Korea Ever-Power · Rakendustehnika juhend
Uss ja ussiratas lihvimis- ja poleerimismasinate ajamite jaoks
Optilise läätse poleerija saavutab 0,05 µm paksuse pinna – see on umbes tuhandik inimese juuksekarva paksusest. Sellisel skaalal jätab iga masina vibratsiooniallikas oma jälje viimistletud pinnale. Poleerimisspindlit käitav ussülekandepaar peab tekitama vähem kui 0,002 mm/s võrgusilma vibratsiooni – see on suurusjärgu võrra vaiksem kui tipptasemel liftiajam ja kaks suurusjärku vaiksem kui tavaline tööstuslik reduktor.
Lihvimis- ja poleerimismasinad annavad tootmises parimad pinnaviimistlused – Ra 0,05–0,8 µm – ning ajamisüsteemi vibratsioon jätab mulje otse viimistletud pinnale perioodilise lainelisuse või kareduse halvenemisena. Vibratsiooni ja pinnakvaliteedi analüüs kvantifitseerib, kuidas ussiülekande võrgu vibratsiooni amplituud võrgusilma sagedusel muundub pinna kareduse panuseks: iga 0,01 mm/s võrgu vibratsiooni lisab pinna Ra väärtusele ligikaudu 0,02–0,05 µm. Pinnalihvija puhul, mille eesmärk on Ra 0,2 µm, on ussiülekandepaari vibratsioonieelarve alla 0,02 mm/s – see on saavutatav ainult soppitud või superviimistletud ussidega Ra 0,1–0,2 µm ja DIN täpsusklassi 3–4 juures. Optilisel poleerimisel Ra 0,05 µm juures langeb eelarve alla 0,005 mm/s – see nõuab 2. klassi ussiülekandepaare, mida eraldi soppitakse ja vibratsioonitestitakse. Kiiruse stabiilsus pluss-miinus 0,5 protsendi piires on kohustuslik, kuna lihvketta materjali eemaldamise kiirus on proportsionaalne laua kiirusega – 1-protsendiline kiiruse muutus tekitab 1-protsendilise lõikesügavuse muutuse, mis ületab täppislihvitud komponentide kogu vormitolerantsi.
Miks vajavad lihvimis- ja poleerimismasinad ülimadala vibratsiooniga ajameid
Lihvimine ja poleerimine erinevad freesimisest ja treimisest põhimõtteliselt: lõikesügavust mõõdetakse millimeetrite asemel ühekohalistes mikromeetrites (1 kuni 20 µm läbimise kohta). Selles skaalas hägustub erinevus tahtliku materjali eemaldamise ja vibratsioonist põhjustatud pinnakahjustuse vahel – 5 µm vibratsiooni nihe kokkupuutepunktis eemaldab vibratsiooni tipust 5 µm materjali ja süvendist null materjali, tekitades vibratsiooni amplituudiga võrdse pinna lainelisuse. Töödeldud pinnast saab masina kõigi vibratsiooniallikate salvestus.
Ussülekandepaar on üks 5–8 vibratsiooniallikast tüüpilises veskis (teiste hulka kuuluvad lihvketta spindli laagrid, ketta tasakaalustamatus, hüdropump, jahutusvedeliku pump ja masina alus). Iga allikas peab jääma oma eraldatud vibratsioonieelarve piiresse, et kogusumma jääks alla pinnakvaliteedi läve. Ussülekandepaari panus tuleneb kahest mehhanismist: võrgusageduslik ergastus (perioodiline hammaste haakumine ussi pöörlemisel) ja ülekandeviga (mikrokõikumised väljundkiiruses sisendpöörde kohta hammaste geomeetria ebatäiuslikkuste tõttu).
Ussikeerme libisev haardumine rattahambaga tekitab perioodilise jõu võrgusilma sagedusel (ussi pöörlemissagedus ühekäigulise hammasratta puhul). See jõud ergastab masina konstruktsiooni. Siledamad hambapinnad (madalam Ra) vähendavad ergastusamplituudi – peamine põhjus, miks veskites kasutatakse lapitud usse.
Hamba geomeetria ebatäiused põhjustavad väljundi kerget kiirenemist ja aeglustumist iga pöörde jooksul – seda mikrovariatsiooni nimetatakse ülekandeveaks. See variatsioon kandub otse üle laua kiiruse varieerumisele, mis põhjustab tooriku pinna lainelisust ussi pöörlemisperioodil. DIN-klass 3 kuni 4 minimeerib ülekandevea.
Kui võrgusilma sagedus langeb kokku masina struktuuri resonantsiga (vahemikus 10–200 Hz), tekitavad isegi väikesed ergastusamplituudid lihvimiskontakti punktis suurt vibratsiooni. Ussi sisendkiiruse muutmine 5–10 protsendi võrra võib võrgusilma sagedust resonantsist eemale nihutada – see on häälestus, mis ei nõua riistvara muutmist.
Vibratsiooni ja pinna kvaliteedi analüüs — mm/s võrgusilma juures kuni µm Ra toorikul
Ussülekandepaari võrgusilma vibratsiooni ja lihvitud pinna kareduse vaheline seos sõltub vibratsiooni amplituudist, konstruktsiooni ülekandeteest käigukastist lihvimiskontakti ja lihvimisprotsessi parameetritest (ratta kiirus, lõikesügavus, jahutusvedelik). Ülekandefunktsioon varieerub olenevalt masina konstruktsioonist, kuid empiirilised andmed erinevate tasapinna- ja silindriliste lihvijate kohta näitavad järjepidevat rusikareeglit: iga 0,01 mm/s RMS võrgusilma vibratsiooni ussülekandekorpuses annab umbes 0,02–0,05 µm tooriku pinna Ra väärtusele.
Tabel näitab täpsushierarhiat: lihvitud uss, mille Ra on 1,6 µm, annab ainuüksi vibratsioonist tulenevalt 0,16–0,75 µm pinnakaredust, mis muudab selle igasuguste lihvimisrakenduste jaoks kasutuks (see ületaks kogu pinnakareduse eelarve juba enne, kui lihvketas töödeldavat detaili puudutab). Lihvitud ussid, mille Ra on 0,4 µm, sobivad tööstuslikuks tsentrita ja kareda pinna lihvimiseks. Lakitud ussid, mille Ra on 0,2 µm, sobivad täppispindade ja silindrilise lihvimise jaoks. Superviimistletud ussid, mille Ra on 0,1 µm, on reserveeritud optiliseks poleerimiseks ja pooljuhtide protsessideks, kus sihtpinna karedus on alla 0,1 µm.
Korea täppislihvija tootja sai laagritootjalt kliendilt kaebusi: lihvitud laagrivõrudel esines perioodilist lainetust sagedusel, mis ei vastanud lihvketta pöörete arvule, tööpea pöörete arvule ega hüdraulilise pumba sagedusele. Lainelisuse lainepikkus oli 0,42 mm – see vastas laua edasiliikumisele ussipöörde kohta kindlaksmääratud etteandekiirusel (ussiülekande paari suhe 30:1, juhtkruvi samm 5 mm, üks ussipöörde = 0,167 mm laua käik × 2,5 lihvimiskäiku ussipöörde kohta konkreetse kiiruste kombinatsiooni korral = 0,42 mm pinnamuster). Ussülekandepaar oli hiljutise kapitaalremondi käigus asendatud lihvitud ussiga, mille Ra on 0,35 µm – see vastas ostuspetsifikatsioonile „Ra alla 0,4 µm“. Vibratsioonimõõtmine näitas aga 0,04 mm/s võrgusilma sagedusel – see oli laagrivõrude Ra 0,2 µm sihtpinnaviimistluse vastuvõetava vahemiku ülempiiril. Algselt tehases paigaldatud uss oli soppitud Ra väärtuseni 0,18 µm vibratsiooniga 0,012 mm/s. Resolutsioon: asendususs lihviti Ra väärtuseni 0,15 µm (lisatasu 35 USD), vibratsioon vähenes 0,008 mm/s-ni ja perioodiline lainelisus kadus. Õppetund: lihvmasina ussi spetsifikatsioonides tuleks lisaks pinnaviimistlusele Ra esitada ka vibratsioonipiirang võrgusilma sagedusel (mm/s RMS) – kuna kaks sama Ra väärtusega ussi võivad tekitada erineva vibratsioonitaseme hambaprofiili täpsuse erinevuste tõttu, mida Ra ei kajasta.
Kiiruse stabiilsus – ühtlane materjali eemaldamine kogu lihvimiskäigu ulatuses
Lisaks vibratsioonile peab hammasrataste paar tagama ühtlase väljundkiiruse – kuna lihvimisel on materjali eemaldamise kiirus otseselt proportsionaalne laua etteandekiirusega. Kui etteanne ristlõike ajal 2 protsenti muutub, muutub ka lõikesügavus 2 protsenti, tekitades vormivea, mis võib ületada täppislihvitud komponentide kogutolerantsi. Kiiruse stabiilsus pluss-miinus 0,5 protsendi piires nõuab DIN-klassi 4 või paremat hambageomeetriat, mille ülekandeviga on alla 5 kaaresekundi tippude vahel – sama täpsusklass kui CNC pöördlaua spetsifikatsioonis (artikkel A22), kuid teisel funktsionaalsel põhjusel: positsioonitäpsus versus etteande järjepidevus.
Kolm lihvimis- ja poleerimismasina ussiülekandepaari korpust
Juhtum 1 — Korea täppis-pinnalihvija: Ra 0,2 µm sihtmärk, laagrivõru rakendus
Korea pinnalihvija tootja määras laagrirõnga viimistlemiseks kasutatava täppis-pinnalihvija pikisuunalise laua etteande ajami jaoks ussülekandepaarid. Sihtpinna karedus: Ra 0,2 µm. Laua suurus: 600 × 300 mm. Etteandekiirus: 1 kuni 15 m/min (hüdrauliline edasi-tagasi liikumine ussülekandega käitatava ristetteande indeksiga). Ussülekandepaar ristetteande indeksiga: ühekäiguline, moodul 1,5, keskpunktide vahe 30 mm, suhe 30:1, soppimisega Ra 0,15 µm, DIN täpsusklass 4. Vibratsioon võrgusilma sagedusel: 0,008 mm/s RMS (kontrollitud kiirendusmõõturiga tehase vastuvõtukatse ajal). Hammasratta vibratsiooni Ra panus: ligikaudu 0,02 µm — see moodustab 10 protsenti 0,2 µm eelarvest. Materjal: karastatud 18CrNiMo7-6 uss, HRC 60, tsentrifugaalvalatud fosforpronksist ratas. Määrimine: ISO VG 32 spindliõli (jagatud laua liugteedega). Paari hind: 185 USD. Veski tootis laagrirõngaid Ra väärtusega 0,15 µm järjepidevalt – mugavalt 0,2 µm sihtväärtuse piires.
Juhtum 2 — Jaapani optilise läätse poleerija: Ra 0,05 µm, üliviimistletud uss, vibratsioonitestitud
Jaapani optikaseadmete tootja määras kaamera ja mikroskoobi optika tootmiseks mõeldud automaatse läätsepoleerimismasina spindli ajami jaoks ussülekandepaari. Sihtmärgi pinna tasasus: 0,05 µm (veerand nähtava valguse lainepikkust). Ussülekandepaar käitas poleerimisspindlit kiirusel 15–60 p/min suhtega 40:1. Ajami vibratsioonieelarve: alla 0,003 mm/s RMS võrgusilma sagedusel. Ussülekandepaar: ühekäiguline, moodul 1, tsentrite vahe 25 mm, suhe 40:1, superviimistletud Ra 0,08 µm, DIN täpsusklass 2. Iga paari vibratsioonitestiti eraldi spetsiaalsel katseseadmel sihtkiiruse vahemikus – paarid, mille kiirus ületas 0,003 mm/s, lükati tagasi (umbes 15% tagasilükkamismäär, mis peegeldab äärmist tolerantsi). Materjal: nitriiditud 31CrMoV9 uss, HRC 62 pind, tsentrifugaalvalu tinapronks antimonilisandiga (suurepärased sissetöötamisomadused minimaalse esialgse kulumisvibratsiooni tagamiseks). Hind paari kohta: 680 USD (sisaldab individuaalset vibratsioonitesti sertifikaati). Sirvi madala vibratsiooniga ussikäigukast täppislihvimise ja optilise poleerimise rakenduste valikud.
Juhtum 3 – Vietnami tsentrita veski: Ra 0,8 µm, jahvatusmass, tootmismaht
Vietnami tööpinkide tootja määras terasest tihvte ja võlle tootva tsentrita lihvija regulaatorratta ajami jaoks ussülekandepaarid. Sihtpinna karedus: Ra 0,8 µm (tööstuslik kvaliteet). Regulaatorratta kiirus: 10 kuni 40 p/min. Mootor: 0,75 kW sagedusmuunduriga juhitav. Ülekandearv: 25:1. Väljundpöördemoment: 45 N·m. Lõdvestatud Ra 0,8 µm sihtmärk võimaldas ussiülekannet Ra 0,4 µm juures – umbes 0,1 µm vibratsiooni panus moodustas 0,8 µm eelarvest vaid 12 protsenti. Lakitud viimistlus polnud vajalik ja oleks selle tolerantsitaseme juures lisanud paari maksumusele 40 protsenti ilma mõõdetava kvaliteedi paranemiseta. Ussülekandepaar: ühekäiguline, moodul 2, tsentrite vahe 40 mm, DIN täpsusklass 6. Materjal: karastatud süsinikterasest uss, fosforpronksketas. Jahutusvedeliku kaitse: EPDM tihend IP55 pritsmekaitsega (tsentrita lihvimise jahutusvedelik on suunatud lihvimistsooni, mitte ajamile). Paari hind: 52 USD. Aastane toodang: 200 tsentrita lihvijat (200 paari aastas). Spetsifikatsioon näitab, et lihvimismasina ussülekandepaari kvaliteet peab vastama protsessi eesmärgile – ussi superviimistlus Ra 0,8 µm tsentrita lihvija jaoks raiskab 70 protsenti täiendavatest viimistluskuludest.
Korduma kippuvad küsimused
K: Kuidas mõõta ussülekande paari vibratsiooni panust olemasoleval veskil?
Paigaldage ussiülekande korpusele kiirendusmõõtur ja mõõtke vibratsioonispektrit laua etteande ajal (lihvketas ei lõika – ajami vibratsioon isoleeritakse protsessi vibratsioonist). Tuvastage ussi võrgusilma sageduse tipp (ühekordne käivitus: tipp ussi pöörete arvu juures Hz-des). Võrrelge seda tippamplituudi (mm/s RMS) vibratsiooni ja pinnakvaliteedi tabeliga, et hinnata Ra panust. Kui tipp ületab teie sihtpinna viimistluse eelarvet, asendage uss peenema viimistlusega või reguleerige ussi sisendkiirust 5–10 protsenti, et nihutada võrgusilma sagedust struktuurilisest resonantsist eemale.
K: Kas ussiülekande paari materjal mõjutab vibratsiooni?
Jah – rattamaterjalil on märkimisväärne mõju. Pronkskettad summutavad võrgu vibratsiooni materjali sisemise summutuse kaudu (pronksil on suurem summutusvõime kui terasel). POM- ja MC-nailonkettad pakuvad veelgi suuremat summutust – 3–5 korda rohkem kui pronks –, kuid piirduvad väga väikeste koormustega (alla 20 N·m). Mõõduka pöördemomendiga (20–80 N·m) täppislihvijate puhul on standardiks pronks. Ülitäpse optilise poleerimise jaoks väga väikese pöördemomendiga (alla 10 N·m) võivad POM-kettad pakkuda täiendavat 2–4 dB(A) mürasummutust ja mõõdetavalt madalamat vibratsiooni – kuid lühema ketta eluea ja madalama positsioonitäpsuse hinnaga plastilise mõõtmete ebastabiilsuse tõttu.
K: Kas lihvimisjahutusvedelik võib ussiülekandepaari kahjustada?
Lihvimisjahutusvedelik (tavaliselt vees lahustuv lõikevedelik kontsentratsiooniga 3–8%) on mõõdukalt söövitav ja sisaldab abrasiivseid metallipuru (jahvatatud metalliosakesi). Kui jahutusvedelik satub ussiülekande korpusesse läbi halvenenud tihendite, tekib kaks probleemi: veesisaldus emulgeerib spindliõli (vähendades määrimist) ja metallipuruosakesed toimivad hammasrataste hammaspindadel lakikihina (kiirendades kulumist ja suurendades lõtku). Tulemus on mõõdetav kuude jooksul – vibratsioon suureneb ja pinna kvaliteet halveneb. Standardkaitseks on EPDM-tihendid (veelahustuva jahutusvedeliku suhtes vastupidavad) ja õhupuhastus võlli sissepääsu juures. Tihendi tõhusust jälgitakse õlianalüüsiga iga 6 kuu tagant (veesisaldus alla 0,05 protsendi, osakeste arv alla ISO 18/16/13).
K: Miks tuleb ussi puhul lisaks pinnaviimistlusele (Ra) määrata ka vibratsioon (mm/s)?
Pinnaviimistlus Ra mõõdab ussi keerme pinna keskmist karedust – see näitab, kui sile on pind mikrogeomeetrilisel tasandil. Vibratsioon (mm/s võrgusilma sagedusel) mõõdab dünaamilist ergastust, mida ussiülekandepaar pöörlemise ajal tekitab – see näitab, kui palju paar masinat raputab. Kaks identse Ra väärtusega ussi võivad tekitada erineva vibratsioonitaseme, kuna vibratsioon sõltub ka hambaprofiili täpsusest, eduseisvuse täpsusest ja kontsentrilisusest – parameetritest, mida Ra ei kajasta. Lihvimisrakenduste puhul on vibratsiooni spetsifikatsioon valmis pinna kvaliteediga otsesemalt seotud kui ussi Ra üksi. Määrake mõlemad: Ra tootmiskontrolli jaoks, vibratsioon funktsionaalse kontrolli jaoks.
K: Milline on lihvimismasina ussiülekandepaari tüüpiline kasutusiga?
Lihvimismasinad töötavad vahelduva etteanderežiimiga 2000–4000 tundi aastas (ussiülekandepaar töötab ristetteande indekskäikude ajal, mitte pidevalt). Selle režiimi ja lihvimisele iseloomulike väikeste pöördemomentide (10–80 N·m) korral kestab pronksketas 8–15 aastat. Eluiga piiravaks teguriks on pigem vibratsiooni halvenemine kui lõtk – ketta kulumisel muutub kokkupuutemuster ja võrgu ergastus suureneb. Kui vibratsioon võrgu sagedusel tõuseb algväärtusest kahekordseks, hakkab pinna kvaliteet halvenema. Planeerige ketta vahetamine siis, kui vibratsioon kahekordistub – tavaliselt 60–70 protsendil tagasilöögiga piiratud mehaanilisest elueast.
Lihvimis- ja poleerimismasinad töötavad tootmise täpsusspektri parimal tasemel – ja laua etteannet või spindlit käitav ussülekandepaar on üks väheseid komponente, mille vibratsiooni signatuuri saab otse mõõta viimistletud tooriku pinnal. Vibratsiooni ja pinna kvaliteedi analüüs (iga 0,01 mm/s võrgusilma vibratsioon lisab pinnale Ra 0,02–0,05 µm) kvantifitseerib, miks freesitud ussid ei ole lihvimiseks sobivad, lihvitud ussid sobivad tööstuslikuks lihvimiseks, soveldatud ussid täppislihvimiseks ja superviimistletud ussid optiliseks poleerimiseks. Vibratsiooni piirväärtus võrgusilma sagedusel (mm/s RMS) tuleks määrata koos ussi pinnaviimistlusega (Ra µm) – sest Ra üksi ei ennusta vibratsiooni jõudlust. Lihvimismasinate ehitajate jaoks määrab ussülekandepaari spetsifikatsioon parima pinnaviimistluse, mida masin saab saavutada – see on võimekust määrav komponent, mitte ainult ajamielement.
Lihvimis- ja poleerimismasinate tootjatele pakub meie inseneribüroo täppisrakenduste jaoks ussiülekandepaare koos individuaalsete vibratsioonikatsete sertifikaatidega. Standardkataloog täppis-ussiülekandekomplektid hõlmavad lihvitud, soppitud ja superviimistletud konfiguratsioone DIN-klassi 2 kuni 6 täpsusega. Esitage lihvimisketta spetsifikatsioon sihtpinna kareduse, laua kiirusevahemiku ja vibratsioonieelarvega.
Lihvimis- või poleerimismasinate ussülekandepaaride määramine?
Saatke meile sihtpinna karedus (Ra), laua või spindli kiirus, vibratsioonitase (kui teada) ja lihvimistüüp (pindlihvimine, silindriline, tsentrita, optiline). Soovitame ussi viimistlusklassi ja DIN-klassi ning pakume täppisrakenduste jaoks individuaalseid vibratsioonikatsete sertifikaate.
Toimetaja: Cxm
