Korea Ever-Power · คู่มือวิศวกรรมการใช้งาน
เฟืองตัวหนอนและล้อเฟืองตัวหนอนสำหรับระบบจัดตำแหน่งโต๊ะหมุน CNC
เครื่องจักรกลซีเอ็นซี 5 แกนตัดใบพัดกังหันด้วยความเร็วรอบแกนหมุน 12,000 รอบต่อนาที แท่นหมุนแกนที่ 4 ทำหน้าที่กำหนดตำแหน่งชิ้นงานใบพัดให้มีความแม่นยำภายใน 10 อาร์คเซคอนด์ — 0.003 องศา — และยึดชิ้นงานไว้ด้วยแรงตัด 800 นิวตัน ในขณะที่น้ำหล่อเย็นไหลท่วมบริเวณทำงานด้วยอัตรา 20 ลิตรต่อนาที ชุดเฟืองตัวหนอนภายในแท่นหมุนทำหน้าที่เป็นทั้งตัวกำหนดตำแหน่งเชิงมุมที่แม่นยำ ตัวจับยึดชิ้นงาน และชิ้นส่วนเชิงกลที่ทนต่อน้ำหล่อเย็น นับเป็นงานที่ใช้เฟืองตัวหนอนที่มีความแม่นยำสูงสุดในทุกอุตสาหกรรม
โต๊ะหมุน CNC (แกนที่ 4 และ 5) ใช้เฟืองตัวหนอนคู่สำหรับการกำหนดตำแหน่งเชิงมุมที่แม่นยำ การขึ้นรูปต่อเนื่องระหว่างการตัดเฉือนหลายแกนพร้อมกัน และการยึดชิ้นงานแบบล็อคตัวเองเพื่อป้องกันแรงตัด ตารางแสดงความสัมพันธ์ระหว่างระยะคลายตัวกับข้อผิดพลาดในการกำหนดตำแหน่งจะวัดว่าระยะคลายตัวของเฟืองตัวหนอนคู่ส่งผลต่อข้อผิดพลาดในการตัดเฉือนที่จุดตัดของชิ้นงานอย่างไร: e = R × B / 3,438 โดยที่ R คือรัศมีของชิ้นงานในหน่วยมิลลิเมตร และ B คือระยะคลายตัวในหน่วยนาที สำหรับชิ้นงานที่มีรัศมี 200 มิลลิเมตร ระยะคลายตัว 1 นาทีจะทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการกำหนดตำแหน่ง 58 ไมโครเมตร ซึ่งเกินค่าความคลาดเคลื่อนมาตรฐานของ CNC ที่บวกหรือลบ 25 ไมโครเมตร นี่คือเหตุผลที่เฟืองตัวหนอนคู่ของโต๊ะหมุน CNC มักใช้กลไกป้องกันระยะคลายตัวแบบมีแรงกดล่วงหน้า (ล้อแยกแบบมีสปริงหรือแบบปรับด้วยแผ่นชิม) เพื่อลดระยะคลายตัวที่มีประสิทธิภาพให้ต่ำกว่า 10 วินาที อัตราส่วน 360:1 เป็นมาตรฐาน CNC — หนึ่งองศาต่อการหมุนหนึ่งรอบของเฟืองตัวหนอน — ทำให้สามารถอ่านค่าเชิงมุมได้โดยตรงจากตัวเข้ารหัสเซอร์โวโดยไม่ต้องใช้เฟืองอิเล็กทรอนิกส์เพิ่มเติม มาตรฐาน DIN 3974 ระดับความแม่นยำ 3 ถึง 5 กำหนดไว้สำหรับโต๊ะหมุน CNC ระดับการผลิต
เหตุใดโต๊ะหมุน CNC จึงใช้ระบบขับเคลื่อนแบบเฟืองตัวหนอน
โต๊ะหมุน CNC ทำหน้าที่สามอย่างพร้อมกัน ได้แก่ การวางตำแหน่งชิ้นงานในมุมที่แม่นยำ การยึดชิ้นงานให้มั่นคงระหว่างการตัด และการหมุนอย่างต่อเนื่องระหว่างการทำงานขึ้นรูป (การตัดเฟือง การกัดลูกเบี้ยว การกลึงใบมีด) ชุดเฟืองตัวหนอนให้ฟังก์ชันทั้งสามอย่างนี้ในขั้นตอนเชิงกลเดียว ซึ่งไม่มีเฟืองชนิดอื่นใดเทียบได้
อัตราส่วน 360:1 แปลงการหมุนของเฟืองตัวหนอนหนึ่งรอบเต็มให้เป็นการหมุนของแท่นหนึ่งองศาพอดี มอเตอร์เซอร์โวที่มีตัวเข้ารหัส 10,000 หน่วย ให้ค่า 10,000 × 360 = 3,600,000 หน่วยต่อการหมุนของแท่นหนึ่งรอบ — ความละเอียดเชิงมุม 0.36 อาร์คเซคอนด์ต่อหน่วย ความแม่นยำเชิงกลที่บวกหรือลบ 10 อาร์คเซคอนด์ สามารถทำได้ด้วยเฟืองตัวหนอน DIN คลาส 3
ในระหว่างการกัดขึ้นรูป แรงตัดจะพยายามหมุนชิ้นงานออกจากตำแหน่งที่กำหนดไว้ ระบบล็อคตัวเองจะต้านทานแรงนี้โดยไม่ต้องใช้แคลมป์ไฮดรอลิกแยกต่างหาก แรงตัดที่รัศมีของชิ้นงานจะสร้างแรงบิดย้อนกลับ ซึ่งชุดเฟืองตัวหนอนจะดูดซับไว้ด้วยคุณสมบัติที่ไม่สามารถย้อนกลับได้
ในการตัดเฉือนแบบ 4 แกนพร้อมกัน โต๊ะจะหมุนอย่างต่อเนื่องในขณะที่แกนหมุนเคลื่อนที่ในแกน X/Y/Z โดยทุกแกนจะถูกซิงโครไนซ์โดยตัวควบคุม CNC ชุดเฟืองตัวหนอนต้องให้การหมุนที่ราบรื่น ปราศจากระยะคลอน ที่ความเร็วแปรผันได้ตั้งแต่ 0.1 ถึง 30 รอบต่อนาที โดยไม่มีข้อผิดพลาดในการส่งกำลังที่จะทำให้เกิดข้อบกพร่องในผิวชิ้นงาน
ตารางแสดงค่าความคลาดเคลื่อนของตำแหน่ง (Backlash-to-position-error) ตั้งแต่ระดับอาร์คมินิตไปจนถึงไมครอน ณ จุดตัด
ความสัมพันธ์ระหว่างระยะคลายตัวของเฟืองตัวหนอนกับข้อผิดพลาดในการตัดเฉือนนั้นเป็นไปตามหลักเรขาคณิตล้วนๆ กล่าวคือ ระยะคลายตัวเชิงมุมที่จุดศูนย์กลางของแท่นตัดจะทำให้เกิดข้อผิดพลาดตำแหน่งเชิงเส้นที่รัศมีของชิ้นงาน ซึ่งจะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนของระยะห่างจากจุดศูนย์กลางการหมุน สูตรคือ e = R × B / 3,438 โดยที่ e คือข้อผิดพลาดตำแหน่งในหน่วยมิลลิเมตร R คือรัศมีของชิ้นงาน (ระยะห่างจากจุดศูนย์กลางของแท่นตัดถึงจุดตัด) ในหน่วยมิลลิเมตร และ B คือระยะคลายตัวในหน่วยนาทีโค้ง
ตารางแสดงให้เห็นถึงข้อดีของการใช้เฟืองตัวหนอนแบบมีแรงกดล่วงหน้าในแถวเดียว: ที่รัศมี R = 200 มม. โดยมีระยะคลายตัวมาตรฐาน 1 อาร์คมินิต ความคลาดเคลื่อนของตำแหน่งคือ 58 ไมโครเมตร ซึ่งมากกว่าสองเท่าของค่าความคลาดเคลื่อนมาตรฐานบวกหรือลบ 25 ไมโครเมตรในการตัดเฉือนด้วยเครื่อง CNC แม้แต่ระยะคลายตัว 0.5 อาร์คมินิต (30 อาร์คเซคอนด์) ก็ยังทำให้เกิดความคลาดเคลื่อน 29 ไมโครเมตรที่รัศมี 200 มม. ซึ่งยังคงเกินขีดจำกัด มีเพียงการกำหนดค่าแบบมีแรงกดล่วงหน้าที่ 10 อาร์คเซคอนด์ (0.15 อาร์คมินิต) เท่านั้นที่อยู่ในช่วงความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้ที่ 9 ไมโครเมตร เฟืองตัวหนอนอุตสาหกรรมทั่วไปที่ 5 อาร์คมินิตนั้นไม่สามารถใช้งานได้เลยสำหรับการกำหนดตำแหน่งด้วยเครื่อง CNC เนื่องจากความคลาดเคลื่อนที่รัศมีชิ้นงานใดๆ ก็ตามเกินค่าความคลาดเคลื่อนไปหลายเท่า
วิธีการปรับตั้งค่าแรงกดล่วงหน้าเพื่อป้องกันการคลายตัว — วิธีที่โต๊ะหมุน CNC สามารถลดค่าการคลายตัวให้ต่ำกว่า 10 อาร์คเซคอนด์ได้
เฟืองตัวหนอนมาตรฐานไม่สามารถลดระยะคลายตัว (backlash) ให้ต่ำกว่า 10 อาร์คเซคอนด์ได้ตามที่ต้องการสำหรับการกำหนดตำแหน่งในเครื่อง CNC ด้วยความคลาดเคลื่อนจากการผลิตเพียงอย่างเดียว ระยะคลายตัวที่น้อยที่สุดที่ทำได้สำหรับล้อเฟืองแบบชิ้นเดียวทั่วไปนั้นอยู่ที่ประมาณ 15 ถึง 30 อาร์คเซคอนด์ที่ระดับ DIN คลาส 3 เพื่อให้ได้ระยะคลายตัว 5 ถึง 10 อาร์คเซคอนด์ เฟืองตัวหนอนจะต้องได้รับการปรับแรงกดล่วงหน้าทางกลเพื่อให้หน้าฟันสัมผัสกันทั้งสองด้านพร้อมกัน ซึ่งจะช่วยขจัดบริเวณการเล่นตัวที่ก่อให้เกิดระยะคลายตัว
ล้อเฟืองถูกแบ่งออกเป็นสองส่วน แต่ละส่วนประกบกับตัวหนอนจากด้านตรงข้าม สปริงที่อยู่ระหว่างสองส่วนจะดันให้แยกออกจากกัน ทำให้เกิดการสัมผัสพร้อมกันทั้งสองด้าน ระยะคลายตัวที่มีประสิทธิภาพ: 3 ถึง 8 อาร์คเซคอนด์ ข้อดี: ปรับตัวเองได้ — สปริงจะชดเชยการขยายตัวจากความร้อนและการสึกหรอเล็กน้อย ข้อเสีย: ความสามารถในการรับแรงบิดจำกัด (ต้องเอาชนะแรงของสปริงก่อนที่ฟันเฟืองจะส่งผ่านภาระเต็มที่) เหมาะสำหรับ: โต๊ะหมุนแบบใช้งานเบา (แกนที่ 4 บนเครื่องจักรกลแนวตั้ง หัวแบ่งชิ้นงาน)
เกลียวตัวหนอนสองเกลียวถูกกลึงบนเพลาเดียวกันโดยมีระยะห่างตามแนวแกนเล็กน้อย แผ่นรองระหว่างตัวเรือนแบริ่งตัวหนอนจะกำหนดแรงกดล่วงหน้าโดยการควบคุมตำแหน่งตามแนวแกนของตัวหนอนเทียบกับล้อ ระยะคลายตัวที่มีประสิทธิภาพ: 5 ถึง 15 อาร์คเซคอนด์ ข้อดี: ความสามารถในการรับแรงบิดเต็มที่ (แรงกดล่วงหน้าเป็นแบบกลไก ไม่ใช่แบบสปริง) ข้อเสีย: ต้องปรับแผ่นรองใหม่เมื่อล้อสึกหรอ (ทุก 2 ถึง 4 ปี) เหมาะสำหรับ: โต๊ะกลึง 5 แกนสำหรับงานหนัก เครื่องกัดเฟือง และโต๊ะหมุนเครื่องเจาะแนวนอน
ผู้ผลิตเครื่องมือกล CNC ชาวเกาหลีรายหนึ่งได้ซื้อชุดเฟืองตัวหนอนทดแทนสำหรับโต๊ะหมุนปรับเอียง 15 ตัว (แกนที่ 4/5) ที่ติดตั้งอยู่บนเครื่องจักรกลแนวนอน ชุดเฟืองเดิมเป็นแบบล้อแยกที่มีแรงกดล่วงหน้า มีระยะคลายตัวที่มีประสิทธิภาพ 6 อาร์คเซคอนด์ มาตรฐาน DIN คลาส 4 ชุดเฟืองทดแทนจากผู้จำหน่ายรายอื่นระบุว่าเป็น “DIN คลาส 4 ป้องกันการคลายตัว” — แต่เป็นแบบปรับด้วยแผ่นชิมแบบคู่แทนที่จะเป็นแบบแยกที่มีสปริง หลังการติดตั้ง ระยะคลายตัวที่วัดได้คือ 12 อาร์คเซคอนด์ — อยู่ในเกณฑ์ความคลาดเคลื่อนของ DIN คลาส 4 แต่เป็นสองเท่าของ 6 อาร์คเซคอนด์เดิม ที่รัศมีชิ้นงานทั่วไป 150 มม. ข้อผิดพลาดในการกำหนดตำแหน่งเพิ่มขึ้นจาก 4 ไมโครเมตรเป็น 9 ไมโครเมตร — ยังคงอยู่ในเกณฑ์ความคลาดเคลื่อนบวกหรือลบ 25 ไมโครเมตรของ CNC สำหรับงานกลึงทั่วไป แต่ไม่เพียงพอสำหรับลูกค้าในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศที่ต้องการความคลาดเคลื่อนบวกหรือลบ 10 ไมโครเมตรสำหรับร่องโคนใบพัดกังหัน ผู้ผลิตเครื่องมือกลต้องปรับตั้งแท่นกลึงทั้ง 15 แท่นใหม่ทั้งหมดเพื่อให้ได้ค่าความคลาดเคลื่อน 8 อาร์คเซคอนด์ ซึ่งใช้เวลาแรงช่างฝีมือ 2 ชั่วโมงต่อแท่น ในอัตราค่าแรง 85 ดอลลาร์สหรัฐต่อชั่วโมง รวมเป็นค่าแรงที่ไม่ได้วางแผนไว้ 2,550 ดอลลาร์สหรัฐ บทเรียนที่ได้คือ “การป้องกันการคลายตัว” ไม่ใช่ข้อกำหนดเดียว วิธีการปรับแรงกดล่วงหน้า (ล้อแยกส่วนเทียบกับตัวหนอนคู่) ค่าการคลายตัวที่มีประสิทธิภาพ (ในหน่วยอาร์คเซคอนด์ ไม่ใช่แค่ “การป้องกันการคลายตัว”) และระดับความแม่นยำของ DIN ต้องระบุอย่างชัดเจนทั้งหมด แท่นกลึงป้องกันการคลายตัว DIN ระดับ 4 สองคู่จากผู้ผลิตที่แตกต่างกันอาจให้ค่าการคลายตัวที่แตกต่างกันได้ เนื่องจาก “ระดับ 4” กำหนดค่าความคลาดเคลื่อนของรูปทรงฟัน ไม่ใช่ประสิทธิภาพของแรงกดล่วงหน้า
กรณีศึกษาข้อมูลจำเพาะของชุดเฟืองตัวหนอนแบบหมุน CNC สามแบบ
กรณีที่ 1 — โต๊ะหมุนแกนที่ 4 จากเกาหลี: Ø250 มม., ล้อแยก, ชิ้นส่วนยานยนต์
ผู้ผลิตเครื่องมือกล CNC จากเกาหลีใต้ได้ระบุชุดเฟืองตัวหนอนสำหรับโต๊ะหมุนแกนที่ 4 ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 250 มม. ซึ่งออกแบบมาสำหรับการขึ้นรูปชิ้นส่วนยานยนต์ (อลูมิเนียมและเหล็กกล้า รัศมีชิ้นงานสูงสุด 125 มม.) ความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งที่ต้องการ: บวกหรือลบ 15 อาร์คเซคอนด์ ความสามารถในการทำซ้ำ: บวกหรือลบ 5 อาร์คเซคอนด์ ชุดเฟืองตัวหนอน: แบบขึ้นเดี่ยว โมดูล 1.5 เส้นผ่านศูนย์กลางล้อ 180 มม. อัตราส่วน 360:1 ความแม่นยำระดับ DIN 4 แรงกดล่วงหน้า: ล้อแยกแบบมีสปริง ระยะคลายตัวที่มีประสิทธิภาพ: 6 อาร์คเซคอนด์ ข้อผิดพลาดในการกำหนดตำแหน่งที่ R = 125 มม.: 125 × 0.1 / 3,438 = 3.6 µm — อยู่ในเกณฑ์ความคลาดเคลื่อนในการขึ้นรูปบวกหรือลบ 25 µm เฟืองตัวหนอน: เหล็กกล้า 20CrMnTi ชุบแข็งและเจียร Ra 0.2 µm HRC 58 ถึง 62 ล้อ: บรอนซ์ฟอสฟอรัสหล่อแบบเหวี่ยง CuSn12Ni ระบบหล่อลื่น: น้ำมันแกนหมุน ISO VG 68 (ใช้ร่วมกับตลับลูกปืนของแท่นเครื่อง) หมุนเวียนโดยระบบหล่อลื่นส่วนกลางของเครื่องจักร มอเตอร์: มอเตอร์เซอร์โว AC 1.5 กิโลวัตต์ พร้อมตัวเข้ารหัสสัมบูรณ์ 131,072 ตำแหน่ง ต้นทุนต่อชุดเฟืองตัวหนอน: 680 ดอลลาร์สหรัฐ การผลิตต่อปี: 400 แท่นเครื่อง (16,000 ชุดเฟืองตัวหนอนต่อปีสำหรับผลิตภัณฑ์ในกลุ่มเดียวกัน)
กรณีที่ 2 — โต๊ะเอียง 5 แกนของญี่ปุ่น: Ø400 มม., เฟืองตัวหนอนคู่, ความคลาดเคลื่อนระดับอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ
ผู้ผลิตเครื่องจักรกลซีเอ็นซี 5 แกนจากประเทศญี่ปุ่นได้ระบุชุดเฟืองตัวหนอนสำหรับทั้งแกน A (การเอียง) และแกน C (การหมุน) ของโต๊ะหมุนเอียงขนาด 400 มม. ที่ออกแบบมาสำหรับการตัดเฉือนชิ้นส่วนไทเทเนียมและอินโคเนลสำหรับอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ ความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่ง: บวกหรือลบ 8 อาร์คเซคอนด์ การใช้งานในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศต้องการแรงตัดสูงสุดถึง 2,500 นิวตัน ที่รัศมีชิ้นงาน 180 มม. ซึ่งทำให้เกิดแรงบิดย้อนกลับ 450 นิวตันเมตรที่โต๊ะ การออกแบบล้อแยกแบบใช้สปริงไม่สามารถรับแรงบิดนี้ได้ (แรงกดสปริงจำกัดอยู่ที่ประมาณ 150 นิวตันเมตร) ข้อกำหนด: เฟืองตัวหนอนคู่ปรับด้วยชิม โมดูล 2 เส้นผ่านศูนย์กลางล้อ 280 มม. อัตราส่วน 360:1 มาตรฐาน DIN คลาส 3 ระยะคลายตัวที่มีประสิทธิภาพหลังจากปรับชิม: 5 อาร์คเซคอนด์ ความคลาดเคลื่อนของตำแหน่งที่ R = 180 มม.: 180 × 0.083 / 3,438 = 4.4 µm — อยู่ภายในค่าความคลาดเคลื่อนบวกหรือลบ 10 µm ตามมาตรฐานการบินและอวกาศ โดยมีระยะเผื่อ 56 เปอร์เซ็นต์ เฟืองตัวหนอน: เหล็กกล้าคาร์บอน 18CrNiMo7-6 ขัดเงา Ra 0.15 µm ความแข็ง HRC 60 ถึง 63 ล้อ: บรอนซ์ดีบุกหล่อแบบเหวี่ยงผสมนิกเกล (เพิ่มอายุการใช้งานสำหรับการตัดงานหนักในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ) การป้องกันน้ำหล่อเย็น: ซีลแบบเขาวงกตพร้อมการไล่อากาศที่ทางเข้าเพลาเฟืองตัวหนอนเพื่อป้องกันน้ำหล่อเย็นรั่วซึม ราคาต่อชุดเฟืองตัวหนอน (แกน A หรือ C): 2,400 USD ดูรายละเอียดเพิ่มเติม เกียร์ทดรอบหนอนความแม่นยำสูง ตัวเลือกสำหรับการใช้งานโต๊ะหมุน CNC และเครื่องมือกล
กรณีที่ 3 — หัวแบ่งแบบแมนนวลของเวียดนาม: อัตราส่วน 40:1 ไม่มีการโหลดล่วงหน้า สำหรับการศึกษาและโรงงานรับจ้างผลิต
ผู้จัดจำหน่ายเครื่องมือกลชาวเวียดนามระบุชุดเฟืองตัวหนอนสำหรับหัวแบ่งแบบแมนนวลที่จำหน่ายให้กับโรงเรียนฝึกอาชีพและโรงงานขนาดเล็ก หัวแบ่งนี้ติดตั้งบนโต๊ะเครื่องกัดและหมุนชิ้นงานเป็นมุมคงที่เพื่อตัดฟันเฟือง พื้นผิวหกเหลี่ยม และรูที่มีระยะห่างเท่ากัน อัตราส่วน: 40:1 (9 องศาต่อการหมุนหนึ่งรอบของเฟืองตัวหนอน — อัตราส่วนการแบ่งมาตรฐานที่สร้างการแบ่งทั่วไป: 40 รอบสำหรับการหมุนเต็มรอบ, 20 รอบสำหรับ 180 องศา, 10 รอบสำหรับ 90 องศา) ไม่มีการโหลดล่วงหน้า (ล้อแบบชิ้นเดียวมาตรฐานที่มีระยะคลอน 2 ถึง 3 อาร์คมินิต) ข้อผิดพลาดตำแหน่งที่ R = 50 มม.: 50 × 2.5 / 3,438 = 36 µm ผลลัพธ์นี้เป็นที่ยอมรับได้สำหรับค่าความคลาดเคลื่อนทั่วไปบวกหรือลบ 0.1 มม. (100 µm) ของการตัดเฉือนด้วยมือในโรงงานทั่วไป — ทิศทางการหมุนของล้อหมุนด้วยมือของผู้ปฏิบัติงาน (โดยหมุนจากทิศทางเดียวกันเสมอ) ช่วยขจัดปัญหาการคลายตัวจากการกำหนดตำแหน่งได้อย่างมีประสิทธิภาพ เฟืองตัวหนอน: เหล็กกล้าคาร์บอน กลึงขึ้นรูป Ra 0.8 µm ชุบแข็ง HRC 55 ล้อ: หล่อทรายบรอนซ์ฟอสฟอรัส ราคาต่อคู่: 32 ดอลลาร์สหรัฐ กรณีนี้แสดงให้เห็นว่าการกำหนดตำแหน่งของเครื่องมือกลไม่จำเป็นต้องมีระบบป้องกันการคลายตัวเสมอไป — การทำงานด้วยมือโดยมีทิศทางการหมุนที่สม่ำเสมอช่วยขจัดผลกระทบของการคลายตัวซึ่งจะปรากฏเฉพาะในการกำหนดตำแหน่งแบบสองทิศทางของ CNC เท่านั้น
คำถามที่พบบ่อย
ถาม: เหตุใดอัตราส่วน 360:1 จึงเป็นอัตราส่วนมาตรฐานสำหรับโต๊ะหมุน CNC?
ที่อัตราทด 360:1 การหมุนครบหนึ่งรอบของเฟืองตัวหนอนจะหมุนโต๊ะได้หนึ่งองศาพอดี ทำให้การอ่านค่าเชิงมุมจากตัวเข้ารหัสเซอร์โวทำได้ง่าย: จำนวนนับของตัวเข้ารหัสต่อองศาเท่ากับความละเอียดของตัวเข้ารหัสต่อการหมุนหนึ่งรอบ อัตราทดเกียร์อิเล็กทรอนิกส์ของตัวควบคุม CNC คือ 1:1 ซึ่งช่วยขจัดข้อผิดพลาดจากการปัดเศษในวงจรกำหนดตำแหน่ง การใช้งานเฉพาะทางบางอย่างใช้อัตราทด 90:1 (สำหรับการขึ้นรูปต่อเนื่องความเร็วสูง) หรือ 720:1 (สำหรับความละเอียดเชิงมุมที่ละเอียดมาก) แต่ 360:1 เป็นมาตรฐานสำหรับโต๊ะหมุนแบบใช้งานทั่วไป เนื่องจากให้ความสมดุลที่ดีที่สุดระหว่างความละเอียดเชิงมุม ความเร็วในการทำงาน และประสิทธิภาพเชิงกล
ถาม: ความร้อนจากการกลึงส่งผลต่อความแม่นยำของชุดเฟืองตัวหนอนอย่างไร?
กระบวนการตัดเฉือนก่อให้เกิดความร้อนที่ไหลจากชิ้นงานและแกนหมุนไปยังตัวโต๊ะ ทำให้Sอุณหภูมิของโต๊ะสูงขึ้น 5 ถึง 20 องศาเซลเซียสระหว่างรอบการตัดที่ยาวนาน การขยายตัวทางความร้อนนี้ทำให้เส้นผ่านศูนย์กลางของล้อขยายออกและระยะห่างระหว่างศูนย์กลางเปลี่ยนไป ส่งผลให้ระยะคลอนเพิ่มขึ้นประมาณ 2 ถึง 5 อาร์คเซคอนด์ต่อการเพิ่มขึ้น 10 องศาเซลเซียส สำหรับคู่ล้อที่รับแรงกดไว้ล่วงหน้า การขยายตัวทางความร้อนอาจทำให้แรงกดแน่นขึ้น (ลดประสิทธิภาพและเพิ่มภาระของมอเตอร์) หรือหลวมลง (เพิ่มระยะคลอน) ขึ้นอยู่กับว่าล้อหรือตัวเรือนขยายตัวมากกว่ากัน ล้อแยกแบบใช้สปริงจะชดเชยการขยายตัวทางความร้อนได้เอง ในขณะที่คู่ล้อแบบปรับด้วยแผ่นชิมจะไม่เป็นเช่นนั้น จึงต้องมีการควบคุมอุณหภูมิ (รอบการอุ่นเครื่องก่อนการตัดเฉือนที่แม่นยำ) หรือการชดเชยความร้อนแบบแอคทีฟในตัวควบคุม CNC สำหรับการตัดเฉือนในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศที่มีข้อกำหนดบวกหรือลบ 8 อาร์คเซคอนด์ รอบการอุ่นเครื่อง 30 นาทีเป็นมาตรฐานปฏิบัติก่อนการตัดชิ้นงานชิ้นแรก
ถาม: ป้องกันไม่ให้สารหล่อเย็นในการตัดเข้าไปในเรือนเฟืองตัวหนอนได้อย่างไร?
การตัดเฉือนด้วยเครื่อง CNC ใช้สารหล่อเย็นแรงดันสูง (10 ถึง 70 บาร์) ที่ไหลท่วมบริเวณทำงานและกระเด็นไปยังแท่นหมุน มีกลยุทธ์การซีลสามแบบที่ปกป้องชุดเฟืองตัวหนอน: ซีลแบบเขาวงกตที่ส่วนต่อประสานระหว่างตัวแท่นกับตัวเรือน (ไม่สัมผัส ไม่สึกหรอ); การไล่อากาศแบบบวก (อากาศอัด 0.1 ถึง 0.3 บาร์ เป่าออกไปด้านนอกอย่างต่อเนื่องผ่านเขาวงกต ป้องกันสารหล่อเย็นเข้า); และช่องระบายที่นำสารหล่อเย็นที่ผ่านเขาวงกตออกไปจากตัวเรือนเฟืองก่อนที่จะถึงซีลน้ำมัน แท่น CNC ระดับพรีเมียมใช้ทั้งสามอย่างนี้ หากสารหล่อเย็นเข้าไปในระบบน้ำมัน มันจะทำให้เกิดการแตกตัวเป็นอิมัลชันในน้ำมันแกนหมุนและทำให้เกิดการสึกหรออย่างรวดเร็วบนพื้นผิวสัมผัสของเฟืองตัวหนอนและล้อ – ซึ่งวัดได้จากการเพิ่มขึ้นของระยะคลอน 5 ถึง 10 อาร์คเซคอนด์ภายใน 6 เดือน การวิเคราะห์น้ำมันเป็นประจำ (ปริมาณน้ำต่ำกว่า 0.05 เปอร์เซ็นต์) จะช่วยตรวจสอบประสิทธิภาพของซีล
ถาม: อายุการใช้งานโดยทั่วไปของชุดเฟืองตัวหนอนสำหรับโต๊ะหมุน CNC คือเท่าไร?
โต๊ะหมุน CNC ในสภาพแวดล้อมการผลิตโดยทั่วไปทำงาน 2,000 ถึง 4,000 ชั่วโมงต่อปี โดยมีการใช้งานในการกำหนดตำแหน่งเป็นระยะๆ อายุการใช้งานของล้อบรอนซ์อยู่ที่ 5 ถึง 10 ปีสำหรับการตัดเฉือนทั่วไป (เหล็กและอลูมิเนียม) และ 3 ถึง 6 ปีสำหรับการตัดเฉือนงานหนักในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ (ไทเทเนียม อินโคเนล — แรงตัดที่สูงขึ้นทำให้เกิดความเค้นสัมผัสที่สูงขึ้นบนฟันเฟืองตัวหนอน) เฟืองตัวหนอนเหล็กมีอายุการใช้งาน 10 ถึง 20 ปี ปัจจัยที่จำกัดอายุการใช้งานคือการเพิ่มขึ้นของระยะคลายตัวเกินกว่าค่าความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้ในการตัดเฉือน — ซึ่งตรวจสอบโดยการตรวจสอบความแม่นยำประจำปีโดยใช้เครื่องวัดการรบกวนด้วยเลเซอร์หรือรูปหลายเหลี่ยมที่มีความแม่นยำสูง วางแผนการเปลี่ยนล้อเมื่อระยะคลายตัวเกินสองเท่าของค่าแรงกดเริ่มต้น (เช่น เปลี่ยนเมื่อค่าเดิม 6 อาร์คเซคอนด์เพิ่มขึ้นเป็น 12 อาร์คเซคอนด์)
ถาม: มอเตอร์แรงบิดแบบขับตรงสามารถใช้แทนชุดเฟืองตัวหนอนในโต๊ะหมุน CNC ได้หรือไม่?
มอเตอร์แรงบิดแบบขับตรง (DDT) ใช้ในเครื่องตัด CNC 5 แกนความเร็วสูงที่ต้องการความเร็วในการตัดตามรูปทรงอย่างต่อเนื่องสูงกว่า 50 รอบต่อนาที DDT ช่วยขจัดปัญหาการคลายตัวของเฟืองได้อย่างสมบูรณ์เนื่องจากไม่มีระบบส่งกำลังแบบเฟือง อย่างไรก็ตาม DDT ขาดระบบล็อคตัวเอง – ต้องใช้แคลมป์ไฮดรอลิกแยกต่างหากเพื่อยึดโต๊ะระหว่างการตัด ซึ่งเพิ่มต้นทุนและความซับซ้อน นอกจากนี้ DDT ยังมีความหนาแน่นของแรงบิดต่ำกว่าคู่เฟืองตัวหนอนที่ความเร็วต่ำ – โต๊ะ DDT ขนาด 400 มม. มีราคาแพงกว่าโต๊ะเฟืองตัวหนอนที่มีขนาดเทียบเท่ากัน 3 ถึง 5 เท่า สำหรับงานตัด CNC ส่วนใหญ่ (การกำหนดตำแหน่งและการตัดตามรูปทรงความเร็วปานกลางต่ำกว่า 30 รอบต่อนาที) คู่เฟืองตัวหนอนยังคงคุ้มค่ากว่า DDT DDT เหมาะสำหรับงานตัด CNC 5 แกนอย่างต่อเนื่องความเร็วสูงของพื้นผิวรูปทรงอิสระที่ซับซ้อนซึ่งความเร็วในการตัดตามรูปทรงเกินขีดจำกัดการใช้งานของคู่เฟืองตัวหนอนเท่านั้น
ชุดเฟืองตัวหนอนสำหรับโต๊ะหมุน CNC ทำงานที่ระดับความแม่นยำสูงสุดเมื่อเทียบกับงานอื่นๆ ในซีรีส์บทความ 30 ชิ้นนี้ — มีระยะคลายตัวต่ำกว่า 10 อาร์คเซคอนด์ ความแม่นยำระดับ DIN คลาส 3 ถึง 5 และความคลาดเคลื่อนของตำแหน่งวัดได้ในไมครอนหลักเดียว ณ จุดตัดชิ้นงาน ตารางอัตราส่วนระยะคลายตัวต่อความคลาดเคลื่อนของตำแหน่ง (e = R × B / 3,438) แสดงให้เห็นว่าเหตุใดชุดเฟืองตัวหนอนอุตสาหกรรมมาตรฐานจึงไม่สามารถใช้กับการกำหนดตำแหน่ง CNC ได้: ที่รัศมีชิ้นงานทั่วไป แม้แต่ระยะคลายตัวเพียง 1 อาร์คมินิตก็เกินค่าความคลาดเคลื่อนของการตัดเฉือน CNC ไปถึง 2-3 เท่า กลไกป้องกันระยะคลายตัวแบบมีแรงกดล่วงหน้า (ล้อแยกแบบมีสปริงสำหรับงานเบา ล้อคู่แบบปรับด้วยแผ่นชิมสำหรับงานหนัก) เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับโต๊ะ CNC ในการผลิต อัตราส่วน 360:1 เป็นมาตรฐานเนื่องจากให้ความละเอียดเชิงมุมเป็นองศาจำนวนเต็มจากตัวเข้ารหัสเซอร์โว สำหรับผู้ผลิตเครื่องมือกลที่ระบุชุดเฟืองตัวหนอนสำหรับโต๊ะหมุน พารามิเตอร์สำคัญ ได้แก่ ระยะคลายตัว (ในหน่วยวินาที ไม่ใช่นาที) ระดับความแม่นยำตามมาตรฐาน DIN วิธีการปรับแรงกดล่วงหน้า และกลยุทธ์การซีลสารหล่อเย็น
สำหรับผู้ผลิตเครื่องมือกล CNC และผู้ซ่อมแซมโต๊ะหมุน ฝ่ายวิศวกรรมของเราจัดหาชุดเฟืองตัวหนอนความแม่นยำสูงระดับ DIN คลาส 3 ถึง 6 พร้อมการกำหนดค่าป้องกันการคลายตัวแบบพรีโหลด แคตตาล็อกมาตรฐาน ชุดเฟืองตัวหนอนความแม่นยำสูง รวมถึงอัตราส่วน 360:1 และ 40:1 สำหรับล้อขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 80 ถึง 280 มม. พร้อมตัวเลือกแบบล้อแยกและแบบสองล้อ โปรดระบุรายละเอียดระบบขับเคลื่อนโต๊ะ CNC โดยระบุเส้นผ่านศูนย์กลางโต๊ะ ความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่ง (วินาทีโค้ง) รัศมีชิ้นงานสูงสุด แรงตัด และชนิดของสารหล่อเย็น
การระบุคู่เฟืองตัวหนอนสำหรับโต๊ะหมุน CNC?
โปรดระบุขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของแท่นตัด ความแม่นยำที่ต้องการ (วินาทีโค้ง) รัศมีชิ้นงานสูงสุด และแรงตัด ประเภทของสารหล่อเย็น และระบุว่าคุณต้องการใช้ล้อตัดแบบแยกส่วนหรือแบบคู่ เราจะคำนวณข้อผิดพลาดของตำแหน่งที่รัศมีชิ้นงานของคุณและแนะนำระดับ DIN และข้อกำหนดแรงกดล่วงหน้าให้
บรรณาธิการ: Cxm
