9 formas de aprender el husillo de bolas y la guía lineal de forma eficaz

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El sistema de alimentación de la plataforma en la estructura mecánica es un mecanismo operativo importante que determina la precisión de la dirección del eje. Con el mejora de la precisión de la dobladora herramientas y el desarrollo de equipos de fabricación de semiconductores, equipos relacionados con la información y procesamiento de ultraprecisión, el mercado continúa presentando requisitos de alta precisión.

Aquí, los elementos mecánicos importantes en el mecanismo de husillo de bolas y dispositivo de guía lineal serán el centro, y se resumirá la influencia de cada elemento en la precisión de posicionamiento.

Factores que influyen en la precisión del posicionamiento del husillo de bolas

• Precisión de plomo

La precisión de avance del husillo de bolas está de acuerdo con el estándar JIS establecido en 1980 y fue parcialmente revisado en 1987. Las regulaciones son las siguientes:

1. Error de movimiento representativo acumulativo
2. La amplitud máxima relativa a la longitud efectiva de la parte del tornillo.
3. La amplitud máxima de cualquier 300 mm
4. La amplitud máxima de cualquier rotación.

Aunque la función requerida del husillo de bolas de la máquina dobladora es la precisión de avance de la tuerca, la precisión de avance del eje único generalmente se mide en muchos casos. La precisión de la derivación se divide en un rango amplio y un rango estrecho. En términos relativos, la precisión de amplio rango rara vez causa problemas debido a la buena precisión de procesamiento y la fácil corrección. En el futuro, para satisfacer la necesidad de una mayor precisión, la precisión de rango estrecho será cada vez más importante.

La figura es un ejemplo del error de adelanto del nivel de C0 de precisión más alta. El error de movimiento representativo acumulativo es de 1 μm / 208 mm, el rango máximo relativo a la longitud efectiva de la parte del tornillo es de 2 μm, y el rango máximo del estado ensamblado de la tuerca no supera los 0,9 μm, que es menos de la mitad de la especificación valor.

El componente característico de la variación del error es el componente (período de 12 mm) de una rotación del eje de la amoladora de canales. Aunque la unidad individual es de 1 a 1,5 μm, el efecto promedio después del ensamblaje de la tuerca se reducirá a 0,5 μm o menos. Generalmente, en comparación con el error de rango estrecho del cuerpo único, la tuerca tiene una reducción de 1/2 a 1/3 después del ensamblaje.

• Ingredientes no contemporáneos

Even if the cycle of the above-mentioned lead accuracy is different, the axis rotation synchronization component will appear. Asynchronous components caused by the rotation/revolution of the rolling elements will appear in the rolling elements, which will become a major problem in the field of ultra-precision. The reason lies in the roughness of the raceway surface, the roundness, the difference between the outer diameters of the rolling elements, and the poor sphericity, etc., and the vibration problem caused by the rolling elements during the in and out process caused by the circulation mechanism.

According to the report of Tsukada et al. 1), on a platform with a movement error of 0.4 to 0.5 μm, using a cage or synthetic resin spacer steel balls for the originally used ball screw will reduce the movement error to less than 0.1 μm. The parsing component of the steel ball will not only appear in the form of vibration, but also in the form of torque variation, which easily causes movement errors of the motor output torque.

This type of error is different from the contemporaneous component, and it is difficult to correct by control compensation, and when the ball screw is used in the ultra-precision field of bending machine, there are few correct evaluation and research cases, which is one of the important topics in the future.

• Precisión de instalación y error de instalación

Incluso si la precisión del cable es de alta precisión, si se instala incorrectamente, la precisión de posicionamiento se deteriorará. En la revisión de 1987 de la JIS, se reconoció la importancia de la precisión de la pieza de montaje del husillo de bolas. Por lo tanto, el valor de especificación es más estricto que el cambio anterior y habrá una tendencia más estricta en el futuro.

Si la concentricidad del husillo de bolas, el cojinete y el mecanismo de guía son deficientes, es fácil que se produzca el error de desviación de la rotación y es fácil confundirlo con el error de avance. Según el informe de caso de Yoneda, si la concentricidad de la tuerca y el cojinete de soporte se controla a una fracción del original, la característica de error de avance durante el corte de ultraprecisión desaparecerá.

La figura muestra un ejemplo de medición de cambio de posición cuando el husillo de bolas C0 está conectado mediante un acoplamiento bajo la guía del raíl guía aerostático. Aunque aparece el componente de vibración rotacional, la amplitud es pequeña. Y, cuando es necesario reducir aún más, la tuerca y la plataforma se fijan solo en la dirección axial, y los métodos de instalación que son libres en otras direcciones también se han aplicado en la práctica.

• Rigidez

Si la rigidez del husillo de bolas en su conjunto es débil, se producirá una pérdida de movimiento. La rigidez general del husillo de bolas no es solo la rigidez interna de la tuerca (la rigidez entre la bola de acero y la pista de rodadura), sino también la expansión y contracción del eje del husillo y la rigidez del rodamiento de soporte, que deben tenerse en cuenta. como un todo. Generalmente, la expansión y contracción del eje del tornillo representan la mayor proporción, y la rigidez se ve muy afectada por las condiciones de soporte.

Como se muestra en la figura, al fijar-apoyar (dirección del eje libre), la rigidez cambia mucho con la posición de la tuerca, y al fijar-fijar, la rigidez es mayor y el cambio es menor.

Las condiciones fijo-fijo son más beneficiosas para una alta precisión, pero también existen problemas como la sobrecarga del cojinete de soporte debido a la expansión térmica del eje del tornillo. En este caso, hay más estructuras fijas-semi-fijas.

• Torque de fricción

La fricción del husillo de bolas es inherentemente pequeña y se siente que la fuerza de apriete previo se puede aumentar para aumentar la rigidez. Sin embargo, en términos de posicionamiento de precisión, los cambios en los pulsos acumulados del sistema de control causados por cambios en el par (especialmente las fluctuaciones del par de fricción) del husillo de bolas y el cojinete de soporte causarán errores en la precisión del posicionamiento. Por tanto, la estabilidad del par de fricción es cada vez más importante. En la revisión de JIS en 1987, se definieron las especificaciones del par de fricción y se estipularon la oración de ejemplo estándar Tp y las especificaciones de cambio de la oración de ejemplo estándar relativa..

The friction torque also has a wide range and a narrow range. The reason for the wide range of changes is mainly due to the change in the amount of preload caused by the error of the screw shaft channel diameter (in the case of positioning preload). If there is no problem with stiffness, this change will become very small when using constant pressure preload.

The narrow range variation is caused by factors such as the accuracy of the channel surface of the screw shaft, the accuracy of the shape, and the design/processing accuracy of the circulation path. The narrow range change is especially obvious at low speed and shaking. The use of spacer steel balls has a good effect on improving the narrow range change.

En comparación con el tornillo deslizante, se considera que el tornillo de bolas tiene un par de fricción pequeño pero grandes fluctuaciones, pero como se muestra en la figura, ahora se ha mejorado mucho.

Como se discutirá más adelante, a altas velocidades, la influencia de la viscosidad del lubricante aumentará el par de fricción. Por el contrario, cuando funciona a una velocidad ultrabaja, las características del lubricante afectarán el par de fricción.

Influencia de la guía lineal

Como se mencionó anteriormente, existen varias guías lineales. Debido a que hay muchos casos de uso de deslizadores de guías rodantes en los últimos años, este artículo explica principalmente los problemas relacionados con la precisión de posicionamiento causados por las guías de rodillos cruzados (tipo de rodillo sin recirculación) y guías lineales (tipo de bola de recirculación).

• Precisión de instalación e instalación

Esta guía lineal se ensambla mediante el carril guía y la base, y el rendimiento correspondiente se obtiene después de ajustar el espacio. Por lo tanto, no se puede obtener una guía de alta precisión sin una instalación correcta y se debe prestar mucha atención al método de instalación.

Aunque la rugosidad y la curvatura de la superficie del canal del carril de guía ya son pequeñas, la verticalidad y la forma del canal también son muy importantes. Debido a que la superficie de montaje del deslizador se obtiene finalmente instalando el riel de guía sin espacios, la precisión del riel de guía debe alcanzar el mismo nivel de precisión para obtener una precisión de funcionamiento de alta precisión. La fuerza de compresión después del ensamblaje generalmente se ajusta presionando horizontalmente el tornillo, pero cuando se aprieta el tornillo, el riel de guía se deformará, lo que deteriorará la precisión de la operación. Por lo tanto, se coloca una placa de presión horizontal entre el riel de guía y el tornillo de presión horizontal para igualar la fuerza del tornillo.

• Precisión de carrera

Este tipo de guía, si se ensambla correctamente, dará como resultado una buena precisión operativa.

El riel de guía de rodillos cruzados (lo mismo se aplica a otros rieles de guía no circulantes) cambia con la posición de la plataforma, y la posición de los elementos rodantes soportados se mueve relativamente. Por lo tanto, la precarga y la rigidez están cambiando y la precisión de funcionamiento también se deteriorará. Por lo tanto, es deseable que la longitud total de la parte del elemento rodante sea más larga que la carrera máxima. Debido a que la diferencia del diámetro del rodillo provocará la variación de la precisión de funcionamiento en un rango estrecho y la generación de componentes no síncronos, según la experiencia del autor, si la parte del rodillo mencionada anteriormente se alarga, se puede obtener el efecto de promedio. , y la precisión de carrera también se ve afectada.

Según tales contramedidas, la rectitud de la dirección horizontal / vertical de la plataforma con una carrera de 350 mm puede alcanzar 0,6 μm, la dirección vertical puede alcanzar 1,9 segundos y la dirección de desviación puede alcanzar 0,5 segundos.

• Pequeño deslizamiento

Un bloque lineal de tipo no circulante de este tipo tiene una forma exterior pequeña y no tiene componentes de fluctuación no sincronizados causados por la circulación en comparación con el tipo cíclico, y es adecuado para un uso de alta precisión.

Sin embargo, los deslizadores lineales no circulantes también tienen desventajas, una de las cuales es el fenómeno del microdeslizamiento. Este fenómeno es que durante el movimiento alternativo de la plataforma, la posición relativa de la jaula con respecto al carril de guía se desviará poco a poco y, finalmente, la jaula abandonará el carril de guía. Aunque los dispositivos de tope están instalados en ambos extremos del riel guía, la jaula golpeará los dispositivos de tope, lo que resultará en una operación deficiente y daños en la jaula.

• Guia lineal

Debido a que el riel de guía lineal es muy largo, la precisión del riel de guía está finalmente determinada por la forma de la superficie de montaje del riel de guía. Por lo tanto, se debe fabricar una superficie de guía de alta precisión de modo que la rectitud de la superficie de guía y el paralelismo entre las superficies de montaje sean altamente precisos. En este caso, la rugosidad de la superficie de montaje no es un problema, pero la precisión de la forma es importante, por lo que no es necesario utilizar esmerilado.

Aunque la precisión de la superficie de guía afectará la precisión de la superficie de montaje en condiciones básicas, en realidad, el efecto de la interferencia entre el riel de guía y el deslizador, la deformación de la parte de contacto y otros efectos de promediado, la precisión de la superficie de montaje se reducirá a 1/2 ~ 1/10. La figura es un ejemplo de medición desde la precisión de la superficie de montaje hasta la precisión del cuerpo de montaje. El fenómeno anterior se puede ver claramente.

Una de las razones del cambio de rango estrecho es el error causado por el bloqueo del tornillo. Esto se debe a la deformación del carril de guía y el canal del carril de guía debido a la fuerza de bloqueo del tornillo de fijación. La eliminación de este error se puede solucionar haciendo que la fuerza de bloqueo del tornillo durante el procesamiento y la instalación sea igual a la fuerza de bloqueo durante el uso real y luego esmerilando el canal.

Otra razón es la composición de paso de la bola de acero causada por la entrada y salida de la bola de acero del círculo de carga. Este componente es causado por el error de inclinación, por lo que aumentará cuando el punto de procesamiento esté en el punto sobresaliente de la plataforma, que es un rango estrecho de variación de planitud.

Este cambio se produce cuando la bola de acero entra y sale del anillo de carga. Para que la bola de acero entre y salga suavemente del anillo de carga, el extremo del canal deslizante se puede diseñar en una forma lentamente inclinada (coronación) para reducir este cambio. Este tipo de cambio aumentará cuando la precarga sea grande y, en comparación con el control deslizante solo, el cambio será muy pequeño después de que se instale la plataforma debido al efecto de promediar.