуті верстатні конструкції
Неправильний монтаж муфти
Над-затягнуті опорні підшипники

Ці проблеми створюють циклічну силу під час обертання, яка з часом перетворюється на вібрацію.

Однак однієї лише точності монтажу недостатньо. Також важливу роль відіграє жорсткість самого кулькового гвинта.

3. Жорсткість кулькової гвинтової передачі

Жорсткість кулькового гвинта в основному залежить від діаметра валу та довжини без підтримки.

Гвинт невеликого-діаметра легше згинається під навантаженням і прискоренням.

Наприклад:

Кульковий гвинт 1204 підходить для невеликих машин
ШВП 2505 або 3210 має набагато більшу жорсткість

Коли жорсткість недостатня, прогин валу стає більшим під час руху на високій-швидкості, посилюючи вібрацію.

До цієї проблеми особливо чутливі-верстати з ЧПК із великим ходом.

Крім самого гвинтового вала, інший важливий компонент також може передавати вібрацію безпосередньо в систему трансмісії: муфта.

4. Проблеми зчеплення

Муфта з'єднує серводвигун і кульковий гвинт.

Якщо зчеплення поганої якості або встановлено неправильно, вібрація може поширюватися по всій системі приводу.

Типові проблеми з’єднання включають:

Ексцентричне обертання
Погане балансування
Надмірний люфт
Низька жорсткість на кручення

Дешеві гнучкі муфти іноді тимчасово компенсують помилки вирівнювання, але вони можуть знизити стабільність на високій швидкості.

Навіть із належними компонентами трансмісії надмірний внутрішній опір може спричинити нестабільну роботу.

5. Попереднє навантаження та змащення

Попереднє натяг використовується для зменшення люфту та підвищення точності позиціонування.

Однак надмірне попереднє натяг збільшує тертя всередині кульково-гвинтової системи.

На високій швидкості надмірне тертя може спричинити:

Вироблення тепла
Підвищене моторне навантаження
Знижена плавність руху
Вібрація при розгоні

Змащення також сильно впливає на плавність циркуляції м'яча.

Погане змащення збільшує опір коченню та спричиняє нестабільну роботу.

Забруднене мастило може ще більше погіршити вібрацію та шум.

У цей момент багато користувачів замінюють сам кульковий гвинт. Проте фактичне джерело вібрації може походити від конструкції машини.

6. Будова машини

Жорсткість машини впливає на всю вібраційну поведінку системи ЧПК.

Слабкі рами машини можуть посилювати вібрацію, що виникає під час нормального руху трансмісії.

Ця проблема поширена в:

Верстати з ЧПУ своїми руками
Легкі алюмінієві конструкції
Довгі станини машини без підтримки
Тонкі монтажні пластини

У багатьох випадках кульковий гвинт не є джерелом вібрації. Він лише передає вібрацію, що виникає деінде в машині.

Оскільки вібрація зазвичай виникає внаслідок кількох факторів разом, вирішення проблеми вимагає повної анти{0}}стратегії вібрації.

7. Анти-вібраційні рішення

Кілька практичних методів можуть зменшити-вібрацію кулькового гвинта на високій швидкості.

Рішення	Ефект
Збільште діаметр гвинта	Покращує жорсткість
Використовуйте фіксовану-фіксовану підтримку	Підвищує критичну швидкість
Підвищення точності встановлення	Зменшує радіальну силу
Підвищення якості зчеплення	Покращує стабільність обертання
Оптимізуйте попереднє завантаження	Зменшує внутрішнє тертя
Поліпшити змащення	Згладжує циркуляцію м'яча
Зміцнення рами машини	Зменшує структурну вібрацію

8. Вибір правильного кулькового гвинта

Вибираючи кульковий гвинт для високошвидкісних програм із ЧПК, користувачі повинні враховувати всю систему руху, а не лише хід і діаметр.

До важливих факторів належать:

Жорсткість валу
Метод підтримки
Швидкість обертання
Сервоприскорення
Жорсткість конструкції машини
Вимоги до попереднього навантаження
Стан мастила

Правильно підібрана кулькова гвинтова система забезпечує більш плавний рух, кращу точність і довший термін служби.

Висновок

Вібрація кулькового гвинта на високій швидкості зазвичай є проблемою-системного рівня, а не дефектом окремого компонента.

Критична швидкість є відправною точкою, але центрування установки, жорсткість, попереднє натяг, змащення, якість зчеплення та конструкція машини впливають на поведінку вібрації.

Замість простого зниження швидкості виробники ЧПК повинні оптимізувати всю систему передачі.

За умови правильного проектування та складання високошвидкісні кулькові гвинтові системи можуть досягати стабільного, плавного та точного руху для-тривалої роботи.

Список літератури

Механічна конструкція машинних елементів і машин: перспектива-попередження відмов Джека А. Коллінза, Генрі Р. Басбі та Джорджа Х. Стаба
Теорія машин і механізмів Джона Дж. Юкера молодшого, Гордона Р. Пеннока та Джозефа Е. Шиглі

Замовте індивідуальне кулькове гвинтове рішення

Потрібні стабільні високошвидкісні-швидкісні кулькові гвинти?

DLY забезпечує точністькулькові гвинтидля верстатів з ЧПК, засобів автоматизації та промислових систем руху.

Ми підтримуємо: