Engrenagem sem-fim para máquinas-ferramenta CNC — Guia de seleção de precisão

Qual o custo real de uma engrenagem sem-fim defeituosa no eixo

Considere um centro de usinagem vertical executando passes de contorno em um quarto eixo rotativo. O diâmetro do círculo primitivo da engrenagem sem-fim é de 120 mm. O conjunto de engrenagens apresenta uma folga acumulada de 0,10 mm após dois anos de serviço de indexação. Quando o eixo inverte a direção no meio do contorno, a mesa não se move por uma distância igual a essa folga — e então avança bruscamente para compensar. Em termos angulares, 0,10 mm em um raio primitivo de 60 mm equivale a 0,0017 radianos, ou aproximadamente 5,7 minutos de arco de zona morta. O resultado na peça é uma marca de parada visível a cada inversão de direção. A compensação servo não consegue eliminar essa marca porque o encoder não detecta o movimento até que o engrenamento das engrenagens seja restabelecido.

Isso não é um problema de ajuste. É um problema de especificação do equipamento — e pode ser evitado completamente entendendo três números antes de fazer o pedido: Classe DIN, erro de chumbo, e reação negativa no círculo central do campoA Korea Ever-Power fabrica engrenagens helicoidais de precisão Para aplicações CNC onde esses três números são confirmados e documentados — e não estimados.

Onde os acionamentos por parafuso sem-fim aparecem em equipamentos CNC

O formato do eixo a 90 graus e o travamento automático inerente em relações acima de aproximadamente 15:1 tornam os acionamentos por engrenagem helicoidal uma escolha prática para qualquer função CNC que precise manter a posição quando o motor estiver desligado. Eles são encontrados em todo o mundo das máquinas-ferramenta em funções que os conjuntos de engrenagens helicoidais de eixos paralelos não conseguem desempenhar sem um freio de retenção separado.

Em mesas rotativas de quarto e quinto eixosO conjunto de rosca sem-fim forma o estágio final de redução entre um servomotor e o eixo de saída do eixo A ou B. A resolução angular disponível para o controlador CNC depende diretamente da quantidade de dentes da engrenagem sem-fim e da resolução do encoder — mas a precisão angular que efetivamente chega à peça depende do erro de passo e da tolerância de perfil da própria engrenagem sem-fim. Um sistema de controle CNC com resolução de 0,001 grau reportando precisão é inútil se o acionamento mecânico apresentar um erro periódico de 0,1 grau devido a uma rosca sem-fim desgastada ou mal fabricada.

Cabeças de indexação e cabeças de divisão Em máquinas de fresagem, retificação e usinagem de engrenagens, utilizam-se engrenagens sem-fim na etapa final de indexação justamente porque o erro de passo dessas engrenagens determina a precisão geométrica de cada peça produzida pela máquina. Um erro no espaçamento dos dentes da engrenagem, originado na engrenagem sem-fim da cabeça divisora, propaga-se diretamente para cada engrenagem usinada na máquina. Nesse contexto, a engrenagem sem-fim não é um componente de acionamento — ela é um elemento de referência geométrica e precisa ser tratada como tal do ponto de vista da aquisição.

Eixos rotativos de máquina de medição por coordenadas Os estágios de manuseio de wafers semicondutores representam o limite superior da exigência de precisão. Nessas aplicações, espera-se que a engrenagem sem-fim posicione a ponta da sonda ou o estágio do wafer com precisão de mícrons da posição comandada, sem zona morta na inversão de direção. engrenagem helicoidal dupla Os conjuntos de engrenagens — nos quais a folga pode ser ajustada para valores próximos de zero e mantida durante toda a vida útil do inversor — são adequados para essas aplicações.

Faixa de especificações — Engrenagem sem-fim de precisão CNC

O que a classe DIN realmente significa no seu eixo CNC

A classe de precisão DIN para engrenagens helicoidais controla três tolerâncias geométricas independentes: erro de arremesso único (a variação no espaçamento angular entre dentes adjacentes), erro total de inclinação (o desvio de qualquer dente de sua posição teoricamente perfeita em toda a circunferência), e desvio do perfil dentário (o quanto o formato real do flanco do dente se desvia da involuta teórica). Cada um afeta a qualidade da peça usinada de uma maneira diferente e precisam ser compreendidos separadamente — não agrupados como "DIN7 é bom o suficiente".

O erro de passo único produz uma elevação ou depressão na velocidade angular do eixo de saída uma vez por engate de dente, com uma frequência igual ao número de dentes da engrenagem helicoidal multiplicado pela velocidade de rotação da engrenagem. Em uma passada de contorno no quarto eixo, isso aparece como um padrão de textura superficial fino e repetitivo — às vezes visível apenas sob luz rasante no ângulo que capta a periodicidade da superfície. Para uma engrenagem de 60 dentes girando a 0,5 RPM, essa textura se repete 30 vezes por minuto na superfície da peça. A norma DIN7 em M3 limita o erro de passo único a aproximadamente 18 micrômetros; a norma DIN6 limita a 11 micrômetros. A diferença é mensurável na peça por meio de perfilometria de superfície.

O erro de passo total determina a precisão com que o eixo retorna à posição angular comandada após uma rotação completa. Para uma cabeça de indexação que gira para cortar 36 dentes de engrenagem equidistantes, o erro de passo total na roda sem-fim de indexação causa diretamente um espaçamento desigual entre os dentes em todas as engrenagens produzidas nessa máquina. É por isso que as retificadoras e fresadoras de engrenagens especificam conjuntos de roscas sem-fim DIN6 como mínimo — a engrenagem que está sendo cortada herda o erro de passo total do acionamento de indexação da máquina, multiplicado pela vantagem mecânica da engrenagem.

O desvio de perfil afeta a suavidade da transmissão. Um dente de engrenagem helicoidal com desvio de perfil excessivo produz uma relação de velocidade variável durante cada engrenamento — a roda acelera e desacelera ligeiramente à medida que o ponto de contato percorre o flanco do dente. Essa ondulação de velocidade gera vibração na frequência de engrenamento, razão pela qual alguns acionamentos de mesa rotativa produzem um ruído audível em determinadas rotações, mesmo com conjuntos de engrenagens novos.

Fabricação em nossas instalações

A retificação da rosca é realizada após a cementação em todos os eixos sem-fim DIN6 e DIN7. A cementação distorce a geometria da rosca — os sem-fins medidos antes e depois do ciclo de tratamento térmico apresentam erros de passo de 3 a 5 vezes maiores que o valor pré-tratamento. A retificação corrige essa distorção. Os sem-fins que são tratados termicamente, mas não retificados posteriormente, carregam toda a distorção do tratamento térmico para uso, razão pela qual muitas alegações de catálogo DIN7 de fornecedores de baixo custo não resistem à verificação por CMM na inspeção de recebimento.

Engrenagens helicoidais duplex — O problema de folga resolvido definitivamente

Um conjunto de engrenagens helicoidais padrão possui uma espessura de dente fixa em ambos os flancos da rosca helicoidal. A folga é definida na montagem pela distância entre os centros dos eixos da rosca helicoidal e da engrenagem. À medida que os dentes de bronze da engrenagem se desgastam, a folga entre os dentes aumenta e a folga também aumenta — a única maneira de corrigi-la é substituir o conjunto de engrenagens. Para uma mesa rotativa em um centro de usinagem de produção, a substituição de um conjunto de engrenagens significa tirar a máquina de serviço, desmontar a mesa rotativa, obter um conjunto de substituição com precisão de furo H7, remontar e revalidar a precisão do eixo. Esse processo normalmente leva de 2 a 4 dias e custa mais em perda de produção do que o próprio conjunto de engrenagens.

UM verme duplex (também chamado de rosca sem-fim de passo duplo) é fabricado com um valor de passo ligeiramente diferente nos flancos esquerdo e direito da rosca. Isso cria uma condição em que a espessura do dente aumenta continuamente de uma extremidade da rosca sem-fim à outra — a rosca é mais grossa em uma extremidade e mais fina na outra. Na roda sem-fim correspondente, os diferentes perfis dos flancos produzem geometrias de folga entre os dentes diferentes nas faces frontal e traseira de cada dente da roda, mas a dimensão crítica — a espessura do dente da roda ao longo da circunferência — permanece constante. Isso significa que a rosca sem-fim pode ser deslocada axialmente para trazer uma seção mais grossa ou mais fina para engrenar com a roda, fechando ou abrindo a folga sem alterar a geometria do padrão de contato ou a capacidade de carga.

Na prática, o ajuste é feito por meio de um parafuso de fixação axial ou um conjunto de calços na caixa de rolamentos do eixo sem-fim — um procedimento de 15 minutos com ferramentas manuais padrão, sem a necessidade de remover a mesa rotativa da máquina. Um sulco em V usinado no dente de referência do sem-fim identifica a posição axial de folga zero. A partir dessa posição, a faixa de ajuste normalmente se estende por ±0,8 mm de deslocamento axial, correspondendo a uma faixa de ajuste de folga de aproximadamente 0 a 0,15 mm no círculo primitivo, dependendo da diferença de passo especificada. Um conjunto duplex bem conservado em uma mesa rotativa de produção pode ser reajustado de 4 a 6 vezes durante sua vida útil antes que os dentes da engrenagem se desgastem além do limite de projeto — multiplicando efetivamente a vida útil de precisão do conjunto de engrenagens por esse fator.

Lista de referência de substituição para marcas comuns de componentes CNC

As marcas abaixo são usadas apenas para fins de identificação dimensional. A Korea Ever-Power não possui qualquer relação comercial com esses fabricantes e não é distribuidora autorizada de nenhum deles. Todas as marcas registradas são propriedade de seus respectivos proprietários.

Referências de projetos de clientes

Usinagem Industrial Padrão vs. Usinagem de Precisão CNC — Oito Fatores que as Diferenciam

Para aplicações CNC que exigem uma unidade de acionamento totalmente encapsulada em vez de componentes isolados, pares combinados de precisão estão disponíveis em invólucros selados. Compacto redutores de engrenagem helicoidal Conjuntos combinados de grau CNC estão disponíveis para aplicações de eixos rotativos e acionamentos de indexação, onde uma caixa de engrenagens pronta para montagem é a escolha prática em vez de um conjunto de engrenagens simples integrado em uma carcaça de máquina personalizada.

Perguntas frequentes