9 способов эффективного изучения шарико-винтовой передачи и линейной направляющей

Приблизительное время прочтения: 11 минута

Система подачи платформы в механической конструкции является важным рабочим механизмом, определяющим точность направления оси. С повышение точности гибочного станка инструменты и развитие оборудования для производства полупроводников, информационного оборудования и сверхточной обработки, рынок продолжает выдвигать требования к высокой точности.

Здесь важные механические элементы в шарико-винтовой передаче и линейном направляющем устройстве будут находиться в центре, и будет суммировано влияние каждого элемента на точность позиционирования.

Факторы, влияющие на точность позиционирования шарико-винтовой передачи

• Точность свинца

Точность шага шарико-винтовой передачи соответствует стандарту JIS, установленному в 1980 г. и частично пересмотренному в 1987 г. Правила следующие:

1. Совокупная репрезентативная ошибка движения
2. Максимальная амплитуда относительно эффективной длины винтовой части
3. Максимальная амплитуда любых 300мм
4. Максимальная амплитуда любого вращения

Хотя требуемой функцией шарико-винтовой передачи гибочного станка является точность подачи гайки, во многих случаях обычно измеряется точность шага одиночного вала. Точность упреждения делится на широкий диапазон и узкий диапазон. Условно говоря, точность в широком диапазоне редко вызывает проблемы из-за хорошей точности обработки и легкой коррекции. В будущем, чтобы удовлетворить потребность в более высокой точности, точность в узком диапазоне будет становиться все более и более важной.

На рисунке показан пример ошибки опережения высшей точности уровня C0. Совокупная репрезентативная погрешность перемещения составляет 1 мкм/208 мм, максимальный диапазон относительно эффективной длины винтовой части составляет 2 мкм, а максимальный диапазон собранного состояния гайки не превышает 0,9 мкм, что составляет менее 1/2 спецификации. ценность.

Характерной составляющей дисперсии погрешности является составляющая (период 12 мм) одного оборота вала каналошлифовального станка. Хотя один блок составляет от 1 до 1,5 мкм, эффект усреднения после сборки гайки будет уменьшен до 0,5 мкм или меньше. Как правило, по сравнению с узкой погрешностью одного корпуса, гайка имеет уменьшение на 1/2 до 1/3 после сборки.

• Несовременные ингредиенты

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.

• Точность установки и ошибка установки

Даже если точность упреждения высокоточная, при его неправильной установке точность позиционирования будет ухудшаться. В редакции JIS 1987 года была признана важность точности монтажной части шарико-винтовой передачи. Таким образом, значение спецификации является более строгим, чем предыдущее изменение, и в будущем будет более строгая тенденция.

Если концентричность шарико-винтовой пары, подшипника и направляющего механизма плохая, легко возникает ошибка биения вращения, и ее легко спутать с ошибкой опережения. Согласно отчету Yoneda, если концентричность гайки и опорного подшипника регулируется до доли оригинала, характеристика ошибки опережения во время сверхточной резки исчезнет.

На рисунке показан пример измерения изменения положения, когда шарико-винтовая передача C0 соединена муфтой под управлением аэростатической направляющей. Хотя вращательная составляющая вибрации появляется, ее амплитуда невелика. А, когда необходимо дальнейшее уменьшение, гайка и площадка закрепляются только в осевом направлении, причем на практике применялись и свободные в других направлениях способы установки.

• Жесткость

Если жесткость шарико-винтовой передачи в целом слабая, произойдет холостой ход. Общая жесткость шарико-винтовой передачи — это не только внутренняя жесткость гайки (жесткость между стальным шариком и дорожкой качения), но также расширение и сжатие вала винта и жесткость опорного подшипника, которые необходимо учитывать. в целом. Как правило, расширение и сжатие вала шнека составляют наибольшую долю, а на жесткость сильно влияют условия опоры.

Как показано на рисунке, при фиксации-поддержке (направление свободной оси) жесткость сильно меняется в зависимости от положения гайки, а при фиксации-фиксации жесткость выше, а изменение меньше.

Фиксированные-фиксированные условия более выгодны для высокой точности, но есть и такие проблемы, как перегрузка опорного подшипника из-за теплового расширения вала шнека. В этом случае больше неподвижно-полустационарных конструкций.

• Момент трения

Трение шарикового винта по своей природе мало, и кажется, что усилие предварительного затягивания можно увеличить, чтобы повысить жесткость. Однако с точки зрения точного позиционирования изменения накопленных импульсов системы управления, вызванные изменениями крутящего момента (особенно колебаниями момента трения) шарико-винтовой пары и опорного подшипника, вызовут ошибки в точности позиционирования. Поэтому стабильность момента трения становится все более важной. В редакции JIS в 1987 г. были определены характеристики момента трения, а также стандартное примерное предложение Tp и соответствующие стандартные примерные спецификации изменения предложения..

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.

Считается, что по сравнению со скользящим винтом шарико-винтовая передача имеет небольшой момент трения, но большие колебания, но, как показано на рисунке, теперь он значительно улучшен.

Как будет показано ниже, при высоких скоростях влияние вязкости смазки увеличивает момент трения. Наоборот, при работе на сверхнизкой скорости характеристики смазки будут влиять на момент трения.

Влияние линейной направляющей

Как упоминалось ранее, существуют различные линейные направляющие. Поскольку в последние годы существует множество вариантов использования ползунков с роликовыми направляющими, в этой статье в основном объясняются проблемы, связанные с точностью позиционирования, вызванные направляющими с поперечными роликами (ролики без рециркуляции) и линейными направляющими (типа рециркуляции шариков).

• Монтаж и точность установки

Эта линейная направляющая состоит из направляющей и основания, и соответствующие характеристики достигаются после регулировки зазора. Поэтому без правильной установки невозможно получить высокоточное наведение, и большое внимание необходимо уделить способу установки.

Хотя шероховатость и кривизна поверхности канала направляющего рельса уже невелики, вертикальность и форма канала также очень важны. Поскольку монтажная поверхность ползуна в конечном итоге получается путем установки направляющей без зазоров, точность направляющей должна достигать того же уровня точности, чтобы обеспечить высокую точность хода. Усилие сжатия после сборки обычно регулируется горизонтальным нажатием на винт, но при затягивании винта направляющая будет деформироваться, что ухудшит точность работы. Поэтому между направляющей и горизонтальным прижимным винтом помещается горизонтальная прижимная пластина для выравнивания усилия винта.

• Точность хода

Этот тип направляющей при правильной сборке обеспечивает хорошую точность работы.

Направляющий рельс с поперечными роликами (то же самое относится и к другим направляющим без вращения) изменяется в зависимости от положения платформы, и положение поддерживаемых тел качения перемещается относительно. Следовательно, изменяются преднатяг и жесткость, а также ухудшается точность хода. Следовательно, желательно, чтобы общая длина части тела качения была больше, чем максимальный ход. Поскольку разница в диаметре ролика приведет к изменению точности вращения в узком диапазоне и возникновению несинхронных компонентов, согласно опыту автора, если вышеупомянутая часть ролика станет длиннее, можно получить эффект усреднения. , да и точность хода тоже влияет.

Согласно таким контрмерам прямолинейность горизонтального/вертикального направления платформы при ходе 350 мм может достигать 0,6 мкм, вертикальное рулевое управление может достигать 1,9 секунды, а отклонение рулевого управления может достигать 0,5 секунды.

• Малый раздвижной

Такой линейный блок нециркуляционного типа имеет небольшую внешнюю форму и не имеет несинхронных флуктуационных составляющих, вызванных циркуляцией по сравнению с блоком циклического типа, и пригоден для высокоточного использования.

Однако у нециркулирующих линейных ползунков есть и недостатки, одним из которых является явление микроскольжения. Это явление заключается в том, что во время возвратно-поступательного движения платформы относительное положение клетки относительно направляющего рельса будет постепенно отклоняться, и в конечном итоге клетка сойдет с направляющего рельса. Хотя стопорные устройства установлены на обоих концах направляющего рельса, клетка будет ударяться о стопорные устройства, что приведет к снижению точности работы и повреждению клетки.

• Линейная направляющая

Поскольку линейная направляющая очень длинная, точность направляющей в конечном итоге определяется формой монтажной поверхности направляющей. Поэтому высокоточная направляющая поверхность должна быть изготовлена так, чтобы прямолинейность направляющей поверхности и параллельность между установочными поверхностями были высокоточными. В этом случае шероховатость посадочной поверхности не является проблемой, но важна точность формы, поэтому нет необходимости использовать шлифовку.

Хотя точность направляющей поверхности будет влиять на точность установочной поверхности в основных условиях, в действительности влияние интерференции между направляющей и ползунком, деформация контактной части и другие усредняющие эффекты, точность монтажная поверхность будет уменьшена до 1/2 ~ 1/10. На рисунке показан пример измерения от точности монтажной поверхности до точности монтажного корпуса. Вышеупомянутое явление хорошо видно.

Одной из причин изменения узкого диапазона является ошибка, вызванная блокировкой винта. Это вызвано деформацией направляющего рельса и канала направляющего рельса из-за силы блокировки винтового крепления. Устранение этой ошибки может быть решено путем приведения усилия запирания винта при обработке и установке к усилию запирания при фактическом использовании и последующего шлифования канала.

Другой причиной является прохождение состава стального шарика, вызванное входом и выходом стального шарика из круга нагрузки. Эта составляющая вызвана ошибкой наклона, поэтому она будет увеличиваться, когда точка обработки находится в точке нависания над платформой, что представляет собой узкий диапазон изменения плоскостности.

Это изменение происходит, когда стальной шарик входит и выходит из нагрузочного кольца. Для того, чтобы стальной шарик плавно входил и выходил из нагрузочного кольца, конец канала ползунка может иметь медленно наклонную форму (утолщение), чтобы уменьшить это изменение. Это изменение будет увеличиваться, когда предварительная нагрузка велика, и по сравнению с одним ползунком изменение будет очень небольшим после установки платформы из-за эффекта усреднения.