Prečo guľôčková skrutka vibruje vysokou rýchlosťou na CNC strojoch?

Úvod

Vibrácie vysokorýchlostných guľôčkových skrutiek sú bežným problémom CNC strojov. V niektorých situáciách vibrácie iba zvyšujú prevádzkový hluk. Vo vážnejších prípadoch ovplyvňuje presnosť obrábania, skracuje životnosť ložísk, poškodzuje podporné jednotky a dokonca spôsobuje servo alarmy.

Mnoho používateľov predpokladá, že vibrácie pochádzajú priamo zo samotnej guľôčkovej skrutky. Vibrácie sú však zvyčajne výsledkom viacerých faktorov, ktoré spolupracujú, vrátane rýchlosti otáčania, tuhosti, kvality inštalácie, predpätia, mazania a konštrukcie stroja.

Aby sme pochopili, prečo guľôčková skrutka vibruje vysokou rýchlosťou, mali by sme najprv pochopiť najdôležitejšie mechanické obmedzenie v systéme rotujúcej skrutky: kritickú rýchlosť.

1. Kritická rýchlosť

Každý rotujúci hriadeľ má svoju vlastnú vlastnú frekvenciu. Keď sa rýchlosť otáčania priblíži k tejto frekvencii, dôjde k rezonancii a hriadeľ začne výrazne vibrovať.

Tento jav sa nazýva kritická rýchlosť.

V systémoch s guľôčkovou skrutkou platí, že čím dlhší je hriadeľ skrutky, tým ľahšie dosiahne kritickú rýchlosť pri vysokej{0}}rýchlosti.

Typické príznaky zahŕňajú:

Viditeľné trasenie skrutky
Zvýšenie vibrácií pri vyšších otáčkach
Silný prevádzkový hluk
Znížená stabilita polohy

Spôsob podpory priamo ovplyvňuje kritickú rýchlosť.

Metóda podpory	Relatívna kritická rýchlosť
Pevné-Zadarmo	Najnižšia
Opravené-Podporované	Stredná
Opravené-Opravené	Najvyššie

Aj keď skrutka pracuje pod teoretickou kritickou rýchlosťou, môžu sa stále objaviť vibrácie, ak je presnosť inštalácie nízka.

2. Zarovnanie inštalácie

Zlé zarovnanie inštalácie je ďalším hlavným zdrojom vibrácií.

Ak hriadeľ motora, spojka, podporná jednotka a guľôčková skrutka nie sú správne zarovnané, rotačný systém bude počas prevádzky vystavený nepretržitej radiálnej sile.

Pri nízkej rýchlosti nemusí byť problém zjavný. Pri vysokej rýchlosti sa však zosilnia aj malé chyby zarovnania.

Bežné problémy s inštaláciou zahŕňajú:

Nesprávne zarovnané podporné bloky
Nerovné montážne plochy
Ohnuté konštrukcie strojov
Nesprávna inštalácia spojky
Príliš{0}}utiahnuté podporné ložiská

Tieto problémy vytvárajú cyklickú silu počas rotácie, ktorá sa nakoniec rozvinie do vibrácií.

Samotná presnosť inštalácie však nestačí. Dôležitú úlohu zohráva aj samotná tuhosť guľôčkovej skrutky.

3. Tuhosť guľôčkovej skrutky

Tuhosť guľôčkovej skrutky závisí hlavne od priemeru hriadeľa a nepodporovanej dĺžky.

Skrutka malého{0}}priemeru sa ľahšie ohýba pri zaťažení a zrýchlení.

Napríklad:

Guličková skrutka 1204 je vhodná pre malé stroje
Guličková skrutka 2505 alebo 3210 má oveľa vyššiu tuhosť

Keď je tuhosť nedostatočná, vychýlenie hriadeľa sa zväčší pri pohybe vysokou{0}}rýchlosťou, čím sú vibrácie silnejšie.

CNC stroje s dlhým{0}}jazdom sú na tento problém obzvlášť citlivé.

Okrem samotného hriadeľa skrutky môže vibrácie prenášať priamo do prevodového systému aj ďalší dôležitý komponent: spojka.

4. Problémy s párovaním

Spojka spája servomotor a guľôčkovú skrutku.

Ak je kvalita spojky nízka alebo je nesprávne nainštalovaná, môžu sa vibrácie šíriť celým systémom pohonu.

Typické problémy so spojkou zahŕňajú:

Excentrické otáčanie
Slabé vyváženie
Nadmerná vôľa
Nízka torzná tuhosť

Lacné flexibilné spojky niekedy dočasne kompenzujú chyby zoradenia, ale môžu znížiť stabilitu pri vysokej rýchlosti.

Aj pri správnych komponentoch prevodovky môže nadmerný vnútorný odpor spôsobiť nestabilnú prevádzku.

5. Predpätie a mazanie

Predpätie sa používa na zníženie vôle a zlepšenie presnosti polohovania.

Nadmerné predpätie však zvyšuje trenie vo vnútri systému guľôčkových skrutiek.

Pri vysokej rýchlosti môže nadmerné trenie spôsobiť:

Tvorba tepla
Zvýšené zaťaženie motora
Znížená plynulosť pohybu
Vibrácie pri akcelerácii

Mazanie tiež výrazne ovplyvňuje hladkosť obehu lopty.

Zlé mazanie zvyšuje valivý odpor a spôsobuje nestabilnú prevádzku.

Znečistené mazivo môže ešte viac zhoršiť vibrácie a hluk.

V tomto bode mnohí používatelia vymieňajú samotnú guľôčkovú skrutku. Skutočný zdroj vibrácií však môže pochádzať z konštrukcie stroja.

6. Štruktúra stroja

Tuhosť stroja ovplyvňuje celé vibračné správanie CNC systému.

Slabé rámy strojov môžu zosilniť vibrácie generované normálnym pohybom prevodovky.

Tento problém je bežný v:

DIY CNC stroje
Ľahké hliníkové konštrukcie
Dlhé nepodopreté lôžka strojov
Tenké montážne dosky

V mnohých prípadoch nie je guľôčková skrutka pôvodným zdrojom vibrácií. Prenáša iba vibrácie generované inde v stroji.

Keďže vibrácie sa zvyčajne vyvíjajú z viacerých faktorov súčasne, vyriešenie problému si vyžaduje úplnú antivibračnú stratégiu.

7. Antivibračné riešenia-

Vibrácie vysokorýchlostnej guľôčkovej skrutky môžu znížiť-niekoľko praktických metód.

Riešenie	Effect
Zvýšte priemer skrutky	Zlepšuje tuhosť
Použite pevnú-pevnú podporu	Zvyšuje kritickú rýchlosť
Zlepšite presnosť inštalácie	Znižuje radiálnu silu
Vylepšite kvalitu spojky	Zlepšuje rotačnú stabilitu
Optimalizujte predpätie	Znižuje vnútorné trenie
Zlepšite mazanie	Vyhladzuje obeh lopty
Posilnite rám stroja	Znižuje štrukturálne vibrácie

8. Výber správnej guľôčkovej skrutky

Pri výbere guľôčkovej skrutky pre vysokorýchlostné{0}}CNC aplikácie by používatelia mali zvážiť celý pohybový systém a nie iba stúpanie a priemer.

Medzi dôležité faktory patria:

Tuhosť hriadeľa
Metóda podpory
Rýchlosť otáčania
Servo zrýchlenie
Tuhosť konštrukcie stroja
Požiadavky na predpätie
Stav mazania

Správne prispôsobený systém guľôčkových skrutiek poskytuje plynulejší pohyb, lepšiu presnosť a dlhšiu životnosť.

Záver

Vibrácie guľôčkovej skrutky pri vysokej rýchlosti sú zvyčajne problémom{0}}na úrovni systému a nie chybou jedného komponentu.

Počiatočným bodom je kritická rýchlosť, ale zarovnanie inštalácie, tuhosť, predpätie, mazanie, kvalita spojky a štruktúra stroja ovplyvňujú správanie vibrácií.

Namiesto jednoduchého znižovania rýchlosti by výrobcovia CNC mali optimalizovať celý prevodový systém.

Vďaka správnej konštrukcii a montáži môžu vysokorýchlostné systémy s guľôčkovými skrutkami dosiahnuť stabilný, plynulý a presný pohyb pre-dlhodobú prevádzku.

Referencie

Mechanický dizajn prvkov a strojov: zlyhanie-Pohľad na prevenciu od Jacka A. Collinsa, Henryho R. Busbyho a Georgea H. Staaba
Teória strojov a mechanizmov od Johna J. Uickera Jr., Gordona R. Pennocka a Josepha E. Shigleyho

Požiadajte o vlastné riešenie guľovej skrutky

Potrebujete stabilné riešenia vysokorýchlostných guľôčkových skrutiek-?

DLY poskytuje presnosťguľôčkové skrutkypre CNC stroje, automatizačné zariadenia a priemyselné pohybové systémy.

Podporujeme: