Кореја Евер-Пауер · Водич за инжењеринг апликација
Пуж и пужни точак за погоне за довод глодалица и стругова
Глодалица захвата челични радни предмет тангенцијалном силом резања од 2.000 N. Компонента те силе која делује у правцу померања - од 400 до 800 N у зависности од геометрије глодалице - гура се уназад кроз водећи вијак, кроз пужни пар зупчаника и покушава да убрза сто у резач. Ако погон за померање дозволи ово убрзање, алат копа дубље, сила се повећава, а сто се додатно убрзава - самопојачавајући судар који савија алате и оштећује машине. Самоблокирајући пужни пар зупчаника је механичка баријера која спречава ову нестабилност правца померања.
Погони за померање глодалица и стругова користе парове пужних зупчаника за две истовремене функције: контролисано смањење брзине померања (претварање брзине мотора у споро, стабилно кретање стола или колица током резања) и самоблокирајућу безбедност (спречавање сила резања да покрећу механизам за померање уназад и увлаче обрадак у алат). Анализа повратне спреге силе резања прати како се тангенцијалне, радијалне и аксијалне компоненте силе резања разлажу у обртни момент померања уназад на пару пужних зупчаника — и показује да само самоблокирајућа геометрија пужа (једноструки покрет, угао вођења испод угла трења) поуздано апсорбује овај обртни момент под свим условима резања. Тачност брзине померања зависи од грешке вођења пужа: грешка вођења пужа од 10 µм по обртају пужа производи периодичну варијацију брзине померања која се појављује као таласастост површинске обраде на фреквенцији ротације пужа. Брушени пужеви (Ra 0,3 до 0,4 µм, грешка вођења испод 5 µм) производе стабилност померања унутар плус или минус 1 процента; Зубљени црви (Ra 1,6 µm, грешка смера 15 до 25 µm) производе варијацију од плус или минус 3 до 5 процената видљиву као површинска таласастост на готовом делу.
Зашто погони за померање глодалица и стругова користе пужне зупчанике
Погон за помак машинског алата претвара ротацију мотора у споро, контролисано линеарно кретање радног стола (глодање) или попречног клизања (струг) током резања метала. Брзина помака — обично од 10 до 500 мм у минути — одређује квалитет завршне обраде површине, дебљину струга и век трајања алата. Пар пужних зупчаника налази се између мотора за помак и водећег вијка, обезбеђујући и смањење брзине и критичну сигурносну функцију самоблокирања.
За разлику од примене ротационог стола (чланак А22) где пар пужних зупчаника позиционира и држи, пар погона за померање се континуирано креће током резања — што конзистентност брзине померања и апсорпцију силе резања чини примарним параметрима спецификације.
Самоблокирање апсорбује компоненту силе резања у смеру помака која покушава да убрза обрадак у резач. Без самоблокирања, конвенционално или пењачко глодање може произвести самопојачавајуће убрзање помака које оштећује алат, обрадак и вретено машине — потенцијално повређујући оператера.
Клизни контакт пужа и пужног точка производи инхерентно глађу ротацију него код цилиндричних зупчаника — што се претвара у глађу брзину померања са мање периодичних варијација. Глаткоћа брзине померања директно одређује квалитет завршне обраде површине: варијација померања од 2 процента производи варијацију од 2 процента у дебљини струготине, видљиву као таласастост на обрађеној површини.
Пужни зупчаник са односом преноса 40:1 претвара мотор од 1.450 обртаја у обртаје на 36 обртаја у обртаје на водећем вијаку — производећи брзину посуђа од 180 мм/мин кроз водећи вијак корака од 5 мм. Овај једностепени преносни однос се уклапа у стуб машине или преграду без проширења машинског отиска. Зупчаници са правим деловима захтевају 3 до 4 степена за исти преносни однос.
Анализа повратне спреге силе резања — како силе резања покушавају да покрену помак уназад
Током резања метала, три ортогоналне компоненте силе делују на обрадак у тачки резања. Компонента која је поравната са смером померања је критична за пужни зупчаник јер покушава да покрене механизам за померање уназад кроз водећи вијак.
Доња табела прати ланац сила од параметара резања до обртног момента за три уобичајена сценарија обраде — показујући зашто је самоблокирање неопходно и зашто конвенционални (несамокољујући) зупчани погони нису безбедни за примене глодање.
Анализа показује да чак и глодање са великим успоном при тангенцијалној сили од 5.000 N производи само 10 N·m обртног момента уназад на пару пужних зупчаника — што је у границама капацитета самоблокирања било ког стандардног пара са једним ходом (који се опире обртним моментима уназад до пуног излазног обртног момента, обично од 50 до 500 N·m за величине помака машинских алата). Пар пужних зупчаника апсорбује целу силу резања у смеру помака без икаквог напрезања. Али последице квара уназадног помака су озбиљне: обрадак убрзава у резач пуном брзином вођења вијка, што узрокује судар који може сломити алат, оштетити вретено и повредити оператера. Маргина самоблокирања није гранична — она је пројектована да буде огромна.
Тачност брзине померања — како грешка у вођењу пужа производи таласастост површинске обраде
Брзина померања одређује дебљину струготине, а самим тим и завршну обраду површине: савршено константна брзина померања производи савршено уједначену струготину, што ствара глатку површину. Променљива брзина померања производи променљиву дебљину струготине, што ствара таласасту површину са периодом који одговара фреквенцији варијације.
Грешка у вођству црва производи периодичне варијације храњења. Ако пуж има кумулативну грешку хода од 15 µm током једног обртаја, брзина померања варира за 15 µm по обртају. При односу 40:1 са кораком вођења вијка од 5 mm, један обртај пужа помера сто за 0,125 mm. Грешка од 15 µm током 0,125 mm хода представља тренутну варијацију померања од 12% — што ствара варијацију дебљине струготине од 12% видљиву као периодична таласастост са таласном дужином од 0,125 mm на завршној површини. За завршну обраду где храпавост површине Ra мора бити испод 1,6 µm, ова таласастост је неприхватљива.
Брушени црви са грешком хода испод 5 µm по обртају смањују варијацију подавања на испод 4 процента — унутар прихватљивог опсега за општу машинску обраду (храпавост површине Ra 1,6 до 3,2 µm). За прецизну завршну обраду (Ra испод 0,8 µm), специфицирани су преклопљени црви са грешком хода испод 2 µm. Грешка хода није исто што и завршна обрада површине: црв може имати глатку завршну обраду површине Ra 0,4 µm, али лошу тачност хода (грешка од 10+ µm) због геометријских грешака машине за глодање. Грешка хода мора се верификовати директним мерењем на наменском инструменту за испитивање хода — а не закључити из вредности храпавости површине.
Корејски произвођач коленастих глодалица примио је жалбе на терену у вези са периодичном површинском валовитошћу на Y-оси (попречно померање) током чеоног глодања. Валовитост се појављивала као правилан образац са таласном дужином од приближно 0,13 мм — што одговара померању стола по обртају пужа (номинално 0,125 мм при коришћеној брзини померања). Инспекција пужа открила је кумулативну грешку хода од 18 µм током једног обртаја — унутар стандардне толеранције добављача, али је производила варијацију померања од 14 процената. X-оса (уздужно померање) није показала валовитост — његов пуж је имао грешку хода од 4 µм (из друге производне серије са строжом контролом процеса). Оба пужа су била истог броја дела од истог добављача — грешка хода није контролисана у производној спецификацији, већ само димензије навоја и завршна обрада површине. Решење: произвођач глодалице је додао спецификацију грешке хода у поруџбеницу — максимално 6 µм кумулативно по обртају, потврђено сертификатом инспекције. Добављач је имплементирао 100-процентно тестирање хода на оптичком инструменту за проверу хода уз додатни трошак од 1,80 УСД по пужу. Притужбе на површинску валовитост смањене су на нулу током наредних 12 месеци производње. Поука: завршна обрада површине Ra и тачност хода су независни параметри — само навођење Ra не гарантује тачност помака. Додајте максималну грешку хода по обртају у спецификацију куповине за било који пужни погон за помак.
Кућишта пара пужних зупчаника погона за довод машинских алата
Случај 1 — Корејски произвођач коленастих глодалица: троосно напајање, самоблокирајућа безбедност је критична
Корејски произвођач вертикалних коленастих глодалица одредио је парове пужних зупчаника за јединице за померање X, Y и Z осе. Величина стола: 1.300 × 300 мм. Водећи вијак: корак од 5 мм, Acme навој. Мотор по оси: 0,37 kW, 1.450 о/мин. Пар пужних зупчаника: једноходни, модул 2, растојање између центара 40 мм, однос 40:1. Излазна брзина на водећем вијаку: 36 о/мин, што производи максималну брзину помака од 180 мм/мин. Самоблокирање: обавезно на све три осе — Z-оса (вертикално колено) носи тежину стола, стеге и радног предмета (укупно до 300 кг), а квар самоблокирања би дозволио да колено падне под дејством гравитације. Грешка вођења: испод 6 µм по обртају (тлети пуж, Ra 0,4 µм). Материјал: цементирани 20CrMnTi пуж HRC 58, точак од фосфорне бронзе CuSn12Ni. Подмазивање: машинско уље ISO VG 68, заједничко са клизачем колена. Цена по пару: 42 УСД. Цена за сет са 3 осе: 126 УСД по глодалици. Годишња производња: 1.200 глодалица (3.600 парова пужних зупчаника). Цена од 42 УСД по пару је најкритичнија безбедносна компонента на глодалици — квар самоблокирања на Z-оси би дозволио да сто од 300 кг слободно падне на руке оператера.
Случај 2 — Јапански ЦНЦ струг: попречно клизање, серво погон, завршна обрада површине је критична
Јапански произвођач CNC стругова је специфицирао пар пужних зупчаника за попречно клизање (X-оса) у производном стругарском центру који обрађује компоненте аутомобилских вратила. Попречно клизање је одредило толеранцију завршног пречника (плус или минус 10 µм) и храпавост површине (Ra 0,8 µм потребна за површине лежајева). Водећи вијак: куглични вијак са кораком од 6 мм (висока ефикасност за CNC серво управљање). Пар пужних зупчаника: једноходни, модул 1,5, растојање између центара 30 мм, однос 30:1, брушени Ra 0,3 µм, грешка вођења испод 3 µм по обртају. DIN класа тачности 5. Мотор: AC серво од 1 kW са енкодером од 131.072 бројања. Излазни обртни момент на пужном зупчанику: 35 N·m (адекватно за трење попречног клизања плус повратну информацију о сили резања). Варијација брзине помака од пужа: испод 1 процента при свим брзинама помака — што ствара таласастост површине испод 0,1 µм од врха до дна (невидљиво при спецификацији Ra 0,8 µм). Цена по пару: 125 УСД. Прегледај пужни зупчаник за машински алат опције дизајниране за погоне за померање CNC стругова и глодалица.
Случај 3 — Вијетнамска радијална бушилица: пинола са механичким напајањем, вођена трошковима, прихватљива резача
Вијетнамски произвођач машинских алатки је специфицирао пар пужних зупчаника за јединицу за погон пиноле радијалне бушилице. Примена бушилице је била мање захтевна од глодања: бушење производи аксијалну силу потиска (гурајући бургију у радни предмет) уместо бочне силе помака — тако да је ризик од померања уназад био низак (сила потиска делује дуж осе пиноле, коју механички ослања чаура пиноле без обзира на пар пужних зупчаника). Самоблокирање је и даље специфицирано за држање положаја пиноле (спречавајући гравитационо спуштање главе бушилице када се мотор за помак заустави). Пар пужних зупчаника: једноходни, модул 2, растојање између средишта 35 мм, однос 20:1. Зубљени пуж, Ra 1,2 µм, грешка хода приближно 15 µм — прихватљиво за бушење где таласастост површине није проблем (квалитет рупе је одређен геометријом бургије, а не варијацијом помака). Материјал: пуж од каљеног угљеничног челика, точак од ливене фосфорне бронзе у песку. Цена по пару: 18 УСД. Случај показује да нису свим апликацијама за довод машинских алата потребни брушени пужеви — бушење, развртање и нарезивање навоја су процеси толерантни на брзину довода где зупчасти пужеви по 3 до 5 пута нижој цени дају еквивалентне функционалне резултате.
Често постављана питања
П: Зашто је успонско глодање опасније без самоблокирања него конвенционално глодање?
Код глодања узбрдо (доле), зуби глодача прво захватају максималну дебљину струготине и излазе на нултој дебљини. Почетни захват производи снажну компоненту силе која вуче радни предмет у смеру храњења — према глодачу. Ако погон за храњење дозвољава кретање уназад, ова сила увлачења убрзава сто, што повећава дубину захватања, што повећава силу увлачења — позитивна повратна спрега која се завршава снажним сударом у року од милисекунди. Код конвенционалног глодања (узбрдо), зуби захватају на нултој дебљини и излазе на максимуму — сила гура радни предмет даље од глодалице, што је самокоригујуће, а не самопојачавајуће. Самоблокирајући парови пужних зупчаника чине успонско глодање безбедним на ручним глодалицама — без њих, успонско глодање је забрањено на машинама са неблокирајућим погонима за храњење.
П: Да ли ЦНЦ машине могу да користе кугличне вијке уместо пужних зупчаника за напајање?
Модерне ЦНЦ машине универзално користе кугличне вијаке за осе храњења јер кугличне вијаке пружају већу ефикасност (90+ процената у односу на 40 до 50 процената за пужне парове зупчаника), мање трење и нулти зазор са претходно напрегнутим наврткама. Кугличне вијаке нису самоблокирајуће — ЦНЦ серво мотор и контролер електронски обезбеђују функцију држања положаја. Пужни пар зупчаника у ЦНЦ апликацијама за храњење се обично користи као фаза смањења брзине између серво мотора и кугличног вијака када опсег брзине мотора прелази критичну брзину кугличног вијака — не као примарни механизам за храњење. Ручне машине (коленасте глодалице, моторне стругове) задржавају погоне за храњење пужним паром зупчаника јер им недостају серво мотори и контролери који би обезбедили електронско држање положаја — самоблокирајући пужни пар зупчаника је сигурносни механизам који замењује електронску серво контролу.
П: Како да проверим тачност хода пужа за погон довода?
Тачност хода се мери на посебном инструменту за мерење навоја (као што је Mahr или Klingelnberg проверавач хода) који прати спиралну путању навоја пужа и упоређује је са теоријском спиралом. Излаз је графикон одступања хода који приказује кумулативну грешку у µm по обртају. Максимална кумулативна грешка током једног обртаја је параметар спецификације за пужеве са погоном за померање. Ово мерење се не може извршити стандардним метролошким алатима (микрометри, CMM-ови не прате спиралну путању). Ако ваш добављач пужева нема инструмент за проверу хода, захтевајте да се пужеви пошаљу у метролошку лабораторију треће стране ради верификације хода — трошкови испитивања (5 до 15 УСД по пужу) су безначајни у односу на производну вредност алатних машина које зависе од тачности померања.
П: Који је типичан век трајања пужног зупчаника за довод код машинског алата?
Ручни пужни зупчаници за помак машинских алатки раде повремено — обично 500 до 1.500 сати годишње стварног рада помака (машина извршава циклусе резања, а не континуирани помак). При овом режиму рада, бронзани точак траје 8 до 15 година. Пуж од каљеног челика траје колико и сама машина (20 до 30 година). Фактор који ограничава век трајања је обично раст зазора који деградира квалитет завршне обраде површине — планирајте замену точка када зазор пређе 3 до 5 лучних минута (мерљиво као зазор у смеру помака на столу). ЦНЦ пужни зупчаници за помак у производним окружењима раде 2.000 до 4.000 сати годишње и може бити потребна замена точка сваких 5 до 8 година.
П: Да ли се двоходни пуж икада користи у погонима за довод алатних машина?
Не — и ово је апсолутно правило за примене пужања алатних машина. Двоходни пуж губи самоблокирање, што значи да сила резања може да покрене помак уназад. Ово није компромис у перформансама — то је опасност по безбедност. Предност ефикасности двоходног пужа (већа ефикасност мотора за помак, мање стварање топлоте) не надокнађује губитак безбедносне функције. Сваки пар пужа за помак алатних машина мора бити једноходни, једнообавијајући, са углом водећег хода испод угла трења. Не постоје изузеци ни у једном стандарду безбедности алатних машина широм света.
Погони за померање глодалица и стругова користе парове пужних зупчаника као истовремене редукторе брзине и сигурносне уређаје — својство самоблокирања спречава силе резања да покрећу механизам за померање уназад и изазивају сударине при увлачењу алата који оштећују машине и угрожавају оператере. Анализа повратне спреге силе резања прати како се тангенцијална сила резања претвара у обртни момент померања уназад на пару пужних зупчаника, показујући да је маргина самоблокирања пројектована да буде огромна, а не маргинална. Тачност брзине померања зависи од грешке хода пужа — параметра спецификације независног од површинске обраде Ra који се мора проверити наменским мерењем хода. Брушени пужеви са грешком хода испод 5 µм производе површинску обраду погодну за прецизну машинску обраду; резани пужеви са 15+ µм су адекватни само за бушење и грубу обраду где варијација хода не утиче на квалитет дела.
За произвођаче алатних машина, наш инжењерски сто обезбеђује пужне зупчанике са погоном за повлачење са верификованим сертификатима тачности хода. Стандардни каталог прецизни пужни зупчаници Укључите конфигурације погона за погон са плочом и брушеним резачем од међуосечног растојања од 30 до 80 мм са документацијом о грешкама у вођењу. Пошаљите спецификација подавања машинског алата са типом осе, кораком вођења вијка, максималном силом резања и захтевима за завршну обраду површине.
Одређивање парова пужних зупчаника за погоне за довод алатних машина?
Пошаљите тип машине, осу, корак водећег вијка, максималну силу резања, циљану површинску обраду и да ли је примена ручна (самоблокирајућа је критична) или CNC (серво управљана). Израчунаћемо обртни момент повратног погона и препоручити исправну спецификацију пужа са верификацијом тачности водећег вијка.
Уредник: Cxm
