Ingranaggi a vite senza fine per macchine utensili CNC: guida alla selezione di precisione

Quanto costa effettivamente un ingranaggio a vite senza fine difettoso al mandrino

Consideriamo un centro di lavoro verticale che esegue passate di contornatura su un quarto asse rotante. Il diametro primitivo della ruota elicoidale è di 120 mm. Il set di ingranaggi presenta un gioco accumulato di 0,10 mm dopo due anni di servizio di indicizzazione. Quando l'asse inverte la direzione a metà della contornatura, il piano di lavoro non si muove per una distanza pari a tale gioco, per poi scattare in avanti per recuperare. In termini angolari, 0,10 mm con un raggio primitivo di 60 mm corrispondono a 0,0017 radianti, ovvero circa 5,7 minuti d'arco di zona morta. Il risultato sul pezzo in lavorazione è un segno di sosta visibile ad ogni inversione di direzione. La compensazione del servomotore non può eliminarlo perché l'encoder non rileva il movimento finché l'ingranaggio non si innesta nuovamente.

Non si tratta di un problema di messa a punto. È un problema di specifiche degli ingranaggi, che può essere completamente evitato comprendendo tre numeri prima di effettuare l'ordine: Classe DIN, errore di piombo, E reazioni negative al tavolo di lancio. La Korea Ever-Power produce ingranaggi a vite senza fine di precisione per applicazioni CNC in cui questi tre valori sono confermati e documentati, non stimati.

Dove compaiono le trasmissioni a vite senza fine nelle apparecchiature CNC

La configurazione dell'albero a 90 gradi e l'intrinseco autobloccaggio a rapporti superiori a circa 15:1 rendono le trasmissioni a vite senza fine e ruota una scelta pratica per qualsiasi funzione CNC che necessiti di mantenere la posizione a motore spento. Sono presenti in tutto il mondo delle macchine utensili in ruoli che i sistemi di ingranaggi elicoidali ad assi paralleli non possono ricoprire senza un freno di stazionamento separato:

In tavole rotanti del quarto e quinto asseLa vite senza fine costituisce lo stadio di riduzione finale tra un servomotore e l'albero di uscita dell'asse A o B. La risoluzione angolare disponibile al controllore CNC dipende direttamente dal numero di denti della ruota elicoidale e dalla risoluzione dell'encoder, ma la precisione angolare effettivamente raggiunta dal pezzo dipende dall'errore di passo e dalla tolleranza del profilo della vite senza fine stessa. Un sistema di controllo CNC con una precisione di 0,001 gradi è inutile se l'azionamento meccanico presenta un errore periodico di 0,1 gradi dovuto a una vite senza fine usurata o di scarsa qualità.

Testine di indicizzazione e testine di divisione Nelle macchine per la dentatura, la rettifica e la fresatura, le viti senza fine vengono utilizzate nella fase finale di indicizzazione proprio perché il loro errore di passo determina la precisione geometrica di ogni pezzo prodotto dalla macchina. Un errore di spaziatura dei denti che ha origine nella ruota elicoidale della testa divisoria si propaga direttamente in ogni ingranaggio lavorato su quella macchina. In questo contesto, la vite senza fine non è un componente di trasmissione, bensì un elemento di riferimento geometrico, e come tale deve essere trattato dal punto di vista dell'approvvigionamento.

Assi rotanti della macchina di misura a coordinate e gli stadi di movimentazione dei wafer di semiconduttori rappresentano il limite superiore dei requisiti di precisione. In queste applicazioni, ci si aspetta che la vite senza fine posizioni la punta della sonda o lo stadio del wafer entro i micron dalla posizione comandata, con zona morta nulla sull'inversione di direzione. Solo ingranaggio a vite senza fine duplex I set in cui il gioco meccanico può essere regolato quasi a zero e mantenuto tale per tutta la durata del motore sono adatti a queste applicazioni.

Gamma di specifiche — Ingranaggio a vite senza fine di precisione CNC

Cosa significa realmente la classe DIN sull'asse CNC

La classe di precisione DIN per ingranaggi a vite senza fine controlla tre tolleranze geometriche indipendenti: errore di tono singolo (la variazione della spaziatura angolare tra denti adiacenti), errore totale di passo (la deviazione di qualsiasi dente dalla sua posizione teoricamente perfetta lungo l'intera circonferenza), e deviazione del profilo dentale (quanto la forma effettiva del fianco del dente si discosta dall'evolvente teorica). Ciascuno di questi fattori influisce sulla qualità del pezzo lavorato in modo diverso e deve essere compreso separatamente, non considerato insieme come "DIN7 è sufficiente".

L'errore di passo singolo produce un'anomalia nella velocità angolare dell'albero di uscita una volta per ogni innesto del dente, con una frequenza pari al numero di denti della ruota elicoidale moltiplicato per la velocità di rotazione della ruota. Su una passata di contorno del quarto asse, questo si manifesta come una fine trama superficiale ripetitiva, a volte visibile solo con luce radente all'angolo che cattura la periodicità della superficie. Per una ruota a 60 denti che ruota a 0,5 giri/min, questa trama si ripete 30 volte al minuto sulla superficie del pezzo. La norma DIN7 a M3 mantiene l'errore di passo singolo a circa 18 micrometri; la norma DIN6 lo mantiene a 11 micrometri. La differenza è misurabile sul pezzo mediante profilometria di superficie.

L'errore di passo totale determina la precisione con cui l'asse può tornare alla posizione angolare desiderata dopo una rotazione completa. Per una testa di indicizzazione che ruota per tagliare 36 denti di ingranaggi equidistanti, l'errore di passo totale della ruota elicoidale di indicizzazione causa direttamente una spaziatura non uniforme dei denti in ogni ingranaggio prodotto su quella macchina. Questo è il motivo per cui le rettificatrici e le dentatrici per ingranaggi specificano come minimo ingranaggi a vite senza fine DIN6: l'ingranaggio in lavorazione eredita l'errore di passo totale dell'azionamento di indicizzazione della macchina, moltiplicato per il vantaggio meccanico dell'ingranaggio.

La deviazione del profilo influisce sulla fluidità della trasmissione. Un dente della vite senza fine con un'eccessiva deviazione del profilo produce un rapporto di velocità variabile durante ogni innesto del dente: la ruota accelera e decelera leggermente mentre il punto di contatto attraversa il fianco del dente. Questa ondulazione di velocità eccita vibrazioni alla frequenza di ingranamento, motivo per cui alcuni azionamenti per tavole rotanti producono un tono udibile a determinati valori di RPM anche con ingranaggi nuovi.

Produzione presso il nostro stabilimento

La rettifica della filettatura viene eseguita dopo la cementazione su tutti gli alberi a vite senza fine DIN6 e DIN7. La cementazione distorce la geometria della filettatura: le viti misurate prima e dopo il ciclo di trattamento termico presentano errori di passo da 3 a 5 volte superiori al valore pre-trattamento. La rettifica corregge questa distorsione. Le viti trattate termicamente ma non successivamente rettificate presentano l'intera distorsione dovuta al trattamento termico anche in servizio, motivo per cui molte dichiarazioni di conformità DIN7 presenti nei cataloghi dei fornitori a basso costo non reggono alla verifica con macchina di misura a coordinate (CMM) durante il controllo in entrata.

Ingranaggi a vite senza fine duplex: il problema del gioco risolto in modo definitivo.

Un set di ingranaggi a vite senza fine standard ha uno spessore fisso dei denti su entrambi i lati della filettatura della vite. Il gioco viene impostato in fase di assemblaggio dalla distanza tra i centri degli alberi della vite senza fine e della ruota. Con l'usura dei denti della ruota in bronzo, lo spazio tra i denti si allarga e il gioco aumenta: l'unico modo per ripristinarlo è sostituire il set di ingranaggi. Per una tavola rotante su un centro di lavoro di produzione, la sostituzione di un set di ingranaggi implica la messa fuori servizio della macchina, lo smontaggio della tavola rotante, il reperimento di un set di ricambio con precisione di alesaggio H7, il rimontaggio e la verifica della precisione degli assi. Questa operazione richiede in genere dai 2 ai 4 giorni e comporta un costo maggiore in termini di perdita di produzione rispetto al set di ingranaggi stesso.

UN verme duplex (chiamata anche vite senza fine a doppio passo) è realizzata con un valore di passo leggermente diverso sui fianchi sinistro e destro della filettatura. Questo crea una condizione in cui lo spessore del dente aumenta continuamente da un'estremità della vite senza fine all'altra: la filettatura è più spessa a un'estremità e più sottile all'altra. Sulla ruota elicoidale corrispondente, i diversi profili dei fianchi producono diverse geometrie di gioco tra i denti sulle facce anteriore e posteriore di ciascun dente della ruota, ma la dimensione critica, ovvero lo spessore del dente della ruota lungo la circonferenza, rimane costante. Ciò significa che la vite senza fine può essere spostata assialmente per far entrare in presa con la ruota una sezione più spessa o più sottile, riducendo o aumentando il gioco senza modificare la geometria del modello di contatto o la capacità di carico.

In pratica, la regolazione viene effettuata tramite una vite di fermo assiale o una pila di spessori sull'alloggiamento del cuscinetto dell'albero a vite senza fine: una procedura di 15 minuti con utensili manuali standard, senza rimuovere la tavola rotante dalla macchina. Una scanalatura a V ricavata nel dente di riferimento sulla vite senza fine identifica la posizione assiale a gioco zero. Partendo da questa posizione, il campo di regolazione si estende tipicamente di ±0,8 mm di spostamento assiale, corrispondente a un campo di regolazione del gioco di circa 0-0,15 mm sul cerchio primitivo, a seconda della differenza di passo specificata. Un set duplex ben manutenuto su una tavola rotante di produzione può essere regolato da 4 a 6 volte durante la sua vita utile prima che i denti della ruota si usurino oltre il loro limite di progetto, moltiplicando di fatto la durata utile di precisione del set di ingranaggi per tale fattore.

Riferimento per la sostituzione dei componenti CNC delle marche più comuni

I marchi citati di seguito sono utilizzati esclusivamente a scopo di identificazione dimensionale. Korea Ever-Power non ha alcun rapporto commerciale con questi produttori e non è un distributore autorizzato di nessuno di essi. Tutti i marchi sono di proprietà dei rispettivi titolari.

Referenze di progetti dei clienti

Standard industriale vs. precisione CNC: otto fattori che li distinguono

Per le applicazioni CNC che richiedono un'unità di azionamento completa e racchiusa anziché componenti nudi, sono disponibili coppie di precisione in alloggiamenti sigillati. Compatto riduttori a vite senza fine Per le applicazioni con assi rotanti e azionamenti di indicizzazione, dove un riduttore pronto per il montaggio rappresenta la scelta più pratica rispetto a un set di ingranaggi nudo integrato in un alloggiamento macchina personalizzato, sono disponibili set abbinati di livello CNC.

Domande frequenti