Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Шарико-винтовые передачи являются критически важными компонентами в системах роботизированной сварки, обеспечивая высокоточное линейное перемещение исполнительных механизмов. В условиях производства металлоконструкций, где требуется позиционирование с точностью до долей миллиметра, применение качественных ШВП определяет производительность и качество сварочного процесса.
Компания THK, являясь мировым лидером в производстве компонентов линейного перемещения, разработала специализированные серии шарико-винтовых передач для применения в промышленной робототехнике. Серия BNF представляет собой оптимальное решение для систем позиционирования сварочных роботов, сочетая высокую точность, надежность и долговечность при работе в тяжелых условиях производственной среды.
Шарико-винтовая передача преобразует вращательное движение в линейное посредством рециркуляции шариков между винтом и гайкой. В отличие от традиционных передач винт-гайка скольжения, ШВП обеспечивает коэффициент полезного действия до 90 процентов за счет качения шариков, что критично для энергоэффективности роботизированных систем.
Серия BNF компании THK представляет собой фланцевые шарико-винтовые передачи с одной гайкой, спроектированные для монтажа через резьбовые отверстия на фланце. Конструкция отличается компактностью и универсальностью установки, что важно для интеграции в ограниченные пространства роботизированных ячеек.
Усовершенствованная модификация BNF-V демонстрирует повышенные динамические характеристики по сравнению с базовой версией BNF. Ключевым параметром является значение DN, определяющее скоростные возможности передачи.
ШВП серии BNF использует дефлекторный метод возврата шариков. Шарики под нагрузкой перемещаются по канавке между винтом и гайкой, после чего через дефлектор, встроенный в гайку, возвращаются в нагруженную зону. Данная конструкция обеспечивает компактность гайки при сохранении высокой грузоподъемности.
Точность шарико-винтовых передач регламентируется международными стандартами ISO 3408:2006 и японским стандартом JIS B1192. Эти стандарты определяют допустимые отклонения позиционирования для различных классов точности.
Класс точности C3 относится к прецизионным позиционирующим ШВП (обозначение C соответствует японской классификации, в отличие от Ct для транспортных передач). Данный класс обеспечивает баланс между высокой точностью и экономической эффективностью производства.
Для сварочного позиционера с ходом 1000 мм и ШВП класса C3:
Погрешность представительного хода: ep = 21 мкм (по таблице для длины 800-1000 мм)
Максимальная вариация: νu = 15 мкм
Вариация на любом участке 300 мм: ν300 = 8 мкм
Эти значения значительно превышают требования для дуговой сварки, где допустимое отклонение позиции дуги составляет ±0,5 мм (500 мкм).
Класс C3 занимает промежуточное положение в иерархии точности:
Точность позиционирования является критическим фактором качества сварки. В отличие от ручной сварки, где оператор может корректировать положение горелки в реальном времени, роботизированная система требует высокой повторяемости позиционирования для обеспечения стабильного качества швов.
Современные сварочные роботы обеспечивают повторяемость позиционирования в пределах ±0,1 мм. Для дуговой сварки отраслевой стандарт требует, чтобы вариация положения дуги относительно соответствующих точек детали не превышала ±0,5 мм. Для точечной сварки допуски более широкие - до ±1 мм, что было достижимо уже для роботов первого поколения начала 1970-х годов.
Используются для линейного перемещения по одной оси. ШВП обеспечивает прямолинейное движение каретки с закрепленной деталью или сварочным манипулятором. Типичные применения включают портальные системы и Z-оси подъема.
Объединяют несколько ШВП для реализации сложного пространственного позиционирования. Комбинации могут включать:
Шарико-винтовые передачи в составе позиционера выполняют функцию внешней оси робота. Точность позиционирования, повторяемость и точность вращения позиционера непосредственно влияют на повторяемость всей роботизированной системы и, следовательно, на качество сварных соединений.
Сварочные брызги представляют собой капли расплавленного металла, выбрасываемые из сварочной ванны. При температуре около 1500 градусов Цельсия брызги могут прилипать к поверхностям оборудования, вызывая:
ШВП THK серии BNF могут комплектоваться дополнительными уплотнениями для защиты от загрязнений. Даже при наличии уплотнений требуется периодическое добавление смазки, так как небольшое количество смазочного материала постепенно выходит из рабочей зоны в процессе эксплуатации.
Для работы в условиях интенсивного образования брызг применяются:
На поверхности, подверженные воздействию брызг, наносятся специальные составы, препятствующие прилипанию расплавленного металла. Антиприлипающие средства создают тонкую пленку, которая:
Для Z-оси позиционера сварочного робота применяется комплексная защита:
Данная конфигурация обеспечивает безотказную работу в течение многих тысяч часов непрерывной эксплуатации при интенсивности сварки до 30 процентов рабочего времени.
При работе в условиях сварочного производства необходимо:
Качественная смазка является критическим фактором долговечности шарико-винтовой передачи. Смазочный материал выполняет следующие функции:
Основной тип смазки для ШВП серии BNF. THK рекомендует специализированные смазки серии AF:
Применяется при необходимости централизованной системы смазки или при очень высоких скоростях вращения. Рекомендуются методы масляной ванны или капельной подачи.
Периодичность подачи смазки зависит от условий эксплуатации и окружающей среды. Для нормальных условий применения THK рекомендует интервал смазки приблизительно каждые 100 км пройденного пути кареткой.
Исходные данные:
Расчет:
Время цикла = 1500 мм / 200 мм/с × 2 (туда-обратно) = 15 секунд
Циклов в час = 3600 / 15 = 240 циклов
С учетом коэффициента использования: 240 × 0,4 = 96 циклов в час
Пройденный путь в час = 96 × 1,5 м × 2 = 288 метров
Пройденный путь за 16-часовую смену = 288 × 16 = 4608 метров
Интервал смазки: 100 000 м / 4608 м/сутки = 21,7 суток
Рекомендация: Смазка каждые 20 рабочих дней или ежемесячно.
При наличии сварочных брызг и других загрязнений требуется:
Для непрерывных производственных процессов THK предлагает систему QZ Lubricator - автоматический лубрикатор, непрерывно подающий небольшое количество смазки непосредственно на дорожку качения. Преимущества:
Критическая скорость - это минимальная частота вращения винта, при которой возникает резонанс. Она ограничивает максимальную скорость вращения ШВП и зависит от диаметра винта, длины неподдерживаемого участка и конфигурации опорных подшипников.
Упрощенная формула для расчета критической скорости:
nk = k × (dN² / ls²) × 10⁶
где:
Пример:
ШВП диаметром 20 мм, длина между опорами 800 мм, жесткое-жесткое закрепление:
nk = 2,62 × (20² / 800²) × 10⁶ = 1637 об/мин
Рабочая скорость должна быть менее 80 процентов от критической: 1637 × 0,8 = 1310 об/мин
DN-значение является упрощенным критерием для определения максимальной скорости вращения ШВП:
DN = dN × nmax
где dN - номинальный диаметр винта в мм, nmax - максимальная скорость в об/мин
Для ШВП BNF-V диаметром 16 мм при максимальной скорости 3000 об/мин:
DN = 16 × 3000 = 48 000
Это значение меньше допустимых 100 000 для BNF-V Small, следовательно, скорость допустима.
Расчет ресурса ШВП выполняется по формуле:
L = (Ca / Pm)³ × 10⁶ метров
Расчет ресурса:
L = (18 000 / 2208)³ × 10⁶ = 538 × 10⁶ метров = 538 000 км
При средней наработке 4600 м/сутки:
Ресурс в годах = 538 000 000 / (4600 × 250 рабочих дней) = примерно 467 лет
На практике ограничивающим фактором будет не усталостный износ, а состояние смазки и уплотнений.
Класс точности C3 обеспечивает вариацию на участке 300 мм в пределах 8 мкм, тогда как C5 допускает 18 мкм. Для роботизированной дуговой сварки, где требуется точность позиционирования ±0,5 мм, достаточно класса C3. Класс C5 применяется в менее требовательных применениях, таких как транспортеры и системы подачи, где допустимы большие отклонения.
Выбор класса точности следует основывать на конечных требованиях к точности всей системы. Класс C3 является оптимальным компромиссом между точностью и стоимостью для сварочных роботов. Более высокие классы (C0-C2) требуются только для прецизионных применений, таких как станки с ЧПУ для микрообработки.
В стандартных условиях рекомендуется смазка каждые 100 км пробега. Однако в условиях сварочного производства, где присутствуют брызги расплавленного металла, пыль и высокие температуры, интервал следует сократить в 1,5-2 раза, то есть до 50-70 км пробега.
При интенсивной эксплуатации с коэффициентом использования 40-50 процентов это соответствует периоду 10-15 рабочих дней. Важно также контролировать состояние смазки визуально - при потемнении или появлении абразивных частиц необходима внеплановая очистка и смазка независимо от пробега.
Значение DN определяет максимально допустимую скорость вращения ШВП. Для серии BNF-V размера Small максимальное DN составляет 100 000, для Medium - 130 000. DN рассчитывается как произведение номинального диаметра винта в миллиметрах на скорость вращения в оборотах в минуту.
Превышение значения DN приводит к повышенному нагреву из-за инерционных сил на шариках, ускоренному износу и возможному выходу из строя системы возврата шариков. При выборе ШВП необходимо рассчитать максимальную скорость работы и убедиться, что DN не превышает допустимое значение с запасом минимум 20 процентов.
Использование ШВП без защиты в непосредственной близости от зоны сварки крайне не рекомендуется. Сварочные брызги при температуре около 1500 градусов Цельсия могут прилипать к точным поверхностям винта и гайки, вызывая загрязнение дорожек качения, повреждение уплотнений и попадание абразивных частиц в смазку.
Минимальная защита должна включать гофрированные сильфоны или телескопические кожухи. Если ШВП расположена на расстоянии более 1 метра от точки сварки и вне прямой видимости дуги, допустима эксплуатация с усиленными уплотнениями без кожухов, но с сокращенным интервалом смазки и регулярным контролем состояния.
При правильном монтаже и использовании ШВП класса точности C3 с предварительным натягом система способна обеспечить повторяемость позиционирования в пределах ±0,05-0,1 мм. Это значение включает в себя не только точность самой ШВП, но и жесткость всей механической системы, точность монтажа и систему управления.
Для достижения такой повторяемости необходимо обеспечить высокую жесткость основания (отклонение не более 0,01 мм на метр), точность параллельности направляющих (не более 0,02 мм), качественные опорные подшипники и исключение температурных деформаций. В сварочных роботах достигаемая повторяемость полностью удовлетворяет требованиям дуговой сварки (±0,5 мм).
Для шарико-винтовых передач в сварочном оборудовании рекомендуется смазка AFG (Low Heat Generation for Ball Screw). Эта смазка специально разработана для ШВП и обеспечивает минимальное тепловыделение при работе, что важно в условиях уже повышенных температур вблизи зоны сварки.
Альтернативно можно использовать смазку AFA (Long Service Life), которая обеспечивает увеличенный интервал между обслуживаниями благодаря повышенной стойкости к деградации. При невозможности использования фирменных смазок THK допустимо применение литиевых или уреевых смазок класса NLGI 2 от других производителей, но с обязательным соблюдением совместимости и полной очисткой при замене типа смазки.
Расчет начинается с определения максимальной осевой нагрузки, включая вес перемещаемых элементов, силы ускорения и коэффициент динамической нагрузки (обычно 1,5-2 для учета ударов и вибраций). Полученная нагрузка сравнивается со статической грузоподъемностью C0a ШВП с требуемым коэффициентом запаса минимум 2.
Далее проверяется расчетный ресурс по формуле L = (Ca / Pm)³ × 10⁶ метров, где Ca - динамическая грузоподъемность. Ресурс должен превышать требуемый срок эксплуатации с запасом. Также необходимо проверить критическую скорость вращения и DN-значение. Для типичного позиционера массой 100-200 кг обычно достаточно ШВП диаметром 16-25 мм с шагом 5-10 мм.
Основное отличие модификации BNF-V заключается в улучшенных динамических характеристиках. DN-значение для BNF-V увеличено до 100 000 для малого размера и 130 000 для среднего, по сравнению с 70 000-80 000 у базовой серии BNF. Это позволяет работать на более высоких скоростях без перегрева и преждевременного износа.
Улучшение достигнуто за счет оптимизации конструкции системы возврата шариков и усовершенствования профилей дорожек качения. Для применений в сварочных роботах, где требуются быстрые перемещения между позициями сварки, выбор BNF-V предпочтителен. Габаритные размеры и интерфейс крепления идентичны базовой серии, что упрощает модернизацию существующего оборудования.
Шарико-винтовые передачи THK серии BNF представляют собой надежное и проверенное решение для систем позиционирования в роботизированной сварке. Класс точности C3 по стандарту JIS B1192 (аналог ISO 3408) обеспечивает достаточную точность для требовательных сварочных процессов, а конструктивные особенности серии BNF гарантируют долговечность и стабильность работы.
Успешная эксплуатация ШВП в условиях сварочного производства требует комплексного подхода к защите от загрязнений, регулярного обслуживания и правильного выбора смазочных материалов. При соблюдении рекомендаций производителя и учете специфики сварочных процессов ШВП THK обеспечивают безотказную работу на протяжении многих лет, способствуя высокому качеству продукции и производительности роботизированных сварочных систем.
Данная статья носит исключительно ознакомительный характер и предназначена для предоставления общей технической информации о шарико-винтовых передачах THK для применения в роботизированной сварке.
Автор не несет ответственности за любые прямые или косвенные убытки, которые могут возникнуть в результате использования информации, содержащейся в данной статье. Все технические решения должны приниматься квалифицированными специалистами с учетом конкретных условий эксплуатации, требований безопасности и действующих нормативных документов.
Перед внедрением оборудования необходимо провести детальные расчеты, проконсультироваться с производителем оборудования и получить профессиональные рекомендации.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.