Kore Ever-Power · Uygulama Mühendisliği Kılavuzu
CNC Döner Tabla İndeksleme için Sonsuz Dişli ve Sonsuz Dişli Çarkı
Beş eksenli bir CNC işleme merkezi, 12.000 RPM iş mili hızıyla bir türbin kanadını kesiyor. Dördüncü eksen döner tabla, kanat boşluğunu 10 yay saniyesi (0,003 derece) hassasiyetle konumlandırıyor ve 800 N'luk kesme kuvvetine karşı tutarken, çalışma alanını dakikada 20 litre soğutma sıvısı ile dolduruyor. Döner tablanın içindeki sonsuz dişli çifti, aynı anda hassas bir açısal konumlandırıcı, iş parçası tutucu kelepçe ve soğutma sıvısına dayanıklı mekanik bir bileşen görevi görüyor. Bu, herhangi bir sektördeki en yüksek hassasiyet gerektiren sonsuz dişli uygulamasıdır.
CNC döner tablalar (4. ve 5. eksen), hassas açısal konumlandırma, eş zamanlı çok eksenli işleme sırasında sürekli konturlama ve kesme kuvvetlerine karşı kendiliğinden kilitlenen iş parçası tutma için sonsuz dişli çiftleri kullanır. Geri tepme-konum hatası tablosu, sonsuz dişli çifti geri tepmesinin iş parçası kesme noktasındaki işleme hatasına nasıl dönüştüğünü nicelendirir: e = R × B / 3,438, burada R, iş parçası yarıçapı (mm) ve B, geri tepme (yay dakikası) değeridir. 200 mm yarıçaplı bir iş parçası için, 1 yay dakikası geri tepme, 58 µm'lik konum hatası üretir; bu da tipik CNC toleransı olan artı veya eksi 25 µm'yi aşar. Bu nedenle, CNC döner tabla sonsuz dişli çiftleri, etkili geri tepmeyi 10 yay saniyesinin altına düşürmek için genellikle önceden yüklenmiş geri tepme önleyici mekanizmalar (yaylı bölünmüş tekerlek veya şim ayarlı çift yönlü) kullanır. 360:1 oranı, CNC standardıdır (sonsuz vida devri başına bir derece), bu da ek elektronik dişli sistemine gerek kalmadan servo enkoderden doğrudan açısal okuma yapılmasını sağlar. Üretim sınıfı CNC döner tablalar için DIN 3974 doğruluk sınıfı 3 ila 5 belirtilmiştir.
CNC döner tablalarında neden sonsuz dişli tahrik sistemleri kullanılır?
CNC döner tabla aynı anda üç işlevi yerine getirir: iş parçasını hassas bir açıda konumlandırır, kesim sırasında iş parçasını sağlam bir şekilde tutar ve konturlama işlemleri (dişli kesimi, kam frezeleme, bıçak işleme) sırasında sürekli olarak döner. Sonsuz dişli çifti, bu üç işlevi tek bir mekanik aşamada sağlar; başka hiçbir dişli tipi bu kombinasyona ulaşamaz.
360:1 oranı, bir tam sonsuz dişli devrini tam olarak bir derecelik tabla dönüşüne dönüştürür. 10.000 sayımlı enkoderli bir servo motor, tabla devri başına 10.000 × 360 = 3.600.000 sayım sağlar; bu da sayım başına 0,36 yay saniyelik açısal çözünürlük anlamına gelir. DIN sınıf 3 sonsuz dişli çiftleriyle artı veya eksi 10 yay saniyelik mekanik doğruluk elde edilebilir.
Frezeleme sırasında, kesme kuvveti iş parçasını indekslenmiş konumdan uzaklaştırmaya çalışır. Kendiliğinden kilitlenen mekanizma, ayrı bir hidrolik kelepçeye gerek kalmadan bu kuvvete karşı koyar; iş parçası yarıçapındaki kesme kuvveti, sonsuz dişli çiftinin geri döndürülemezliği sayesinde emdiği bir geri itme torku üretir.
4 eksenli eş zamanlı işlemede, tabla sürekli dönerken iş mili X/Y/Z eksenlerinde hareket eder; tüm eksenler CNC kontrol ünitesi tarafından senkronize edilir. Sonsuz dişli çifti, iş parçasında yüzey kalitesi kusurlarına yol açacak iletim hatası olmaksızın, 0,1 ila 30 RPM arasında değişen hızlarda sorunsuz ve boşluksuz dönüş sağlamalıdır.
Kesme noktasında yay dakikasından mikrona kadar geri tepme-konum hatası tablosu
Sonsuz dişli çifti boşluğu ile işleme hatası arasındaki ilişki tamamen geometrik bir ilişkidir: Tabla merkezindeki açısal boşluk, iş parçası yarıçapında, dönme merkezinden uzaklıkla orantılı olarak artan doğrusal bir konum hatası üretir. Formül e = R × B / 3,438'dir; burada e, mm cinsinden konum hatası, R, mm cinsinden iş parçası yarıçapı (tabana merkezinden kesme noktasına olan mesafe) ve B, yay dakikası cinsinden boşluktur.
Tablo, önceden yüklenmiş geri tepme önleyici sonsuz dişli çiftlerinin avantajlarını tek bir satırda ortaya koymaktadır: R = 200 mm'de standart 1 yay dakikalık geri tepme ile konum hatası 58 µm'dir; bu, tipik artı veya eksi 25 µm CNC işleme toleransının iki katından fazladır. 0,5 yay dakikası (30 yay saniyesi) bile 200 mm yarıçapta 29 µm'lik bir hata üretir; bu hala limitin üzerindedir. Sadece 10 yay saniyesi (0,15 yay dakikası) önceden yüklenmiş konfigürasyon 9 µm ile tolerans dahilinde kalmaktadır. 5 yay dakikalık genel endüstriyel sonsuz dişli çiftleri CNC indeksleme için tamamen kullanılamaz; herhangi bir pratik iş parçası yarıçapındaki hata, toleransı bir mertebe aşmaktadır.
Geri tepme önleyici ön yükleme yöntemleri — CNC döner tablalar 10 arksaniyenin altında geri tepme değerine nasıl ulaşır?
Standart sonsuz dişli çiftleri, yalnızca üretim toleransı yoluyla CNC indeksleme için gerekli olan 10 arksaniyenin altındaki boşluğu sağlayamaz; geleneksel tek parça bir tekerlekte elde edilebilecek en küçük boşluk, DIN sınıf 3'te yaklaşık 15 ila 30 arksaniyedir. 5 ila 10 arksaniyeye ulaşmak için, sonsuz dişli çifti mekanik olarak önceden yüklenmelidir, böylece diş yan yüzeyleri her iki tarafta da aynı anda temas halinde kalır ve boşluğu oluşturan serbest hareket bölgesi ortadan kalkar.
Dişli çark ikiye bölünmüştür ve her bir parça sonsuz vidayı zıt taraflardan kavrar. Parçalar arasındaki bir yay, onları birbirinden ayırarak her iki tarafta da eş zamanlı temas sağlar. Etkin boşluk: 3 ila 8 yay saniyesi. Avantajı: Kendiliğinden ayarlanabilir - yay, termal genleşmeyi ve küçük aşınmaları telafi eder. Dezavantajı: Sınırlı tork kapasitesi (dişler tam yükü iletmeden önce yayın aşılması gerekir). En uygun kullanım alanı: Hafif hizmet tipi indeksleme tablaları (dikey işleme merkezlerinde 4. eksen, bölme başlıkları).
Aynı şaft üzerinde, hafif bir eksenel sapma ile iki sonsuz vida dişi işlenmiştir. Sonsuz vida yatak yuvaları arasındaki şimler, sonsuz vidanın tekerleğe göre eksenel konumunu kontrol ederek ön yükü ayarlar. Etkin boşluk: 5 ila 15 yay saniyesi. Avantajı: Tam tork kapasitesi (ön yük mekaniktir, yay ile sınırlı değildir). Dezavantajı: Tekerlek aşındıkça (her 2 ila 4 yılda bir) yeniden şimleme gerektirir. En uygun kullanım alanları: Ağır hizmet tipi 5 eksenli tezgahlar, dişli frezeleme makineleri ve yatay delme tezgahı döner tezgahları.
Koreli bir CNC takım tezgahı üreticisi, yatay işleme merkezlerine monte edilmiş 15 adet eğilebilir döner tabla (4./5. eksen kombinasyonu) için yedek sonsuz dişli çiftleri satın aldı. Orijinal çiftler, 6 arksaniye etkili boşluk payına sahip, DIN sınıfı 4, önceden yüklenmiş bölünmüş tekerlekli tipti. Farklı bir tedarikçiden alınan yedek çiftler "DIN sınıfı 4, boşluk önleyici" olarak belirtilmişti, ancak yaylı bölünmüş tip yerine şim ayarlı çiftli tipti. Montaj sonrası, boşluk payı 12 arksaniye olarak ölçüldü; bu, DIN sınıfı 4 toleransı dahilindeydi ancak orijinal 6 arksaniyenin iki katıydı. Tipik 150 mm iş parçası yarıçapında, konum hatası 4 µm'den 9 µm'ye yükseldi; bu, genel işleme için artı veya eksi 25 µm CNC toleransı dahilindeydi, ancak türbin kanadı kök yuvalarında artı veya eksi 10 µm tolerans gerektiren belirli bir havacılık müşterisi için yetersizdi. Takım tezgahı üreticisi, 8 arksaniye hassasiyetine ulaşmak için 15 tablanın tamamını yeniden şimlemek zorunda kaldı; bu da tabla başına 85 USD saatlik ücretle 2 saatlik kalifiye işçilik anlamına geliyordu ve toplamda 2.550 USD tutarında planlanmamış işçilik maliyetine yol açtı. Öğrenilen ders: "Geri tepme önleyici" tek bir özellik değildir; ön yükleme yöntemi (bölünmüş dişli veya çift sıralı sonsuz vida), etkili geri tepme değeri (sadece "geri tepme önleyici" değil, arksaniye cinsinden) ve DIN hassasiyet sınıfı açıkça belirtilmelidir. Farklı tedarikçilerden alınan iki DIN sınıf 4 geri tepme önleyici çifti, farklı geri tepme değerleri verebilir çünkü "sınıf 4" diş geometrisi toleransını tanımlar, ön yükleme etkinliğini değil.
Üç adet CNC döner tabla sonsuz dişli çifti spesifikasyon örneği
Örnek 1 — Kore yapımı 4 eksenli döner tabla: Ø250 mm, ayrılabilir tekerlekli, otomotiv parçaları
Koreli bir CNC takım tezgahı üreticisi, otomotiv parçalarının (alüminyum ve çelik, iş parçası yarıçapı 125 mm'ye kadar) işlenmesi için tasarlanmış 250 mm çaplı 4. eksenli döner tabla için sonsuz dişli çiftleri belirledi. Gerekli konum hassasiyeti: artı veya eksi 15 yay saniyesi. Tekrarlanabilirlik: artı veya eksi 5 yay saniyesi. Sonsuz dişli çifti: tek başlangıçlı, modül 1,5, tekerlek çapı 180 mm, oran 360:1, DIN hassasiyet sınıfı 4. Ön yükleme: yaylı bölünmüş tekerlek. Etkin boşluk: 6 yay saniyesi. R = 125 mm'deki konum hatası: 125 × 0,1 / 3,438 = 3,6 µm — artı veya eksi 25 µm işleme toleransı dahilinde. Sonsuz dişli: Sertleştirilmiş ve taşlanmış 20CrMnTi çelik, Ra 0,2 µm, HRC 58 ila 62. Dişli çark: Santrifüj döküm fosfor bronz CuSn12Ni. Yağlama: ISO VG 68 mil yağı (masa yataklarıyla ortak), makinenin merkezi yağlama sistemi tarafından dolaştırılır. Motor: 131.072 sayımlı mutlak enkoderli 1,5 kW AC servo. Sonsuz dişli çifti montaj maliyeti: 680 USD. Yıllık üretim: 400 masa (ürün ailesi genelinde yılda 16.000 sonsuz dişli çifti).
Örnek 2 — Japon 5 eksenli eğilebilir tabla: Ø400 mm, çift sonsuz vida, havacılık toleransı
Japonya merkezli 5 eksenli işleme merkezi üreticisi, havacılıkta kullanılan titanyum ve Inconel bileşenlerin işlenmesi için tasarlanmış 400 mm'lik eğilebilir döner tablanın hem A ekseni (eğim) hem de C ekseni (dönme) için sonsuz dişli çiftleri belirlemiştir. Konum hassasiyeti: artı veya eksi 8 yay saniyesi. Havacılık uygulaması, 180 mm iş parçası yarıçapında 2.500 N'ye kadar kesme kuvveti gerektiriyordu; bu da tablada 450 N·m'lik geri tahrik torku üretiyordu. Yaylı bölünmüş dişli tasarımı bu torku kaldıramıyordu (yay ön yükü yaklaşık 150 N·m ile sınırlıydı). Özellikler: şim ayarlı çift sıralı sonsuz dişli. Modül 2, tekerlek çapı 280 mm, oran 360:1, DIN sınıfı 3. Şimleme sonrası etkili boşluk: 5 yay saniyesi. R = 180 mm'deki konum hatası: 180 × 0,083 / 3.438 = 4,4 µm — marjla artı veya eksi 10 µm havacılık toleransı dahilinde. Sonsuz dişli: karbürlenmiş 18CrNiMo7-6, taşlanmış Ra 0,15 µm, HRC 60 ila 63. Dişli çark: nikel ilaveli santrifüj döküm kalay bronz (ağır hizmet tipi havacılık kesimi için geliştirilmiş yorulma ömrü). Soğutma sıvısı koruması: soğutma sıvısı girişini önlemek için sonsuz dişli şaft girişinde labirent conta ve hava tahliyesi. Sonsuz dişli çifti tertibatı başına maliyet (A veya C ekseni): 2.400 USD. Gözat hassas sonsuz dişli redüktörü CNC döner tabla ve takım tezgahı uygulamaları için seçenekler.
Vaka 3 — Vietnam yapımı manuel bölme başlığı: 40:1, ön yükleme yapılmamış, eğitim ve atölye tipi
Vietnamlı bir takım tezgahı distribütörü, meslek okullarına ve küçük atölyelere satılan manuel bölme başlıkları için sonsuz dişli çiftleri belirledi. Bölme başlığı, freze tezgahı tablasına monte edilir ve dişli çark dişleri, altıgen düz yüzeyler ve eşit aralıklı delikler kesmek için iş parçasını sabit açısal adımlarla indeksler. Oran: 40:1 (solucan devri başına 9 derece - yaygın bölmeleri üreten standart bölme oranı: tam dönüş için 40 dönüş, 180 derece için 20 dönüş, 90 derece için 10 dönüş). Ön yüklemesiz (2 ila 3 yay dakikası boşluklu standart tek parça tekerlek). R = 50 mm'deki konum hatası: 50 × 2,5 / 3,438 = 36 µm. Bu, atölye tipi manuel işlemenin tipik artı veya eksi 0,1 mm (100 µm) toleransı için kabul edilebilirdi - operatörün el çarkı yaklaşım yönü (her zaman aynı yönden yaklaşma), konumlandırmadaki boşluğu etkili bir şekilde ortadan kaldırır. Sonsuz vida: karbon çelik, dişli Ra 0,8 µm, sertleştirilmiş HRC 55. Dişli çark: kum döküm fosfor bronz. Çift fiyatı: 32 USD. Bu örnek, tüm takım tezgahı indeksleme işlemlerinin geri tepme önleyiciye ihtiyaç duymadığını göstermektedir; tutarlı yaklaşım yönüyle manuel çalışma, yalnızca CNC çift yönlü konumlandırmada ortaya çıkan geri tepme etkisini ortadan kaldırır.
Sıkça sorulan sorular
S: CNC döner tablalar için standart oran neden 360:1'dir?
360:1 oranında, sonsuz vidanın bir tam devri, tablayı tam olarak bir derece döndürür; bu da servo enkoderden açısal okumayı kolaylaştırır: derece başına enkoder sayımı, devir başına enkoder çözünürlüğüne eşittir. CNC kontrol ünitesinin elektronik dişli oranı 1:1'dir ve konum döngüsündeki yuvarlama hatalarını ortadan kaldırır. Bazı özel uygulamalar 90:1 (yüksek hızlı sürekli konturlama için) veya 720:1 (ultra ince açısal çözünürlük için) kullanır, ancak 360:1, açısal çözünürlük, çıkış hızı ve mekanik verimlilik arasında en iyi dengeyi sağladığı için genel amaçlı indeksleme tablaları için standarttır.
S: İşleme sırasında oluşan ısı, sonsuz dişli çiftinin doğruluğunu nasıl etkiler?
İşleme sırasında, iş parçasından ve iş milinden tabla gövdesine doğru akan ısı oluşur ve uzun süreli kesme döngülerinde tabla sıcaklığı 5 ila 20 derece Celsius artar. Bu termal genleşme, tekerlek çapını genişletir ve merkez mesafesini değiştirir; bu da her 10 derece Celsius artış için yaklaşık 2 ila 5 arksaniyelik bir boşluk artışına neden olur. Önceden yüklenmiş çiftler için, termal genleşme, tekerleğin mi yoksa gövdenin mi daha fazla genleştiğine bağlı olarak ön yükü sıkılaştırabilir (verimliliği azaltır ve motor yükünü artırır) veya gevşetebilir (boşluğu artırır). Yaylı bölünmüş tekerlekler termal genleşmeyi kendiliğinden telafi eder; şim ayarlı çiftler ise edemez; bunlar termal stabilizasyon (hassas işlemeden önce ısınma döngüsü) veya CNC kontrol ünitesinde aktif termal kompanzasyon gerektirir. Artı veya eksi 8 arksaniyelik gereksinimlere sahip havacılık işleme için, ilk iş parçasını kesmeden önce 30 dakikalık bir ısınma döngüsü standart uygulamadır.
S: Soğutma sıvısının sonsuz dişli muhafazasına girmesi nasıl önlenir?
CNC işleme, çalışma alanını dolduran ve döner tabla üzerine sıçrayan yüksek basınçlı soğutma sıvısı (10 ila 70 bar) kullanır. Sonsuz dişli çiftini korumak için üç sızdırmazlık stratejisi vardır: tabla gövdesi ile muhafaza arayüzünde labirent conta (temassız, aşınma yok); pozitif hava tahliyesi (0,1 ila 0,3 bar basınçlı havanın sürekli olarak labirentten dışarı doğru üflenmesi, soğutma sıvısının içeri girmesini önler); ve labirentten geçen soğutma sıvısını yağ keçesine ulaşmadan önce dişli muhafazasından uzaklaştıran tahliye kanalları. Üstün kaliteli CNC tablaları bu üç stratejinin tamamını kullanır. Soğutma sıvısı yağ sistemine girerse, mil yağını emülsifiye eder ve sonsuz dişli ve çark temas yüzeylerinde hızlandırılmış aşınmaya neden olur; bu da 6 ay içinde 5 ila 10 arksaniyelik bir boşluk artışı olarak ölçülebilir. Düzenli yağ analizi (su içeriği %0,05'in altında) conta etkinliğini izler.
S: CNC döner tabla sonsuz dişli çiftinin tipik kullanım ömrü ne kadardır?
Üretim ortamlarında kullanılan CNC döner tablalar, aralıklı indeksleme görevleriyle birlikte yılda tipik olarak 2.000 ila 4.000 saat çalışır. Bronz tekerleğin ömrü, genel işleme (çelik ve alüminyum) için 5 ila 10 yıl, ağır hizmet tipi havacılık işlemesi (titanyum, Inconel - daha yüksek kesme kuvvetleri, sonsuz dişli dişlerinde daha yüksek temas gerilimi oluşturur) için ise 3 ila 6 yıldır. Çelik sonsuz dişli 10 ila 20 yıl dayanır. Ömrü sınırlayan faktör, kabul edilebilir işleme toleransının ötesindeki boşluk artışıdır; bu, lazer interferometre veya hassas poligon kullanılarak yıllık doğruluk doğrulamasıyla izlenir. Boşluk, orijinal ön yükleme değerinin iki katını aştığında tekerlek değişimi planlanmalıdır (örneğin, 6 ark saniyelik orijinal değer 12 ark saniyeye çıktığında değiştirme).
S: Doğrudan tahrikli bir tork motoru, CNC döner tablalardaki sonsuz dişli çiftinin yerini alabilir mi?
Doğrudan tahrikli tork motorları (DDT), 50 RPM'nin üzerinde sürekli konturlama hızının gerekli olduğu yüksek hızlı 5 eksenli tablalarda kullanılır. DDT, dişli aktarımı olmadığı için boşluk sorununu tamamen ortadan kaldırır. Bununla birlikte, DDT'nin kendiliğinden kilitlenme özelliği yoktur; kesim sırasında tablayı tutmak için ayrı bir hidrolik kelepçeye ihtiyaç duyulur, bu da maliyeti ve karmaşıklığı artırır. DDT ayrıca düşük hızda sonsuz dişli çiftine göre daha düşük tork yoğunluğuna sahiptir; 400 mm'lik bir DDT tablası, eşdeğer bir sonsuz dişli tablasından 3 ila 5 kat daha pahalıdır. Çoğu üretim CNC işleme (indeksleme artı 30 RPM'nin altında orta hızda konturlama) için, sonsuz dişli çifti DDT'den daha uygun maliyetlidir. DDT, yalnızca konturlama hızının sonsuz dişli çiftinin pratik sınırını aştığı karmaşık serbest biçimli yüzeylerin yüksek hızlı sürekli 5 eksenli işlenmesi için tercih edilir.
Bu 30 makaleden oluşan serideki herhangi bir uygulamanın en yüksek hassasiyet seviyesinde çalışan CNC döner tabla sonsuz dişli çiftleri; 10 arksaniyenin altında boşluk, DIN doğruluk sınıfı 3 ila 5 ve iş parçasının kesme noktasında tek haneli mikron cinsinden ölçülen konum hataları sunar. Boşluk-konum hatası tablosu (e = R × B / 3,438), standart endüstriyel sonsuz dişli çiftlerinin neden CNC indeksleme için uygun olmadığını gösterir: tipik iş parçası yarıçapında, 1 arkdakilik boşluk bile CNC işleme toleranslarını 2 ila 3 kat aşar. Üretim CNC tablaları için önceden yüklenmiş boşluk önleyici mekanizmalar (hafif işler için yaylı bölünmüş tekerlek, ağır işler için şim ayarlı çift taraflı) zorunludur. 360:1 oranı standarttır çünkü servo kodlayıcıdan tam derecelik açısal çözünürlük sağlar. Döner tabla sonsuz dişli çiftlerini belirleyen takım tezgahı üreticileri için temel parametreler boşluk (yay saniye cinsinden, yay dakikası değil), DIN hassasiyet sınıfı, ön yükleme yöntemi ve soğutma sıvısı sızdırmazlık stratejisidir.
CNC takım tezgahı üreticileri ve döner tabla tamircileri için, mühendislik departmanımız DIN sınıfı 3 ila 6 arasında, önceden ayarlanmış geri tepme önleyici konfigürasyonlara sahip hassas sonsuz dişli çiftleri sunmaktadır. Standart katalog hassas sonsuz dişli takımları 80 ila 280 mm tekerlek çapı aralığında, bölünmüş tekerlek ve çift taraflı seçeneklerle 360:1 ve 40:1 oranlarını içerir. Masa çapı, konum hassasiyeti (yay saniyesi), maksimum iş parçası yarıçapı, kesme kuvveti ve soğutma sıvısı tipi ile birlikte bir CNC masa tahrik spesifikasyonu gönderin.
CNC döner tablalar için sonsuz dişli çiftlerinin özelliklerini belirlemek mi istiyorsunuz?
Masa çapını, gerekli hassasiyeti (ark saniye), maksimum iş parçası yarıçapını ve kesme kuvvetini, soğutma sıvısı tipini ve bölünmüş tekerlekli veya çift tekerlekli ön yüklemeye ihtiyacınız olup olmadığını bize gönderin. İş parçası yarıçapınızdaki konum hatasını hesaplayıp DIN sınıfı ve ön yükleme spesifikasyonunu önereceğiz.
Editör: Cxm
