Glisier liniar cu șurub cu bile pentru mașini-unelte CNC: cum diferă cerințele axelor X, Y și Z

Când constructorii de mașini CNC achiziționează șuruburi cu bile și ghidaje liniare pentru o mașină nouă, abordarea implicită este să aplice aceleași specificații pe toate axele - același diametru, același cablu, același tip de piuliță. Simplifică achizițiile, reduce numărul de numere de piese de gestionat și se simte conservator.

În practică, este adesea o abordare greșită.

Axele X, Y și Z ale unei mașini CNC funcționează în condiții fundamental diferite. Axa X acoperă cea mai lungă cursă la cea mai mare viteză. Axa Y suportă greutatea combinată a ansamblului arborelui și se mișcă sub sarcini transversale continue-de tăiere. Axa Z lucrează vertical împotriva gravitației, trebuie să mențină poziția atunci când este întreruptă puterea și necesită un șurub mai scurt și mai rigid decât axele orizontale. Folosirea aceleiași specificații pentru șurub cu bile pentru toate cele trei înseamnă fie peste-specificarea a două axe pentru a-l proteja pe a treia, fie sub-specificarea celei mai exigente axe pentru a economisi costuri pentru celelalte.

Acest articol acoperă ce necesită de fapt fiecare axă de la un glisier liniar cu șurub cu bile, cum să se potrivească seria șuruburilor și să conducă la fiecare set de condiții și unde constructorii de mașini OEM greșesc cel mai adesea specificațiile.

De ce fiecare axă CNC are cerințe diferite pentru șuruburi cu bile

Un glisier liniar cu șurub cu bile nu este doar un mecanism de antrenare. Este una dintre componentele cheie care afectează cât de precis se poziționează axa, cât de repede se poate mișca, cât de multă forță poate genera și cât durează sub ciclul de funcționare al mașinii. Fiecare dintre acești parametri este setat de geometria axei și de condițiile de încărcare -, nu de o singură specificație universală.

Trei factori variază semnificativ între axele CNC și conduc direct specificația șurubului cu bile:

Axa X: cursă lungă, viteză mare, eficiență maximă de deplasare

Pe majoritatea routerelor CNC, mașinilor tip portal și centrelor de prelucrare, axa X este axa transversală principală - cea responsabilă pentru acoperirea întregii lățimi de lucru a mașinii în mișcări rapide între tăieturi. De obicei, are cea mai lungă cursă, rulează la cea mai mare viteză și funcționează la sarcini relativ ușoare în timpul mișcărilor rapide.

Ce solicită axa X de la un șurub liniar cu bile

Viteza mai întâi.Viteza de deplasare rapidă a axei X determină avansul minim. Pentru un servomotor care funcționează la 3.000 RPM, plumbul necesar pentru a atinge 30 m/min, sau 500 mm/s, este: 500 mm/s × 60 ÷ 3.000 RPM=10mm. Pentru a atinge 60 m/min pe același motor, este nevoie de un cablu de 20 mm. Majoritatea axelor X ale routerului CNC rulează cabluri între 10 mm și 20 mm, în funcție de dimensiunea mașinii și cerința de viteză. Când cerința de viteză depășește ceea ce poate furniza un SFU de 20 mm la turația maximă a motorului, seria mare de-pluvi - SFE cu cabluri de 25 mm, 32 mm, 40 mm și peste - este pasul corect.

Diametrul arborelui pentru viteza critică.Pe o cursă de 2.000 mm pe axa X, lungimea nesusținută a arborelui șurub poate atinge 2.200–2.400 mm între rulmenții de susținere. La această lungime, un arbore cu diametrul de 20 mm poate deveni limitat de viteza critică cu mult înainte de a atinge turația de trecere rapidă necesară, în funcție de configurația suportului, factorul de siguranță și structura șurubului. În multe axe CNC cu cursă lungă-, șuruburile cu diametrul de 32 mm sau 40 mm sunt selectate în primul rând pentru a menține viteza critică peste intervalul de operare - nu pentru că sarcina o impune.

Rolled C7 este de obicei gradul de precizie corect.Pentru frezele pentru prelucrarea lemnului și mașinile de fabricație generală, șuruburile cu bile C7 laminate sunt adesea suficiente atunci când precizia de poziționare necesară este moderată. Precizia finală a mașinii depinde, de asemenea, de montare, joc, dilatarea termică, rigiditatea ghidajului și compensarea controlului - gradul șurubului este un factor dintre mai mulți.

Axa Y: cursă medie, încărcare combinată, rigiditate structurală

În multe routere CNC și mașini tip portal-, axa Y poartă motorul axului, ansamblul axei Z- și, adesea, traversa sau șaua portalului. Se deplasează perpendicular pe axa X, de obicei cu o viteză mai mică decât X, dar sub sarcină semnificativ mai mare -, deoarece masa a tot ceea ce este montat pe căruciorul Y se adaugă la forța axială necesară în timpul accelerației și decelerației.

Ce solicită axa Y de la un șurub liniar cu bile

Cerință de tracțiune mai mare decât X.Dacă ansamblul axei Z-și axul cântăresc împreună 80 kg și mașina accelerează cu 0,3 g, axa Y trebuie să genereze 80 × 9,8 × 0.3=235N de forță doar pentru accelerare - înainte de a adăuga orice forță de tăiere. Șurubul cu bile trebuie să fie dimensionat pentru sarcina axială echivalentă, inclusiv forța de accelerație și componentele forței de tăiere în direcția șurubului, cu o marjă de siguranță adecvată de Ca.

Gestionarea încărcării momentelor.Când axul taie într-un punct decalat față de linia centrală a axei Y, forța de reacție creează o sarcină de moment asupra căruciorului Y. Acest moment este purtat de ghidajele liniare, nu de șurubul cu bile. Încărcările momentelor de la forțele de tăiere compensate trebuie calculate separat pentru ghidajele liniare și blocurile de cărucior - specificațiile ghidajului, inclusiv lățimea șinei, numărul de blocuri și clasa de preîncărcare, trebuie să fie potrivite cu momentul maxim pe care geometria axei Y îl poate genera. Sub-specificarea ghidajelor axei-Y în timp ce specificați corect șurubul cu bile este o eroare comună de proiectare care produce uzură prematură a ghidajului și pierderi de precizie.

Plumb mediu pentru viteză și tracțiune echilibrate.Axa Y nu are nevoie de avansul mare al axei X, deoarece acoperă o cursă mai scurtă la o viteză rapidă mai mică. Un cablu de 10 mm oferă un echilibru rezonabil între viteză și forță pentru majoritatea axelor Y ale routerelor CNC și ale centrului de prelucrare. La mașinile grele-care mișcă greutăți ale șai peste 200 kg, poate fi necesar un cablu de 5 mm cu un șurub cu diametru mai mare pentru a asigura o tracțiune adecvată la cuplul nominal al motorului.

Axa Z: cursă scurtă, sarcină verticală, spate-risc de conducere

Axa Z este cea mai distinctă mecanic dintre cele trei. Se mișcă pe verticală, poartă o sarcină constantă în jos, greutatea axului, în orice moment, funcționează pe o cursă scurtă și trebuie să mențină poziția în mod fiabil atunci când servo-acționarea este dezactivată-. Aceste cerințe indică o specificație a șurubului cu bile care este opusă axei X în aproape toate privințele.

Ce solicită axa Z de la un șurub liniar cu bile

Avantaj mic pentru tendința de antrenare-inferioară a spatelui și forță mai mare.Un avans mai mic oferă motorului un avantaj mecanic mai mare și reduce tendința axei Z de a deplasa înapoi-sub greutatea axului. Cu toate acestea, un șurub cu bile nu trebuie tratat ca un mecanism de auto-blocare - șuruburile cu bile au o eficiență mecanică ridicată, ceea ce înseamnă că sunt mai susceptibile la antrenare înapoi- decât șuruburile tradiționale. Dacă o anumită axă Z se va antrena înapoi-depinde de avans, sarcină, eficiență a șurubului, starea de lubrifiere și dacă servomotor își menține cuplul de menținere atunci când staționează.

Un cablu de 5 mm este standard pentru axele CNC Z. Oferă suficientă forță de la cuplul nominal al motorului și menține valoarea Dm·N în domeniul de funcționare la vitezele implicate. Dar plumbul singur nu garantează că axul nu va coborî atunci când este întreruptă curentul.

Frâna de motor sau contrabalansarea este adesea necesară.Pentru axele CNC verticale, ar trebui luată în considerare o frână de motor sau o contrabalansare ori de câte ori o coborâre necontrolată poate crea un risc pentru siguranță, scule sau piesa de prelucrat. Ca referință practică, ansamblurile de arbore pe axa Z-în jur de 15–20 kg sau mai mult ar trebui verificate în mod normal pentru cerințele de frână sau de contrabalansare -, dar pragul real depinde de plumb, eficiența șurubului, frecare și comportamentul de antrenare și ar trebui evaluat pentru fiecare proiect, mai degrabă decât aplicat ca o regulă fixă.

Arborele scurt înseamnă rigiditate, nu viteză critică.Arborele șurubului axei AZ- are de obicei 300–600 mm lungime. La această lungime, viteza critică nu este, de obicei, factorul limitator, chiar și la diametre mici. Selectarea diametrului este determinată de capacitatea de încărcare, Ca și deformarea arborelui sub greutatea axului. Un arbore cu diametrul de 16 mm sau 20 mm acoperă majoritatea axelor Z ale routerelor CNC; centrele de prelucrare cu axuri mai grele pot avea nevoie de 25 mm.

Piuliță dublă pentru prelucrare de precizie.La centrele de prelucrare CNC unde axa Z controlează adâncimea de tăiere, jocul din axa Z afectează direct finisarea suprafeței și acuratețea dimensională. Un design cu piuliță dublă-DFU ajută la minimizarea jocului axial și la îmbunătățirea rigidității. Pe routerele CNC unde toleranța la adâncime este de ±0,1 mm, este suficientă o axă Z standard SFU cu o singură piuliță.

Ghid liniar compact pentru constrângeri de spațiu.Axa Z are de obicei cel mai restrâns spațiu de instalare. Un ghidaj liniar îngust, cum ar fi HDR15 sau HDR20 din seria HD a DLY, cu două blocuri este tipic. Ghidajul trebuie dimensionat pentru a suporta greutatea combinată a arborelui plus cărucior plus orice unealtă din ax, cu o marjă de încărcare dinamică adecvată.

Greșeli frecvente de specificații pe axă

Rezumatul specificațiilor axelor X, Y, Z

Aprovizionare șuruburi cu bile și ghidaje liniare pentru axe CNC

Pentru constructorii de mașini CNC OEM care aprovizionează componente în volum, considerația practică după specificare este coerența între loturi. Un șurub care îndeplinește precizia Ca și plumb la prima comandă trebuie să îndeplinească aceleași specificații la a zecea comandă. Variația între loturile - în diametrul bilei, preîncărcare sau eroarea de plumb - produce mașini care funcționează diferit, în ciuda utilizării acelorași numere de piese, ceea ce creează probleme de control al calității și post-vânzare.

DLY produceSFU o singură-piulițăşiDFU dublu-piulițășuruburi cu bile în diametre de la 12mm la 80mm, cu fire de la 4mm la 20mm, în gradele de precizie C7 laminate și C5/C3 șlefuite. Pentru aplicațiile cu axa X cu viteză mare-care necesită cabluri de peste 20 mm,SFE mare-seria potențialăacoperă cabluri de 25 mm, 32 mm, 40 mm, 50 mm și 64 mm. Căile de ghidare liniare sunt disponibile în seria HD, HDR15 până la HDR65, pentru aplicații CNC generale, seria ED, EDR15 până la EDR30, pentru aplicații cu profil redus și-înaltă viteză și seria cu role RD, RDR15 până la RDR65, pentru cerințe de-sarcină grea, rigiditate{15} ridicată. Toate seriile sunt disponibile în grade standard și de înaltă precizie și acceptă comenzi de loturi cu confirmarea timpului de livrare în faza de solicitare.

Confirmați specificațiile axei CNC înainte de a comanda

Dacă specificați șuruburi cu bile și ghidaje liniare pentru un nou design de mașină CNC sau înlocuiți componente pe o mașină existentă, echipa de ingineri DLY vă poate revizui parametrii axei și vă poate confirma seria corectă de șuruburi, diametrul, plumbul și specificațiile de ghidare pentru fiecare axă.

Prețul lotului și timpul de livrare sunt confirmate în același timp cu specificațiile tehnice.