Lineaire slede met kogelomloopspindel voor CNC-bewerkingsmachines: hoe de vereisten voor de X-, Y- en Z-as verschillen

Wanneer CNC-machinebouwers kogelomloopspindels en lineaire geleidingen voor een nieuwe machine aanschaffen, is de standaardaanpak het toepassen van dezelfde specificatie op alle assen - dezelfde diameter, dezelfde spoed, hetzelfde moertype. Het vereenvoudigt de aanschaf, vermindert het aantal te beheren onderdeelnummers en voelt conservatief aan.

In de praktijk is dit vaak de verkeerde aanpak.

De X-, Y- en Z-assen van een CNC-machine werken onder fundamenteel verschillende omstandigheden. De X-as bestrijkt de langste slag bij de hoogste snelheid. De Y-as draagt ​​het gecombineerde gewicht van de spilconstructie en beweegt onder voortdurende dwars-snijbelastingen. De Z-as werkt verticaal tegen de zwaartekracht in, moet in positie blijven wanneer de stroom wordt uitgeschakeld en vereist een kortere, stijvere schroef dan de horizontale assen. Als u voor alle drie dezelfde kogelomloopspindelspecificatie gebruikt, betekent dit dat u óf meer dan-twee assen specificeert om de derde te beschermen, óf te weinig-de meest veeleisende as specificeert om kosten te besparen op de andere.

Dit artikel behandelt wat elke as feitelijk vereist van een lineaire slede met kogelomloopspindel, hoe de schroefseries op elkaar kunnen worden afgestemd en tot elke reeks omstandigheden kan worden geleid, en waar OEM-machinebouwers de specificatie het vaakst fout hebben.

Waarom elke CNC-as verschillende vereisten voor kogelomloopspindels heeft

Een lineaire slede met kogelomloopspindel is niet alleen een aandrijfmechanisme. Het is een van de belangrijkste componenten die van invloed is op hoe nauwkeurig de as wordt gepositioneerd, hoe snel deze kan bewegen, hoeveel stuwkracht deze kan genereren en hoe lang deze meegaat onder de bedrijfscyclus van de machine. Elk van deze parameters wordt bepaald door de asgeometrie en belastingsomstandigheden - en niet door een enkele universele specificatie.

Drie factoren variëren aanzienlijk tussen CNC-assen en bepalen rechtstreeks de specificatie van de kogelomloopspindel:

X-as: lange slag, hoge snelheid, maximale rij-efficiëntie

Op de meeste CNC-routers, portaalmachines en bewerkingscentra is de X-as de primaire dwarsas - degene die verantwoordelijk is voor het bestrijken van de volledige werkbreedte van de machine bij snelle verplaatsingen tussen sneden. Het heeft doorgaans de langste slag, draait op de hoogste snelheid en werkt met relatief lichte belasting tijdens snelle bewegingen.

Wat de X-as vraagt ​​van een lineaire slede met kogelomloopspindel

Snelheid eerst.De ijlgangsnelheid op de X-as bepaalt de minimale voorsprong. Voor een servomotor die op 3.000 tpm draait, is de benodigde voorsprong om 30 m/min, of 500 mm/s, te bereiken: 500 mm/s × 60 ÷ 3.000 tpm=10mm. Om 60 m/min op dezelfde motor te bereiken, is een kabel van 20 mm nodig. De meeste CNC-router X-assen hebben een spoed tussen 10 mm en 20 mm, afhankelijk van de machinegrootte en snelheidsvereiste. Wanneer de snelheidsvereiste verder reikt dan wat een SFU van 20 mm kan leveren bij het maximale toerental van de motor, is de SFE-serie met grote-kabels - met kabels van 25 mm, 32 mm, 40 mm en hoger - de juiste stap omhoog.

Asdiameter voor kritische snelheid.Op een X-as met een slag van 2.000 mm kan de niet-ondersteunde lengte van de schroefas 2.200–2.400 mm bedragen tussen de steunlagers. Op deze lengte kan een as met een diameter van 20 mm begrensd worden door de kritische snelheid ruim voordat het vereiste ijlgangtoerental wordt bereikt, afhankelijk van de ondersteuningsconfiguratie, veiligheidsfactor en schroefstructuur. Bij veel CNC-assen met lange-slag worden schroeven met een diameter van 32 mm of 40 mm in de eerste plaats geselecteerd om de kritische snelheid boven het bedrijfsbereik te houden - en niet omdat de belasting dit vereist.

Gewalst C7 is meestal de juiste precisiekwaliteit.Voor bovenfrezen voor houtbewerking en algemene fabricagemachines zijn gewalste C7 kogelomloopspindels vaak voldoende als de vereiste positioneringsnauwkeurigheid matig is. De uiteindelijke nauwkeurigheid van de machine hangt ook af van montage, speling, thermische uitzetting, stijfheid van de geleiding en besturingscompensatie - de kwaliteit van de schroef is één van de vele factoren.

Y-as: gemiddelde slag, gecombineerde belasting, structurele stijfheid

In veel CNC-routers en machines in portaal{0}}stijl draagt ​​de Y-as de spilmotor, de Z--as en vaak de dwarsbalk of het zadel van het portaal. Het beweegt loodrecht op de X-as, doorgaans met een lagere snelheid dan X, maar onder een aanzienlijk hogere belasting - omdat de massa van alles wat op de Y-slede is gemonteerd, bijdraagt ​​aan de axiale kracht die nodig is tijdens het versnellen en vertragen.

Wat de Y-as vraagt ​​van een lineaire slede met kogelomloopspindel

Hogere stuwkrachtvereiste dan X.Als de Z--as en de spil samen 80 kg wegen, en de machine accelereert met 0,3 g, moet de Y-as 80 × 9,8 × 0.3=235N stuwkracht genereren alleen al voor versnelling - voordat er enige snijkracht wordt toegevoegd. De kogelomloopspindel moet een formaat hebben voor de equivalente axiale belasting, inclusief versnellingskracht en snijkrachtcomponenten in de schroefrichting, met een adequate Ca-veiligheidsmarge.

Beheer van momentbelasting.Wanneer de spil snijdt op een punt dat verschoven is ten opzichte van de middellijn van de Y-as, creëert de reactiekracht een momentbelasting op de Y-slede. Dit moment wordt gedragen door de lineaire geleidingen, niet door de kogelomloopspindel. Momentbelastingen als gevolg van offset-snijkrachten moeten afzonderlijk worden berekend voor de lineaire geleidingen en wagenblokken. - De geleidingsspecificatie, inclusief railbreedte, aantal blokken en voorbelastingsklasse, moet worden afgestemd op het maximale moment dat de geometrie van de Y-as kan genereren. Het te weinig-specificeren van de Y--asgeleiders terwijl de kogelomloopspindel correct wordt gespecificeerd, is een veelvoorkomende ontwerpfout die voortijdige geleidingsslijtage en nauwkeurigheidsverlies veroorzaakt.

Medium lood voor evenwichtige snelheid en stuwkracht.De Y-as heeft de grote voorsprong van de X-as niet nodig, omdat deze een kortere slag aflegt bij lagere hoge snelheid. Een voorsprong van 10 mm biedt een redelijke balans tussen snelheid en stuwkracht voor de meeste Y-assen van CNC-routers en bewerkingscentra. Op zware- machines die een zadelgewicht van meer dan 200 kg verplaatsen, kan een 5 mm draad met een schroef met een grotere diameter nodig zijn om voldoende stuwkracht te leveren bij het nominale koppel van de motor.

Z-as: korte slag, verticale belasting, risico op achteruitrijden-

De Z-as is mechanisch het meest onderscheidend van de drie. Hij beweegt verticaal, draagt ​​een constante neerwaartse belasting, het spilgewicht werkt altijd met een korte slag en moet betrouwbaar in positie blijven wanneer de servoaandrijving -niet bekrachtigd is. Deze vereisten wijzen op een kogelomloopspindelspecificatie die in vrijwel elk opzicht het tegenovergestelde is van de X-as.

Wat de Z-as vraagt ​​van een lineaire slede met kogelomloopspindel

Kleine voorsprong voor de neiging tot voortstuwing van de onderrug- en hogere stuwkracht.Een kleinere voorsprong geeft de motor meer mechanisch voordeel en vermindert de neiging van de Z-as om terug- te rijden onder het spilgewicht. Een kogelomloopspindel mag echter niet worden behandeld als een zelf-vergrendelend mechanisme. - kogelomloopspindels hebben een hoge mechanische efficiëntie, wat betekent dat ze gevoeliger zijn voor terug-terugdraaien dan traditionele spindels. Of een bepaalde Z-as terugdrijft- hangt af van de spoed, de belasting, de efficiëntie van de schroef, de smeringsconditie en of de servoaandrijving het houdkoppel behoudt wanneer deze stationair draait.

Een spoed van 5 mm is standaard voor CNC Z-assen. Het levert voldoende stuwkracht op basis van het nominale koppel van de motor en houdt de Dm·N-waarde binnen het bedrijfsbereik bij de betreffende snelheden. Maar de leiding alleen garandeert niet dat de spil niet naar beneden zal zakken als de stroom wordt uitgeschakeld.

Motorrem of tegengewicht is vaak noodzakelijk.Voor verticale CNC-assen moet een motorrem of tegengewicht worden overwogen wanneer ongecontroleerde afdaling een gevaar voor de veiligheid, het gereedschap of het werkstuk kan opleveren. Als praktische referentie moeten Z--as-spindelsamenstellen van ongeveer 15-20 kg of meer normaal gesproken worden gecontroleerd op rem- of tegengewichtvereisten -, maar de werkelijke drempel hangt af van de spoed, de schroefefficiëntie, wrijving en aandrijfgedrag, en moet voor elk ontwerp worden geëvalueerd in plaats van als vaste regel te worden toegepast.

Korte schacht betekent stijfheid, geen kritische snelheid.De schroefas met de AZ--as is doorgaans 300–600 mm lang. Bij deze lengte is de kritische snelheid meestal niet de beperkende factor, zelfs niet bij kleine diameters. De diameterselectie wordt bepaald door het draagvermogen, Ca en de doorbuiging van de as onder het spilgewicht. Een as met een diameter van 16 mm of 20 mm bedekt de meeste Z-assen van de CNC-router; bewerkingscentra met zwaardere spindels hebben mogelijk 25 mm nodig.

Dubbele moer voor precisiebewerking.Op CNC-bewerkingscentra waar de Z-as de snedediepte regelt, heeft de speling in de Z-as rechtstreeks invloed op de oppervlakteafwerking en maatnauwkeurigheid. Een DFU-ontwerp met dubbele- moeren helpt de axiale speling te minimaliseren en de stijfheid te verbeteren. Op CNC-routers met een dieptetolerantie van ±0,1 mm is een standaard SFU-Z-as met enkele-moer voldoende.

Compacte lineaire geleiding voor beperkte ruimte.De Z-as heeft doorgaans de meest beperkte installatieruimte. Typisch is een smalle lineaire geleiding, zoals HDR15 of HDR20 uit de HD-serie van DLY, met twee blokken. De geleider moet zo groot zijn dat hij het gecombineerde gewicht van de spil plus slede plus eventueel gereedschap in de spil kan dragen, met een adequate dynamische belastingsmarge.

Veel voorkomende specificatiefouten per as

Samenvatting van de specificaties van de X-, Y-, Z-as

Kogelomloopspindels en lineaire geleidingen voor CNC-assen

Voor OEM CNC-machinebouwers die componenten in volume inkopen, is de praktische overweging na specificatie consistentie tussen batches. Een schroef die bij de eerste bestelling voldoet aan de Ca- en loodnauwkeurigheid, moet bij de tiende bestelling aan dezelfde specificatie voldoen. Variatie tussen batches - in kogeldiameter, voorbelasting of leadfout - levert machines op die anders presteren ondanks het gebruik van dezelfde onderdeelnummers, wat kwaliteitscontrole en after- problemen na de verkoop veroorzaakt.

DLY produceertSFU enkele-moerEnDFU dubbele-moerkogelomloopspindels in diameters van 12 mm tot 80 mm, met kabels van 4 mm tot 20 mm, in C7 gewalst en C5/C3 geslepen precisiekwaliteiten. Voor X-astoepassingen met hoge-snelheid waarvoor kabels van meer dan 20 mm nodig zijn, is deSFE grote-leadseriesomvat kabels van 25 mm, 32 mm, 40 mm, 50 mm en 64 mm. Lineaire geleidingen zijn beschikbaar in de HD-serie, HDR15 tot en met HDR65, voor algemene CNC-toepassingen, de ED-serie, EDR15 tot en met EDR30, voor toepassingen met een laag-profiel en hoge-snelheid, en de RD-rollenserie, RDR15 tot en met RDR65, voor zware-belastingen en hoge-stijfheidseisen. Alle series zijn verkrijgbaar in standaard- en hoge nauwkeurigheidsgraden en ondersteunen batchbestellingen met bevestiging van de doorlooptijd in de aanvraagfase.

Bevestig uw CNC-asspecificatie voordat u bestelt

Als u kogelomloopspindels en lineaire geleidingen specificeert voor een nieuw CNC-machineontwerp, of componenten op een bestaande machine vervangt, kan het technische team van DLY uw asparameters beoordelen en de juiste schroefserie, diameter, spoed en geleidingsspecificatie voor elke as bevestigen.

Batchprijzen en doorlooptijd worden tegelijkertijd met de technische specificatie bevestigd.