Šnekové převody pro CNC obráběcí stroje – Průvodce výběrem přesných převodů

Kolik ve skutečnosti stojí špatný šnekový převod na vřetenu

Uvažujme vertikální obráběcí centrum, které obrábí kontury na rotační čtvrté ose. Průměr roztečné kružnice šnekového kola je 120 mm. Ozubené kolo má po dvou letech indexovacího provozu nahromaděnou vůli 0,10 mm. Když osa obrátí směr uprostřed kontury, stůl se nepohne o vzdálenost rovnající se této vůli – poté se posune dopředu, aby ji dohnal. V úhlovém vyjádření se 0,10 mm při poloměru stoupání 60 mm rovná 0,0017 radiánů, neboli přibližně 5,7 úhlových minut mrtvé zóny. Výsledkem na obrobku je viditelná stopa prodlevy při každé změně směru. Servokompenzace ji nemůže eliminovat, protože kodér pohyb nevidí, dokud se ozubené kolo znovu nezapne.

Tohle není problém s laděním. Je to problém se specifikací převodu – a tomu se lze zcela vyhnout, když si před objednáním uvědomíte tři čísla: Třída DIN, chyba vedenía zpětná reakce na roztečném kruhuVýrobci společnosti Ever-Power v Koreji přesné šnekové převody pro CNC aplikace, kde jsou tato tři čísla potvrzena a zdokumentována – nikoli odhadnuta.

Kde se šnekové pohony objevují v CNC zařízeních

Díky 90stupňovému uspořádání hřídele a inherentní samosvornosti při poměrech nad přibližně 15:1 jsou šnekové a kolové pohony praktickou volbou pro jakoukoli CNC funkci, která musí udržet polohu, když je motor vypnutý. Objevují se ve světě obráběcích strojů v rolích, které soukolí s rovnoběžnými osami nemohou zastávat bez samostatné přídržné brzdy:

V otočné stoly čtvrté a páté osyŠnekové kolo tvoří konečný redukční stupeň mezi servomotorem a výstupním hřídelem osy A nebo B. Úhlové rozlišení dostupné pro CNC řídicí jednotku závisí přímo na počtu zubů šnekového kola a rozlišení enkodéru – úhlová přesnost, která skutečně dosáhne obrobku, však závisí na chybě stoupání a toleranci profilu samotného šnekového kola. CNC řídicí systém s rozlišením 0,001 stupně a přesností hlášení je bezvýznamný, pokud má mechanický pohon periodickou chybu 0,1 stupně v důsledku opotřebovaného nebo špatně vyrobeného šneku.

Dělicí hlavy a dělicí hlavy U odvalovacích, brousicích a frézovacích strojů na ozubení se v konečné fázi indexování používají šnekové pohony právě proto, že jejich chyba stoupání určuje geometrickou přesnost každého obrobku, který stroj vyrábí. Chyba rozteče zubů ozubeného kola, která vzniká ve šnekovém kole dělicí hlavy, se šíří přímo do každého ozubeného kola na daném stroji. V této souvislosti šnekové kolo není součástí pohonu – je to geometrický referenční prvek a z hlediska zadávání veřejných zakázek je třeba s ním tak zacházet.

Rotační osy souřadnicového měřicího stroje a stupně pro manipulaci s polovodičovými destičkami představují horní hranici požadavku na přesnost. V těchto aplikacích se očekává, že šnekový převod umístí hrot sondy nebo stolek s destičkou s přesností na mikrony od zadané polohy, s nulovou mrtvou zónou při změně směru. Pouze duplexní šnekový převod Pro tyto aplikace jsou vhodné sady – u kterých lze vůli nastavit téměř na nulu a udržovat ji po celou dobu životnosti pohonu.

Rozsah specifikací — CNC přesné šnekové převodovky

Co vlastně znamená třída DIN na vaší CNC ose

Třída přesnosti DIN pro šnekové převody řídí tři nezávislé geometrické tolerance: chyba jednoho tónu (změna úhlové vzdálenosti mezi sousedními zuby), celková chyba výšky tónu (odchylka jakéhokoli zubu od jeho teoreticky dokonalé polohy po celém obvodu) a odchylka profilu zubu (o kolik se skutečný tvar boku zubu odchyluje od teoretické evolventy). Každý z nich ovlivňuje kvalitu obrobku jiným způsobem a je třeba je chápat odděleně – ne je spojovat do jednoho celku jako „DIN7 je dost dobrá“.

Jednoduchá chyba stoupání způsobuje jednou za záběr zubu vzestup nebo pokles úhlové rychlosti výstupního hřídele s frekvencí rovnající se počtu zubů šnekového kola vynásobenému rychlostí otáčení kola. Při průchodu konturou ve čtvrté ose se to jeví jako jemný opakující se vzor textury povrchu – někdy viditelný pouze pod dopadajícím světlem v úhlu, který zachycuje periodicitu povrchu. U kola s 60 zuby otáčejícího se rychlostí 0,5 ot./min se tato textura na povrchu obrobku opakuje 30krát za minutu. Norma DIN7 v bodě M3 udržuje chybu stoupání na přibližně 18 mikrometrech; DIN6 ji udržuje na 11 mikrometrech. Rozdíl je měřitelný na profilometrii povrchu obrobku pod povrchem.

Celková chyba stoupání určuje, jak přesně se osa může po úplném otočení vrátit do požadované úhlové polohy. U indexovací hlavy, která se otáčí a řeže 36 stejně rozmístěných zubů ozubeného kola, celková chyba stoupání v indexovacím šnekovém kole přímo způsobuje nerovnoměrné rozteče zubů v každém ozubeném kole vyrobeném na daném stroji. Proto brusky na ozubení a odvalovací frézky specifikují minimálně sady šneků DIN6 – řezané ozubené kolo zdědí celkovou chybu stoupání indexovacího pohonu stroje vynásobenou mechanickou výhodou ozubeného kola.

Odchylka profilu ovlivňuje plynulost převodu. Šnekový zub s nadměrnou odchylkou profilu vytváří proměnlivý poměr rychlosti během každého záběru zubu – kolo mírně zrychluje a zpomaluje, když kontaktní bod prochází bokem zubu. Toto zvlnění rychlosti vyvolává vibrace na frekvenci záběru, a proto některé pohony otočných stolů vydávají slyšitelný tón při určitých hodnotách otáček i s novými ozubenými koly.

Výroba v našem závodě

Broušení závitů se provádí po cementaci u všech šnekových hřídelí DIN6 a DIN7. Cementace deformuje geometrii závitu – šneky měřené před a po cyklu tepelného zpracování vykazují chyby stoupání 3 až 5krát větší než hodnota před úpravou. Broušení toto zkreslení koriguje. Šneky, které jsou tepelně zpracovány, ale následně nebyly broušeny, si při provozu snášejí plné zkreslení z tepelného zpracování, a proto mnoho katalogových tvrzení DIN7 od levnějších dodavatelů neobstojí při ověření souřadnicovým měřicím strojem při vstupní kontrole.

Duplexní šnekové převody – problém s vůlí trvale vyřešen

Standardní šnekové soukolí má pevnou tloušťku zubů na obou stranách závitu šneku. Vůle je při montáži nastavena středovou vzdáleností mezi hřídeli šneku a kola. S opotřebením bronzových zubů kola se mezera zubů rozšiřuje a vůle se zvětšuje – jediný způsob, jak ji odstranit, je vyměnit soukolí. U otočného stolu na výrobním obráběcím centru znamená výměna soukolí vyřazení stroje z provozu, demontáž otočného stolu, zajištění náhradní sady s přesností otvoru H7, opětovnou montáž a opětovné ověření přesnosti osy. Tato akce obvykle trvá 2 až 4 dny a ve ztrátách výroby je spojena s vyššími náklady než samotné soukolí.

A duplexní červ (nazývaný také dvojitý šnekový závit) se vyrábí s mírně odlišnou hodnotou stoupání na levém a pravém boku závitu. To vytváří stav, kdy se tloušťka zubu plynule zvětšuje od jednoho konce šneku k druhému – závit je na jednom konci silnější a na druhém tenčí. U odpovídajícího šnekového kola vytvářejí různé profily boků různé geometrie mezery zubů na přední a zadní straně každého zubu kola, ale kritický rozměr – tloušťka zubu kola po obvodu – zůstává konstantní. To znamená, že šnek lze axiálně posouvat, aby se do záběru s kolem dostala silnější nebo tenčí část, čímž se uzavírá nebo otevírá vůle bez změny geometrie kontaktního vzoru nebo únosnosti.

V praxi se seřízení provádí pomocí axiálního stavěcího šroubu nebo sady podložek na pouzdře ložiska šnekového hřídele – 15minutový postup se standardním ručním nářadím, bez nutnosti demontáže otočného stolu ze stroje. Drážka ve tvaru V vyfrézovaná do referenčního zubu na šneku identifikuje axiální polohu s nulovou vůlí. Počínaje touto polohou se rozsah seřízení obvykle pohybuje o ±0,8 mm axiálního posunu, což odpovídá rozsahu seřízení vůle přibližně 0 až 0,15 mm na roztečné kružnici, v závislosti na specifikovaném rozdílu stoupání. Dobře udržovanou duplexní sadu na výrobním otočném stole lze během její životnosti znovu seřídit 4 až 6krát, než se zuby kola opotřebují nad svou konstrukční mez – čímž se efektivně vynásobí užitečná životnost soukolí z hlediska přesnosti tímto faktorem.

Referenční číslo pro náhradní díly běžných značek CNC komponentů

Níže uvedené názvy značek slouží pouze k označení rozměrů. Společnost Korea Ever-Power nemá s těmito výrobci žádný obchodní vztah a není jejich autorizovaným distributorem. Všechny ochranné známky jsou majetkem příslušných vlastníků.

Reference zákaznických projektů

Standardní průmyslové vs. přesné CNC – osm faktorů, které je odlišují

Pro CNC aplikace vyžadující kompletní uzavřenou pohonnou jednotku namísto holých komponentů jsou k dispozici přesně spárované páry v utěsněných pouzdrech. Kompaktní šnekové reduktory Pro aplikace s rotačními osami a pohony indexování jsou k dispozici sady s CNC párováním, u kterých je připravená převodovka praktičtější volbou než holá sada ozubených kol integrovaná do zakázkové skříně stroje.

Často kladené otázky