Korea Ever-Power · Rakendustehnika juhend
Uss ja ussiratas freespinkide ja treipingi etteandeajamitele
Frees haakub terasest toorikuga 2000 N tangentsiaalse lõikejõuga. Selle jõu etteandesuuna komponent – 400–800 N, olenevalt freesi geomeetriast – surub tagasi läbi juhtkruvi, läbi ussülekandepaari ja püüab lauda freesi sisse kiirendada. Kui etteandeajam seda kiirendust võimaldab, kaevub tööriist sügavamale, jõud suureneb ja laud kiireneb veelgi – see on ennast tugevdav kokkupõrge, mis painutab tööriistu ja kahjustab masinaid. Iselukustuv ussülekandepaar on mehaaniline barjäär, mis hoiab ära selle etteandesuuna ebastabiilsuse.
Freespinkide ja treipingi etteandeajamid kasutavad ussiülekannete paare kahe samaaegse funktsiooni jaoks: kontrollitud etteandekiiruse vähendamine (mootori kiiruse teisendamine laua või kelgu aeglaseks ja ühtlaseks liikumiseks lõikamise ajal) ja iselukustuv ohutus (lõikejõudude takistamine etteandemehhanismi tagasiliikumisel ja tooriku tööriista tõmbamisel). Lõikejõu tagasiside analüüs jälgib, kuidas lõikejõu tangentsiaalsed, radiaalsed ja aksiaalsed komponendid jagunevad ussiülekannete paaril tagasiliikuvaks pöördemomendiks – ja näitab, et ainult iselukustuv ussigeomeetria (ühekordne käivitus, juhtnurk hõõrdenurgast madalam) absorbeerib selle pöördemomendi usaldusväärselt kõigis lõiketingimustes. Etteandekiiruse täpsus sõltub ussi juhtveast: 10 µm juhtviga ussipöörde kohta tekitab perioodilise etteandekiiruse kõikumise, mis ilmneb pinnaviimistluse lainelisusena ussi pöörlemissagedusel. Lihvitud ussid (Ra 0,3–0,4 µm, juhtviga alla 5 µm) tagavad etteande stabiilsuse pluss-miinus 1 protsendi piires; Hobbitud ussid (Ra 1,6 µm, pliivea 15–25 µm) tekitavad pluss-miinus 3–5 protsenti varieeruvust, mis on nähtav valmisdetaili pinna lainelisusena.
Miks freesimis- ja treipingi etteandeajamid kasutavad ussiülekandepaare
Tööpingi etteandeajam muudab mootori pöörlemise metalli lõikamise ajal töölaua (freesimine) või ristslaidi (treipink) aeglaseks, kontrollitud lineaarseks liikumiseks. Etteandekiirus – tavaliselt 10–500 mm minutis – määrab pinnaviimistluse kvaliteedi, laastu paksuse ja tööriista eluea. Ussülekandepaar asub etteandemootori ja juhtkruvi vahel, pakkudes nii kiiruse vähendamist kui ka kriitilist iselukustuvat ohutusfunktsiooni.
Erinevalt pöördlaua rakendusest (artikkel A22), kus ussiülekandepaar positsioneerib ja hoiab asendit, liigub etteandeajamipaar lõikamise ajal pidevalt – see teeb etteandekiiruse järjepidevuse ja lõikejõu neeldumise peamisteks spetsifikatsiooniparameetriteks.
Iselukustuvus neelab etteandesuuna lõikejõu komponendi, mis püüab töödeldavat detaili lõikurisse kiirendada. Ilma iselukustuva elemendita võib tavaline või tõusufreesimine tekitada ennast tugevdava etteandekiirenduse, mis kahjustab tööriista, töödeldavat detaili ja masina spindlit – potentsiaalselt operaatorit vigastada.
Ussi ja ussiratta libisev kontakt tagab loomupäraselt sujuvama pöörlemise kui silinderhammasrattad – see tähendab sujuvamat etteandekiirust väiksema perioodilise kõikumisega. Etteandekiiruse sujuvus määrab otseselt pinnaviimistluse kvaliteedi: 2-protsendiline etteandemuutus põhjustab 2-protsendilise erinevuse laastu paksuses, mis on nähtav töödeldud pinna lainelisusena.
40:1 ussülekandepaar teisendab 1450 p/min mootori pöördemomendiks juhtkruvil 36 p/min, tekitades 5 mm sammuga juhtkruvi kaudu 180 mm/min etteandekiiruse. See üheastmeline ülekanne sobib masina samba või ääre sisse, suurendamata masina jalajälge. Silinderülekanded vajavad sama ülekandearvu saavutamiseks 3–4 astet.
Lõikejõu tagasiside analüüs – kuidas lõikejõud püüavad ettenihet tagasi lükata
Metalli lõikamisel mõjuvad töödeldavale detailile lõikepunktis kolm risti asetsevat jõukomponenti. Etteande suunaga joondatud komponent on ussülekandepaari jaoks kriitilise tähtsusega, kuna see püüab etteandemehhanismi juhtkruvi kaudu tagasi liigutada.
Allolev tabel jälgib jõuahelat lõikeparameetritest kuni tagasipöörduva pöördemomendini kolme levinud töötlemisstsenaariumi korral, näidates, miks on iselukustuv süsteem oluline ja miks tavapärased (mitte-iselukustuvad) hammasrattad on freesimise etteanderakenduste jaoks ohtlikud.
Analüüs näitab, et isegi tugev tõusfreesimine 5000 N tangentsiaaljõuga tekitab ussülekandepaaril vaid 10 N·m tagasipööramismomenti – see on tublisti iga standardse ühekäigulise paari iselukustuva võime piires (mis talub tagasipööramismomente kuni täisväljundmomendi nimiväärtuseni, mis on tavaliselt 50–500 N·m tööpingi etteande suuruste puhul). Ussülekandepaar neelab kogu etteandesuunalise lõikejõu ilma igasuguse pingeta. Kuid tagasipööramise rikke tagajärg on tõsine: toorik kiireneb lõikurisse täiskruvi etteandekiirusega, põhjustades kokkupõrke, mis võib tööriista murda, spindlit kahjustada ja operaatorit vigastada. Iselukustuv varu ei ole marginaalne – see on loodud olema ülekaalukas.
Etteandekiiruse täpsus – kuidas ussi etteande viga tekitab pinnaviimistluse lainelisust
Etteandekiirus määrab laastu paksuse ja seega ka pinnaviimistluse: täiesti konstantne etteandekiirus annab täiesti ühtlase laastu, mis omakorda annab sileda pinna. Muutuv etteandekiirus annab varieeruva laastu paksuse, mis omakorda annab lainelise pinna perioodiga, mis vastab variatsioonisagedusele.
Ussi pliiviga põhjustab perioodilist söötmise varieerumist. Kui ussi kumulatiivne liikumisviga on ühe pöörde kohta 15 µm, muutub etteandekiirus 15 µm pöörde kohta. 40:1 suhte ja 5 mm sammuga juhtkruvi korral liigutab ussi üks pööre lauda 0,125 mm võrra edasi. 15 µm viga 0,125 mm käigu kohta tähistab 12-protsendilist hetkelist etteande varieerumist, mis tekitab 12-protsendilise laastu paksuse varieerumise, mis on nähtav perioodilise lainepikkusena 0,125 mm viimistletud pinnal. Viimistlustöötluses, kus pinna karedus Ra peab olema alla 1,6 µm, on see lainelisus vastuvõetamatu.
Lihtfreesid, mille pöörde kohta on väiksem kui 5 µm juhtvea, vähendavad etteande kõikumist alla 4 protsendi – see jääb üldiseks töötlemiseks vastuvõetava vahemiku piiresse (pinna karedus Ra 1,6–3,2 µm). Täppisviimistluseks (Ra alla 0,8 µm) on ette nähtud kaetud ussid juhtveaga alla 2 µm. Juhtvea ei ole sama mis pinnaviimistlus: ussil võib olla sile Ra 0,4 µm pinnaviimistlus, kuid halb juhttäpsus (10+ µm viga) freespingi geomeetriliste vigade tõttu. Juhtvea tuleb kontrollida otsese mõõtmisega spetsiaalsel juhttestimisinstrumendil – seda ei saa järeldada pinna kareduse väärtusest.
Korea põlvfreeside tootja sai välitööde käigus kaebusi perioodilise pinnalainetuse kohta Y-teljel (ristetteanne) tasapinna freesimise ajal. Laineline muster ilmnes korrapärase mustrina lainepikkusega umbes 0,13 mm – see vastas laua edasiliikumisele ussipöörde kohta (nimiväärtus 0,125 mm kasutatud etteandekiirusel). Usside kontroll näitas kumulatiivset tõusuviga 18 µm ühe pöörde kohta – see oli tarnija standardtolerantsi piires, kuid tekitas 14-protsendilise etteande kõikumise. X-teljel (pikisuunaline etteanne) lainelisust ei täheldatud – selle ussi tõusuviga oli 4 µm (teisest tootmispartiist, millel oli rangem protsessikontroll). Mõlemad ussid olid sama tootekoodiga samalt tarnijalt – tõusuviga ei olnud tootmisspetsifikatsioonis kontrollitud, ainult keerme mõõtmed ja pinnaviimistlus. Lahendus: freesitootja lisas ostutellimusele tõusuvea spetsifikatsiooni – maksimaalselt 6 µm kumulatiivselt pöörde kohta, mida kinnitas kontrollsertifikaat. Tarnija rakendas 100% tõusu testimist optilise tõusukontrolli instrumendiga lisatasu eest 1,80 USD ussi kohta. Pinnalaine kaebused vähenesid järgmise 12 tootmiskuu jooksul nullini. Õppetund: pinnaviimistluse Ra ja juhtviga on sõltumatud parameetrid – ainuüksi Ra määramine ei garanteeri etteande täpsust. Lisage ostuspetsifikatsioonile iga etteandeajamiga ussi jaoks maksimaalne juhtviga pöörde kohta.
Kolm tööpingi etteande ajami ussiülekande paari korpust
Juhtum 1 — Korea põlvfreesi tootja: 3-teljeline jõuülekanne, iselukustuv, ohutuse seisukohalt kriitilise tähtsusega
Korea vertikaalse põlvfreespinki tootja määras X-, Y- ja Z-telje etteandeseadmetele ussülekandepaarid. Laua suurus: 1300 × 300 mm. Juhtkruvi: 5 mm samm, Acme keere. Mootor telje kohta: 0,37 kW, 1450 p/min. Ussülekandepaar: ühekäiguline, moodul 2, tsentrite vahe 40 mm, suhe 40:1. Väljundkiirus juhtkruvi juures: 36 p/min, maksimaalne etteandekiirus 180 mm/min. Iselukustuv: kohustuslik kõigil kolmel teljel – Z-telg (vertikaalne põlv) kannab lauda, kruustange ja tooriku raskust (kokku kuni 300 kg) ja iselukustuva rikke korral kukuks põlv raskusjõu mõjul alla. Juhtviga: alla 6 µm pöörde kohta (lihvketas, Ra 0,4 µm). Materjal: karastatud 20CrMnTi uss HRC 58, fosforpronks CuSn12Ni ketas. Määrimine: ISO VG 68 masinaõli, jagatakse põlveliigendiga. Hind paari kohta: 42 USD. 3-teljelise komplekti hind: 126 USD freesi kohta. Aastatoodang: 1200 freesi (3600 ussülekandepaari komplekti). 42 USD paari kohta on freesi kõige kriitilisem ohutuskomponent – Z-telje iselukustuv rike laseks 300 kg kaaluval laual operaatori kätele vabalt kukkuda.
Juhtum 2 — Jaapani CNC-treipink: ristslaidiga etteanne, servoajamiga, pinnaviimistlus on kriitilise tähtsusega
Jaapani CNC-treipingi tootja määras autovõllide komponente töötleva tootmistreikeskuse ristliuguri (X-telje) etteande jaoks ussülekandepaari. Ristliuguri etteanne määras valmis läbimõõdu tolerantsi (pluss või miinus 10 µm) ja pinna kareduse (laagritappide pindade jaoks on vajalik Ra 0,8 µm). Juhtkruvi: 6 mm sammuga kuulkruvi (kõrge efektiivsusega CNC-servojuhtimise jaoks). Ussülekandepaar: ühekäiguline, moodul 1,5, tsentrite vahe 30 mm, suhe 30:1, lihvitud Ra 0,3 µm, juhtviga alla 3 µm pöörde kohta. DIN-täpsusklass 5. Mootor: 1 kW vahelduvvoolu servo 131 072-kohalise enkoodriga. Väljundpöördemoment ussirattal: 35 N·m (piisav ristliuguri hõõrdumise ja lõikejõu tagasiside jaoks). Etteandekiiruse kõikumine ussist: alla 1 protsendi kõigi etteandekiiruste juures – tekitades pinnalainelisuse alla 0,1 µm tipust orgu (nähtamatu Ra 0,8 µm spetsifikatsiooni korral). Paari hind: 125 USD. Sirvi ussiülekanne tööpingile CNC-treipingi ja freespinki etteandeajamitele mõeldud lisavarustus.
Juhtum 3 – Vietnami radiaalpuurpink: elektriline etteandeotsaga, kulupõhine, puurimisvõimalusega
Vietnami tööpinkide tootja määras radiaalse puurpressi nõelajami etteandeüksuse jaoks ussülekandepaari. Puurpressi rakendus oli vähem nõudlik kui freesimine: puurimine tekitab pigem aksiaalse tõukejõu (surub puuri toorikusse) kui külgmise etteandejõu – seega oli tagasiliikumise oht väike (tõukejõud mõjub piki nõela telge, mida mehaaniliselt toetab nõela hülss olenemata ussülekandepaarist). Hammasülekande asendi hoidmiseks (puurpea raskusjõu langemise takistamine etteandemootori seiskumisel) oli siiski ette nähtud iselukustuv hammasratas. Ussülekandepaar: ühekäiguline, moodul 2, tsentrite kaugus 35 mm, suhe 20:1. Treitud uss, Ra 1,2 µm, juhtviga umbes 15 µm – vastuvõetav puurimiseks, kus pinnaviimistluse lainelisus ei ole oluline (augu kvaliteet määratakse puuri geomeetria, mitte etteande variatsiooni järgi). Materjal: karastatud süsinikterasest uss, liivavalatud fosforpronksist ketas. Hind paari kohta: 18 USD. Juhtum näitab, et mitte kõik tööpinkide etteanderakendused ei vaja ussifreesi – puurimine, sisetreimine ja keermestamine on etteandekiirust taluvad protsessid, kus 3–5 korda odavamad freesitud ussid annavad samaväärseid funktsionaalseid tulemusi.
Korduma kippuvad küsimused
K: Miks on iselukustuva freesimiseta ronimisfreesimine ohtlikum kui tavapärane freesimine?
Tõusul (allapoole) freesimisel haakuvad lõikuri hambad kõigepealt maksimaalse laastupaksusega ja väljuvad nullpaksuse juures. Esialgne haakumine tekitab tugeva jõukomponendi, mis tõmbab töödeldavat detaili etteandesuunas – lõikuri poole. Kui etteandeajam lubab tagasiliikumist, kiirendab see tõmbejõud lauda, mis suurendab haakimissügavust ja omakorda tõmbejõudu – positiivse tagasiside ahela, mis lõpeb millisekundite jooksul ägeda kokkupõrkega. Tavapärasel (ülespoole) freesimisel haakuvad hambad nullpaksuse juures ja väljuvad maksimaalsel – jõud surub töödeldavat detaili lõikurist eemale, mis on pigem isekorrigeeruv kui ennast tugevdav. Iselukustuvad ussiülekandepaarid muudavad ronimisfreesimise käsitsi freespinkidel ohutuks – ilma nendeta on ronimisfreesimine keelatud masinatel, millel on lukustumata etteandeajamid.
K: Kas CNC-masinad saavad etteande jaoks kasutada ussülekandepaaride asemel kuulkruvisid?
Kaasaegsed CNC-masinad kasutavad etteandetelgede jaoks üldiselt kuulkruvisid, kuna kuulkruvid pakuvad suuremat efektiivsust (90+ protsenti võrreldes ussikruvipaaride 40–50 protsendiga), väiksemat hõõrdumist ja nulllõtku eelpingestatud mutritega. Kuulkruvid ei ole iselukustuvad – CNC servomootor ja kontroller tagavad positsiooni hoidmise funktsiooni elektrooniliselt. CNC etteanderakendustes kasutatakse ussikruvipaari tavaliselt kiiruse vähendamise etapina servomootori ja kuulkruvi vahel, kui mootori kiirusevahemik ületab kuulkruvi kriitilise kiiruse – mitte peamise etteandemehhanismina. Manuaalmasinad (põlvfreesid, mootoriga treipingid) säilitavad ussikruvipaari etteandeajamid, kuna neil puuduvad servomootorid ja kontrollerid, mis tagaksid elektroonilise positsiooni hoidmise – iselukustuv ussikruvipaar on ohutusmehhanism, mis asendab elektroonilist servojuhtimist.
K: Kuidas ma saan kontrollida etteandeajamiga ussi juhttäpsust?
Keermetrajektoori täpsust mõõdetakse spetsiaalse keermemõõteseadmega (näiteks Mahri või Klingelnbergi keermekontrollija), mis jälgib ussi keerme spiraalset trajektoori ja võrdleb seda teoreetilise spiraaliga. Väljundina saadakse keerme hälbe diagramm, mis näitab kumulatiivset viga µm pöörde kohta. Maksimaalne kumulatiivne viga ühe pöörde kohta on etteandeajamiga usside spetsifikatsiooniparameeter. Seda mõõtmist ei saa teha standardsete metroloogiavahenditega (mikromeetrid, CMM-id ei jälgi spiraalset trajektoori). Kui teie ussitarnijal pole keermekontrolli seadet, paluge ussid saata keerme kontrollimiseks kolmanda osapoole metroloogialaborisse – testi maksumus (5–15 USD ussi kohta) on tühine võrreldes tööpinkide tootmisväärtusega, mis sõltuvad etteande täpsusest.
K: Milline on tööpingi etteande ussiülekandepaari tüüpiline kasutusiga?
Manuaalsete tööpinkide etteande ussülekandepaarid töötavad vahelduvalt – tavaliselt 500–1500 tundi aastas tegeliku etteande töötamise ajal (masin töötab lõiketsükleid, mitte pidevalt). Sellise režiimi korral kestab pronksist ratas 8–15 aastat. Karastatud terasest uss kestab masina eluea jooksul (20–30 aastat). Eluiga piiravaks teguriks on tavaliselt lõtku kasv, mis halvendab pinnaviimistluse kvaliteeti – planeerige ratta vahetamine, kui lõtk ületab 3–5 kaareminutit (mõõdetav etteandesuuna lõtkuna laual). CNC-etteande ussülekandepaarid töötavad tootmiskeskkondades 2000–4000 tundi aastas ja võivad vajada ratta vahetamist iga 5–8 aasta järel.
K: Kas tööpinkide etteandeajamites on kunagi kasutatud kahekäigulist ussiajamit?
Ei – ja see on tööpinkide etteanderakenduste puhul absoluutne reegel. Kahekäiguline uss kaotab iselukustuva funktsiooni, mis tähendab, et lõikejõud võib etteannet tagasi lükata. See ei ole jõudluse kompromiss – see on ohutusrisk. Kahekäigulise ussiülekande efektiivsuse eelis (kõrgem etteandemootori efektiivsus, väiksem soojuse teke) ei kompenseeri ohutusfunktsiooni kadu. Iga tööpinkide etteande ussiülekandepaar peab olema ühekäiguline, ühe mähisega ja hõõrdenurgast väiksema juhtnurgaga. Üheski tööpinkide ohutusstandardis maailmas ei ole erandeid.
Freespinkide ja treipingite etteandeajamid kasutavad ussülekandepaare samaaegsete kiiruse reduktorite ja ohutusseadmetena – iselukustuv omadus hoiab ära lõikejõudude tagasiliikumise etteandemehhanismi ja tööriista sissetõmbekrampidest tingitud krahhide tekke, mis kahjustavad masinaid ja ohustavad operaatoreid. Lõikejõu tagasiside analüüs jälgib, kuidas tangentsiaalne lõikejõud muutub ussülekandepaari tagasiliikuvaks pöördemomendiks, näidates, et iselukustuv varu on pigem ülekaalukalt suur kui marginaalne. Etteandekiiruse täpsus sõltub ussi juhtveast – spetsifikatsiooniparameetrist, mis ei sõltu pinnaviimistlusest Ra ja mida tuleb kontrollida spetsiaalse juhtvea mõõtmisega. Lihvketastega ussid, mille juhtvea on alla 5 µm, saadakse täppistöötluseks sobiv pinnaviimistlus; freesitud ussid läbimõõduga 15+ µm sobivad ainult puurimiseks ja jämetöötluseks, kus etteande varieerumine ei mõjuta detaili kvaliteeti.
Tööpinkide tootjatele pakub meie inseneribüroo etteande-ajamiga ussiülekandepaare koos kontrollitud keerme täpsuse sertifikaatidega. täppis-ussiülekandekomplektid Lisage treitud ja lihvitud etteandeajamiga konfiguratsioonid keskpunktide vahekaugusega 30–80 mm koos juhtvea dokumentatsiooniga. Esitage tööpingi etteande spetsifikatsioon telje tüübi, juhtkruvi sammu, maksimaalse lõikejõu ja pinnaviimistluse nõuetega.
Tööpingi etteandeajamite ussülekandepaaride määramine?
Saatke masina tüüp, telg, juhtkruvi samm, maksimaalne lõikejõud, pinnaviimistluse eesmärk ja kas rakendus on käsitsi (iselukustuv kriitiline) või CNC (servojuhtimisega). Me arvutame tagasikäigu pöördemomendi ja soovitame õiget ussi spetsifikatsiooni koos juhtkruvi täpsuse kontrollimisega.
Toimetaja: Cxm
