И сферично-винтовата система, и системата -и-зъбно колело могат да преобразуват въртенето на двигателя в линейно движение, но те не се държат по същия начин с увеличаването на дължината на движение, скоростта и силата на рязане. Сферичните винтове обикновено се избират за точно подаване, ниско триене и контролирана хлабина. Задвижванията с-зъбна рейка и-пиньон често се разглеждат за дълги оси на CNC рутер, където се изисква висока скорост на движение и въртящ се винт би станал труден за управление.
Нито една трансмисионна система не носи масата на машината сама. Линейните водачи поддържат движещия се товар и контролират посоката на движение, докато сферичният винт или задвижването на зъбна рейка-и-пиньон доставя тягата, която движи оста. Следователно изборът между двете изисква оценка на цялата ос, а не сравняване само на винта и стойката.
За много компактни и средни CNC машини, правилно избраният сферичен винт остава ефективно решение. За дълга портална ос, измерваща няколко метра, обаче, критичната скорост, винтовият камшик и опорното устройство могат да направят зъбната рейка и зъбното колело по-практични. Правилният избор зависи от хода, скоростта на бърз-ход, точността на рязане, подвижната маса, условията на монтаж и възможностите за поддръжка.
Как работят двете задвижващи системи с ЦПУ
В конвенционалната сферична винтова ос моторът върти винтовия вал чрез съединител или ремъчна трансмисия. Рециркулиращите топки се търкалят между каналите на винта и гайката, карайки гайката и прикрепената маса на машината да се движат линейно. Контактът при търкаляне осигурява висока механична ефективност и позволява на системата да предава значителна аксиална тяга с относително ниско триене.
В оста на зъбна рейка-и-зъбно колело зъбната рейка е фиксирана по протежение на рамата на машината, докато двигателят върти зъбно колело с зъбно колело, което зацепва със зъбите на зъбната рейка. Зъбното колело и моторът обикновено се движат с движещия се портал или каретка. Тъй като стелажът се поддържа непрекъснато по протежение на рамката, системата няма дълъг въртящ се вал, който може да се движи с естествената си честота.
Тази структурна разлика става все по-важна с удължаването на оста. Сферичният винт се поддържа главно чрез крайните си лагери и може да провисне или вибрира между тези опори. Рейка е монтирана по дължината й, но нейната точност зависи от качеството на зъбите, зацепването на предавката, подравняването на ставите, смазването и метода-за контрол на хлабината.
Сачмен винт срещу зъбна рейка и пиньон: Основни разлики
| Фактор на подбор | Сачмен винт | Рейка и пиньон |
|---|---|---|
| Типична сила | Точно движение на подаване, висока тяга и контролирана хлабина | Дълъг ход и висока линейна скорост без винтов камшик |
| Инсулт | Обикновено практичен за кратки и средни пътувания; дългото пътуване изисква внимателна проверка на скоростта | Много подходящ за дълги машинни оси, тъй като секциите на стелажите могат да бъдат съединени |
| Ограничение на скоростта | Засегнати от критичната скорост на винта, ограничението на скоростта на гайката и разположението на опората | Не е ограничен от критичната скорост на дълъг въртящ се винт |
| Луфт | Може да се намали чрез предварително натоварване или подходяща структура на гайка | Зависи от качеството на зъбите, зацепването на зъбното колело и механизма за предварително натоварване |
| Точност на позициониране | Предлага се в дефинирани степени на-точност | Зависи от точността на стъпката на рейката, ставите на рейката, качеството на предавката и контрола на обратната връзка |
| Замърсяване | Каналите и циркулацията на сачмите трябва да бъдат защитени от стружки и прах | Откритите зъби също изискват почистване и смазване, особено около абразивен прах |
| Поддръжка | Смазване, уплътнения, центровка, опорни лагери и състояние на гайката | Смазване на зъбите, зацепване на зъбни колела, рейка, регулиране на износването и хлабината |
| Типични приложения | CNC захранващи оси, Z оси, обработващи центри и прецизна автоматизация | Големи CNC рутери, плазмени машини и дълги портални системи |
Защо дължината на хода има значение за сачмен винт
Сферичният винт не може да бъде избран само от диаметър и ход. Тъй като неподдържаното разстояние между лагерите се увеличава, критичната скорост на въртене пада бързо. Близо до критичната скорост валът може да започне да бие, създавайки вибрации, шум, натоварване на лагера, нестабилно позициониране и възможна повреда на циркулационната система на гайката.
Често използвана предварителна метрична връзка е:
nкр = K × dr × 107 ÷ L2
където nкре очакваната критична скорост в rpm, drе диаметърът на основата на винта в милиметри, L е неподдържаната дължина между лагерните опори в милиметри, а K е краен-коефициент на опора.
Точният фактор и границата на безопасност трябва да се вземат от избрания метод за изчисление на производителя. Представителните предварителни фактори са приблизително 3,9 за фиксирани-безплатни, 12,1 за поддържани-поддържани, 18,7 за фиксирани-поддържани и 27,2 за фиксирани-фиксирани договорености. Тези фактори не трябва да се третират като заместител на окончателната проверка на производителя на сферичния винт.
Важната връзка е членът на квадратната дължина. Ако неподдържаната дължина се увеличи, докато диаметърът и разположението на опората останат непроменени, критичната скорост намалява пропорционално на 1/L². Увеличаването на разстоянието от 1 метър на 2 метра не просто намалява наполовина допустимата скорост; изчислената критична скорост пада до приблизително една-четвърт.
За повече подробности относно това ограничение вижтекак да се избегне критичната скорост на сферичния винт.
Пример за изчисление на дълго{0}}пътуване
Помислете за предварителна CNC ос, използваща сферичен винт със следните приети стойности:
- Диаметър на корена: 25 мм
- Олово: 10 mm/оборот
- Крайна поддръжка: фиксирано-поддържа се
- Коефициент на подкрепа, използван за предварително изчисление: 18.7
Пример A: 2000 mm Неподдържана дължина
nкр = 18.7 × 25 × 107 ÷ 2,000²
nкр≈ 1169 об./мин
Теоретична линейна скорост=1,169 × 10 ≈ 11,69 m/min
Машината обикновено не трябва да работи непрекъснато при изчислената критична скорост. Ако се използва предварителна граница на безопасност от 80%, скоростта на шнека става приблизително 935 rpm и съответната линейна скорост е около 9,35 m/min.
Пример B: 3000 mm Неподдържана дължина
nкр = 18.7 × 25 × 107 ÷ 3,000²
nкр≈ 519 об./мин
Теоретична линейна скорост=519 × 10 ≈ 5,19 m/min
При 80% от тази предварителна стойност, съответната линейна скорост е само около 4,15 m/min. Примерът показва защо винт, който е подходящ за ос от 2 - метра, може да не отговаря на необходимата скорост на бърз ход, след като неподдържаната дължина се увеличи до 3 метра.
Това не установява универсална разделителна линия от 2- метра или 3- метра. По-голям диаметър на корена, по-голяма преднина, фиксирана-фиксирана опора, дизайн с въртяща се гайка или стратегия за междинна опора може да промени резултата. Окончателният избор трябва също да провери стойността на DN, скоростта на гайката, аксиалното натоварване, изкълчването, въртящия момент на ускорението, термичното разширение и носещата способност.
Където сферичните винтове имат предимство
Сферичният винт често е по-добрият избор, когато CNC ос изисква контролирано подаване, висока тяга и стабилна точност на обръщане при къс или среден ход. Оводът на винта е произведен в съответствие с клас на точност, което позволява на дизайнерите на машини да свържат зададеното въртене с очакваното линейно движение.
Конструкциите с предварително натоварена сферична гайка могат да намалят аксиалния хлабина и да подобрят твърдостта, когато посоката на движение се обърне. Това е особено полезно при машинни оси, където хлабината може да повлияе на позицията на отвора, точността на контура и покритието на повърхността. Дизайнът на търкалящия-контакт също осигурява висока ефективност на предаване, така че моторът може да преобразува въртящия момент в аксиална сила с относително ниско триене.
Сферичните винтове често се използват на CNC Z оси, тъй като ходът обикновено е по-къс от хода на главния портал и оста изисква точен контрол на дълбочината. Вертикалната сферично-винтова ос все още трябва да включва подходяща моторна спирачка, противотежест или друга мярка за безопасност, тъй като сферично-винтовият винт не трябва да се приема като самозаключващ се-.
Сферичните винтове могат също да бъдат предпочитани за компактни оси X и Y, системи за -захранване на метал, пробивни машини, маси за прецизно позициониране и оборудване за автоматизация, където тягата и стабилността на позициониране са по-важни от изключително дългия ход.
Където зъбната рейка има предимство
Системите-и-пиньон стават привлекателни, когато машината има дълга ос и трябва да поддържа висока скорост на бърз{2}}ход. Стелажът е фиксиран непрекъснато към рамата на машината, така че увеличаването на дължината му не създава същия проблем с критичната-скорост на въртящия се{4}}вал, който се среща при конвенционалния сферичен винт.
Секциите на стелажа могат също да бъдат съединени, за да се създаде дълъг ход, без да се произвежда и транспортира един изключително дълъг въртящ се винт. Това е полезно за големи дървообработващи рутери, машини-за обработка на панели, плазмени маси и друго портално оборудване с ход, измерен в няколко метра.
Рейка и зъбно колело обаче не трябва автоматично да се описват като неточни. Правилно произведената и инсталирана прецизна стелажна система може да осигури добро позициониране. Неговият резултат зависи от точността на стъпката на зъбната рейка, качеството на зъбното колело, зацепването на зъбците, предварителното натоварване или разположението на-пиньона, хлабината на редуктора, подравняването на -зъбното колело и контрола на обратната връзка.
Обратно, ниско{0}}качествена или лошо монтирана стойка може да развие неравномерна хлабина и вариации в позиционирането по оста. Конструкторът на машината трябва да оцени цялостното задвижване, а не просто да приеме, че всяка стелажна система е подходяща за дълго и точно движение.
Точността, повторяемостта и обратната реакция не са едно и също
Точността описва доколко действителната позиция на оста съвпада с зададената позиция. Повторяемостта описва колко последователно оста се връща в същата позиция при едни и същи условия. Луфтът е загубеното движение, което може да се появи, когато задвижването обърне посоката.
Сферичният винт може да има добра водеща точност, но все пак да показва грешка при обръщане, ако гайката има хлабина, опорните лагери имат аксиална хлабина или съединителят е разхлабен. Системата -и-зъбно колело може да повтаря позиция последователно, но все пак да съдържа систематична грешка на наклона по време на целия ход.
Крайната точност на CNC също се влияе от:
- Подравняване на линейни водачи и точност-на монтажната повърхност
- Коравина на-рамката на машината
- Разделителна способност на двигателя и енкодера
- Луфт на скоростната кутия или съединителя
- Топлинно разширение
- Правоъгълност на портала
- Компенсация и настройка на контролера
- Деформация-сила на рязане
Поради тази причина смяната от зъбна рейка и зъбно колело към сферично-винтова връзка не може автоматично да коригира слаба рамка или лошо подравнен водач. Предавателната система е само една част от пълната верига за точност.
Натоварване и твърдост: какво всъщност носи всяко устройство
Линейните водачи трябва да поддържат тежестта на портала, шпиндела, шейната или масата. Гайката на сферичния винт е предназначена основно да носи аксиална тяга по оста на винта, а не непрекъснато радиално или преобръщащо натоварване. Несъответствието между винта, корпуса на гайката и линейните водачи може да доведе до странично натоварване и да съкрати експлоатационния живот.
Задвижването-и-зъбно колело също изисква отделна система за насочване. Зъбното колело подава сила през зъбите на релсата, докато водещите релси контролират позицията и ориентацията на подвижния портал. Неправилната височина на зъбната рейка или зацепването на зъбното колело може да създаде неравномерно натоварване на зъбците, но зъбната рейка не трябва да се използва като заместител на линейната направляваща система.
Когато оценявате капацитета на задвижването, потвърдете необходимата тяга от ускорение, съпротивление на рязане, триене, гравитация и външни сили. За сачмен винт натоварването на натиск трябва също да се провери спрямо изкълчването на колоната. Следователно диаметърът на шнека трябва да бъде избран, като се използват заедно товар, дължина и скорост, вместо да се избира по-голям диаметър само защото машината е тежка. Вижте ръководството за DLY накак да изберем правилния диаметър на сферичния винт.
Поддръжка и работна среда
CNC рутерите могат да генерират дървесен прах, композитни частици, алуминиеви чипове или абразивни остатъци. Сачмените винтови канали изискват ефективна защита, тъй като замърсяването може да навлезе в гайката, да прекъсне циркулацията на топката и да ускори износването на каналите. Може да са необходими маншони, капаци, уплътнения, чистачки и редовно смазване в зависимост от средата на машината.
Зъбците на релсата са по-изложени и може да са по-лесни за проверка, но не изискват поддръжка-. Прахът, смесен с грес, може да образува абразивна паста. Повърхностите на зъбите, зацепването на зъбното колело, рейковите съединения и механизмите за-регулиране на хлабината трябва да се проверяват периодично.
Следователно по-добрият избор се влияе от това как машината ще бъде защитена и поддържана. Теоретично точното устройство може да не успее да поддържа производителността си, ако се пренебрегне реалната работна среда.
Може ли един CNC рутер да използва и двете системи?
да Не е необходимо една машина да използва един и същ тип задвижване на всяка ос. Голям CNC рутер може да използва зъбна рейка и зъбно колело на своите дълги оси X и Y, докато използва сферичен винт на по-късата ос Z. Тази подредба комбинира високо-скоростно дълго движение с точен вертикален контрол на дълбочината.
Някои машини също използват различни спецификации на успоредни страни на портала. Когато два мотора задвижват един портал, контролерът трябва да поддържа двете страни синхронизирани, за да предотврати разклащане. Механичното подравняване, сензорите за самонасочване и процедурите за-подреждане на портала остават съществени, независимо от избраното задвижване.
Практически избор чрез CNC приложение
| Приложение | Вероятна отправна точка | Причина |
|---|---|---|
| Компактен настолен CNC | Сачмен винт | Къс ход, компактен монтаж и контролирано подаване |
| Средна CNC фрезова ос | Сачмен винт | Високата тяга, твърдостта и точността на обръщане са важни |
| Голям дървообработващ рутер | Оценете зъбна рейка и зъбно колело за дълги X/Y оси | Дългият ход и бързият ход може да надхвърлят практичния обхват на скоростта на винта- |
| Маса за плазмено рязане | Рейка и зъбно колело често се разглеждат | Дългият ход и високата скорост може да имат повече значение от високата тяга на подаване |
| Къса CNC Z ос | Сачмен винт със спирачка или предпазител | Прецизно движение в дълбочина и компактно задвижване с висока{0}}тяга |
| Три{0}}метров портал, изискващ висока скорост | Зъбна рейка и зъбно колело или специално разработено винтово устройство | Конвенционален въртящ се сачмен винт изисква внимателна критична{0}}проверка на скоростта |
Това са по-скоро отправни точки, отколкото фиксирани правила. Окончателното решение трябва да се вземе въз основа на изчислените изисквания за оста и проверените данни за компонентите.
Необходима информация преди избор на устройство
Преди да изберете сачмено-винтова система или система-з{1}}зъбно колело, подгответе следната информация:
- Общ ход на оста и разстояние между опорите
- Изисква се висока скорост и нормална скорост на{0}}подаване при рязане
- Максимално ускорение и забавяне
- Движеща се маса, сила на рязане и посока на монтаж
- Необходима точност на позициониране и повторяемост
- Приемлива обратна реакция или обратна грешка
- Номинална скорост на двигателя, пиков въртящ момент и спецификация на енкодер
- Очакван работен цикъл
- Прах, стружки, охлаждаща течност и работна температура
- Налично място за монтаж и достъп за поддръжка
Ако се обмисля сферичен винт, потвърдете също диаметъра на винта, диаметъра на основата, хода, степента на точност, разположението на опората, обработката на края, типа на гайката и необходимата дължина на релсата. DLY може да оцени стандартни и персонализиранисачмено-винтови възлиспоред тези условия.
Окончателна селекция
Сферичният винт обикновено е добър избор за къса или средна CNC ос, която изисква висока тяга, контролирана хлабина и точно движение на подаване. Рейка и зъбно колело стават привлекателни, когато оста е много дълга и трябва да постигне висока скорост на движение без критичното-ограничение на скоростта на дълъг въртящ се винт.
Решението не трябва да се основава на убеждението, че една система е универсално по-точна или по-трайна. Добре-проектираната-зъбна рейка-и-ос на зъбно колело може да надмине по-малкия дълъг сферичен винт, докато правилно поддържан и предварително натоварен сферичен винт може да осигури по-добър контрол на подаването от зле монтирана система от зъбни рейки.
За проектиране на CNC рутер, оценете всяка ос поотделно. Дългите оси X и Y може да оправдаят зъбна рейка и зъбно колело, докато по-късата ос Z все пак може да се възползва от сачмен винт. Ако е избран сферичен винт, проверете критичната скорост, натоварването на изкълчване, хода, въртящия момент на двигателя, опорните лагери, центровката и защитата на околната среда, преди да финализирате проекта.
Нуждаете се от помощ за проверка на CNC сферичен винт?
Изпратете DLY вашето движение на оста на CNC, движещ се товар, необходимата скорост, точност, посока на монтаж и спецификация на двигателя. Можем да ви помогнем да проверите диаметъра на сачмено-винтовия винт, хода, степента на точност, подреждането на опорите и изискванията за крайна-обработка.
Имейл: export@dlybearing.com
