Guia de inspeção e manutenção de fusos de esferas

Comece aqui: combine seu sintoma com uma causa

Antes de desmontar qualquer coisa, identifique o que a máquina realmente está fazendo. O mesmo componente - um rolamento de suporte desgastado, por exemplo - pode produzir sintomas diferentes dependendo de como falhou. Trabalhar a partir do sintoma de trás para frente é mais rápido e confiável do que verificar cada componente em sequência.

Use esta tabela como ponto de entrada. As seções 1 a 5 abaixo abordam uma área em detalhes.

Seção 1: Folga Axial do Rolamento de Apoio

Os rolamentos de suporte mantêm o eixo do parafuso em posição axial fixa em cada extremidade. Quando eles desenvolvem folga - devido a porcas de fixação soltas, pistas desgastadas ou pré-carga incorreta - o próprio eixo do parafuso se move axialmente sob carga. Este movimento axial passa diretamente para o erro de posicionamento e é uma das causas mais comuns de folga em máquinas CNC.

Como medir a folga axial corretamente

A medição deve ser feita diretamente no eixo do parafuso e não na porca ou na mesa da máquina. A medição na mesa combina múltiplas fontes de erro e torna impossível isolar o rolamento.

Equipamento necessário:Indicador de base-magnética, resolução de 0,001 mm ou superior.

Procedimento:

1. Monte o relógio comparador em uma superfície de referência fixa - na estrutura da máquina ou em um acessório pesado aparafusado à mesa. A ponta da sonda deve entrar em contato com a face final do eixo do parafuso, centralizada no eixo do eixo.
2. Trave a porca para que ela não se desloque ao longo do eixo durante o teste. Não permita que a porca forneça a força de reação axial -, pois isso carregaria a porca e não o rolamento.
3. Aplique uma força de impulso axial constante no eixo manualmente, aproximadamente 10–20N. Observe a leitura do indicador.
4. Aplique uma força de tração axial constante na direção oposta com a mesma força. Observe a leitura.
5. O movimento total do indicador entre empurrar e puxar é a folga axial do conjunto do rolamento de suporte.

Interpretação:

• Menos de 0,005 mm: Aceitável para a maioria das aplicações CNC.
• 0,005–0,015 mm: Limite. Verifique novamente a condição da arruela de pré-carga e o torque da contraporca antes de decidir pela substituição.
• Mais de 0,015 mm: A folga do rolamento está contribuindo para o erro de posicionamento. Investigue a causa antes de remontar.

O que a medição lhe diz:

Se houver folga, mas as pistas do rolamento parecerem suaves quando giradas manualmente, a causa mais provável é uma contraporca solta ou uma arruela de pré-carga que foi comprimida com o tempo. Reaperte a contraporca com o torque correto e verifique novamente. Se a folga retornar dentro de um curto período de operação, a arruela está cansada e precisa ser substituída.

Se houver folga e o rolamento parecer áspero, entalhado ou apresentar oscilação radial detectável quando girado, o rolamento em si está desgastado e precisa ser substituído. Ajustar a pré-carga em um rolamento desgastado proporciona apenas uma melhoria temporária.

Pré-carga correta para rolamentos de apoio

Os rolamentos de suporte em parafusos de esferas são normalmente rolamentos de contato angular instalados em uma configuração fixa-fixa ou fixa-livre. A condição correta de instalação é uma leve pré-carga axial - suficiente para eliminar a folga interna e evitar que o rolamento se solte sob cargas reversas, mas não tanto a ponto de gerar calor excessivo ou reduzir a vida útil do rolamento.

Um rolamento de suporte pré-carregado corretamente não deve apresentar nenhum movimento axial detectável sob uma força manual de 10–20N aplicada à extremidade do eixo. O eixo deve girar suavemente sem entalhes ou variação de resistência. Depois de funcionar em velocidade operacional por 15 a 30 minutos, a caixa do rolamento deve estar quente ao toque (30 a 50 graus acima da temperatura ambiente), mas não quente.

Se um rolamento de substituição estiver sendo instalado, use a mesma especificação de rolamento do original. Os rolamentos de contato angular para suporte de fuso de esferas estão normalmente disponíveis em configurações de ângulo de contato de 15 graus, 25 graus ou 60 graus - o ângulo de contato original deve ser mantido, pois diferentes ângulos têm diferentes capacidades de carga axial e rigidez.

Seção 2: Inspeção e Reparo de Folga de Porcas

A folga axial na porca está relacionada ao desgaste-e não ao ajuste-da mesma forma que a pré-carga do rolamento. As esferas e pistas na porca acumulam micro-desgaste ao longo do tempo, o que aumenta gradualmente a folga interna entre a esfera e a pista. Quando esta folga se torna grande o suficiente, ela aparece como folga na mesa da máquina - mais visivelmente como um erro de posição que aparece somente quando o eixo inverte a direção.

Medindo a folga da porca

Antes de medir a folga da porca, verifique se a folga axial do rolamento de suporte está dentro da especificação (Seção 1) e se todos os parafusos de conexão do flange estão apertados (Seção 3). Qualquer um desses fatores, se presente, contaminará a medição da folga da porca.

Procedimento:

1. Monte o relógio comparador na mesa da máquina (não na porca ou no eixo), com a sonda em contato com uma referência fixa na estrutura da máquina.
2. Conduza o eixo até o ponto médio de seu percurso e pare.
3. Aplique uma leve carga axial à mesa na direção positiva (empurre) e zere o indicador.
4. Aplique uma carga axial leve na direção negativa (tração) com a mesma força.
5. A leitura do indicador é a folga axial total na porca, assumindo que a folga do rolamento já foi confirmada como estando dentro da especificação.

A folga aceitável depende da aplicação. Para automação geral com precisão C7, até 0,05 mm é frequentemente aceitável. Para usinagem CNC com requisitos de precisão C5, a folga da porca normalmente deve ser mantida abaixo de 0,01–0,02 mm.

Porca dupla (série DFU): ajuste de folga

Projetos de-porca dupla - como a série DFU - usam um espaçador de precisão entre as duas metades da porca para gerar pré-carga interna. Quando a folga aumenta, o espaçador pode ser substituído por um ligeiramente mais grosso para restaurar a pré-carga e eliminar a folga.

O aumento necessário da espessura do espaçador depende da folga medida e da geometria do circuito esférico. Como ponto de partida, um aumento do espaçador de 1,5 a 2 vezes a folga medida restaurará aproximadamente a folga zero. O ajuste fino é feito medindo a folga após cada troca do espaçador até que o objetivo seja alcançado.

Após o ajuste, execute o eixo em seu curso completo em velocidade normal e verifique a temperatura da porca. Uma porca dupla pré-carregada corretamente funcionará de 5 a 10 graus mais quente do que uma porca simples com folga-ajustada. Se a porca ficar significativamente mais quente do que isso após o ajuste, o aumento do espaçador foi muito grande e a pré-carga é excessiva - de volta ao próximo tamanho menor do espaçador.

Observe que o ajuste do espaçador só pode compensar a folga causada pelo desgaste. Se as pistas apresentarem corrosão visível, descamação ou danos na superfície, o ajuste do espaçador não restaurará a precisão - o conjunto da porca precisa ser substituído.

Porca única (série SFU): quando ajustar e quando substituir

Os projetos-de porca única não possuem mecanismo de ajuste do espaçador. A folga interna é fixada pelo diâmetro da esfera e pela geometria da pista. Quando a folga se desenvolve devido ao desgaste, existem duas opções:

Opção 1 - Substitua por bolas grandes

Se o desgaste for menor (folga medida inferior a 0,05 mm e nenhum dano visível na pista), a substituição das esferas por um diâmetro ligeiramente maior pode restaurar a pré-carga interna e eliminar a folga. Os incrementos padrão de substituição da esfera são +0.025mm e +0.050mm acima do diâmetro nominal da esfera.

Antes de tentar fazer isso, inspecione as pistas visualmente e pelo tato. Passe o dedo ao longo do eixo do parafuso exposto na área coberta pela porca. A pista deve ser lisa e uniforme. Se você sentir sulcos, corrosão ou rugosidade, a substituição da esfera não restaurará o desempenho - a geometria da pista não está mais correta, independentemente do tamanho da esfera.

Ao substituir as esferas, todas as esferas do circuito devem ser substituídas pelo mesmo lote e com o mesmo tamanho maior. A mistura de esferas de diferentes diâmetros - mesmo em 0,005 mm - cria uma distribuição desigual de carga e acelera o desgaste das esferas carregadas. Encomende um conjunto completo de reposição em vez de bolas individuais.

Depois de instalar esferas de grandes dimensões, verifique o torque de funcionamento girando o eixo manualmente. A resistência deve ser ligeiramente maior do que antes (a pré-carga aumentou), mas a rotação deve ser suave durante todo o percurso. Se o eixo parecer apertado ou irregular em qualquer ponto, o incremento de tamanho excessivo é muito grande para a condição de desgaste real - voltar ao incremento menor.

Opção 2 - Substitua a porca ou o conjunto completo de parafuso-e-porca

Se o desgaste da pista for visível, se a folga medida exceder 0,05 mm ou se o requisito de precisão for C5 ou mais apertado, o conjunto da porca deverá ser substituído em vez de ajustado. Para a série SFU, porcas de reposição estão disponíveis como itens de estoque padrão e podem ser instaladas sem substituir o eixo do parafuso se o próprio eixo não estiver danificado.

Ao solicitar uma porca de reposição, especifique o diâmetro nominal do parafuso, o avanço e o tipo de porca. Se o grau de precisão original não for conhecido, meça o diâmetro do eixo do parafuso e o passo com um micrômetro e um medidor de passo -; isso geralmente é suficiente para identificar a substituição correta.

Seção 3: Conexão do Flange e Frouxidão Mecânica

Parafusos de flange soltos são uma das fontes mais frequentemente negligenciadas de folga aparente do parafuso esférico. A porca é montada no carro da máquina através de uma face de flange, fixada por quatro ou mais parafusos. Com o tempo, vibrações e cargas reversas podem gradualmente recuar esses parafusos, introduzindo folga entre a face do flange e o carro.

É fácil diagnosticar erroneamente esse tipo de folga como folga da porca ou folga do rolamento, porque o sintoma - folga na mesa - é idêntico. A diferença é que a folga do flange tem uma característica: quando você empurra e puxa a mesa com a mão enquanto observa o corpo da porca, a própria porca se moverá ligeiramente em relação ao carro se o flange estiver solto. Com a folga da porca, o corpo da porca permanece fixo e o eixo se move dentro dele.

Procedimento de inspeção:

1. Com a máquina estacionária e os servoacionamentos habilitados, empurre e puxe a mesa com a mão enquanto observa a interface entre o flange da porca e a superfície do carro.
2. Qualquer abertura ou movimento visível nesta interface confirma a frouxidão do flange.
3. Use uma chave dinamométrica para verificar cada parafuso de flange em relação à especificação do tamanho e grau do parafuso. Não confie em parafusos de flange de toque - que parecem "confortáveis" à mão e geralmente estão com torque insuficiente.
4. Se algum parafuso estiver solto, reaperte todos os parafusos em um padrão cruzado com o torque especificado e verifique novamente a medição da folga da mesa.

Prevenção:Aplique composto-de travamento de rosca nos parafusos do flange durante a instalação inicial e após qualquer reinstalação. Isso não impede a remoção com uma chave padrão, mas evita o afrouxamento-induzido por vibração.

Seção 4: Lubrificação - Diagnosticando e corrigindo problemas em serviço

Falhas de lubrificação em fusos de esferas em serviço apresentam-se de forma diferente dos problemas abordados na instalação. Numa máquina que está em funcionamento há meses ou anos, os problemas de lubrificação mais comuns são o esgotamento do lubrificante, a degradação do lubrificante e linhas de distribuição bloqueadas em sistemas centralizados.

Reconhecendo problemas de lubrificação

O indicador mais precoce e mais confiável de um problema de lubrificação é o aumento de temperatura na porca. Quando a película lubrificante se torna insuficiente, o atrito-da pista da esfera aumenta e a porca fica mais quente. Uma temperatura de referência registrada no comissionamento - ou simplesmente uma temperatura operacional consistente observada ao longo do tempo - torna essa tendência detectável antes que cause danos.

Outros indicadores:

• Aumento de ruído, especialmente um som de-frequência mais alta durante o movimento (não a ressonância de-frequência baixa de um problema de folga mecânica)
• Corrente de acionamento aumentada em velocidade constante, visível no monitor do servoacionamento
• Variação de rugosidade ou resistência quando o eixo é movido lentamente manualmente com os drives desabilitados

Se algum destes estiver presente, não continue a operar a máquina com carga e velocidade normais. Adicione lubrificante primeiro e verifique novamente.

Adicionando lubrificante a uma instalação em funcionamento

Para uma porca com graxeira, injete graxa lentamente através da graxeira enquanto o eixo estiver parado. Utilize o mesmo tipo de lubrificante utilizado na instalação - não misture os tipos de graxa. Uma dose de reposição típica para uma noz SFU 2005 é de 0,3–0,5 gramas; para um DFU 3210 maior, aproximadamente 1–1,5 gramas.

Depois de adicionar graxa, execute vários ciclos lentos de curso completo-do eixo antes de retornar à operação normal. Monitore a temperatura da porca por 15 a 30 minutos após retomar a velocidade normal. Se a temperatura retornar à linha de base, o problema de lubrificação estará resolvido. Se permanecer elevado, o problema pode estar mais avançado - inspecione a porca em busca de contaminação ou danos.

Linhas de lubrificação centralizadas bloqueadas

Em máquinas com sistemas centralizados de lubrificação a óleo, bloqueios nas linhas de distribuição ou válvulas de medição são uma causa comum de falha de lubrificação localizada - o sistema parece estar funcionando, mas um ou mais fusos de esferas não estão recebendo óleo adequado.

Os sintomas de uma linha bloqueada são localizados: um eixo fica quente ou barulhento enquanto outros estão normais. Para diagnosticar, desconecte a linha de entrega na porca e acione manualmente um pulso de lubrificação a partir do controle da máquina. O óleo deve fluir da linha desconectada dentro de alguns segundos. Nenhum fluxo ou fluxo muito lento confirma um bloqueio.

Os bloqueios ocorrem com mais frequência nas válvulas de medição ou no próprio encaixe da porca, principalmente se o lubrificante foi trocado sem lavar o sistema. Elimine o bloqueio desconectando o segmento de linha afetado e soprando-o com ar comprimido de baixa-pressão ou substituindo a válvula de medição se ela não puder ser liberada.

Após a limpeza, reconecte a linha, acione vários pulsos de lubrificação manual e verifique o fluxo na conexão da porca antes de reconectar.

Contaminação dentro da noz

Se a máquina operar em um ambiente com lascas de metal, líquido refrigerante ou poeira fina, a entrada de contaminação na porca acelerará o desgaste e poderá causar falhas abruptas. Os sinais de contaminação incluem resistência arenosa quando o eixo é movido manualmente, graxa escura ou descolorida visível nas vedações das porcas e rápida recorrência da folga após o ajuste.

Se a contaminação for confirmada, a porca deverá ser removida e limpa antes da relubrificação. Não adicione simplesmente graxa nova sobre a graxa contaminada - as partículas continuarão a desgastar as pistas independentemente da quantidade de lubrificante.

A condição da vedação da porca deve ser verificada sempre que a porca for removida. As vedações labiais desgastadas ou danificadas permitem a entrada de contaminação, independentemente da frequência de lubrificação. Vedações de reposição estão disponíveis para a maioria dos designs de porca padrão e devem ser substituídas normalmente sempre que a porca estiver fora da máquina.

Seção 5: Problemas de Parâmetros do Servo Drive

Nem todos os problemas dos fusos de esferas são mecânicos. Alguns sintomas de vibração, arrastamento e instabilidade de posicionamento têm sua causa raiz nas configurações dos parâmetros do servoconversor, e não nos componentes mecânicos.

A principal distinção é esta: problemas mecânicos tendem a ser consistentes e repetíveis - o mesmo sintoma na mesma posição ou velocidade, em cada ciclo. Problemas de parâmetros servo tendem a ser variáveis ​​- o sintoma muda com velocidade, carga ou temperatura, ou aparece e desaparece sem causa mecânica óbvia.

Ganho do loop de posição

O ganho da malha de posição (Kp) determina quão agressivamente o servo responde ao erro de posição. Se Kp for definido muito alto para a rigidez mecânica do eixo -, o que pode acontecer após a substituição do fuso de esferas, uma mudança na carga ou uma mudança na orientação do eixo -, o eixo irá oscilar ou vibrar, particularmente durante a aceleração e desaceleração, e particularmente em baixa velocidade.

Se este padrão corresponder ao sintoma observado, reduza Kp em 10–20% e teste novamente. O Kp correto é o valor mais alto que produz movimento estável e suave, sem oscilação em toda a faixa de velocidade e carga da aplicação.

Ganho de loop de velocidade e integral

O ganho da malha de velocidade (Kv) e a constante de tempo integral controlam como o inversor responde ao erro de velocidade. Parâmetros de loop de velocidade incompatíveis produzem rastreamento ou caça em baixa velocidade - o eixo se move em uma série de pequenos solavancos, em vez de suavemente.

Este sintoma é frequentemente confundido com a folga do parafuso esférico porque ambos produzem movimentos bruscos na reversão. A diferença: a folga produz uma zona morta consistente (uma faixa de rotação do motor sem movimento do eixo), enquanto um problema de circuito de velocidade produz movimento irregular durante todo o curso, não apenas na reversão.

Quando recorrer à experiência em servo

O ajuste de parâmetros do servo em um inversor moderno é iterativo e requer acesso às funções de monitoramento e-ajuste automático do inversor. A descrição acima fornece um ponto de partida para diagnosticar se o problema está relacionado ao parâmetro-, mas a otimização completa deve ser feita por alguém familiarizado com o sistema de acionamento específico em uso.

Se os parâmetros do servo permanecerem inalterados, mas tiver surgido um problema após um reparo mecânico (substituição do rolamento, substituição da porca ou ajuste de pré-carga), a nova configuração mecânica terá características de rigidez diferentes e os parâmetros do inversor precisarão ser re-otimizados para a nova condição.

Cronograma de Manutenção Preventiva

A manutenção-com melhor custo-benefício é aquela que evita falhas em vez de responder a elas. A programação abaixo é uma estrutura inicial - os intervalos corretos para uma máquina específica dependem de seu ciclo de trabalho, ambiente e requisitos de precisão e devem ser ajustados com base na experiência real com essa máquina.

Quando a inspeção mostra que a substituição é necessária

Algumas condições não podem ser corrigidas por ajuste ou relubrificação. Se a inspeção revelar algum dos seguintes itens, o componente afetado deverá ser substituído em vez de retornar ao serviço:

• Corrosão, descamação ou lascamento visíveis na pista do eixo do parafuso ou dentro da porca
• Descoloração da esfera (coloração azul ou marrom indica danos causados ​​pelo calor devido a falha de lubrificação)
• Eixo do parafuso com arco visível ou dano no perfil da rosca
• Rolamentos de suporte com rotação áspera ou irregular que não melhora após limpeza e relubrificação
• Vedações de porca que estão rasgadas, endurecidas ou que não estão mais em contato com o eixo

Para as séries SFU e DFU, as porcas de reposição são armazenadas como itens padrão e podem ser instaladas no eixo do parafuso existente se o eixo não estiver danificado, o que evita o custo e o tempo de inatividade da substituição do conjunto completo.