Zakaj kroglični vijak vibrira pri visoki hitrosti na CNC strojih?

Uvod

Vibracije s krogličnim vijakom- pri visoki hitrosti so pogosta težava pri CNC-strojih. V nekaterih situacijah vibracije samo povečajo hrup delovanja. V resnejših primerih vpliva na natančnost obdelave, skrajša življenjsko dobo ležajev, poškoduje podporne enote in celo povzroči servo alarme.

Mnogi uporabniki domnevajo, da vibracije izvirajo neposredno iz samega krogličnega vretena. Vendar pa so vibracije običajno posledica več dejavnikov, ki delujejo skupaj, vključno z vrtilno hitrostjo, togostjo, kakovostjo namestitve, prednapetostjo, mazanjem in strukturo stroja.

Da bi razumeli, zakaj kroglični vijak vibrira pri visoki hitrosti, bi morali najprej razumeti najpomembnejšo mehansko omejitev v sistemu vrtljivega vijaka: kritično hitrost.

1. Kritična hitrost

Vsaka vrtljiva gred ima svojo lastno frekvenco. Ko se hitrost vrtenja približa tej frekvenci, nastopi resonanca in gred začne občutno vibrirati.

Ta pojav se imenuje kritična hitrost.

V sistemih s krogličnimi vijaki daljša ko je gred vijaka, lažje doseže kritično hitrost med-hitrostnim delovanjem.

Tipični simptomi vključujejo:

• Vidno tresenje vijaka
• Povečanje vibracij pri višjih obratih
• Glasen hrup delovanja
• Zmanjšana stabilnost položaja

Metoda podpore neposredno vpliva na kritično hitrost.

Tudi ko vijak deluje pod teoretično kritično hitrostjo, se lahko kljub temu pojavijo vibracije, če je natančnost namestitve slaba.

2. Poravnava namestitve

Slaba poravnava namestitve je še en pomemben vir vibracij.

Če gred motorja, sklopka, podporna enota in kroglični vijak niso pravilno poravnani, vrtljivi sistem med delovanjem doživlja stalno radialno silo.

Pri nizki hitrosti težava morda ni očitna. Vendar pa se pri visoki hitrosti celo majhne napake poravnave povečajo.

Pogoste težave pri namestitvi vključujejo:

• Nepravilno poravnani podporni bloki
• Neravne montažne površine
• Ukrivljene strojne konstrukcije
• Nepravilna namestitev sklopke
• Preveč{0}}zategnjeni podporni ležaji

Te težave ustvarjajo ciklično silo med vrtenjem, ki se sčasoma razvije v vibracije.

Vendar pa samo natančnost namestitve ni dovolj. Pomembno vlogo ima tudi sama togost krogličnega vretena.

3. Togost krogličnega vijaka

Trdnost krogličnih vijakov je v glavnem odvisna od premera gredi in nepodprte dolžine.

Vijak z majhnim-premerom se lažje upogne pod obremenitvijo in pospeškom.

Na primer:

• Kroglični vijak 1204 je primeren za majhne stroje
• Kroglični vijak 2505 ali 3210 ima veliko večjo togost

Ko je togost nezadostna, postane upogibanje gredi večje-med premikanjem z veliko hitrostjo, zaradi česar so vibracije hujše.

CNC-stroji z dolgim-hodom so še posebej občutljivi na to težavo.

Poleg same vijačne gredi lahko še ena pomembna komponenta prenese vibracije neposredno v prenosni sistem: sklopka.

4. Težave s spajanjem

Sklopka povezuje servo motor in kroglični vijak.

Če je kakovost sklopke slaba ali če je nameščena nepravilno, se lahko vibracije razširijo po celotnem pogonskem sistemu.

Tipične težave s spajanjem vključujejo:

• Ekscentrično vrtenje
• Slabo uravnoteženje
• Prekomerna zračnost
• Nizka torzijska togost

Poceni prožne spojke včasih začasno izravnajo napake pri poravnavi, vendar lahko zmanjšajo stabilnost pri visoki hitrosti.

Tudi pri ustreznih komponentah prenosa lahko prevelik notranji upor še vedno povzroči nestabilno delovanje.

5. Prednapetost in mazanje

Prednapetost se uporablja za zmanjšanje zračnosti in izboljšanje natančnosti pozicioniranja.

Vendar pa prevelika prednapetost poveča trenje znotraj krogličnega vijačnega sistema.

Pri visoki hitrosti lahko prekomerno trenje povzroči:

• Proizvodnja toplote
• Povečana obremenitev motorja
• Zmanjšana gladkost gibanja
• Vibracije med pospeševanjem

Tudi mazanje močno vpliva na gladkost kroženja krogle.

Slabo mazanje poveča kotalni upor in povzroči nestabilno delovanje.

Kontaminirana mast lahko dodatno poslabša vibracije in hrup.

Na tej točki veliko uporabnikov zamenja sam kroglični vijak. Vendar lahko dejanski vir vibracij izvira iz strukture stroja.

6. Struktura stroja

Togost stroja vpliva na celotno vibracijsko obnašanje CNC sistema.

Šibki okvirji stroja lahko povečajo vibracije, ki nastanejo pri normalnem gibanju menjalnika.

Ta težava je pogosta v:

• DIY CNC stroji
• Lahke aluminijaste konstrukcije
• Dolge nepodprte postelje strojev
• Tanke montažne plošče

V mnogih primerih kroglični vijak ni izvorni vir vibracij. Prenaša samo vibracije, ki nastanejo drugje v stroju.

Ker se vibracije običajno razvijejo iz več dejavnikov skupaj, je za rešitev problema potrebna popolna proti-strategija vibracij.

7. Rešitve proti-vibracijam

Več praktičnih metod lahko zmanjša-tresenje krogličnega vretena pri visoki hitrosti.

8. Izbira pravega krogličnega vretena

Pri izbiri krogličnega vretena za-hitrostne aplikacije CNC morajo uporabniki upoštevati celoten sistem gibanja in ne le vodila in premera.

Pomembni dejavniki vključujejo:

• Togost gredi
• Metoda podpore
• Hitrost vrtenja
• Servo pospešek
• Togost strukture stroja
• Zahteve za prednapetost
• Stanje mazanja

Pravilno usklajen sistem krogličnih vijakov zagotavlja bolj gladko gibanje, večjo natančnost in daljšo življenjsko dobo.

Zaključek

Vibracije krogličnega vretena pri visoki hitrosti so običajno težava-na ravni sistema in ne napaka posamezne komponente.

Kritična hitrost je izhodišče, vendar poravnava namestitve, togost, prednapetost, mazanje, kakovost sklopke in struktura stroja vplivajo na obnašanje vibracij.

Namesto preprostega zmanjševanja hitrosti bi morali proizvajalci CNC optimizirati celoten prenosni sistem.

S pravilno zasnovo in montažo lahko visokohitrostni sistemi krogličnih vijakov dosežejo stabilno, gladko in natančno gibanje za dolgoročno-delovanje.

Reference

• Mehanska zasnova strojnih elementov in strojev: perspektiva-preprečevanja okvar avtorji Jack A. Collins, Henry R. Busby in George H. Staab
• Teorija strojev in mehanizmov John J. Uicker ml., Gordon R. Pennock in Joseph E. Shigley

Zahtevajte rešitev s krogličnim vijakom po meri

Potrebujete stabilne visoko{0}}hitrostne rešitve s krogličnim vijakom?

DLY zagotavlja natančnostkroglični vijakiza CNC stroje, opremo za avtomatizacijo in industrijske sisteme gibanja.

Podpiramo:

• Standardni in prilagojeni kroglični vijaki
• Več možnosti prednalaganja
• CNC končna obdelava
• OEM in množična naročila
• Tehnična podpora za-hitrostne aplikacije

Obrnite se na DLY za profesionalne rešitve s krogličnimi vijaki.