Vít bi so với thanh răng và bánh răng cho bộ định tuyến CNC: Bạn nên chọn hệ thống truyền động nào?

Vít bi và hệ thống thanh răng-và-có thể chuyển chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tuyến tính, nhưng chúng không hoạt động giống nhau khi chiều dài hành trình, tốc độ và lực cắt tăng lên. Vít bi thường được lựa chọn để chuyển động cấp liệu chính xác, độ ma sát thấp và phản ứng ngược được kiểm soát. Bộ truyền động thanh răng-và-thường được xem xét cho các trục bộ định tuyến CNC dài, nơi yêu cầu tốc độ di chuyển cao và vít quay sẽ trở nên khó điều khiển.

 

Không có hệ thống truyền động nào tự mang bàn máy. Các thanh dẫn hướng tuyến tính hỗ trợ tải trọng chuyển động và điều khiển hướng di chuyển, trong khi vít bi hoặc thanh răng-và-truyền động bánh răng cung cấp lực đẩy di chuyển trục. Do đó, việc lựa chọn giữa hai loại đòi hỏi phải đánh giá toàn bộ trục thay vì chỉ so sánh vít và giá đỡ.

 

Đối với nhiều máy CNC nhỏ gọn và trung bình, vít bi được lựa chọn phù hợp vẫn là một giải pháp hiệu quả. Tuy nhiên, đối với trục giàn dài vài mét, tốc độ tới hạn, trục vít và bố trí giá đỡ có thể làm cho thanh răng và bánh răng trở nên thiết thực hơn. Lựa chọn chính xác phụ thuộc vào hành trình, tốc độ-di chuyển ngang nhanh, độ chính xác khi cắt, khối lượng chuyển động, điều kiện lắp đặt và khả năng bảo trì.

Hai hệ thống truyền động CNC hoạt động như thế nào

Trong trục vít bi thông thường, động cơ làm quay trục vít thông qua khớp nối hoặc bộ truyền đai. Các quả bóng tuần hoàn lăn giữa các rãnh vít và đai ốc, làm cho đai ốc và bàn máy kèm theo chuyển động tuyến tính. Tiếp điểm lăn mang lại hiệu quả cơ học cao và cho phép hệ thống truyền lực đẩy dọc trục đáng kể với ma sát tương đối thấp.

 

Trong trục thanh răng-và-bánh răng nhỏ, thanh răng được cố định dọc theo khung máy trong khi động cơ quay một bánh răng cưa ăn khớp với các răng thanh răng. Bánh răng và động cơ thường di chuyển cùng với giàn hoặc cỗ xe chuyển động. Do giá đỡ được đỡ liên tục dọc theo khung nên hệ thống không có trục quay dài có thể quay theo tần số tự nhiên.

 

Sự khác biệt về cấu trúc này ngày càng trở nên quan trọng khi trục dài hơn. Vít bi được đỡ chủ yếu qua các ổ trục cuối của nó và có thể bị võng hoặc rung giữa các ổ đỡ đó. Giá đỡ được gắn dọc theo chiều dài của nó, nhưng độ chính xác của nó phụ thuộc vào chất lượng răng, độ ăn khớp của bánh răng, căn chỉnh khớp, phương pháp kiểm soát-khả năng phản ứng ngược và bôi trơn.

Vít bi so với thanh răng và bánh răng: Sự khác biệt chính

Tại sao chiều dài hành trình lại quan trọng đối với vít bi

Không thể chọn vít bi chỉ từ đường kính và chì. Khi khoảng cách không được hỗ trợ giữa các vòng bi tăng lên, tốc độ quay tới hạn sẽ giảm nhanh chóng. Gần tốc độ tới hạn, trục có thể bắt đầu rung lắc, tạo ra rung động, tiếng ồn, tải trọng ổ trục, định vị không ổn định và có thể làm hỏng hệ thống tuần hoàn đai ốc.

 

Mối quan hệ số liệu sơ bộ thường được sử dụng là:

Hệ số chính xác và giới hạn an toàn phải được lấy từ phương pháp tính toán của nhà sản xuất đã lựa chọn. Hệ số sơ bộ đại diện là khoảng 3,9 đối với cố định-miễn phí, 12,1 đối với hỗ trợ-được hỗ trợ, 18,7 đối với cố định-được hỗ trợ và 27,2 đối với cố định-cố định. Những yếu tố này không được coi là sự thay thế cho việc xác minh cuối cùng của nhà sản xuất vít bi.

 

Mối quan hệ quan trọng là số hạng bình phương. Nếu chiều dài không được hỗ trợ tăng trong khi đường kính và bố trí hỗ trợ không thay đổi thì tốc độ tới hạn sẽ giảm theo tỷ lệ 1/L². Tăng hành trình từ 1 mét lên 2 mét không chỉ giảm một nửa tốc độ cho phép; tốc độ tới hạn ước tính giảm xuống còn khoảng một-phần tư.

Để biết thêm chi tiết về hạn chế này, xemlàm thế nào để tránh vít bi tốc độ tới hạn.

Ví dụ về tính toán quãng đường-dài

Xem xét trục CNC sơ bộ sử dụng vít bi với các giá trị giả định sau:

• Đường kính gốc: 25 mm
• Chì: 10 mm/vòng
• Hỗ trợ kết thúc: đã sửa-được hỗ trợ
• Hệ số hỗ trợ dùng để tính toán sơ bộ: 18,7

Ví dụ A: Chiều dài không được hỗ trợ 2.000 mm

Máy thường không nên hoạt động liên tục ở tốc độ tới hạn đã được tính toán. Nếu sử dụng giới hạn an toàn sơ bộ là 80%, tốc độ vít sẽ xấp xỉ 935 vòng/phút và tốc độ tuyến tính tương ứng là khoảng 9,35 m/phút.

Ví dụ B: Chiều dài không được hỗ trợ 3.000 mm

Ở mức 80% giá trị sơ bộ này, tốc độ tuyến tính tương ứng chỉ khoảng 4,15 m/phút. Ví dụ này cho thấy tại sao vít phù hợp với trục 2{4}} mét có thể không đáp ứng được tốc độ di chuyển nhanh cần thiết sau khi chiều dài không được hỗ trợ tăng lên 3 mét.

 

Điều này không thiết lập một đường phân chia chung 2-m hoặc 3-mét. Đường kính chân răng lớn hơn, độ dẫn cao hơn, giá đỡ cố định cố định, thiết kế đai ốc quay hoặc chiến lược hỗ trợ trung gian có thể thay đổi kết quả. Lựa chọn cuối cùng cũng phải kiểm tra giá trị DN, tốc độ đai ốc, tải trọng dọc trục, độ vênh, mô men tăng tốc, độ giãn nở nhiệt và khả năng chịu lực.

Vít bi có lợi thế ở đâu

Vít bi thường là lựa chọn mạnh mẽ hơn khi trục CNC yêu cầu bước tiến được kiểm soát, lực đẩy cao và độ chính xác đảo chiều ổn định trong hành trình ngắn hoặc trung bình. Đầu vít được sản xuất theo cấp độ chính xác, cho phép các nhà thiết kế máy liên hệ chuyển động quay theo yêu cầu với chuyển động tuyến tính dự kiến.

Cấu trúc đai ốc bi được tải trước có thể làm giảm độ hở dọc trục và cải thiện độ cứng khi hướng chuyển động đảo ngược. Điều này đặc biệt hữu ích trên các trục gia công nơi phản ứng ngược có thể ảnh hưởng đến vị trí lỗ, độ chính xác của đường viền và độ bóng bề mặt. Thiết kế tiếp điểm lăn-cũng mang lại hiệu quả truyền động cao nên động cơ có thể chuyển đổi mô-men xoắn thành lực dọc trục với độ ma sát tương đối thấp.

 

Vít bi thường được sử dụng trên trục CNC Z vì hành trình thường ngắn hơn hành trình của giàn chính và trục yêu cầu kiểm soát độ sâu chính xác. Trục vít bi thẳng đứng vẫn phải bao gồm phanh động cơ thích hợp, đối trọng hoặc biện pháp an toàn khác vì không nên coi vít bi là tự khóa.

 

Vít bi cũng có thể được ưu tiên sử dụng cho trục X và Y nhỏ gọn, hệ thống cấp liệu cắt kim loại-, máy khoan, bàn định vị chính xác và thiết bị tự động hóa trong đó lực đẩy và độ ổn định định vị quan trọng hơn hành trình cực dài.

Trường hợp Giá đỡ và Bánh răng có lợi thế

Hệ thống thanh răng-và-trở nên hấp dẫn khi máy có trục dài và phải duy trì tốc độ di chuyển ngang-cao nhanh. Giá đỡ được cố định liên tục vào khung máy, do đó, việc tăng chiều dài của giá đỡ không tạo ra vấn đề về tốc độ -trục quay quan trọng-như vít bi thông thường.

 

Các phần giá đỡ cũng có thể được nối với nhau để tạo ra hành trình dài mà không cần chế tạo và vận chuyển một vít quay cực dài. Điều này hữu ích cho các bộ định tuyến chế biến gỗ lớn, máy xử lý-bảng điều khiển, bàn plasma và các thiết bị giàn khác có hành trình được đo bằng vài mét.

 

Tuy nhiên, thanh răng và bánh răng không tự động được mô tả là không chính xác. Một hệ thống giá đỡ chính xác được sản xuất và lắp đặt đúng cách có thể mang lại hiệu suất định vị tốt. Kết quả của nó phụ thuộc vào độ chính xác của bước răng, chất lượng bánh răng, độ ăn khớp của răng, sự sắp xếp-bánh răng trước hoặc tách, phản ứng ngược của bộ giảm tốc, sự căn chỉnh khớp-của giá đỡ và kiểm soát phản hồi.

 

Ngược lại, giá đỡ có chất lượng thấp hoặc được lắp đặt kém có thể tạo ra phản ứng ngược không đồng đều và biến đổi vị trí dọc theo trục. Người thiết kế máy phải đánh giá bộ truyền động hoàn chỉnh chứ không chỉ đơn giản cho rằng mọi hệ thống giá đỡ đều phù hợp để di chuyển lâu dài và chính xác.

Độ chính xác, độ lặp lại và phản ứng dữ dội không giống nhau

Độ chính xác mô tả vị trí trục thực tế khớp với vị trí được lệnh đến mức nào. Độ lặp lại mô tả mức độ ổn định của trục quay trở lại cùng một vị trí trong cùng điều kiện. Phản ứng ngược là chuyển động bị mất có thể xuất hiện khi truyền động đảo chiều.

 

Vít bi có thể có độ chính xác đầu dẫn tốt nhưng vẫn hiển thị lỗi đảo chiều nếu đai ốc có khe hở, ổ trục hỗ trợ có tác dụng dọc trục hoặc khớp nối bị lỏng. Hệ thống thanh răng-và-bánh răng có thể lặp lại một vị trí một cách nhất quán nhưng vẫn có lỗi bước có hệ thống trong toàn bộ hành trình.

Độ chính xác cuối cùng của CNC cũng bị ảnh hưởng bởi:

• Căn chỉnh hướng dẫn tuyến tính và lắp đặt-độ chính xác bề mặt
• Độ cứng của khung-máy
• Độ phân giải động cơ và bộ mã hóa
• Phản ứng dữ dội của hộp số hoặc khớp nối
• Sự giãn nở nhiệt
• Độ vuông góc của giàn
• Bộ điều khiển bù và điều chỉnh
• Lực cắt-biến dạng

Vì lý do này, việc thay đổi từ thanh răng và bánh răng sang vít bi không thể tự động điều chỉnh khung yếu hoặc đường dẫn hướng kém. Hệ thống truyền động chỉ là một phần của chuỗi chính xác hoàn chỉnh.

Tải trọng và độ cứng: Mỗi ổ đĩa thực sự mang theo những gì

Các thanh dẫn hướng tuyến tính phải chịu được trọng lượng của giàn, trục chính, bàn trượt hoặc bàn máy. Đai ốc vít bi được thiết kế chủ yếu để chịu lực dọc trục dọc theo trục vít, không phải tải hướng tâm hoặc tải lật liên tục. Sự lệch tâm giữa vít, vỏ đai ốc và dẫn hướng tuyến tính có thể gây ra tải trọng bên và rút ngắn tuổi thọ sử dụng.

 

Bộ truyền động thanh răng-và-bánh răng cũng cần có hệ thống dẫn hướng riêng. Bánh răng truyền lực qua các răng của thanh răng, trong khi các ray dẫn hướng điều khiển vị trí và hướng của giàn chuyển động. Chiều cao giá đỡ hoặc khớp bánh răng không chính xác có thể tạo ra tải trọng răng không đồng đều, nhưng không nên sử dụng giá đỡ để thay thế cho hệ thống dẫn hướng tuyến tính.

 

Khi đánh giá công suất truyền động, hãy xác nhận lực đẩy cần thiết từ gia tốc, lực cản cắt, ma sát, trọng lực và ngoại lực. Đối với vít bi, tải trọng nén cũng phải được kiểm tra độ vênh của cột. Do đó, nên chọn đường kính trục vít bằng cách sử dụng tải trọng, chiều dài và tốc độ thay vì chọn đường kính lớn hơn chỉ vì máy nặng. Xem hướng dẫn DLY trênCách chọn đường kính vít bi phù hợp.

Bảo trì và môi trường làm việc

Bộ định tuyến CNC có thể tạo ra bụi gỗ, hạt composite, mảnh nhôm hoặc mảnh vụn mài mòn. Mương vít bi cần được bảo vệ hiệu quả vì chất bẩn có thể xâm nhập vào đai ốc, làm gián đoạn quá trình lưu thông của bi và làm tăng tốc độ mài mòn của mương. Ống thổi, nắp, vòng đệm, cần gạt nước và bôi trơn thường xuyên có thể được yêu cầu tùy thuộc vào môi trường máy.

 

Răng giá lộ ra nhiều hơn và có thể dễ kiểm tra hơn nhưng không cần phải bảo trì-. Bụi trộn với dầu mỡ có thể tạo thành bột nhão có tính mài mòn. Bề mặt răng, sự ăn khớp của bánh răng, khớp thanh răng và cơ chế điều chỉnh phản ứng ngược-phải được kiểm tra định kỳ.

 

Do đó, sự lựa chọn tốt hơn bị ảnh hưởng bởi cách máy sẽ được bảo vệ và bảo trì. Ổ đĩa chính xác về mặt lý thuyết có thể không giữ được hiệu suất nếu bỏ qua môi trường làm việc thực tế.

Một bộ định tuyến CNC có thể sử dụng cả hai hệ thống không?

Đúng. Máy không cần phải sử dụng cùng loại truyền động trên mọi trục. Một bộ định tuyến CNC lớn có thể sử dụng thanh răng và bánh răng trên trục X và Y dài của nó trong khi sử dụng vít bi trên trục Z ngắn hơn. Sự sắp xếp này kết hợp-tốc độ cao và khả năng kiểm soát độ sâu theo chiều dọc chính xác.

 

Một số máy cũng sử dụng các thông số kỹ thuật khác nhau trên các cạnh cổng song song. Khi hai động cơ dẫn động một giàn, bộ điều khiển phải giữ cho hai bên được đồng bộ hóa để tránh bị treo. Căn chỉnh cơ học, cảm biến dẫn đường và quy trình bình phương-cổng vẫn cần thiết bất kể truyền động đã chọn.

Lựa chọn thực tế bằng ứng dụng CNC

Đây là những điểm khởi đầu chứ không phải là quy tắc cố định. Quyết định cuối cùng phải được đưa ra dựa trên các yêu cầu trục được tính toán và dữ liệu thành phần đã được xác minh.

Thông tin cần thiết trước khi chọn ổ đĩa

Trước khi chọn hệ thống vít bi hoặc thanh răng-và-bánh răng, hãy chuẩn bị thông tin sau:

• Tổng hành trình trục và khoảng cách giữa các giá đỡ
• Yêu cầu tốc độ nhanh và tốc độ cắt bình thường-
• Tăng tốc và giảm tốc tối đa
• Khối lượng di chuyển, lực cắt và hướng lắp đặt
• Độ chính xác định vị cần thiết và độ lặp lại
• Phản ứng dữ dội hoặc lỗi đảo ngược có thể chấp nhận được
• Tốc độ định mức của động cơ, mô-men xoắn cực đại và thông số bộ mã hóa
• Chu kỳ nhiệm vụ dự kiến
• Bụi, phoi, nước làm mát và nhiệt độ vận hành
• Không gian cài đặt có sẵn và quyền truy cập bảo trì

Nếu đang xem xét vít bi, thì cũng phải xác nhận đường kính vít, đường kính gốc, chì, cấp độ chính xác, bố trí giá đỡ, gia công đầu vít, loại đai ốc và chiều dài đường ray yêu cầu. DLY có thể đánh giá tiêu chuẩn và tùy chỉnhcụm vít bitheo những điều kiện này.

Lựa chọn cuối cùng

Vít bi nói chung là sự lựa chọn phù hợp cho trục CNC ngắn hoặc trung bình đòi hỏi lực đẩy cao, phản ứng ngược được kiểm soát và chuyển động cấp liệu chính xác. Thanh răng và bánh răng trở nên hấp dẫn khi trục rất dài và phải đạt tốc độ di chuyển cao mà không bị giới hạn-tốc độ quan trọng của vít quay dài.

 

Quyết định không nên dựa trên niềm tin rằng một hệ thống phổ biến sẽ chính xác hơn hoặc bền vững hơn. Trục bánh răng-giá đỡ{2}}và-được thiết kế tốt có thể hoạt động tốt hơn vít bi dài có kích thước nhỏ hơn, trong khi vít bi được đỡ và nạp sẵn đúng cách có thể cung cấp khả năng kiểm soát nguồn cấp dữ liệu tốt hơn so với hệ thống giá đỡ được lắp đặt kém.

 

Đối với thiết kế bộ định tuyến CNC, hãy đánh giá từng trục riêng biệt. Trục X và Y dài có thể điều chỉnh thanh răng và bánh răng, trong khi trục Z ngắn hơn vẫn có thể được hưởng lợi từ vít bi. Nếu chọn vít bi, hãy xác minh tốc độ tới hạn, tải trọng uốn, dây dẫn, mô-men xoắn động cơ, vòng bi hỗ trợ, căn chỉnh và bảo vệ môi trường trước khi hoàn thiện thiết kế.

← Quay lại Blog DLY