Corrediça linear de fuso de esferas para máquinas-ferramentas CNC: como os requisitos dos eixos X, Y e Z diferem

Quando os fabricantes de máquinas CNC fornecem fusos de esferas e guias lineares para uma nova máquina, a abordagem padrão é aplicar a mesma especificação em todos os eixos - mesmo diâmetro, mesmo passo, mesmo tipo de porca. Ele simplifica a aquisição, reduz o número de peças a serem gerenciadas e parece conservador.

Na prática, muitas vezes é a abordagem errada.

Os eixos X, Y e Z de uma máquina CNC operam sob condições fundamentalmente diferentes. O eixo X cobre o curso mais longo na velocidade mais alta. O eixo Y carrega o peso combinado do conjunto do fuso e se move sob cargas de corte-transversais contínuas. O eixo Z funciona verticalmente contra a gravidade, deve manter a posição quando a energia é cortada e requer um parafuso mais curto e mais rígido que os eixos horizontais. Usar a mesma especificação de fuso de esferas para todos os três significa super-especificar dois eixos para proteger o terceiro ou sub{6}}especificar o eixo mais exigente para economizar custos nos outros.

Este artigo aborda o que cada eixo realmente exige de um deslizamento linear de fuso de esferas, como combinar a série de parafusos e levar a cada conjunto de condições e onde os fabricantes de máquinas OEM mais frequentemente erram nas especificações.

Por que cada eixo CNC tem requisitos diferentes para fusos de esferas

Uma corrediça linear com fuso de esferas não é apenas um mecanismo de acionamento. É um dos principais componentes que afeta a precisão das posições do eixo, a rapidez com que ele pode se mover, a quantidade de empuxo que pode gerar e quanto tempo dura no ciclo de trabalho da máquina. Cada um desses parâmetros é definido pela geometria do eixo e pelas condições de carga - e não por uma única especificação universal.

Três fatores variam significativamente entre os eixos CNC e orientam diretamente a especificação do fuso de esferas:

Eixo X: curso longo, alta velocidade, máxima eficiência de deslocamento

Na maioria dos roteadores CNC, máquinas de pórtico e centros de usinagem, o eixo X é o eixo transversal primário - aquele responsável por cobrir toda a largura de trabalho da máquina em movimentos transversais rápidos entre os cortes. Normalmente tem o curso mais longo, funciona na velocidade mais alta e opera com cargas relativamente leves durante movimentos rápidos.

O que o eixo X exige de uma corrediça linear com fuso de esferas

Velocidade primeiro.A velocidade de deslocamento rápido do eixo X determina o avanço mínimo. Para um servo motor operando a 3.000 RPM, o avanço necessário para atingir 30 m/min, ou 500 mm/s, é: 500 mm/s × 60 ÷ 3.000 RPM=10mm. Para atingir 60 m/min no mesmo motor, é necessário um cabo de 20 mm. A maioria dos eixos X da fresadora CNC executa cabos entre 10 mm e 20 mm, dependendo do tamanho da máquina e dos requisitos de velocidade. Quando o requisito de velocidade ultrapassa o que um SFU de cabo de 20 mm pode fornecer na rotação máxima do motor, a grande-série de cabos - SFE com cabos de 25 mm, 32 mm, 40 mm e acima - é o passo correto.

Diâmetro do eixo para velocidade crítica.Em um eixo X com curso de 2.000 mm, o comprimento sem suporte do eixo do parafuso pode atingir 2.200–2.400 mm entre os rolamentos de suporte. Nesse comprimento, um eixo de 20 mm de diâmetro pode ficar limitado pela velocidade crítica muito antes de atingir a RPM de avanço rápido necessária, dependendo da configuração do suporte, do fator de segurança e da estrutura do parafuso. Em muitos eixos CNC de curso longo-, parafusos de 32 mm ou 40 mm de diâmetro são selecionados principalmente para manter a velocidade crítica acima da faixa operacional - e não porque a carga assim o exija.

O C7 laminado geralmente é o grau de precisão correto.Para fresadoras para marcenaria e máquinas de fabricação em geral, os parafusos de esferas laminados C7 costumam ser suficientes quando a precisão de posicionamento necessária é moderada. A precisão final da máquina também depende da montagem, folga, expansão térmica, rigidez da guia e compensação de controle - o grau do parafuso é um fator entre vários.

Eixo Y: Curso Médio, Carregamento Combinado, Rigidez Estrutural

Em muitos roteadores CNC e máquinas estilo-pórtico, o eixo Y carrega o motor do fuso, o conjunto do eixo-Z e, muitas vezes, a viga transversal ou sela do pórtico. Ele se move perpendicularmente ao eixo X, normalmente em velocidade menor que X, mas sob carga significativamente maior - porque a massa de tudo montado no carro Y aumenta a força axial necessária durante a aceleração e desaceleração.

O que o eixo Y exige de uma corrediça linear com fuso de esferas

Maior exigência de empuxo do que X.Se o conjunto do eixo Z-e o fuso juntos pesarem 80kg, e a máquina acelerar a 0,3g, o eixo Y deverá gerar 80 × 9,8 × 0.3=235N de empuxo apenas para aceleração - antes de qualquer força de corte ser adicionada. O fuso de esferas deve ser dimensionado para a carga axial equivalente, incluindo os componentes da força de aceleração e da força de corte na direção do parafuso, com uma margem de segurança de Ca adequada.

Gerenciamento de carga momentânea.Quando o fuso está cortando em um ponto deslocado da linha central do eixo Y, a força de reação cria uma carga de momento no carro Y. Este momento é suportado pelas guias lineares e não pelo fuso de esferas. As cargas de momento das forças de corte deslocadas devem ser calculadas separadamente para as guias lineares e blocos de carro - a especificação da guia, incluindo largura do trilho, número de blocos e classe de pré-carga, deve corresponder ao momento máximo que a geometria do eixo Y pode gerar. Sub{4}}especificar as guias do eixo Y-e especificar corretamente o fuso de esferas é um erro de projeto comum que produz desgaste prematuro da guia e perda de precisão.

Avanço médio para velocidade e impulso equilibrados.O eixo Y não precisa do grande avanço do eixo X porque cobre um curso mais curto em velocidade rápida mais baixa. Um avanço de 10 mm fornece um equilíbrio razoável entre velocidade e impulso para a maioria das fresadoras CNC e eixos Y do centro de usinagem. Em máquinas-de serviço pesado que movimentam pesos de sela acima de 200 kg, um cabo de 5 mm com um parafuso de diâmetro maior pode ser necessário para fornecer empuxo adequado ao torque nominal do motor.

Eixo Z: curso curto, carga vertical, risco-de direção traseira

O eixo Z é o mais mecanicamente distinto dos três. Ele se move verticalmente, carrega uma carga descendente constante, o peso do fuso, em todos os momentos, opera em um curso curto e deve manter a posição de forma confiável quando o servo acionamento estiver des-energizado. Esses requisitos apontam para uma especificação de fuso de esferas que é oposta ao eixo X em quase todos os aspectos.

O que o eixo Z exige de uma corrediça linear com fuso de esferas

Pequena vantagem para tendência de impulso na parte inferior das costas-e maior impulso.Um avanço menor dá ao motor mais vantagem mecânica e reduz a tendência do eixo Z de retroceder-sob o peso do fuso. No entanto, um parafuso esférico não deve ser tratado como um mecanismo de-travamento automático - os parafusos esféricos têm alta eficiência mecânica, o que significa que são mais suscetíveis ao retrocesso-do que os parafusos de avanço tradicionais. Se um determinado eixo Z retornará-ao acionamento depende do avanço, da carga, da eficiência do parafuso, da condição de lubrificação e se o servoacionamento mantém o torque de retenção quando estacionário.

Um avanço de 5 mm é padrão para eixos CNC Z. Ele fornece impulso suficiente a partir do torque nominal do motor e mantém o valor Dm·N dentro da faixa operacional nas velocidades envolvidas. Mas o avanço por si só não garante que o fuso não desça quando a energia for cortada.

Freqüentemente é necessário freio motor ou contrapeso.Para eixos CNC verticais, um freio de motor ou contrapeso deve ser considerado sempre que a descida descontrolada puder criar um risco à segurança, à ferramenta ou à peça de trabalho. Como referência prática, conjuntos de fusos do eixo Z-de cerca de 15 a 20 kg ou mais devem normalmente ser verificados quanto aos requisitos de freio ou contrapeso -, mas o limite real depende do avanço, da eficiência do parafuso, do atrito e do comportamento do acionamento, e deve ser avaliado para cada projeto, em vez de aplicado como uma regra fixa.

Eixo curto significa rigidez, não velocidade crítica.O eixo do parafuso do eixo -AZ normalmente tem 300–600 mm de comprimento. Neste comprimento, a velocidade crítica geralmente não é o fator limitante, mesmo em diâmetros pequenos. A seleção do diâmetro é determinada pela capacidade de carga, Ca, e pela deflexão do eixo sob o peso do fuso. Um eixo de 16 mm ou 20 mm de diâmetro cobre a maioria dos eixos Z da fresadora CNC; centros de usinagem com fusos mais pesados ​​podem precisar de 25 mm.

Porca dupla para usinagem de precisão.Em centros de usinagem CNC onde o eixo Z controla a profundidade de corte, a folga no eixo Z afeta diretamente o acabamento superficial e a precisão dimensional. Um design de porca dupla-DFU ajuda a minimizar a folga axial e melhorar a rigidez. Em roteadores CNC onde a tolerância de profundidade é de ±0,1 mm, um eixo Z de porca única SFU padrão é suficiente.

Guia linear compacta para restrições de espaço.O eixo Z geralmente possui o espaço de instalação mais restrito. Uma guia linear estreita, como HDR15 ou HDR20 da série HD da DLY, com dois blocos é típica. A guia deve ser dimensionada para suportar o peso combinado do fuso mais o carro mais qualquer ferramenta no fuso, com uma margem de carga dinâmica adequada.

Erros comuns de especificação por eixo

Especificação do eixo X, Y, Z Resumo

Fornecimento de fusos de esferas e guias lineares para eixos CNC

Para fabricantes de máquinas CNC OEM que adquirem componentes em volume, a consideração prática após a especificação é a consistência entre lotes. Um parafuso que atenda à precisão de Ca e avanço na primeira ordem deve atender à mesma especificação na décima ordem. A variação entre lotes - no diâmetro da esfera, na pré-carga ou no erro de avanço - produz máquinas com desempenho diferente, apesar de usarem os mesmos números de peça, o que cria problemas de controle de qualidade e pós-venda.

DLY fabricaPorca única-SFUePorca dupla-DFUfusos de esferas em diâmetros de 12mm a 80mm, com avanços de 4mm a 20mm, em classes de precisão C7 laminados e C5/C3 retificados. Para aplicações de eixo X de alta-velocidade que exigem avanços acima de 20 mm, oSFE grande-série de leadscobre cabos de 25 mm, 32 mm, 40 mm, 50 mm e 64 mm. As guias lineares estão disponíveis na série HD, HDR15 a HDR65, para aplicações CNC gerais, na série ED, EDR15 a EDR30, para aplicações de baixo-perfil e alta-velocidade, e na série de rolos RD, RDR15 a RDR65, para requisitos de-carga pesada e alta-rigidez. Todas as séries estão disponíveis em graus padrão e de alta precisão e suportam pedidos em lote com confirmação de prazo de entrega na fase de consulta.

Confirme a especificação do seu eixo CNC antes de fazer o pedido

Se você estiver especificando parafusos de esferas e guias lineares para um novo projeto de máquina CNC ou substituindo componentes em uma máquina existente, a equipe de engenharia da DLY pode revisar os parâmetros do seu eixo e confirmar a série correta de parafusos, diâmetro, avanço e especificação de guia para cada eixo.

O preço do lote e o prazo de entrega são confirmados ao mesmo tempo que a especificação técnica.