Dlaczego śruba kulowa wibruje z dużą prędkością na maszynach CNC?

Wstęp

Wibracje śrub kulowych-o dużej prędkości są częstym problemem w maszynach CNC. W niektórych sytuacjach wibracje tylko zwiększają hałas podczas pracy. W poważniejszych przypadkach wpływa to na dokładność obróbki, skraca żywotność łożysk, uszkadza zespoły podporowe, a nawet powoduje alarmy serwomechanizmu.

Wielu użytkowników zakłada, że wibracje pochodzą bezpośrednio od samej śruby kulowej. Jednakże wibracje są zwykle wynikiem współdziałania wielu czynników, w tym prędkości obrotowej, sztywności, jakości montażu, napięcia wstępnego, smarowania i konstrukcji maszyny.

Aby zrozumieć, dlaczego śruba kulowa wibruje z dużą prędkością, powinniśmy najpierw zrozumieć najważniejsze ograniczenie mechaniczne w układzie śruby obrotowej: prędkość krytyczną.

1. Prędkość krytyczna

Każdy obracający się wał ma swoją własną częstotliwość drgań własnych. Gdy prędkość obrotowa zbliża się do tej częstotliwości, następuje rezonans i wał zaczyna silnie wibrować.

Zjawisko to nazywa się prędkością krytyczną.

W systemach ze śrubą kulową im dłuższy jest wał śruby, tym łatwiej osiąga prędkość krytyczną podczas-pracy z dużą prędkością.

Typowe objawy obejmują:

Widoczne drżenie śruby
Rosnące wibracje przy wyższych obrotach
Głośny hałas podczas pracy
Zmniejszona stabilność pozycjonowania

Metoda wsparcia wpływa bezpośrednio na prędkość krytyczną.

Metoda wsparcia	Względna prędkość krytyczna
Naprawiono-Bezpłatny	Najniższy
Naprawiono-Obsługiwane	Średni
Naprawiono-Naprawiono	Najwyższy

Nawet jeśli śruba pracuje poniżej teoretycznej prędkości krytycznej, wibracje mogą nadal pojawiać się, jeśli dokładność montażu jest niska.

2. Wyrównanie instalacji

Kolejnym głównym źródłem wibracji jest nieprawidłowe ustawienie instalacji.

Jeśli wał silnika, sprzęgło, zespół nośny i śruba kulowa nie są prawidłowo ustawione, na układ obrotowy podczas pracy działa ciągła siła promieniowa.

Przy niskiej prędkości problem może nie być oczywisty. Jednak przy dużej prędkości nawet małe błędy wyrównania ulegają wzmocnieniu.

Typowe problemy z instalacją obejmują:

Nieprawidłowo ustawione bloki podporowe
Nierówne powierzchnie montażowe
Gięte konstrukcje maszyn
Nieprawidłowy montaż sprzęgła
Zbyt-dokręcone łożyska podporowe

Problemy te powodują powstawanie cyklicznej siły podczas obrotu, która ostatecznie przekształca się w wibracje.

Jednak sama dokładność montażu nie wystarczy. Ważną rolę odgrywa również sztywność samej śruby kulowej.

3. Sztywność śruby kulowej

Sztywność śruby kulowej zależy głównie od średnicy wału i długości samonośnej.

Śruba o małej-średnicy wygina się łatwiej pod obciążeniem i przyspieszeniem.

Na przykład:

Śruba kulowa 1204 nadaje się do małych maszyn
Śruba kulowa 2505 lub 3210 ma znacznie większą sztywność

Gdy sztywność jest niewystarczająca, ugięcie wału staje się większe podczas ruchu-z dużą prędkością, co powoduje, że wibracje są poważniejsze.

Szczególnie wrażliwe na ten problem są-maszyny CNC o długim przesuwie.

Oprócz samego wału śrubowego inny ważny element może przenosić wibracje bezpośrednio na układ przeniesienia napędu: sprzęgło.

4. Problemy ze sprzęganiem

Sprzęgło łączy serwomotor i śrubę kulową.

Jeśli jakość sprzęgła jest niska lub jest nieprawidłowo zamontowana, wibracje mogą rozprzestrzeniać się na cały układ napędowy.

Typowe problemy ze sprzęganiem obejmują:

Ekscentryczny obrót
Słabe wyważenie
Nadmierny luz
Niska sztywność skrętna

Tanie sprzęgła elastyczne czasami tymczasowo kompensują błędy współosiowości, ale mogą zmniejszyć stabilność przy dużych prędkościach.

Nawet przy zastosowaniu odpowiednich elementów przekładni nadmierny opór wewnętrzny może w dalszym ciągu powodować niestabilną pracę.

5. Napięcie wstępne i smarowanie

Napięcie wstępne służy do zmniejszenia luzu i poprawy dokładności pozycjonowania.

Jednakże nadmierne napięcie wstępne zwiększa tarcie wewnątrz układu śruby kulowej.

Przy dużej prędkości nadmierne tarcie może powodować:

Wytwarzanie ciepła
Zwiększone obciążenie silnika
Zmniejszona płynność ruchu
Wibracje podczas przyspieszania

Smarowanie również silnie wpływa na płynność krążenia kulek.

Złe smarowanie zwiększa opory toczenia i powoduje niestabilną pracę.

Zanieczyszczony smar może dodatkowo pogorszyć wibracje i hałas.

W tym momencie wielu użytkowników wymienia samą śrubę kulową. Jednakże rzeczywistym źródłem wibracji może być konstrukcja maszyny.

6. Konstrukcja maszyny

Sztywność maszyny wpływa na całe zachowanie wibracyjne systemu CNC.

Słabe ramy maszyn mogą wzmacniać wibracje generowane przez normalny ruch przekładni.

Ten problem jest powszechny w:

Maszyny CNC do samodzielnego montażu
Lekkie konstrukcje aluminiowe
Długie, niepodparte łoża maszyn
Cienkie płyty montażowe

W wielu przypadkach śruba kulowa nie jest pierwotnym źródłem wibracji. Przenosi jedynie wibracje generowane w innym miejscu maszyny.

Ponieważ wibracje zwykle powstają na skutek jednoczesnego działania wielu czynników, rozwiązanie problemu wymaga zastosowania kompletnej strategii-przeciwwibracyjnej.

7. Rozwiązania antywibracyjne

Kilka praktycznych metod może zmniejszyć-wibracje śrub kulowych charakteryzujących się dużą prędkością.

Rozwiązanie	Efekt
Zwiększ średnicę śruby	Poprawia sztywność
Korzystaj ze stałej-stałej pomocy	Zwiększa prędkość krytyczną
Popraw dokładność instalacji	Zmniejsza siłę promieniową
Ulepsz jakość sprzęgła	Poprawia stabilność obrotową
Zoptymalizuj wstępne ładowanie	Zmniejsza tarcie wewnętrzne
Popraw smarowanie	Wygładza krążenie piłki
Wzmocnij ramę maszyny	Redukuje drgania konstrukcyjne

8. Wybór właściwej śruby kulowej

Wybierając śrubę kulową do-wysokoobrotowych zastosowań CNC, użytkownicy powinni wziąć pod uwagę cały układ ruchu, a nie tylko skok i średnicę.

Ważne czynniki obejmują:

Sztywność wału
Metoda wsparcia
Prędkość obrotowa
Przyspieszenie serwa
Sztywność konstrukcji maszyny
Wstępnie wczytaj wymagania
Stan smarowania

Odpowiednio dobrany system śrub kulowych zapewnia płynniejszy ruch, lepszą dokładność i dłuższą żywotność.

Wniosek

Wibracje śruby kulowej przy dużej prędkości są zwykle problemem-na poziomie systemu, a nie defektem pojedynczego komponentu.

Punktem wyjścia jest prędkość krytyczna, ale ustawienie instalacji, sztywność, napięcie wstępne, smarowanie, jakość sprzęgła i konstrukcja maszyny mają wpływ na zachowanie się wibracji.

Zamiast po prostu zmniejszać prędkość, producenci CNC powinni zoptymalizować cały system przekładni.

Dzięki właściwemu projektowi i montażowi systemy śrub kulowych-o dużej prędkości mogą zapewnić stabilny, płynny i dokładny ruch w-długim czasie.

Referencje

Projektowanie mechaniczne elementów maszyn i maszyn: awaria-Perspektywa zapobiegania – Jack A. Collins, Henry R. Busby i George H. Staab
Teoria maszyn i mechanizmów autorstwa Johna J. Uickera Jr., Gordona R.Pennocka i Josepha E. Shigleya

Poproś o niestandardowe rozwiązanie w postaci śruby kulowej

Potrzebujesz stabilnych,-szybkich rozwiązań śrub kulowych?

DLY zapewnia precyzjęśruby kulowedo maszyn CNC, urządzeń automatyki i przemysłowych systemów ruchu.

Wspieramy: