Kugleskrue lineær glide til CNC-værktøjsmaskiner: Hvordan X-, Y- og Z-aksekravene er forskellige

Når CNC-maskinbyggere køber kugleskruer og lineære guider til en ny maskine, er standardmetoden at anvende den samme specifikation på tværs af alle akser - samme diameter, samme ledning, samme møtriktype. Det forenkler indkøb, reducerer antallet af varenumre, der skal administreres, og føles konservativt.

I praksis er det ofte den forkerte tilgang.

X-, Y- og Z-akserne i en CNC-maskine fungerer under fundamentalt forskellige forhold. X-aksen dækker det længste slag ved højeste hastighed. Y-aksen bærer den kombinerede vægt af spindelsamlingen og bevæger sig under kontinuerlige tværskærende belastninger. Z-aksen arbejder lodret mod tyngdekraften, skal holde position, når strømmen afbrydes, og kræver en kortere, stivere skrue end de vandrette akser. At bruge den samme kugleskruespecifikation for alle tre betyder enten over-at specificere to akser for at beskytte den tredje eller under-angive den mest krævende akse for at spare omkostninger på de andre.

Denne artikel dækker, hvad hver enkelt akse faktisk kræver af en lineær kugleskrue, hvordan man matcher skrueserien og fører til hvert sæt betingelser, og hvor OEM-maskinbyggere oftest tager specifikationen forkert.

Hvorfor hver CNC-akse har forskellige kugleskruekrav

En lineær kugleskrue er ikke kun en drivmekanisme. Det er en af ​​nøglekomponenterne, der påvirker, hvor præcist aksen placeres, hvor hurtigt den kan bevæge sig, hvor meget tryk den kan generere, og hvor længe den holder under maskinens driftscyklus. Hver af disse parametre er indstillet af aksegeometrien og belastningsforholdene - ikke af en enkelt universel specifikation.

Tre faktorer varierer betydeligt mellem CNC-akser og driver kugleskruespecifikationen direkte:

X-akse: Langt slag, høj hastighed, maksimal rejseeffektivitet

På de fleste CNC-fræsere, portalmaskiner og bearbejdningscentre er X-aksen den primære traversakse - den, der er ansvarlig for at dække maskinens fulde arbejdsbredde i ilgange mellem snit. Den har typisk den længste slaglængde, kører med den højeste hastighed og arbejder med relativt lette belastninger under hurtige bevægelser.

Hvad X-aksen kræver af en lineær kugleskrue

Fart først.X-aksens ilganghastighed bestemmer minimumsforspringet. For en servomotor, der kører ved 3.000 RPM, er den ledning, der kræves for at opnå 30 m/min eller 500 mm/s,: 500 mm/s × 60 ÷ 3.000 RPM=10mm. For at opnå 60 m/min på samme motor kræves en 20 mm ledning. De fleste CNC-fræsere X-akser kører ledninger mellem 10 mm og 20 mm afhængigt af maskinens størrelse og hastighedskrav. Når hastighedskravet skubber ud over, hvad en 20 mm ledning SFU kan levere ved motorens maksimale omdrejningstal, er SFE store-ledningsserien - med ledninger på 25 mm, 32 mm, 40 mm og derover - det korrekte trin op.

Akseldiameter til kritisk hastighed.På en X-akse på 2.000 mm kan skrueakslens ustøttede længde nå 2.200–2.400 mm mellem støttelejer. Ved denne længde kan en aksel med en diameter på 20 mm blive begrænset af kritisk hastighed et godt stykke tid, før det påkrævede omdrejningstal nås, afhængigt af støttekonfiguration, sikkerhedsfaktor og skruestruktur. I mange lange-CNC-akser vælges skruer med en diameter på 32 mm eller 40 mm primært for at holde den kritiske hastighed over driftsområdet -, ikke fordi belastningen kræver det.

Valset C7 er normalt den korrekte præcisionskvalitet.Til træbearbejdningsfræsere og generelle fremstillingsmaskiner er rullede C7-kugleskruer ofte tilstrækkelige, når den nødvendige positioneringsnøjagtighed er moderat. Maskinens endelige nøjagtighed afhænger også af montering, slør, termisk ekspansion, styrestivhed og kontrolkompensation - skruekvaliteten er én faktor blandt flere.

Y-akse: Medium slaglængde, kombineret belastning, strukturel stivhed

I mange CNC-fræsere og portalmaskiner-bærer Y-aksen spindelmotoren, Z-aksesamlingen og ofte portaltværbjælken eller sadlen. Den bevæger sig vinkelret på X-aksen, typisk ved lavere hastighed end X, men under væsentligt højere belastning -, fordi massen af ​​alt, der er monteret på Y-vognen, øger den aksiale kraft, der kræves under acceleration og deceleration.

Hvad Y-aksen kræver af en lineær kugleskrue

Højere kraftkrav end X.Hvis Z--aksesamlingen og spindlen tilsammen vejer 80 kg, og maskinen accelererer med 0,3 g, skal Y-aksen generere 80 × 9,8 × 0.3=235N af tryk blot for acceleration -, før der tilføjes nogen skærekraft. Kugleskruen skal dimensioneres til den ækvivalente aksiale belastning, inklusive accelerationskraft og skærekraftkomponenter i skruens retning, med en tilstrækkelig Ca sikkerhedsmargin.

Moment load management.Når spindlen skærer i et punkt forskudt fra Y-aksens midterlinje, skaber reaktionskraften en momentbelastning på Y-slæden. Dette øjeblik bæres af de lineære guider, ikke kugleskruen. Momentbelastninger fra forskudte skærekræfter skal beregnes separat for de lineære føringer og slædeblokke -. Styrespecifikationen, inklusive skinnebredde, antal blokke og forspændingsklasse, skal matches til det maksimale moment, Y-aksens geometri kan generere. Under-angivelse af Y--aksestyrene, mens kugleskruen angives korrekt, er en almindelig designfejl, der forårsager for tidligt styreslid og tab af nøjagtighed.

Medium ledning for afbalanceret hastighed og tryk.Y-aksen behøver ikke X-aksens store forspring, fordi den dækker et kortere slag ved lavere hurtig hastighed. En 10 mm ledning giver en rimelig balance mellem hastighed og tryk for de fleste CNC-fræsere og Y-akser til bearbejdningscenter. På tunge-maskiner, der flytter sadelvægte over 200 kg, kan det være nødvendigt med en 5 mm ledning med en skrue med større diameter for at give tilstrækkeligt tryk ved motorens nominelle drejningsmoment.

Z-akse: kort slag, lodret belastning, ryg-kørselsrisiko

Z-aksen er den mest mekanisk adskilte af de tre. Den bevæger sig lodret, bærer en konstant nedadgående belastning, spindelvægten arbejder til enhver tid over et kort slag og skal holde positionen pålideligt, når servodrevet er-deaktiveret. Disse krav peger på en kugleskruespecifikation, der er det modsatte af X-aksen i næsten alle henseender.

Hvad Z-aksen kræver af en lineær kugleskrue

Lille ledning for lænde-drevtendens og højere fremdrift.En mindre ledning giver motoren mere mekanisk fordel og reducerer tendensen af ​​Z-aksen til at køre tilbage- under spindelvægten. En kugleskrue bør dog ikke behandles som en selv-låsende mekanisme - kugleskruer har høj mekanisk effektivitet, hvilket betyder, at de er mere modtagelige for tilbage-drift end traditionelle blyskruer. Hvorvidt en given Z-akse vil tilbage-drevet afhænger af ledning, belastning, skrueeffektivitet, smøretilstand, og om servodrevet bevarer holdemomentet, når det er stationært.

En 5 mm ledning er standard til CNC Z-akser. Det giver tilstrækkeligt tryk fra motorens nominelle drejningsmoment og holder Dm·N-værdien inden for driftsområdet ved de involverede hastigheder. Men ledningen alene garanterer ikke, at spindlen ikke vil falde ned, når strømmen afbrydes.

Motorbremse eller modvægt er ofte nødvendigt.For vertikale CNC-akser bør en motorbremse eller modvægt overvejes, når ukontrolleret nedstigning kan skabe en sikkerheds-, værktøjs- eller arbejdsemnerisiko. Som en praktisk reference bør Z-akses spindelsamlinger omkring 15-20 kg eller derover normalt kontrolleres for bremse- eller modvægtskrav -, men den faktiske tærskel afhænger af ledning, skrueeffektivitet, friktion og drivadfærd og bør evalueres for hvert design i stedet for at blive anvendt som en fast regel.

Kort skaft betyder stivhed, ikke kritisk hastighed.AZ-akse skrueaksel er typisk 300-600 mm lang. Ved denne længde er kritisk hastighed normalt ikke den begrænsende faktor selv ved små diametre. Diametervalget er drevet af belastningskapacitet, Ca og akselafbøjning under spindelvægten. En 16 mm eller 20 mm diameter aksel dækker de fleste CNC router Z-akser; bearbejdningscentre med tungere spindler kan have brug for 25 mm.

Dobbeltmøtrik til præcisionsbearbejdning.På CNC-bearbejdningscentre, hvor Z-aksen styrer skæredybden, påvirker slør i Z-aksen direkte overfladefinish og dimensionsnøjagtighed. Et DFU dobbelt-møtrikdesign hjælper med at minimere aksialt slør og forbedre stivheden. På CNC-fræsere, hvor dybdetolerancen er ±0,1 mm, er en standard SFU-enkelt--møtrik Z-akse tilstrækkelig.

Kompakt lineær guide til pladsbegrænsninger.Z-aksen har normalt den mest begrænsede installationsplads. En smal lineær guide, såsom HDR15 eller HDR20 fra DLYs HD-serie, med to blokke er typisk. Styringen skal være dimensioneret til at bære den kombinerede vægt af spindlen plus vogn plus ethvert værktøj i spindlen, med en passende dynamisk belastningsmargen.

Almindelige specifikationsfejl af Axis

X-, Y-, Z-aksespecifikationsoversigt

Sourcing kugleskruer og lineære guider til CNC-akser

For OEM CNC-maskinbyggere, der indkøber komponenter i volumen, er den praktiske overvejelse efter specifikation konsistens på tværs af batcher. En skrue, der opfylder Ca og blynøjagtighed på den første ordre, skal opfylde samme specifikation på den tiende ordre. Variation mellem batches - i kuglediameter, preload eller ledningsfejl - producerer maskiner, der yder anderledes på trods af, at de bruger de samme varenumre, hvilket skaber kvalitetskontrol og efter-salgsproblemer.

DLY fremstillerSFU enkelt-møtrikogDFU dobbelt-møtrikkugleskruer i diametre fra 12 mm til 80 mm, med ledninger fra 4 mm til 20 mm, i C7 valset og C5/C3 slebet præcisionskvaliteter. For X-akseapplikationer med høj-hastighed, der kræver ledninger over 20 mmSFE store-emneserierdækker ledninger på 25 mm, 32 mm, 40 mm, 50 mm og 64 mm. Lineære føringsveje er tilgængelige i HD-serien, HDR15 til HDR65, til generelle CNC-applikationer, ED-serien, EDR15 til og med EDR30, til applikationer med lav-profil og høj{11}}hastighed, og RD-rulleserien, RDR15 til RDR65, til høj-stivhedskrav{15}, høj belastning. Alle serier er tilgængelige i standard- og højnøjagtighedskvaliteter og understøtter batchordrer med leveringstidsbekræftelse på forespørgselsstadiet.

Bekræft din CNC-aksespecifikation før bestilling

Hvis du specificerer kugleskruer og lineære guider til et nyt CNC-maskinedesign eller udskifter komponenter på en eksisterende maskine, kan DLYs ingeniørteam gennemgå dine akseparametre og bekræfte den korrekte skrueserie, diameter, ledning og guidespecifikation for hver akse.

Batchpriser og leveringstid bekræftes samtidig med den tekniske specifikation.