الكرة اللولبية مقابل الحامل والترس لأجهزة التوجيه CNC: ما هو نظام القيادة الذي يجب أن تختاره؟

يمكن للبرغي الكروي ونظام الجريدة المسننة-والترس-تحويل دوران المحرك إلى حركة خطية، إلا أنهما لا يتصرفان بنفس الطريقة مع زيادة طول الحركة والسرعة وقوة القطع. عادةً ما يتم اختيار اللوالب الكروية للحصول على حركة تغذية دقيقة واحتكاك منخفض ورد فعل عكسي يمكن التحكم فيه. غالبًا ما يتم اعتبار محركات الأقراص المسننة- والترس المسنن لمحاور توجيه CNC الطويلة حيث تتطلب سرعة انتقال عالية ويصبح من الصعب التحكم في المسمار الدوار.

 

لا يحمل أي من نظامي النقل طاولة الماكينة بمفردها. تدعم الحزوز الدليلية الخطية الحمل المتحرك وتتحكم في اتجاه السير، بينما يوفر اللولب الكروي أو الحامل - والترس - الدفع الذي يحرك المحور. وبالتالي فإن الاختيار بين الاثنين يتطلب تقييم المحور الكامل بدلاً من مقارنة المسمار والحامل فقط.

 

بالنسبة للعديد من ماكينات CNC المدمجة والمتوسطة، يظل اللولب الكروي المحدد بشكل صحيح حلاً فعالاً. ومع ذلك، بالنسبة لمحور جسري طويل يبلغ عدة أمتار، فإن السرعة الحرجة والسوط اللولبي وترتيب الدعم يمكن أن تجعل الجريدة المسننة والترس أكثر عملية. يعتمد الاختيار الصحيح على السكتة الدماغية وسرعة الاجتياز-السريعة ودقة القطع والكتلة المتحركة وظروف التثبيت وإمكانية الصيانة.

كيف يعمل نظاما محرك CNC

في المحور اللولبي الكروي التقليدي، يقوم المحرك بتدوير العمود اللولبي من خلال ناقل الحركة أو ناقل الحركة بالحزام. تتدحرج الكرات المعاد تدويرها بين مجاري المياه اللولبية والصامولة، مما يتسبب في تحرك الصامولة وطاولة الآلة المرفقة بشكل خطي. يوفر الاتصال المتداول كفاءة ميكانيكية عالية ويسمح للنظام بنقل قوة دفع محورية كبيرة مع احتكاك منخفض نسبيًا.

 

في محور الجريدة المسننة-والترس المسنن-، يتم تثبيت الجريدة المسننة على طول إطار الماكينة بينما يقوم المحرك بتدوير ترس صغير يتشابك مع أسنان الجريدة المسننة. عادةً ما ينتقل الترس الصغير والمحرك مع القنطرة المتحركة أو العربة. نظرًا لدعم الحامل بشكل مستمر على طول الإطار، لا يحتوي النظام على عمود دوار طويل يمكنه الضرب بتردده الطبيعي.

 

ويصبح هذا الاختلاف الهيكلي ذا أهمية متزايدة مع زيادة طول المحور. يتم دعم الكرة اللولبية بشكل أساسي من خلال محاملها النهائية وقد تتدلى أو تهتز بين تلك الدعامات. يتم تركيب الحامل على طوله، ولكن دقته تعتمد على جودة الأسنان، وتعشيق التروس، ومحاذاة المفاصل، والتشحيم، وطريقة التحكم في رد الفعل العكسي.

الكرة اللولبية مقابل الرف والجناح: الاختلافات الرئيسية

لماذا يعد طول السفر مهمًا بالنسبة إلى اللولب الكروي

لا يمكن اختيار الكرة اللولبية من القطر والرصاص وحدهما. مع زيادة المسافة غير المدعومة بين المحامل، تنخفض سرعة الدوران الحرجة بسرعة. بالقرب من السرعة الحرجة، قد يبدأ العمود في الضرب، مما ينتج عنه اهتزازات وضوضاء وحمل محمل ووضع غير مستقر وتلف محتمل لنظام تدوير الصمولة.

 

العلاقة المترية الأولية شائعة الاستخدام هي:

يجب أخذ العامل الدقيق وحد الأمان من طريقة حساب الشركة المصنعة المحددة. تبلغ العوامل الأولية التمثيلية حوالي 3.9 للثابت-المجاني، و12.1 للترتيبات المدعومة-المدعومة، و18.7 للترتيبات الثابتة-المدعومة و27.2 للترتيبات الثابتة-الثابتة. لا ينبغي التعامل مع هذه العوامل كبديل للتحقق النهائي من قبل الشركة المصنعة للكرة اللولبية.

 

العلاقة المهمة هي مصطلح الطول التربيعي. إذا زاد الطول غير المدعوم مع بقاء القطر وترتيب الدعم دون تغيير، تنخفض السرعة الحرجة بما يتناسب مع 1/L². إن زيادة المسافة من متر واحد إلى مترين لا يؤدي فقط إلى خفض السرعة المسموح بها إلى النصف؛ تنخفض السرعة الحرجة المقدرة إلى ربع واحد تقريبًا.

لمزيد من التفاصيل حول هذا القيد، راجعكيفية تجنب السرعة الحرجة للكرة اللولبية.

مثال طويل لحساب -السفر

فكر في محور CNC أولي باستخدام لولب كروي بالقيم المفترضة التالية:

• قطر الجذر: 25 ملم
• الرصاص: 10 ملم/دورة
• نهاية الدعم: ثابت-مدعم
• عامل الدعم المستخدم في الحساب الأولي: 18.7

المثال أ: طول غير مدعوم يبلغ 2000 مم

يجب ألا تعمل الآلة بشكل مستمر بالسرعة الحرجة المحسوبة. إذا تم استخدام حد أمان أولي بنسبة 80%، تصبح سرعة اللولب حوالي 935 دورة في الدقيقة والسرعة الخطية المقابلة حوالي 9.35 م/دقيقة.

المثال ب: طول غير مدعوم يبلغ 3000 مم

عند 80% من هذه القيمة الأولية، تبلغ السرعة الخطية المقابلة حوالي 4.15 م/دقيقة فقط. يوضح المثال سبب عدم تلبية المسمار المناسب لمحور 2-متر لسرعة الاجتياز السريع المطلوبة بعد زيادة الطول غير المدعوم إلى 3 أمتار.

 

لا يؤدي هذا إلى إنشاء خط فاصل عالمي يبلغ 2-متر أو 3-متر. قد يؤدي قطر الجذر الأكبر أو الرصاص الأعلى أو الدعم الثابت أو تصميم الجوز الدوار أو استراتيجية الدعم المتوسطة إلى تغيير النتيجة. يجب أن يتحقق الاختيار النهائي أيضًا من قيمة DN، وسرعة الصامولة، والحمل المحوري، والتواء، وعزم دوران التسارع، والتمدد الحراري، وقدرة التحمل.

حيث تتمتع البراغي الكروية بميزة

غالبًا ما يكون اللولب الكروي هو الخيار الأقوى عندما يتطلب محور CNC تغذية يتم التحكم فيها ودفعًا عاليًا ودقة انعكاس مستقرة خلال ضربة قصيرة أو متوسطة. يتم تصنيع الرصاص اللولبي وفقًا لفئة الدقة، مما يسمح لمصممي الماكينات بربط الدوران الموجه بالحركة الخطية المتوقعة.

يمكن لهياكل الجوز الكروية المحملة مسبقًا أن تقلل من الخلوص المحوري وتحسن الصلابة عند عكس اتجاه الحركة. يعد هذا مفيدًا بشكل خاص في محاور المعالجة حيث يمكن أن يؤثر رد الفعل العكسي على موضع الثقب ودقة الكفاف وتشطيب السطح. كما يوفر تصميم التلامس المتداول- كفاءة نقل عالية، لذلك يمكن للمحرك تحويل عزم الدوران إلى قوة محورية مع احتكاك منخفض نسبيًا.

 

يتم استخدام البراغي الكروية بشكل متكرر على محاور CNC Z نظرًا لأن الشوط عادة ما يكون أقصر من حركة القنطرة الرئيسية ويتطلب المحور تحكمًا دقيقًا في العمق. يجب أن يشتمل المحور اللولبي الكروي العمودي على فرامل محرك مناسبة أو موازنة أو أي إجراء أمان آخر لأنه لا ينبغي افتراض أن اللولب الكروي -مغلق ذاتيًا.

 

قد تكون اللوالب الكروية مفضلة أيضًا للمحاور X وY المدمجة،-وأنظمة تغذية القطع المعدنية، وآلات الحفر، وطاولات تحديد المواقع الدقيقة، ومعدات التشغيل الآلي حيث يكون الدفع واستقرار تحديد الموضع أكثر أهمية من السفر الطويل للغاية.

حيث تتمتع الجريدة المسننة والترس بميزة

تصبح أنظمة الجريدة المسننة-والترس الصغير- جذابة عندما يكون للآلة محور طويل ويجب أن تحافظ على سرعة اجتياز-عالية. يتم تثبيت الحامل بشكل مستمر في إطار الماكينة، لذا فإن زيادة طوله لا تؤدي إلى نفس مشكلة سرعة الدوران-الحرجة-الموجودة في اللولب الكروي التقليدي.

 

يمكن أيضًا ضم أقسام الحامل لإنشاء رحلة طويلة دون تصنيع ونقل برغي دوار طويل للغاية. يعد هذا مفيدًا لأجهزة توجيه الأعمال الخشبية الكبيرة، وآلات معالجة اللوحات-، وطاولات البلازما وغيرها من المعدات العملاقة التي يتم قياس المسافة بعدة أمتار.

 

ومع ذلك، لا ينبغي وصف الجريدة المسننة والترس تلقائيًا بأنها غير دقيقة. يمكن لنظام الرف الدقيق الذي تم تصنيعه وتركيبه بشكل صحيح أن يوفر أداءً جيدًا لتحديد المواقع. تعتمد نتيجتها على دقة ميل الحامل، وجودة الترس، وإشراك الأسنان، والتحميل المسبق أو المقسم-ترتيب الترس، ورد الفعل العكسي المخفض، ومحاذاة مفاصل الحامل-والتحكم في ردود الفعل.

 

وعلى العكس من ذلك، قد يؤدي الحامل ذو الجودة المنخفضة-أو الذي تم تركيبه بشكل سيئ إلى حدوث رد فعل عكسي غير متساوٍ وتباين في الموضع على طول المحور. يجب على مصمم الماكينة تقييم محرك الأقراص بالكامل، وليس مجرد افتراض أن كل نظام رف مناسب للحركة الطويلة والدقيقة.

الدقة والتكرار ورد الفعل العكسي ليست هي نفسها

تصف الدقة مدى تطابق موضع المحور الفعلي مع الموضع المطلوب. تصف التكرارية مدى ثبات المحور في العودة إلى نفس الموضع تحت نفس الظروف. رد الفعل العكسي هو الحركة المفقودة التي قد تظهر عندما يعكس محرك الأقراص اتجاهه.

 

يمكن أن يتمتع اللولب الكروي بدقة توصيل جيدة ولكنه لا يزال يظهر خطأ انعكاس إذا كان الصامولة بها خلوص، أو أن محامل الدعم لها تشغيل محوري أو أن أداة التوصيل مفكوكة. يمكن لنظام الجريدة المسننة-والترس-تكرار الموضع باستمرار ولكنه لا يزال يحتوي على خطأ نظامي في درجة الصوت طوال الرحلة الكاملة.

تتأثر دقة CNC النهائية أيضًا بما يلي:

• محاذاة الدليل الخطي وتثبيت دقة السطح-.
• صلابة إطار الآلة-
• دقة المحرك والتشفير
• علبة التروس أو رد فعل عنيف اقتران
• التمدد الحراري
• تربيع العملاقة
• تعويض وحدة التحكم وضبطها
• قطع-تشوه القوة

لهذا السبب، فإن التغيير من الجريدة المسننة والترس إلى اللولب الكروي لا يمكن أن يقوم تلقائيًا بتصحيح الإطار الضعيف أو التوجيه السيئ المحاذاة. نظام النقل ليس سوى جزء واحد من سلسلة الدقة الكاملة.

الحمل والصلابة: ما يحمله كل محرك فعليًا

يجب أن تدعم الحزوز الدليلية الخطية وزن القنطرة أو المغزل أو العربة أو الطاولة. تم تصميم الصامولة اللولبية الكروية في المقام الأول لتحمل الدفع المحوري على طول المحور اللولبي، وليس الحمل الشعاعي المستمر أو الحمل المقلوب. يمكن أن يؤدي عدم المحاذاة بين المسمار ومبيت الصمولة والأدلة الخطية إلى حدوث حمل جانبي وتقصير عمر الخدمة.

 

يتطلب محرك الجريدة المسننة-والترس-أيضًا نظام توجيه منفصل. يوفر الترس الصغير القوة من خلال أسنان الحامل، بينما تتحكم قضبان التوجيه في موضع واتجاه القنطرة المتحركة. يمكن أن يؤدي ارتفاع الحامل أو ترس الترس غير الصحيح إلى تحميل أسنان غير متساوٍ، ولكن لا ينبغي استخدام الحامل كبديل لنظام التوجيه الخطي.

 

عند تقييم سعة المحرك، تأكد من الدفع المطلوب من التسارع ومقاومة القطع والاحتكاك والجاذبية والقوى الخارجية. بالنسبة للبراغي الكروية، يجب أيضًا فحص تحميل الضغط مقابل انبعاج العمود. ولذلك يجب اختيار قطر المسمار باستخدام الحمل والطول والسرعة معًا بدلاً من اختيار قطر أكبر فقط لأن الماكينة ثقيلة. راجع دليل DLY علىكيفية اختيار القطر الصحيح للكرة اللولبية.

الصيانة وبيئة العمل

قد تولد أجهزة التوجيه CNC غبارًا خشبيًا أو جزيئات مركبة أو رقائق الألومنيوم أو حطامًا كاشطًا. تتطلب المجاري المائية ذات الكرات اللولبية حماية فعالة لأن التلوث يمكن أن يدخل إلى الجوز ويقطع دوران الكرة ويسرع من تآكل المجاري المائية. قد تكون هناك حاجة إلى منفاخ وأغطية وموانع تسرب ومساحات وتزييت منتظم وفقًا لبيئة الماكينة.

 

تكون أسنان الحامل أكثر تعرضًا وقد يكون من الأسهل فحصها، ولكنها لا تحتاج إلى صيانة-. يمكن أن يشكل الغبار الممزوج بالشحم عجينة كاشطة. يجب فحص أسطح الأسنان، والترس الصغير، ومفاصل الحامل، وآليات ضبط رد الفعل العكسي-بشكل دوري.

 

وبالتالي فإن الاختيار الأفضل يتأثر بكيفية حماية الماكينة وصيانتها. قد يفشل محرك الأقراص الدقيق نظريًا في الحفاظ على أدائه إذا تم تجاهل بيئة العمل الحقيقية.

هل يمكن لجهاز توجيه CNC واحد استخدام كلا النظامين؟

نعم. لا تحتاج الآلة إلى استخدام نفس نوع محرك الأقراص على كل محور. قد يستخدم جهاز التوجيه CNC الكبير الجريدة المسننة والترس على المحورين X وY الطويلين أثناء استخدام المسمار الكروي على المحور Z الأقصر. يجمع هذا الترتيب بين-السفر الطويل عالي السرعة والتحكم الدقيق في العمق الرأسي.

 

تستخدم بعض الآلات أيضًا مواصفات مختلفة على جوانب القنطرية المتوازية. عندما يقود محركان جسرًا واحدًا، يجب أن تحافظ وحدة التحكم على تزامن الجانبين لمنع الأرفف. تظل المحاذاة الميكانيكية وأجهزة الاستشعار الموجهة وإجراءات التربيع العملاقة- ضرورية بغض النظر عن محرك الأقراص المحدد.

الاختيار العملي عن طريق تطبيق CNC

هذه نقاط بداية وليست قواعد ثابتة. ينبغي اتخاذ القرار النهائي بناءً على متطلبات المحور المحسوبة وبيانات المكونات التي تم التحقق منها.

المعلومات المطلوبة قبل اختيار محرك الأقراص

قبل اختيار نظام اللولب الكروي أو الجريدة المسننة-و-الترس، قم بإعداد المعلومات التالية:

• إجمالي محور الحركة والمسافة بين الدعامات
• مطلوبة سرعة عالية وسرعة تغذية قطع عادية-.
• الحد الأقصى للتسارع والتباطؤ
• الكتلة المتحركة وقوة القطع واتجاه التثبيت
• دقة تحديد المواقع المطلوبة والتكرار
• رد فعل عنيف مقبول أو خطأ انعكاس
• سرعة المحرك المقدرة وذروة عزم الدوران ومواصفات التشفير
• دورة العمل المتوقعة
• الغبار والرقائق والمبرد ودرجة حرارة التشغيل
• مساحة التثبيت المتاحة والوصول إلى الصيانة

إذا تم أخذ اللولب الكروي في الاعتبار، فتأكد أيضًا من قطر اللولب وقطر الجذر والرصاص ودرجة الدقة وترتيب الدعم والتصنيع النهائي ونوع الجوز وطول السكة المطلوبة. يمكن لـ DLY تقييم المعايير والمخصصةجمعيات الكرة اللولبيةوفقا لهذه الشروط.

الاختيار النهائي

يعد اللولب الكروي بشكل عام خيارًا قويًا لمحور CNC القصير أو المتوسط ​​الذي يتطلب دفعًا عاليًا ورد فعل عكسي متحكم فيه وحركة تغذية دقيقة. تصبح الجريدة المسننة والترس جذابة عندما يكون المحور طويلًا جدًا ويجب أن يحقق سرعة سير عالية بدون حدود السرعة- الحرجة للمسمار الدوار الطويل.

 

ولا ينبغي أن يستند القرار إلى الاعتقاد بأن نظاماً ما هو أكثر دقة أو أكثر ديمومة على مستوى العالم. يمكن أن يتفوق -الحامل المسنن-والترس-المصمم جيدًا على اللولب الكروي الطويل الأصغر حجمًا، في حين أن اللولب الكروي المدعوم بشكل صحيح والمحمل مسبقًا يمكن أن يوفر تحكمًا أفضل في التغذية مقارنة بنظام الحامل المثبت بشكل سيء.

 

لتصميم جهاز التوجيه CNC، قم بتقييم كل محور على حدة. قد يبرر المحوران X وY الطويلان الجريدة المسننة والترس، في حين أن المحور Z الأقصر قد يستفيد من اللولب الكروي. إذا تم اختيار لولب كروي، فتحقق من السرعة الحرجة، وحمل الإبزيم، والرصاص، وعزم دوران المحرك، ومحامل الدعم، والمحاذاة وحماية البيئة قبل الانتهاء من التصميم.

← الرجوع إلى مدونة DLY