Защо сачмен винт вибрира при висока скорост на CNC машини?

Въведение

Високо{0}}вибрацията на сферичния винт е често срещан проблем при машините с ЦПУ. В някои ситуации вибрациите само увеличават работния шум. В по-сериозни случаи това засяга точността на обработката, съкращава живота на лагерите, поврежда опорните елементи и дори предизвиква серво аларми.

Много потребители приемат, че вибрациите идват директно от самия сферичен винт. Вибрацията обаче обикновено е резултат от множество фактори, работещи заедно, включително скорост на въртене, твърдост, качество на монтажа, предварително натоварване, смазване и структура на машината.

За да разберем защо сачмен винт вибрира с висока скорост, първо трябва да разберем най-важното механично ограничение в система с въртящ се винт: критичната скорост.

1. Критична скорост

Всеки въртящ се вал има своя собствена честота. Когато скоростта на въртене се доближи до тази честота, възниква резонанс и валът започва да вибрира значително.

Това явление се нарича критична скорост.

В сферично-винтовите системи колкото по-дълъг е валът на винта, толкова по-лесно той достига критична скорост по време на високо-скоростна работа.

Типичните симптоми включват:

Видимо разклащане на винта
Увеличаване на вибрациите при по-високи обороти
Силен работен шум
Намалена стабилност на позициониране

Методът на поддръжка пряко влияе върху критичната скорост.

Поддържащ метод	Относителна критична скорост
Фиксиран-Безплатен	Най-ниска
Фиксиран-Поддържан	Среден
Поправено-Поправено	Най-високо

Дори когато винтът работи под теоретичната критична скорост, все още може да се появи вибрация, ако точността на монтажа е лоша.

2. Подравняване на инсталацията

Лошото подравняване на монтажа е друг основен източник на вибрации.

Ако валът на двигателя, съединителят, опорният блок и сферичният винт не са подравнени правилно, въртящата се система изпитва непрекъсната радиална сила по време на работа.

При ниска скорост проблемът може да не е очевиден. Въпреки това, при висока скорост, дори малките грешки в подравняването се засилват.

Често срещаните проблеми при инсталиране включват:

Неправилно подравнени опорни блокове
Неравни монтажни повърхности
Огънати машинни конструкции
Неправилен монтаж на съединителя
Пре-затегнати опорни лагери

Тези проблеми създават циклична сила по време на въртене, която в крайна сметка се развива във вибрация.

Въпреки това, само точността на монтажа не е достатъчна. Твърдината на самия сферичен винт също играе важна роля.

3. Твърдост на сферичния винт

Твърдостта на сферичния винт зависи главно от диаметъра на вала и неподдържаната дължина.

Винт с малък-диаметър се огъва по-лесно при натоварване и ускорение.

Например:

Сферичен винт 1204 е подходящ за малки машини
2505 или 3210 сачмен винт има много по-висока твърдост

Когато твърдостта е недостатъчна, деформацията на вала става по-голяма по време на високо-скоростно движение, което прави вибрациите по-тежки.

CNC машините с дълъг-ход са особено чувствителни към този проблем.

Освен самия винтов вал, друг важен компонент също може да пренася вибрации директно в трансмисионната система: съединителят.

4. Проблеми със свързването

Съединителят свързва серво мотора и сферичния винт.

Ако качеството на съединителя е лошо или е инсталирано неправилно, вибрациите могат да се разпространят през цялата задвижваща система.

Типичните проблеми със свързването включват:

Ексцентрично въртене
Лошо балансиране
Прекомерна реакция
Ниска устойчивост на усукване

Евтините гъвкави съединители понякога временно компенсират грешките при подравняване, но те могат да намалят стабилността при висока скорост.

Дори при правилни трансмисионни компоненти, прекомерното вътрешно съпротивление все още може да причини нестабилна работа.

5. Предварително натоварване и смазване

Предварителното натоварване се използва за намаляване на обратната реакция и подобряване на точността на позициониране.

Прекомерното предварително натоварване обаче увеличава триенето вътре в сачмено-винтовата система.

При висока скорост прекомерното триене може да причини:

Генериране на топлина
Повишено натоварване на двигателя
Намалена плавност на движението
Вибрации по време на ускорение

Смазването също силно влияе върху плавността на циркулацията на топката.

Лошото смазване увеличава съпротивлението при търкаляне и причинява нестабилна работа.

Замърсената грес може допълнително да влоши вибрациите и шума.

В този момент много потребители сменят самия сферичен винт. Въпреки това, действителният източник на вибрации може да идва от структурата на машината.

6. Структура на машината

Твърдостта на машината влияе върху цялото вибрационно поведение на CNC системата.

Слабите рамки на машината могат да усилят вибрациите, генерирани от нормалното движение на трансмисията.

Този проблем е често срещан в:

Направи си сам CNC машини
Леки алуминиеви конструкции
Дълги неподдържани машинни легла
Тънки монтажни планки

В много случаи сферичният винт не е първоначалният източник на вибрации. Той предава само вибрации, генерирани другаде в машината.

Тъй като вибрациите обикновено се развиват от множество фактори заедно, решаването на проблема изисква цялостна анти{0}}стратегия за вибрации.

7. Решения против-вибрации

Няколко практически метода могат да намалят-вибрацията на сачмено-винтовия винт при висока скорост.

Решение	Ефект
Увеличете диаметъра на винта	Подобрява твърдостта
Използвайте фиксирана-фиксирана поддръжка	Повишава критичната скорост
Подобрете точността на монтажа	Намалява радиалната сила
Подобрете качеството на свързване	Подобрява стабилността на въртене
Оптимизиране на предварително зареждане	Намалява вътрешното триене
Подобрете смазването	Изглажда циркулацията на топката
Укрепете рамката на машината	Намалява структурните вибрации

8. Избор на правилния сферичен винт

Когато избират сачмен винт за високо{0}}скоростни CNC приложения, потребителите трябва да имат предвид цялата система за движение, а не само хода и диаметъра.

Важните фактори включват:

Твърдост на вала
Поддържащ метод
Скорост на въртене
Серво ускорение
Твърдостта на конструкцията на машината
Изисквания за предварително зареждане
Състояние на смазване

Правилно подбрана сферично-винтова система осигурява по-плавно движение, по-добра точност и по-дълъг експлоатационен живот.

Заключение

Вибрацията на сферичния винт при висока скорост обикновено е проблем-на ниво система, а не дефект на един компонент.

Критичната скорост е началната точка, но подравняването на инсталацията, твърдостта, предварителното натоварване, смазването, качеството на съединителя и структурата на машината влияят върху поведението на вибрациите.

Вместо просто да намаляват скоростта, производителите на ЦПУ трябва да оптимизират цялата предавателна система.

С подходящ дизайн и сглобяване, високо{0}}скоростните сферично-винтови системи могат да постигнат стабилно, плавно и точно движение за дългосрочна-работа.

Референции

Механично проектиране на машинни елементи и машини: перспектива-за предотвратяване на неизправности от Джак А. Колинс, Хенри Р. Бъзби и Джордж Х. Стааб
Теория на машините и механизмите от John J. Uicker Jr., Gordon R. Pennock и Joseph E. Shigley

Поискайте персонализирано решение за сферичен винт

Нуждаете се от стабилни високо{0}}скоростни сферично-винтови шайби?

DLY осигурява прецизностсферични винтовеза CNC машини, оборудване за автоматизация и индустриални системи за движение.

Ние подкрепяме: