Червячная передача для станков с ЧПУ — руководство по точному выбору

Во сколько на самом деле обходится неисправная червячная передача на шпинделе

Рассмотрим вертикальный обрабатывающий центр, выполняющий контурные проходы по вращающейся четвертой оси. Диаметр делительной окружности червячного колеса составляет 120 мм. За два года работы в режиме индексации в зубчатой ​​передаче накопился люфт в 0,10 мм. Когда ось меняет направление движения в середине контура, стол не перемещается на расстояние, равное этому люфту, а затем резко выдвигается вперед, чтобы компенсировать его. В угловом выражении 0,10 мм при радиусе делительной окружности 60 мм равны 0,0017 радиан, или приблизительно 5,7 угловых минут мертвой зоны. В результате на заготовке остается видимая метка задержки при каждом изменении направления движения. Сервокомпенсация не может ее устранить, поскольку энкодер не фиксирует движение до тех пор, пока зубчатое колесо не войдет в зацепление.

Это не проблема настройки. Это проблема спецификации шестерен — и ее можно полностью избежать, если перед заказом понимать три параметра: Класс DIN, ошибка ведущего, и негативная реакция в круге болельщиковКорейская компания Ever-Power производит... прецизионные червячные передачи для применений в станках с ЧПУ, где эти три числа подтверждены и задокументированы, а не являются приблизительными.

Где используются червячные приводы в оборудовании с ЧПУ

Расположение вала под углом 90 градусов и присущая им самоблокировка при передаточном отношении выше примерно 15:1 делают червячные передачи практичным выбором для любой функции ЧПУ, требующей удержания положения при выключенном двигателе. Они широко используются в станкостроении в тех областях, где косозубые зубчатые передачи с параллельными осями не могут выполнять свою функцию без отдельного тормоза:

В Поворотные столы с четвертой и пятой осямиЧервячная передача образует заключительную ступень редукции между серводвигателем и выходным валом оси A или B. Угловое разрешение, доступное контроллеру ЧПУ, напрямую зависит от количества зубьев червячного колеса и разрешения энкодера, но фактическая угловая точность обработки заготовки зависит от погрешности хода и допуска профиля самой червячной передачи. Система управления ЧПУ с точностью передачи 0,001 градуса бессмысленна, если механический привод имеет периодическую погрешность 0,1 градуса из-за изношенного или некачественно изготовленного червяка.

Индексирующие головки и делительные головки На зубофрезерных, шлифовальных и фрезерных станках червячные передачи используются на заключительном этапе индексации именно потому, что погрешность шага зубьев определяет геометрическую точность каждой заготовки, обрабатываемой станком. Погрешность расстояния между зубьями шестерни, возникающая в червячном колесе делительной головки, распространяется непосредственно на каждый зубчатый рез на этом станке. В этом контексте червячная передача не является компонентом привода — это геометрический опорный элемент, и с точки зрения закупки его следует рассматривать именно как таковой.

Вращающиеся оси координатно-измерительной машины Приводы для обработки полупроводниковых пластин представляют собой верхний предел требований к точности. В этих приложениях ожидается, что червячная передача будет позиционировать наконечник зонда или подставку для пластины с точностью до микрон от заданного положения, с нулевой мертвой зоной при изменении направления вращения. Только дуплексная червячная передача Для таких применений подходят комплекты, в которых люфт можно отрегулировать практически до нуля и поддерживать на этом уровне в течение всего срока службы привода.

Диапазон технических характеристик — Прецизионные червячные передачи с ЧПУ

Что на самом деле означает класс DIN для вашей оси ЧПУ?

Класс точности DIN для червячных передач контролирует три независимых геометрических допуска: ошибка одного броска (различие в угловом расстоянии между соседними зубами), общая ошибка питча (отклонение любого зуба от его теоретически идеального положения по всей окружности), и отклонение профиля зуба (насколько фактическая форма боковой поверхности зуба отличается от теоретической эвольвенты). Каждый из этих факторов по-разному влияет на качество обработанной детали, и их следует понимать по отдельности, а не объединять в одну категорию, считая, что «DIN7 достаточно хорош».

Ошибка шага зуба приводит к появлению неровностей или провалов в угловой скорости выходного вала один раз за каждое зацепление зуба, с частотой, равной количеству зубьев червячного колеса, умноженному на скорость вращения колеса. При контурной обработке по четвертой оси это проявляется в виде тонкого повторяющегося рисунка текстуры поверхности — иногда видимого только при косом освещении под углом, который улавливает периодичность поверхности. Для колеса с 60 зубьями, вращающегося со скоростью 0,5 об/мин, эта текстура повторяется 30 раз в минуту на поверхности заготовки. Стандарт DIN7 для металла M3 ограничивает ошибку шага зуба примерно 18 микрометрами; стандарт DIN6 ограничивает ее 11 микрометрами. Разница измерима на заготовке с помощью профилометрии поверхности.

Суммарная погрешность шага определяет, насколько точно ось может вернуться в заданное угловое положение после полного оборота. Для индексирующей головки, вращающейся для нарезания 36 равномерно расположенных зубьев шестерни, суммарная погрешность шага червячного колеса индексирующей головки напрямую приводит к неравномерному расстоянию между зубьями каждой шестерни, изготавливаемой на этом станке. Именно поэтому для зубофрезерных и зубонарезных станков в качестве минимального требования указываются червячные передачи DIN6 — нарезаемая шестерня наследует суммарную погрешность шага индексирующего привода станка, умноженную на механическое преимущество шестерни.

Отклонение профиля влияет на плавность передачи. Червячный зуб с чрезмерным отклонением профиля создает изменяющееся передаточное отношение при каждом зацеплении зубьев — колесо слегка ускоряется и замедляется по мере перемещения точки контакта по боковой поверхности зуба. Эта пульсация скорости вызывает вибрацию на частоте зацепления, поэтому некоторые приводы поворотных столов издают слышимый звук при определенных значениях оборотов в минуту даже с новыми зубчатыми передачами.

Производство на нашем предприятии

Шлифовка резьбы выполняется после цементации всех червячных валов DIN6 и DIN7. Цементация искажает геометрию резьбы — червяки, измеренные до и после цикла термообработки, показывают погрешности шага в 3–5 раз больше, чем до обработки. Шлифовка исправляет это искажение. Червяки, прошедшие термообработку, но не отшлифованные впоследствии, сохраняют в эксплуатации все искажения, вызванные термообработкой, поэтому многие заявленные производителем значения DIN7 от более дешевых поставщиков не выдерживают проверки на координатно-измерительной машине при входном контроле.

Червячные передачи с двойным зубчатым колесом — проблема люфта решена навсегда.

Стандартная червячная передача имеет фиксированную толщину зубьев на обеих сторонах резьбы червяка. Зазор устанавливается при сборке межосевым расстоянием между валами червяка и колеса. По мере износа бронзовых зубьев колеса зазор увеличивается, и люфт возрастает — единственный способ его устранить — заменить всю зубчатую передачу. Для поворотного стола на серийном обрабатывающем центре замена зубчатой ​​передачи означает вывод станка из эксплуатации, разборку поворотного стола, поиск нового комплекта с точностью H7, повторную сборку и повторную проверку точности осей. Эта процедура обычно занимает от 2 до 4 дней и обходится дороже из-за простоя производства, чем сама зубчатая передача.

А дуплексный червь Червяк с двойным ходом (также называемый червячным колесом с двойным ходом) изготавливается с немного разным шагом на левой и правой сторонах резьбы. Это создает ситуацию, когда толщина зуба непрерывно увеличивается от одного конца червяка к другому — резьба толще на одном конце и тоньше на другом. В месте соединения червячного колеса различные профили боковых поверхностей создают различную геометрию зазора между зубьями на передней и задней поверхностях каждого зуба колеса, но критический размер — толщина зуба колеса по окружности — остается постоянным. Это означает, что червяк можно смещать в осевом направлении, чтобы обеспечить зацепление более толстой или более тонкой секции с колесом, закрывая или открывая зазор без изменения геометрии контакта или несущей способности.

На практике регулировка производится с помощью осевого установочного винта или пакета прокладок на корпусе подшипника червячного вала — процедура занимает 15 минут при использовании стандартных ручных инструментов, без снятия поворотного стола со станка. V-образная канавка, выточенная на эталонном зубе червяка, определяет осевое положение с нулевым люфтом. Начиная с этого положения, диапазон регулировки обычно составляет ±0,8 мм осевого смещения, что соответствует диапазону регулировки люфта приблизительно от 0 до 0,15 мм на делительной окружности, в зависимости от заданной разницы шага. Хорошо обслуживаемый двухрядный зубчатый механизм на производственном поворотном столе может быть перенастроен от 4 до 6 раз за весь срок службы, прежде чем зубья колеса износятся сверх расчетного предела — фактически, увеличивая полезный срок службы зубчатого механизма на этот коэффициент.

Справочник по замене компонентов для распространенных марок станков с ЧПУ

Указанные ниже торговые марки используются исключительно для идентификации размеров. Компания Korea Ever-Power не имеет коммерческих отношений с этими производителями и не является их авторизованным дистрибьютором. Все товарные знаки являются собственностью их соответствующих владельцев.

Проектные рекомендации заказчика

Стандартная промышленная точность против точности ЧПУ — восемь факторов, которые их отличают.

Для станков с ЧПУ, требующих полностью закрытого приводного блока, а не отдельных компонентов, доступны прецизионно подобранные пары в герметичных корпусах. Компактные червячные редукторы Для приводов вращающихся осей и индексирующих механизмов, где готовый к установке редуктор является более практичным выбором, чем комплект шестерен, интегрированный в корпус станка, изготовленный на заказ, доступны комплекты, соответствующие стандартам ЧПУ.

Часто задаваемые вопросы