Trượt tuyến tính vít bi cho máy công cụ CNC: Các yêu cầu trục X, Y và Z khác nhau như thế nào

Khi các nhà chế tạo máy CNC tìm nguồn vít bi và dẫn hướng tuyến tính cho một máy mới, cách tiếp cận mặc định là áp dụng cùng thông số kỹ thuật trên tất cả các trục - cùng đường kính, cùng đầu chì, cùng loại đai ốc. Nó đơn giản hóa việc mua sắm, giảm số lượng bộ phận cần quản lý và mang lại cảm giác thận trọng.

Trong thực tế, đó thường là cách tiếp cận sai.

Các trục X, Y và Z của máy CNC hoạt động trong các điều kiện cơ bản khác nhau. Trục X bao phủ hành trình dài nhất ở tốc độ cao nhất. Trục Y mang trọng lượng tổng hợp của cụm trục chính và di chuyển dưới tải trọng cắt ngang liên tục. Trục Z hoạt động thẳng đứng chống lại trọng lực, phải giữ nguyên vị trí khi cắt điện và cần vít ngắn hơn, cứng hơn trục ngang. Việc sử dụng cùng một thông số kỹ thuật vít bi cho cả ba có nghĩa là hoặc-chỉ định quá mức hai trục để bảo vệ trục thứ ba hoặc-chỉ định dưới mức yêu cầu cao nhất trục để tiết kiệm chi phí cho các trục khác.

Bài viết này đề cập đến những gì mỗi trục thực sự yêu cầu từ một thanh trượt tuyến tính vít bi, cách khớp chuỗi vít và dẫn đến từng bộ điều kiện cũng như những điểm mà các nhà chế tạo máy OEM thường hiểu sai thông số kỹ thuật nhất.

Tại sao mỗi trục CNC lại có những yêu cầu về vít bi khác nhau

Trượt tuyến tính vít bi không chỉ là một cơ cấu truyền động. Đây là một trong những thành phần quan trọng ảnh hưởng đến độ chính xác của vị trí trục, tốc độ di chuyển, lực đẩy có thể tạo ra và thời gian tồn tại trong chu kỳ làm việc của máy. Mỗi tham số này được thiết lập theo hình dạng trục và điều kiện tải - chứ không phải theo một thông số chung duy nhất.

Ba yếu tố khác nhau đáng kể giữa các trục CNC và dẫn động trực tiếp đến đặc điểm kỹ thuật vít bi:

Trục X: Hành trình dài, Tốc độ cao, Hiệu suất di chuyển tối đa

Trên hầu hết các bộ định tuyến CNC, máy giàn và trung tâm gia công, trục X là trục di chuyển ngang chính -, trục chịu trách nhiệm bao phủ toàn bộ chiều rộng làm việc của máy khi di chuyển ngang nhanh giữa các lần cắt. Nó thường có hành trình dài nhất, chạy ở tốc độ cao nhất và hoạt động ở mức tải tương đối nhẹ khi di chuyển nhanh.

Trục X yêu cầu gì từ một đường trượt tuyến tính vít bi

Tốc độ đầu tiên.Tốc độ di chuyển nhanh trục X xác định đạo trình tối thiểu. Đối với động cơ servo chạy ở tốc độ 3.000 vòng/phút, dây dẫn cần thiết để đạt được 30 m/phút hoặc 500 mm/s là: 500 mm/s × 60  3.000 RPM=10mm. Để đạt được tốc độ 60 m/phút trên cùng một động cơ, cần có dây dẫn 20 mm. Hầu hết các trục X của bộ định tuyến CNC đều chạy dây dẫn trong khoảng từ 10 mm đến 20 mm tùy thuộc vào kích thước máy và yêu cầu tốc độ. Khi yêu cầu về tốc độ vượt quá mức mà SFU dây dẫn 20mm có thể cung cấp ở tốc độ RPM tối đa của động cơ, thì dòng dây dẫn - lớn của SFE với dây dẫn 25mm, 32mm, 40mm trở lên - là bước tiến đúng đắn.

Đường kính trục cho tốc độ tới hạn.Trên trục X hành trình 2.000mm, chiều dài trục vít không được hỗ trợ có thể đạt tới 2.200–2.400mm giữa các vòng bi hỗ trợ. Ở chiều dài này, trục có đường kính 20 mm có thể bị giới hạn bởi tốc độ tới hạn trước khi đạt được RPM di chuyển nhanh cần thiết, tùy thuộc vào cấu hình hỗ trợ, hệ số an toàn và cấu trúc trục vít. Trong nhiều trục CNC hành trình dài-, vít có đường kính 32mm hoặc 40mm được chọn chủ yếu để giữ tốc độ tới hạn trên phạm vi hoạt động - chứ không phải do tải yêu cầu.

C7 cán thường là loại có độ chính xác chính xác.Đối với bộ định tuyến chế biến gỗ và máy chế tạo thông thường, vít bi C7 cán thường là đủ khi độ chính xác định vị yêu cầu ở mức vừa phải. Độ chính xác cuối cùng của máy cũng phụ thuộc vào việc lắp đặt, phản ứng ngược, giãn nở nhiệt, độ cứng dẫn hướng và bù điều khiển - cấp độ vít là một yếu tố trong số nhiều yếu tố.

Trục Y: Hành trình trung bình, Tải trọng kết hợp, Độ cứng kết cấu

Trong nhiều bộ định tuyến CNC và máy kiểu{0}}cổng, trục Y mang động cơ trục chính, cụm trục Z- và thường là dầm ngang hoặc yên của cổng. Nó di chuyển vuông góc với trục X, thường ở tốc độ thấp hơn X nhưng chịu tải cao hơn đáng kể - vì khối lượng của mọi thứ được gắn vào bàn trượt Y sẽ cộng thêm lực dọc trục cần thiết trong quá trình tăng tốc và giảm tốc.

Trục Y yêu cầu gì từ một đường trượt tuyến tính vít bi

Yêu cầu lực đẩy cao hơn X.Nếu cụm trục Z- và trục xoay cùng nặng 80kg và máy tăng tốc ở mức 0,3 g thì trục Y phải tạo ra lực đẩy 80 × 9,8 × 0.3=235N chỉ để tăng tốc - trước khi thêm bất kỳ lực cắt nào. Vít bi phải có kích thước phù hợp với tải trọng dọc trục tương đương, bao gồm các thành phần lực gia tốc và lực cắt theo hướng vít, với giới hạn an toàn Ca thích hợp.

Quản lý tải thời điểm.Khi trục chính đang cắt tại một điểm lệch so với đường tâm trục Y, phản lực sẽ tạo ra mô men tải trên bàn trượt Y. Mô-men xoắn này được thực hiện bởi các thanh dẫn hướng tuyến tính chứ không phải vít me bi. Tải trọng mô-men từ lực cắt bù phải được tính riêng cho các thanh dẫn hướng tuyến tính và khối vận chuyển - thông số kỹ thuật dẫn hướng, bao gồm chiều rộng đường ray, số khối và loại tải trước, phải khớp với mô-men xoắn tối đa mà hình dạng trục Y có thể tạo ra. Trong phần-chỉ định các thanh dẫn hướng trục Y-trong khi chỉ định chính xác vít bi là một lỗi thiết kế phổ biến khiến dẫn hướng bị mòn sớm và mất độ chính xác.

Dẫn trung bình cho tốc độ và lực đẩy cân bằng.Trục Y không cần đạo trình lớn của trục X vì nó bao phủ hành trình ngắn hơn ở tốc độ nhanh thấp hơn. Dây dẫn 10 mm cung cấp sự cân bằng hợp lý giữa tốc độ và lực đẩy cho hầu hết các trục Y của bộ định tuyến CNC và trung tâm gia công. Trên các máy hạng nặng-di chuyển yên có trọng lượng trên 200kg, có thể cần một dây dẫn 5 mm với vít có đường kính lớn hơn để cung cấp đủ lực đẩy ở mô-men xoắn định mức của động cơ.

Trục Z: Hành trình ngắn, Tải trọng dọc, Nguy cơ dẫn động lùi-

Trục Z là trục khác biệt nhất về mặt cơ học trong ba trục. Nó di chuyển theo chiều dọc, mang tải trọng hướng xuống không đổi, trọng lượng trục chính luôn hoạt động trong một hành trình ngắn và phải giữ vị trí một cách đáng tin cậy khi bộ truyền động servo bị ngắt điện. Những yêu cầu này chỉ ra thông số kỹ thuật của vít bi đối lập với trục X ở hầu hết mọi khía cạnh.

Trục Z yêu cầu gì từ một đường trượt tuyến tính vít bi

Dây dẫn nhỏ cho xu hướng dẫn động lưng thấp hơn{0}}và lực đẩy cao hơn.Dây dẫn nhỏ hơn mang lại cho động cơ nhiều lợi thế cơ học hơn và giảm xu hướng trục Z dẫn động lùi-dưới trọng lượng trục chính. Tuy nhiên, không nên coi vít bi là một cơ chế tự khóa - vít bi có hiệu suất cơ học cao, nghĩa là chúng dễ bị-lùi hơn so với vít me truyền thống. Việc một trục Z nhất định có hỗ trợ- dẫn động hay không phụ thuộc vào dây dẫn, tải trọng, hiệu suất trục vít, điều kiện bôi trơn và liệu bộ truyền động servo có duy trì mô-men xoắn giữ khi đứng yên hay không.

Dây dẫn 5 mm là tiêu chuẩn cho trục CNC Z. Nó cung cấp đủ lực đẩy từ mô men xoắn định mức của động cơ và giữ giá trị Dm·N trong phạm vi hoạt động ở tốc độ liên quan. Nhưng chỉ dây dẫn không đảm bảo rằng trục xoay sẽ không hạ xuống khi cắt điện.

Phanh động cơ hoặc đối trọng thường là cần thiết.Đối với trục CNC thẳng đứng, nên xem xét phanh động cơ hoặc đối trọng bất cứ khi nào việc hạ xuống không kiểm soát được có thể tạo ra rủi ro về an toàn, dụng cụ hoặc phôi gia công. Để tham khảo thực tế, cụm trục trục Z-có trọng lượng khoảng 15–20kg trở lên thường phải được kiểm tra các yêu cầu về phanh hoặc đối trọng - nhưng ngưỡng thực tế phụ thuộc vào chì, hiệu suất vít, ma sát và hoạt động truyền động, đồng thời phải được đánh giá cho từng thiết kế thay vì áp dụng như một quy tắc cố định.

Trục ngắn có nghĩa là độ cứng chứ không phải tốc độ tới hạn.Trục vít trục AZ-thường dài 300–600mm. Ở chiều dài này, tốc độ tới hạn thường không phải là yếu tố giới hạn ngay cả ở đường kính nhỏ. Việc lựa chọn đường kính được điều khiển bởi khả năng chịu tải, Ca và độ lệch trục dưới trọng lượng trục chính. Trục có đường kính 16mm hoặc 20 mm bao phủ hầu hết các trục Z của bộ định tuyến CNC; trung tâm gia công có trục chính nặng hơn có thể cần 25mm.

Đai ốc đôi để gia công chính xác.Trên các trung tâm gia công CNC nơi trục Z kiểm soát độ sâu cắt, phản ứng ngược trên trục Z ảnh hưởng trực tiếp đến độ bóng bề mặt và độ chính xác kích thước. Thiết kế đai ốc kép DFU-giúp giảm thiểu phản ứng ngược dọc trục và cải thiện độ cứng. Trên bộ định tuyến CNC có dung sai độ sâu là ±0,1 mm, một trục Z đai ốc đơn-SFU tiêu chuẩn là đủ.

Hướng dẫn tuyến tính nhỏ gọn cho các hạn chế về không gian.Trục Z thường có không gian lắp đặt hạn chế nhất. Hướng dẫn tuyến tính hẹp, chẳng hạn như HDR15 hoặc HDR20 từ dòng HD của DLY, có hai khối là điển hình. Hướng dẫn phải có kích thước để chịu được trọng lượng kết hợp của trục chính cộng với bàn trượt cộng với bất kỳ dụng cụ nào trong trục chính, với biên độ tải động thích hợp.

Các lỗi đặc điểm kỹ thuật phổ biến của trục

Tóm tắt thông số trục X, Y, Z

Tìm nguồn vít bi và dẫn hướng tuyến tính cho trục CNC

Đối với các nhà chế tạo máy CNC OEM tìm nguồn cung ứng linh kiện theo số lượng lớn, điều cần cân nhắc thực tế sau khi xác định thông số kỹ thuật là tính nhất quán giữa các lô. Một vít đáp ứng độ chính xác của Ca và chì ở bậc đầu tiên phải đáp ứng cùng thông số kỹ thuật ở bậc thứ mười. Sự khác biệt giữa các lô - về đường kính bi, tải trước hoặc lỗi chì - tạo ra các máy hoạt động khác nhau mặc dù sử dụng cùng một số bộ phận, điều này tạo ra các vấn đề về kiểm soát chất lượng và hậu{4}}sau bán hàng.

DLY sản xuấtĐai ốc đơn{0}}SFUVàđai ốc kép DFUvít bi có đường kính từ 12 mm đến 80 mm, có dây dẫn từ 4 mm đến 20 mm, ở cấp độ chính xác cán C7 và C5/C3. Đối với các ứng dụng trục X tốc độ cao-yêu cầu dây dẫn trên 20mm,Chuỗi khách hàng tiềm năng lớn của SFEbao gồm các dây dẫn 25mm, 32mm, 40mm, 50mm và 64mm. Các thanh dẫn hướng tuyến tính có sẵn trong dòng HD, HDR15 đến HDR65, dành cho các ứng dụng CNC thông thường, dòng ED, EDR15 đến EDR30, dành cho các ứng dụng có cấu hình thấp và tốc độ cao, cũng như dòng con lăn RD, RDR15 đến RDR65, dành cho các yêu cầu về tải nặng,{15}}độ cứng cao. Tất cả các dòng sản phẩm đều có sẵn ở cấp độ tiêu chuẩn và độ chính xác cao, đồng thời hỗ trợ các đơn đặt hàng theo lô với xác nhận về thời gian thực hiện ở giai đoạn tìm hiểu.

Xác nhận thông số kỹ thuật trục CNC của bạn trước khi đặt hàng

Nếu bạn đang chỉ định vít bi và dẫn hướng tuyến tính cho thiết kế máy CNC mới hoặc thay thế các bộ phận trên máy hiện có, nhóm kỹ thuật của DLY có thể xem xét các thông số trục của bạn và xác nhận thông số kỹ thuật chính xác về loại vít, đường kính, dây dẫn và dẫn hướng cho từng trục.

Giá cả theo lô và thời gian giao hàng được xác nhận cùng lúc với thông số kỹ thuật.