Korea Ever-Power · Vodič za inženjering aplikacija
Puž i pužni točak za pogone posmaka glodalica i tokarilica
Glodalica zahvata čelični obradak pri tangencijalnoj sili rezanja od 2.000 N. Komponenta te sile u smjeru pomaka - 400 do 800 N, ovisno o geometriji rezača - gura unatrag kroz vodeći vijak, kroz pužni par i pokušava ubrzati stol u rezač. Ako pogon za pomicanje dozvoli ovo ubrzanje, alat kopa dublje, sila se povećava i stol dodatno ubrzava - samopojačavajući sudar koji savija alate i oštećuje mašine. Samoblokirajući pužni par je mehanička barijera koja sprječava ovu nestabilnost smjera pomaka.
Pogoni za pomicanje glodalica i strugova koriste parove pužnih zupčanika za dvije istovremene funkcije: kontrolirano smanjenje brzine posmaka (pretvaranje brzine motora u sporo, stabilno kretanje stola ili kolica tokom rezanja) i samoblokirajuću sigurnost (sprečavanje sila rezanja da pokreću mehanizam za pomicanje unatrag i povlače obradak u alat). Analiza povratne sprege sile rezanja prati kako se tangencijalne, radijalne i aksijalne komponente sile rezanja razlažu u obrtni moment povratnog pogona na paru pužnih zupčanika - i pokazuje da samo geometrija puža sa samoblokirajućim zupčanicima (jednostruki hod, ugao vođenja ispod ugla trenja) pouzdano apsorbira ovaj obrtni moment u svim uslovima rezanja. Tačnost brzine posmaka zavisi od greške vođenja puža: greška vođenja puža od 10 µm po okretu puža proizvodi periodičnu varijaciju brzine posmaka koja se pojavljuje kao valovitost završne obrade površine na frekvenciji rotacije puža. Brušeni puževi (Ra 0,3 do 0,4 µm, greška vođenja ispod 5 µm) proizvode stabilnost posmaka unutar plus ili minus 1 posto; Zupčasti crvi (Ra 1,6 µm, greška koraka 15 do 25 µm) proizvode varijaciju od plus ili minus 3 do 5 posto vidljivu kao površinska valovitost na gotovom dijelu.
Zašto pogoni za pomicanje glodalica i tokarilica koriste pužne zupčanike
Pogon za pomicanje alatne mašine pretvara rotaciju motora u sporo, kontrolirano linearno kretanje radnog stola (glodanje) ili poprečnog klizača (strug) tokom rezanja metala. Brzina pomicanja - obično od 10 do 500 mm u minuti - određuje kvalitet završne obrade površine, debljinu strugotine i vijek trajanja alata. Pužni zupčanik se nalazi između motora za pomicanje i vodećeg vijka, osiguravajući i smanjenje brzine i kritičnu sigurnosnu funkciju samoblokiranja.
Za razliku od primjene rotacionog stola (Članak A22) gdje pužni zupčanik pozicionira i drži elemente, par pogona za pomicanje se kontinuirano kreće tokom rezanja - što čini konzistentnost brzine pomaka i apsorpciju sile rezanja primarnim parametrima specifikacije.
Samoblokiranje apsorbira komponentu sile rezanja u smjeru pomaka koja pokušava ubrzati obradak u rezač. Bez samoblokiranja, konvencionalno ili penjanje glodanjem može proizvesti samopojačavajuće ubrzanje pomaka koje oštećuje alat, obradak i vreteno mašine - potencijalno ozljeđujući operatera.
Klizni kontakt puža i pužnog točka proizvodi inherentno glatkiju rotaciju nego kod cilindričnih zupčanika - što se prevodi u glatkiju brzinu pomaka s manje periodičnih varijacija. Glatkoća brzine pomaka direktno određuje kvalitet završne obrade površine: varijacija pomaka od 2 posto proizvodi varijaciju debljine strugotine od 2 posto, što je vidljivo kao valovitost na obrađenoj površini.
Pužni zupčanik sa odnosom 40:1 pretvara motor od 1.450 o/min na 36 o/min na vodećem vijku — proizvodeći brzinu posmaka od 180 mm/min kroz vodeći vijak koraka 5 mm. Ovaj jednostepeni odnos se uklapa unutar stuba ili pregrade mašine bez proširenja prostora mašine. Zupčanici sa ravnim zubima trebaju 3 do 4 stepena za isti odnos.
Analiza povratne informacije o sili rezanja — kako sile rezanja pokušavaju pokrenuti pomak unatrag
Tokom rezanja metala, tri ortogonalne komponente sile djeluju na obradak u tački rezanja. Komponenta koja je poravnata sa smjerom pomicanja je kritična za pužni par zupčanika jer pokušava da pokrene mehanizam za pomicanje unazad kroz vodeći vijak.
Donja tabela prati lanac sile od parametara rezanja do obrtnog momenta povratnog pogona za tri uobičajena scenarija obrade - pokazujući zašto je samoblokiranje neophodno i zašto konvencionalni (nesamoblokirajući) zupčasti pogoni nisu sigurni za primjene glodanja.
Analiza pokazuje da čak i teško uzlazno glodanje pri tangencijalnoj sili od 5.000 N proizvodi samo 10 N·m obrtnog momenta unatrag na pužnom paru zupčanika - što je unutar kapaciteta samoblokiranja bilo kojeg standardnog jednostrukog para (koji se opire obrtnim momentima unatrag do punog izlaznog obrtnog momenta, obično 50 do 500 N·m za veličine posmaka alatnih mašina). Pužni par zupčanika apsorbuje cijelu silu rezanja u smjeru posmaka bez ikakvog naprezanja. Ali posljedice kvara unatrag su ozbiljne: obradak ubrzava u rezač punom brzinom vodećeg vijka, uzrokujući sudar koji može slomiti alat, oštetiti vreteno i povrijediti operatera. Granica samoblokiranja nije granična - dizajnirana je da bude neodoljiva.
Tačnost brzine posmaka — kako greška u hodu puža uzrokuje valovitost završne obrade površine
Brzina pomaka određuje debljinu strugotine, a time i završnu obradu površine: savršeno konstantna brzina pomaka proizvodi savršeno ujednačenu strugotinu, što rezultira glatkom površinom. Promjenjiva brzina pomaka proizvodi promjenjivu debljinu strugotine, što rezultira valovitom površinom s periodom koji odgovara frekvenciji varijacije.
Greška u vođstvu puža proizvodi periodične varijacije u hranjenju. Ako puž ima kumulativnu grešku hoda od 15 µm tokom jednog okreta, brzina pomaka varira za 15 µm po okretaju. Pri omjeru 40:1 sa korakom vodećeg vijčanog vijka od 5 mm, jedan okret puža pomiče sto za 0,125 mm. Greška od 15 µm tokom 0,125 mm hoda predstavlja trenutnu varijaciju hoda od 12 posto - što proizvodi varijaciju debljine strugotine od 12 posto vidljivu kao periodična valovitost s valnom dužinom od 0,125 mm na obrađenoj površini. Za završnu obradu gdje hrapavost površine Ra mora biti ispod 1,6 µm, ova valovitost je neprihvatljiva.
Brušeni puževi s greškom koraka ispod 5 µm po okretu smanjuju varijaciju posmaka na ispod 4 posto - unutar prihvatljivog raspona za opću obradu (hrapavost površine Ra 1,6 do 3,2 µm). Za preciznu završnu obradu (Ra ispod 0,8 µm), specificirani su preklopljeni puževi s greškom koraka ispod 2 µm. Greška koraka nije isto što i završna obrada površine: puž može imati glatku završnu obradu površine Ra 0,4 µm, ali slabu tačnost koraka (greška od 10+ µm) zbog geometrijskih grešaka mašine za glodanje. Greška koraka mora se provjeriti direktnim mjerenjem na namjenskom instrumentu za ispitivanje koraka - a ne zaključiti iz vrijednosti hrapavosti površine.
Korejski proizvođač koljenastih glodalica primio je pritužbe na terenu zbog periodične valovitosti površine na Y-osi (poprečno pomicanje) tokom glodanja ravnim glodanjem. Valovitost se pojavljivala kao pravilan uzorak s valnom dužinom od približno 0,13 mm - što odgovara pomicanju stola po okretu puža (nominalno 0,125 mm pri korištenoj brzini pomicanja). Inspekcija puža otkrila je kumulativnu grešku koraka od 18 µm tokom jednog okreta - unutar standardne tolerancije dobavljača, ali je proizvodila varijaciju koraka od 14 posto. X-osa (uzdužno pomicanje) nije pokazala valovitost - njegov puž je imao grešku koraka od 4 µm (iz druge proizvodne serije sa strožom kontrolom procesa). Oba puža su imala isti kataloški broj od istog dobavljača - greška koraka nije bila kontrolirana u specifikaciji proizvodnje, već samo dimenzije navoja i završna obrada površine. Rješenje: proizvođač glodalice dodao je specifikaciju greške koraka u narudžbenicu - maksimalno 6 µm kumulativno po okretu, što je potvrđeno certifikatom o inspekciji. Dobavljač je implementirao 100-postotno testiranje koraka na optičkom instrumentu za provjeru koraka uz dodatni trošak od 1,80 USD po pužu. Prigovori na valovitost površine smanjeni su na nulu tokom sljedećih 12 mjeseci proizvodnje. Pouka: završna obrada površine Ra i tačnost koraka su nezavisni parametri - samo navođenje Ra ne garantuje tačnost pomaka. Dodajte maksimalnu grešku koraka po okretu u specifikaciju kupovine za bilo koji puž s pogonom na pomak.
Tri kućišta pužnog zupčanika pogona za pomicanje alatnih mašina
Slučaj 1 — Korejski proizvođač koljenastih glodalica: 3-osno napajanje, samoblokirajuća sigurnost je kritična
Korejski proizvođač vertikalnih koljenastih glodalica specificirao je parove pužnih zupčanika za jedinice za pomicanje X, Y i Z osi. Veličina stola: 1.300 × 300 mm. Vodeći vijak: korak 5 mm, Acme navoj. Motor po osi: 0,37 kW, 1.450 o/min. Par pužnih zupčanika: jednostruki hod, modul 2, razmak između osi 40 mm, omjer 40:1. Izlazna brzina na vodećem vijku: 36 o/min, što proizvodi maksimalnu brzinu posmaka od 180 mm/min. Samoblokiranje: obavezno na sve tri ose - Z-osa (vertikalno koljeno) nosi težinu stola, škripca i obratka (ukupno do 300 kg), a kvar samoblokiranja bi omogućio da koljeno padne pod utjecajem gravitacije. Greška vođenja: ispod 6 µm po okretu (brušeni puž, Ra 0,4 µm). Materijal: kaljeni puž 20CrMnTi HRC 58, točak od fosforne bronze CuSn12Ni. Podmazivanje: Mašinsko ulje ISO VG 68, zajedničko s koljenom klizača. Cijena po paru: 42 USD. Cijena za 3-osni set: 126 USD po glodalici. Godišnja proizvodnja: 1.200 glodalica (3.600 parova pužnih zupčanika). Cijena od 42 USD po paru je najkritičnija sigurnosna komponenta na glodalici - kvar samoblokade na Z-osi bi omogućio da stol od 300 kg slobodno padne na ruke operatera.
Slučaj 2 — Japanski CNC strug: poprečno klizno pomicanje, servo pogon, kritična završna obrada površine
Japanski proizvođač CNC tokarilica specificirao je par pužnih zupčanika za poprečno klizno (X-osa) pomicanje proizvodnog tokarijskog centra koji obrađuje komponente automobilskih vratila. Poprečno klizno pomicanje određivalo je toleranciju gotovog promjera (plus ili minus 10 µm) i hrapavost površine (Ra 0,8 µm potrebna za površine rukavaca ležaja). Vodeći vijak: kuglični vijak s korakom od 6 mm (visoka efikasnost za CNC servo upravljanje). Par pužnih zupčanika: jednostruki hod, modul 1,5, razmak između centara 30 mm, omjer 30:1, brušeni Ra 0,3 µm, greška vođenja ispod 3 µm po okretu. DIN klasa tačnosti 5. Motor: AC servo od 1 kW s enkoderom od 131.072 brojanja. Izlazni obrtni moment na pužnom kotaču: 35 N·m (adekvatno za trenje poprečnog klizanja plus povratnu informaciju o sili rezanja). Varijacija brzine pomicanja od puža: ispod 1 posto pri svim brzinama pomicanja - što stvara valovitost površine ispod 0,1 µm od vrha do dna (nevidljiva pri specifikaciji Ra 0,8 µm). Cijena po paru: 125 USD. Pregledaj pužni zupčanik za alatne mašine opcije dizajnirane za pogone za pomicanje CNC tokarilica i glodalica.
Slučaj 3 - Vijetnamska radijalna bušilica: pinola s pogonom na struju, vođena troškovima, prihvatljivo glodanje
Vijetnamski proizvođač alatnih mašina specificirao je par pužnih zupčanika za jedinicu za pomicanje na pogonu pinole radijalne bušilice. Primjena bušilice bila je manje zahtjevna od glodanja: bušenje proizvodi aksijalnu silu potiska (gurajući svrdlo u obradak) umjesto bočne sile pomicanja - tako da je rizik od povratnog pomicanja bio nizak (sila potiska djeluje duž ose pinole, koju mehanički podupire čahura pinole bez obzira na par pužnih zupčanika). Samoblokiranje je i dalje specificirano za držanje položaja pinole (sprečavanje gravitacijskog spuštanja glave bušilice kada se motor za pomicanje zaustavi). Par pužnih zupčanika: jednostruki hod, modul 2, središnje rastojanje 35 mm, omjer 20:1. Zupčasti puž, Ra 1,2 µm, greška koraka približno 15 µm - prihvatljivo za bušenje gdje valovitost završne obrade nije bitna (kvalitet rupe određen je geometrijom bušilice, a ne varijacijom pomicanja). Materijal: puž od kaljenog ugljičnog čelika, točak od lijevanog fosfornog bronzanog lijeva. Cijena po paru: 18 USD. Slučaj pokazuje da nisu svim primjenama pogona za alatne mašine potrebni brušeni pužni sistemi - bušenje, provrtanje i narezivanje navoja su procesi koji tolerišu brzinu pogona, gdje glodani pužni sistemi, uz 3 do 5 puta nižu cijenu, daju ekvivalentne funkcionalne rezultate.
Često postavljana pitanja
P: Zašto je uzlazno glodanje opasnije bez samoblokiranja od konvencionalnog glodanja?
Kod glodanja uzbrdo (prema dolje), zubi rezača prvo zahvaćaju maksimalnu debljinu strugotine i izlaze na nultoj debljini. Početni zahvat proizvodi snažnu komponentu sile koja vuče obradak u smjeru pomicanja - prema rezaču. Ako pogon za pomicanje dozvoljava pomicanje unatrag, ova sila uvlačenja ubrzava stol, što povećava dubinu zahvata, što povećava silu uvlačenja - pozitivnu povratnu spregu koja završava snažnim udarom u roku od nekoliko milisekundi. Kod konvencionalnog glodanja (prema gore), zubi zahvaćaju na nultoj debljini i izlaze na maksimumu - sila gura obradak od rezača, što je samoispravljajuće, a ne samopojačavajuće. Samoblokirajući pužni zupčanici čine uzbrdo glodanje sigurnim na ručnim glodalicama - bez njih, uzbrdo glodanje je zabranjeno na mašinama sa nezaključavajućim pogonima za pomicanje.
P: Mogu li CNC mašine koristiti kuglične vijke umjesto pužnih zupčanika za pomicanje?
Moderne CNC mašine univerzalno koriste kuglične vijke za ose pomaka jer kuglične vijke pružaju veću efikasnost (90+ posto u odnosu na 40 do 50 posto za pužne parove zupčanika), manje trenje i nulti zazor s prethodno napetim maticama. Kuglični vijci nisu samoblokirajući - CNC servo motor i kontroler elektronski obezbjeđuju funkciju držanja položaja. Pužni par zupčanika u CNC primjenama pomaka se obično koristi kao stepen smanjenja brzine između servo motora i kugličnog vijka kada raspon brzine motora premaši kritičnu brzinu kugličnog vijka - ne kao primarni mehanizam za pomake. Ručne mašine (koljenaste glodalice, motorne tokarilice) zadržavaju pogone za pomake pužnih parova zupčanika jer im nedostaju servo motori i kontroleri koji bi obezbijedili elektronsko držanje položaja - samoblokirajući pužni par zupčanika je sigurnosni mehanizam koji zamjenjuje elektronsko servo upravljanje.
P: Kako da provjerim tačnost vođenja puža za pogon pomicanja?
Tačnost koraka se mjeri namjenskim instrumentom za mjerenje navoja (kao što je Mahr ili Klingelnberg provjera koraka) koji prati spiralnu putanju navoja puža i upoređuje je sa teoretskom spiralom. Izlaz je grafikon odstupanja koraka koji prikazuje kumulativnu grešku u µm po okretu. Maksimalna kumulativna greška tokom jednog okreta je parametar specifikacije za puževe s pogonom na pomicanje. Ovo mjerenje se ne može izvršiti standardnim metrološkim alatima (mikrometri, CMM-ovi ne prate spiralnu putanju). Ako vaš dobavljač puža nema instrument za provjeru koraka, zatražite da se puževi pošalju u nezavisnu metrološku laboratoriju radi verifikacije koraka - troškovi ispitivanja (5 do 15 USD po pužu) su beznačajni u odnosu na proizvodnu vrijednost alatnih mašina koje zavise od tačnosti pomicanja.
P: Koji je tipičan vijek trajanja pužnog zupčanika za pomicanje alatnih mašina?
Ručni parovi pužnih zupčanika za pomicanje alatnih mašina rade povremeno - obično 500 do 1.500 sati godišnje stvarnog rada pomicanja (mašina izvodi cikluse rezanja, a ne kontinuirano pomicanje). Pri ovom radu, bronzani točak traje 8 do 15 godina. Puž od kaljenog čelika traje cijeli vijek trajanja mašine (20 do 30 godina). Faktor koji ograničava vijek trajanja je obično povećanje zazora koji smanjuje kvalitet završne obrade površine - planirajte zamjenu točka kada zazor pređe 3 do 5 lučnih minuta (mjerljivo kao zazor u smjeru pomicanja na stolu). CNC parovi pužnih zupčanika za pomicanje u proizvodnim okruženjima rade 2.000 do 4.000 sati godišnje i možda će im biti potrebna zamjena točka svakih 5 do 8 godina.
P: Da li se ikada koristi dvohodni puž u pogonima za pomicanje alatnih mašina?
Ne - i ovo je apsolutno pravilo za primjene u pomicanju alatnih mašina. Dvostruki pužni mehanizam gubi samoblokiranje, što znači da sila rezanja može vratiti pogon unazad. Ovo nije kompromis u performansama - to je sigurnosni rizik. Prednost efikasnosti dvostrukog pogona (veća efikasnost motora za pomicanje, manje stvaranje toplote) ne kompenzuje gubitak sigurnosne funkcije. Svaki par pužnih zupčanika za pomicanje alatnih mašina mora biti jednostruko pokretni, jednoobuhvatni, sa uglom vođenja ispod ugla trenja. Ne postoje izuzeci ni u jednom standardu sigurnosti alatnih mašina širom svijeta.
Pogoni za pomicanje glodalica i tokarilica koriste parove pužnih zupčanika kao istovremene reduktore brzine i sigurnosne uređaje - svojstvo samoblokiranja sprječava sile rezanja da pokreću mehanizam za pomicanje unatrag i uzrokuju sudare pri uvlačenju alata koji oštećuju mašine i ugrožavaju operatere. Analiza povratne sprege sile rezanja prati kako se tangencijalna sila rezanja pretvara u obrtni moment povratnog pogona na paru pužnih zupčanika, pokazujući da je margina samoblokiranja dizajnirana da bude prevelika, a ne granična. Tačnost brzine pomicanja zavisi od greške hoda puža - parametra specifikacije nezavisnog od završne obrade površine Ra koji se mora provjeriti namjenskim mjerenjem hoda. Brušeni puževi s greškom hoda ispod 5 µm proizvode završnu obradu površine pogodnu za preciznu obradu; glodani puževi s 15+ µm su adekvatni samo za bušenje i grubu obradu gdje varijacija hoda ne utiče na kvalitet dijela.
Za proizvođače alatnih mašina, naš inženjerski odjel nudi pužne zupčanike za pogon pogona posmaka sa verifikovanim certifikatima o tačnosti koraka. Standardni katalog precizni pužni zupčanici Uključuje konfiguracije pogona za pomicanje s glodalicom i brušenom oštricom od 30 do 80 mm međuosnog razmaka s dokumentacijom o greškama u vožnji. Pošaljite specifikacija posmaka alatnog stroja s tipom ose, korakom vodećeg vijka, maksimalnom silom rezanja i zahtjevima za završnu obradu površine.
Specifikacija parova pužnih zupčanika za pogone za pomicanje alatnih mašina?
Pošaljite tip mašine, osu, korak vodećeg vijka, maksimalnu silu rezanja, ciljanu površinsku obradu i da li je primjena ručna (kritična za samoblokiranje) ili CNC (servo upravljana). Izračunat ćemo obrtni moment povratnog pogona i preporučiti ispravnu specifikaciju puža uz provjeru tačnosti vodećeg vijka.
Urednik: Cxm
