9 maneiras de aprender o fuso de esferas e o guia linear de maneira eficaz

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O sistema de alimentação da plataforma na estrutura mecânica é um importante mecanismo operacional que determina a precisão da direção do eixo. Com o melhoria da precisão da máquina de dobra ferramentas e o desenvolvimento de equipamentos de fabricação de semicondutores, equipamentos relacionados à informação e processamento de ultraprecisão, o mercado continua a apresentar requisitos de alta precisão.

Aqui, os elementos mecânicos importantes no parafuso de esferas do mecanismo e no dispositivo de guia linear serão o centro, e a influência de cada elemento na precisão do posicionamento será resumida.

Fatores de influência da precisão de posicionamento do fuso de esferas

• Precisão de chumbo

A precisão de avanço do fuso de esferas está de acordo com o padrão JIS estabelecido em 1980 e foi parcialmente revisado em 1987. Os regulamentos são os seguintes:

1. Erro de movimento representativo cumulativo
2. A amplitude máxima em relação ao comprimento efetivo da parte do parafuso
3. A amplitude máxima de qualquer 300mm
4. A amplitude máxima de qualquer rotação

Embora a função necessária do fuso de esferas da máquina de dobra seja a precisão de avanço da porca, a precisão de avanço do eixo único geralmente é medida em muitos casos. A precisão do avanço é dividida em uma faixa ampla e uma faixa estreita. Relativamente falando, a precisão de amplo alcance raramente causa problemas devido à boa precisão de processamento e fácil correção. No futuro, a fim de atender à necessidade de maior precisão, a precisão de faixa estreita se tornará cada vez mais importante.

A figura é um exemplo do erro de avanço do nível C0 de precisão mais alto. O erro de movimento representativo cumulativo é de 1μm/208mm, o alcance máximo em relação ao comprimento efetivo da peça do parafuso é de 2μm, e o alcance máximo do estado montado da porca não excede 0,9μm, que é menos de 1/2 da especificação valor.

O componente característico da variação do erro é o componente (período de 12 mm) de uma rotação do eixo do retificador de canal. Embora a unidade única seja de 1 a 1,5 μm, o efeito médio após a montagem da porca será reduzido para 0,5 μm ou menos. Geralmente, em comparação com o erro de faixa estreita do corpo único, a porca tem uma redução de 1/2 a 1/3 após a montagem.

• Ingredientes não contemporâneos

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.

• Precisão de instalação e erro de instalação

Mesmo que a precisão do eletrodo seja de alta precisão, se for instalado incorretamente, a precisão do posicionamento se deteriorará. Na revisão de 1987 do JIS, foi reconhecida a importância da precisão da peça de montagem do fuso de esferas. Portanto, o valor da especificação é mais rigoroso do que a alteração anterior e haverá uma tendência mais rigorosa no futuro.

Se a concentricidade do fuso de esferas, o rolamento e o mecanismo de guia forem ruins, o erro de desvio de rotação é fácil de ocorrer e é fácil ser confundido com o erro de avanço. De acordo com o relato de caso de Yoneda, se a concentricidade da porca e do rolamento de suporte for controlada em uma fração do original, a característica de erro de avanço durante o corte de ultraprecisão desaparecerá.

A figura mostra um exemplo de medição de mudança de posição quando o fuso de esferas C0 é conectado por um acoplamento sob a orientação do trilho guia aerostático. Embora o componente de vibração rotacional apareça, a amplitude é pequena. E, quando é necessário reduzir ainda mais, a porca e a plataforma são fixadas apenas na direção axial, e os métodos de instalação que são livres em outras direções também foram aplicados na prática.

• Rigidez

Se a rigidez do fuso de esferas como um todo for fraca, ocorrerá uma perda de movimento. A rigidez geral do fuso de esferas não é apenas a rigidez interna da porca (a rigidez entre a esfera de aço e a pista), mas também a expansão e contração do eixo do parafuso e a rigidez do rolamento de suporte, que precisam ser considerados como um todo. Geralmente, a expansão e a contração do eixo do parafuso representam a maior proporção e a rigidez é muito afetada pelas condições de suporte.

Como mostra a figura, ao fixar-apoiar (direção do eixo livre), a rigidez muda muito com a posição da porca, e ao fixar-fixar, a rigidez é maior e a mudança é menor.

As condições fixas-fixas são mais benéficas para alta precisão, mas também existem problemas como sobrecarga do mancal de apoio devido à expansão térmica do eixo do parafuso. Neste caso, existem mais estruturas fixas-semi-fixas.

• Torque de fricção

O atrito do fuso de esferas é inerentemente pequeno e parece que a força de pré-aperto pode ser aumentada para aumentar a rigidez. No entanto, em termos de precisão de posicionamento, alterações nos pulsos acumulados do sistema de controle causadas por alterações no torque (especialmente flutuações do torque de fricção) do fuso de esferas e rolamento de suporte causarão erros na precisão do posicionamento. Portanto, a estabilidade do torque de fricção é cada vez mais importante. Na revisão JIS em 1987, as especificações do torque de fricção foram definidas, e a sentença de exemplo padrão Tp e as especificações de mudança de sentença de exemplo padrão relativas foram estipuladas.

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.

Comparado com o parafuso deslizante, considera-se que o fuso de esferas tem um pequeno torque de fricção, mas grandes flutuações, mas, conforme mostrado na figura, agora foi bastante aprimorado.

Como será discutido mais tarde, em altas velocidades, a influência da viscosidade do lubrificante aumentará o torque de atrito. Ao contrário, ao operar em velocidade ultrabaixa, as características do lubrificante afetarão o torque de atrito.

Influência da Guia Linear

Como mencionado anteriormente, existem várias guias lineares. Como há muitos casos de uso de controles deslizantes de guia rolante nos últimos anos, este artigo explica principalmente os problemas relacionados à precisão de posicionamento causados por guias de rolos cruzados (tipo de rolo não recirculante) e guias lineares (tipo de esfera recirculante).

• Precisão de instalação e instalação

Esta guia linear é montada pelo trilho guia e pela base, e o desempenho correspondente é obtido após o ajuste da folga. Portanto, orientação de alta precisão não pode ser obtida sem instalação correta, e muita atenção deve ser dada ao método de instalação.

Embora a rugosidade e a curvatura da superfície do canal do trilho-guia já sejam pequenas, a verticalidade e a forma do canal também são muito importantes. Como a superfície de montagem do controle deslizante é finalmente obtida instalando o trilho-guia sem folgas, a precisão do trilho-guia deve atingir o mesmo nível de precisão para obter precisão de operação de alta precisão. A força de compressão após a montagem é geralmente ajustada pressionando o parafuso horizontalmente, mas quando o parafuso é apertado, o trilho guia será deformado, deteriorando assim a precisão da operação. Portanto, uma placa de pressão horizontal é colocada entre o trilho guia e o parafuso de pressão horizontal para equalizar a força do parafuso.

• Precisão de corrida

Este tipo de guia, se montado corretamente, resultará em boa precisão operacional.

O trilho de guia de rolos transversais (o mesmo se aplica a outros trilhos de guia não circulantes) muda com a posição da plataforma e a posição dos corpos rolantes suportados se move relativamente. Portanto, a pré-carga e a rigidez estão mudando e a precisão do giro também se deteriorará. Portanto, é desejável que o comprimento total da parte do elemento rolante seja maior que o curso máximo. Como a diferença do diâmetro do rolo causará a variação da precisão de giro em uma faixa estreita e a geração de componentes não síncronos, de acordo com a experiência do autor, se a parte do rolo acima mencionada se tornar mais longa, o efeito de média pode ser obtido , e a precisão de funcionamento também é afetada.

De acordo com tais contramedidas, a retidão da direção horizontal/vertical da plataforma com um curso de 350 mm pode atingir 0,6 μm, a direção vertical pode atingir 1,9 segundos e a direção de deflexão pode atingir 0,5 segundos.

• pequeno deslizamento

Esse bloco linear do tipo não circulante tem uma forma externa pequena e não possui componentes de flutuação não síncrona causados pela circulação em comparação com o tipo cíclico e é adequado para uso de alta precisão.

No entanto, os deslizadores lineares não circulantes também apresentam desvantagens, uma das quais é o fenômeno do microdeslizamento. Este fenômeno é que, durante o movimento de vaivém da plataforma, a posição relativa da gaiola em relação ao trilho-guia se desviará pouco a pouco e, eventualmente, a gaiola deixará o trilho-guia. Embora os dispositivos de parada estejam instalados em ambas as extremidades do trilho-guia, a gaiola atingirá os dispositivos de parada, resultando em baixa precisão de operação e danos à gaiola.

• Guia linear

Como o trilho de guia linear é muito longo, a precisão do trilho de guia é finalmente determinada pela forma da superfície de montagem do trilho de guia. Portanto, uma superfície guia de alta precisão deve ser fabricada para que a retidão da superfície guia e o paralelismo entre as superfícies de montagem sejam altamente precisos. Nesse caso, a rugosidade da superfície de montagem não é um problema, mas a precisão do formato é importante, portanto não é necessário o uso de retificação.

Embora a precisão da superfície de guia afete a precisão da superfície de montagem em condições básicas, na realidade, o efeito da interferência entre o trilho de guia e o controle deslizante, a deformação da parte de contato e outros efeitos de média, a precisão de a superfície de montagem será reduzida para 1/2 ~1/10. A figura é um exemplo de medição desde a precisão da superfície de montagem até a precisão do corpo de montagem. O fenômeno acima pode ser visto claramente.

Uma das razões para a mudança de faixa estreita é o erro causado pelo travamento do parafuso. Isso é causado pela deformação do trilho-guia e do canal do trilho-guia devido à força de travamento da fixação do parafuso. A eliminação desse erro pode ser resolvida igualando a força de travamento do parafuso durante o processamento e a instalação à força de travamento durante o uso real e, em seguida, esmerilhando o canal.

Outra razão é a composição de passagem da esfera de aço causada pela entrada e saída da esfera de aço do círculo de carga. Esse componente é causado pelo erro de inclinação, portanto, aumentará quando o ponto de processamento estiver no ponto de balanço da plataforma, que é uma faixa estreita de variação de planicidade.

Essa mudança é causada quando a esfera de aço entra e sai do anel de carga. Para fazer com que a esfera de aço entre e saia do anel de carga suavemente, a extremidade do canal deslizante pode ser projetada em uma forma lentamente inclinada (coroação) para reduzir essa alteração. Esse tipo de alteração aumentará quando a pré-carga for grande e, em comparação com o controle deslizante sozinho, a alteração será muito pequena após a instalação da plataforma devido ao efeito da média.