Замена ШВП на станке с ЧПУ: инструкция по настройке после монтажа
Содержание
Введение
Шарико-винтовая передача (ШВП) является ключевым компонентом станков с ЧПУ, непосредственно влияющим на точность, плавность и скорость перемещения рабочих органов. ШВП преобразует вращательное движение двигателя в линейное перемещение рабочего стола или портала. В отличие от трапецеидальных винтов, ШВП обеспечивает более высокий КПД (до 98%), меньший износ и практически отсутствие люфта.
Правильно установленная и настроенная ШВП может значительно улучшить характеристики станка, снизить энергопотребление и увеличить срок службы оборудования.
Данное руководство предназначено для инженеров-механиков, наладчиков и обслуживающего персонала станков с ЧПУ, которым требуется произвести замену ШВП и выполнить последующую настройку механизма для обеспечения оптимальной работы оборудования.
Когда необходима замена ШВП
Несмотря на высокую надежность, ШВП подвержены износу и могут требовать замены. Основные признаки, указывающие на необходимость замены:
| Признак | Описание | Метод диагностики |
|---|---|---|
| Повышенный люфт | Свободный ход без перемещения при смене направления | Индикатор часового типа (более 0.05 мм) |
| Неравномерность хода | Скачкообразное движение при равномерной подаче | Визуальный контроль, анализ следов обработки |
| Повышенный шум | Гул, скрежет или щелчки при движении | Аудиоконтроль, сравнение с нормальным звуком |
| Снижение точности | Отклонение от заданных размеров деталей | Измерение готовых изделий, лазерный интерферометр |
| Повреждения резьбы | Видимые дефекты на винте или шариках | Визуальный осмотр после разборки |
Своевременная диагностика и замена изношенной ШВП позволит избежать изготовления бракованных деталей и возможной поломки других узлов станка.
Подготовка к замене
Перед началом работ по замене ШВП необходимо провести ряд подготовительных мероприятий:
Инструменты и оборудование
| Наименование | Назначение |
|---|---|
| Набор шестигранных ключей | Для снятия и установки крепежных элементов |
| Динамометрический ключ | Для контроля момента затяжки |
| Индикатор часового типа | Для проверки соосности и измерения люфта |
| Микрометр | Для точных измерений диаметров |
| Штангенциркуль | Для измерения линейных размеров |
| Специальный съемник | Для демонтажа подшипников и муфт |
| Лазерный интерферометр | Для проверки точности позиционирования (опционально) |
Сбор данных о текущей ШВП
Перед заменой рекомендуется зафиксировать параметры текущей ШВП:
- Общая длина винта
- Рабочая длина резьбовой части
- Диаметр и шаг резьбы
- Тип опор и их расположение
- Тип и размер гайки
- Класс точности
- Величина предварительного натяга (если известна)
Выбор новой ШВП
При выборе новой ШВП следует учитывать следующие факторы:
| Параметр | Влияние на работу | Рекомендации |
|---|---|---|
| Диаметр винта | Жесткость, грузоподъемность | Не менее оригинального или в соответствии с расчетом |
| Шаг резьбы | Скорость перемещения, точность | Должен соответствовать оригинальному |
| Класс точности | Точность позиционирования | С1 или С3 для большинства станков с ЧПУ |
| Тип опор | Жесткость, допустимая скорость | Соответствие конструкции станка |
| Предварительный натяг | Устранение люфта, жесткость | Оптимально Z1-Z3 для большинства применений |
Расчет максимальной осевой нагрузки (Fa) для винта диаметром d:
Fa = 2.8 × d2.4 [Н]
Пример: для винта Ø25 мм — Fa = 2.8 × 252.4 ≈ 5432 Н
Демонтаж старой ШВП
1 Подготовка станка: Отключите питание и переведите станок в ручной режим. Снимите защитные кожухи и обеспечьте доступ к узлу ШВП. Зафиксируйте подвижные части, чтобы избежать их самопроизвольного перемещения.
2 Отсоединение привода: Отсоедините двигатель или отключите муфту, соединяющую двигатель с винтом ШВП. Запишите или сфотографируйте положение компонентов для правильной сборки.
3 Снятие опор: Демонтируйте опоры винта, начиная с неподвижной опоры. Снимите крепежные элементы, сохраняя их порядок и ориентацию.
4 Демонтаж гайки: Отсоедините гайку ШВП от каретки или стола. В зависимости от конструкции, может потребоваться снятие дополнительных крепежных элементов.
5 Извлечение винта: Осторожно извлеките винт из станка, избегая ударов и падений, которые могут повредить резьбу.
При демонтаже крайне важно не повредить посадочные места под опоры и крепления гайки. Любые повреждения могут привести к неправильной установке новой ШВП и снижению точности.
Оценка состояния направляющих
После демонтажа ШВП необходимо проверить состояние направляющих и других сопряженных элементов:
- Проверьте линейные направляющие на наличие повреждений и износа
- Оцените состояние посадочных мест под опоры
- Проверьте состояние крепления для гайки ШВП
- Удалите загрязнения и следы старой смазки
Установка новой ШВП
Подготовка компонентов
Перед установкой необходимо:
- Очистить все детали от загрязнений и консервационной смазки
- Проверить новую ШВП на отсутствие повреждений
- Подготовить опоры и крепежные элементы
- Нанести тонкий слой смазки на резьбовую часть винта
1 Установка гайки: Прикрепите гайку ШВП к каретке или столу. Затяните крепежные элементы с рекомендуемым моментом затяжки.
2 Установка винта: Осторожно вставьте винт через гайку, обеспечивая правильное положение относительно опор.
3 Монтаж опор: Установите опоры на посадочные места, начиная с неподвижной опоры. Предварительно затяните крепежные элементы, оставляя возможность для регулировки.
| Тип опоры | Рекомендуемый момент затяжки (Нм) | Особенности установки |
|---|---|---|
| Фиксированная (FF) | В соответствии с таблицей производителя (~30-50) | Устанавливается со стороны привода |
| Плавающая (FK) | В соответствии с таблицей производителя (~30-45) | Обеспечивает тепловое расширение винта |
| Поддерживающая (BK) | В соответствии с таблицей производителя (~20-35) | Используется для длинных винтов |
4 Соединение с приводом: Установите муфту и соедините винт с двигателем. При установке новой муфты обратите внимание на соосность вала двигателя и винта.
Для обеспечения длительного срока службы рекомендуется использовать упругие муфты, компенсирующие небольшие отклонения от соосности.
Юстировка и настройка
Выравнивание и проверка соосности
После установки всех компонентов необходимо произвести выравнивание:
1 Проверка параллельности: Используя индикатор часового типа, проверьте параллельность винта относительно направляющих. Допустимое отклонение не должно превышать 0.02 мм на 300 мм длины.
Расчет отклонения от параллельности (∆) на длине L:
∆ = (R₂ - R₁) × (L / Lизм)
где:
R₁, R₂ — показания индикатора в точках измерения
Lизм — расстояние между точками измерения
L — общая длина, на которой рассчитывается отклонение
2 Регулировка опор: При необходимости отрегулируйте положение опор для достижения требуемой параллельности.
3 Проверка свободного вращения: Убедитесь, что винт свободно вращается без заеданий по всей длине хода.
4 Окончательная затяжка: После выравнивания затяните все крепежные элементы с рекомендуемым моментом затяжки.
| Диаметр винта (мм) | Момент затяжки болтов опор (Нм) | Момент затяжки болтов крепления гайки (Нм) |
|---|---|---|
| 16 | 35 | 25 |
| 20 | 40 | 30 |
| 25 | 45 | 35 |
| 32 | 60 | 45 |
| 40 | 80 | 55 |
Настройка предварительного натяга
Для ШВП с регулируемым натягом необходимо установить оптимальный натяг:
1 Измерение момента прокрутки: С помощью динамометрического ключа измерьте момент, необходимый для вращения винта.
2 Регулировка натяга: Отрегулируйте натяг согласно рекомендациям производителя.
Ориентировочный момент прокрутки (M) для ШВП с натягом:
M = 0.1 × d × P × N [Нм]
где:
d — диаметр винта (мм)
P — шаг резьбы (мм)
N — коэффициент натяга (1.5-2.5 для средней нагрузки)
Слишком большой натяг приведет к перегреву и ускоренному износу, а недостаточный — к появлению люфта и снижению точности.
Компенсация люфта
После механической настройки ШВП может потребоваться программная компенсация остаточного люфта в системе ЧПУ:
Измерение люфта
1 Установка индикатора: Закрепите индикатор часового типа с ценой деления 0.001 мм для измерения перемещения рабочего органа.
2 Измерение люфта: Переместите ось в одном направлении, затем медленно измените направление и запишите показания индикатора до начала фактического движения.
| Класс точности ШВП | Допустимый люфт (мм) | Рекомендуемая компенсация |
|---|---|---|
| С0 | 0.023 | 0.025 |
| С1 | 0.018 | 0.020 |
| С3 | 0.007 | 0.010 |
| С5 | 0.003 | 0.005 |
Программная компенсация
В зависимости от типа системы ЧПУ, настройка компенсации люфта выполняется по-разному:
Для систем Fanuc:
Настройка компенсации люфта выполняется через параметры серии 1800 или 1850 в зависимости от модели системы ЧПУ:
№1851 = 0.015 (компенсация люфта по оси X в мм)
Для систем Siemens:
Используйте параметры MD32450 для настройки компенсации люфта:
MD32450 $MA_BACKLASH[0] = 0.015 (компенсация по оси X)
Для систем Heidenhain:
Компенсация настраивается через параметр backlash в настройках оси:
Axis settings → Compensation → Backlash = 0.015
После установки компенсации люфта рекомендуется выполнить повторное измерение точности позиционирования для подтверждения эффективности настройки.
Проверка точности
После установки и настройки ШВП необходимо провести проверку точности позиционирования:
Методы проверки
| Метод | Точность | Применение |
|---|---|---|
| Лазерный интерферометр | До 0.001 мм | Прецизионные станки, полная проверка |
| Измерительная линейка с индикатором | 0.01 мм | Обычные станки с ЧПУ |
| Обработка тестовой детали | 0.01-0.05 мм | Практическая проверка |
Процедура проверки с помощью лазерного интерферометра
1 Подготовка: Установите лазерный интерферометр и отражатель на станке, выполните калибровку.
2 Измерение: Выполните перемещение оси с шагом 50-100 мм по всей длине хода в прямом и обратном направлениях.
3 Анализ: Рассчитайте погрешности позиционирования и двунаправленную повторяемость.
Расчет точности позиционирования Pa:
Pa = max{|X↑i - Xi|, |X↓i - Xi|}
где:
X↑i — измеренное положение при движении в положительном направлении
X↓i — измеренное положение при движении в отрицательном направлении
Xi — заданное положение
Расчет двунаправленной повторяемости Ps:
Ps = max{2.58 × Si↑, 2.58 × Si↓}
где:
Si↑ и Si↓ — стандартные отклонения измерений при движении в положительном и отрицательном направлениях
| Класс точности станка | Требуемая точность позиционирования (мм/300мм) | Требуемая повторяемость (мм) |
|---|---|---|
| N | 0.035 | 0.030 |
| H | 0.022 | 0.018 |
| P | 0.014 | 0.012 |
| UP | 0.008 | 0.006 |
Коррекция погрешностей
На основе результатов измерений может потребоваться дополнительная коррекция:
- Компенсация систематических погрешностей через таблицу коррекции в системе ЧПУ
- Калибровка датчика обратной связи
- Дополнительная юстировка механических компонентов
Типичные проблемы и их решение
| Проблема | Возможные причины | Решение |
|---|---|---|
| Повышенный шум при движении |
- Недостаточная смазка - Неправильное выравнивание - Повреждение шариков |
- Проверьте и пополните смазку - Переюстируйте ШВП - Проверьте гайку на повреждения |
| Вибрация при движении |
- Недостаточная жесткость опор - Неравномерный натяг - Дисбаланс винта |
- Проверьте крепление опор - Отрегулируйте натяг - Проверьте соосность |
| Низкая точность позиционирования |
- Неправильный шаг в настройках ЧПУ - Неверная компенсация люфта - Несоответствие реального шага винта |
- Проверьте параметры шага в системе ЧПУ - Настройте компенсацию люфта - Измерьте фактический шаг винта |
| Перегрев гайки |
- Чрезмерный натяг - Недостаточная смазка - Высокая скорость |
- Уменьшите натяг - Улучшите смазку - Снизьте скорость или установите охлаждение |
| Потеря шагов |
- Недостаточный крутящий момент двигателя - Заедание в системе - Неправильные параметры привода |
- Проверьте настройки двигателя - Устраните заедание - Скорректируйте параметры привода |
При диагностике проблем рекомендуется последовательное исключение возможных причин, начиная с наиболее вероятных и простых для проверки.
Обслуживание ШВП
Для обеспечения длительного срока службы ШВП необходимо регулярное обслуживание:
Смазка
| Тип смазки | Применение | Интервал обслуживания |
|---|---|---|
| Консистентная смазка (NLGI 2) | Низкие и средние скорости | 500-1000 часов работы |
| Масло (ISO VG 68-100) | Высокие скорости, высокие нагрузки | 200-500 часов работы |
Периодический контроль
- Проверка люфта: каждые 1000 часов работы
- Контроль точности позиционирования: каждые 2000 часов или раз в год
- Проверка затяжки крепежных элементов: каждые 500 часов
- Визуальный осмотр защитных элементов (сильфонов, кожухов): ежемесячно
Расчет ресурса ШВП (L) в миллионах оборотов:
L = (C/P)3 × 106
где:
C — динамическая грузоподъемность (Н)
P — эквивалентная динамическая нагрузка (Н)
При правильном обслуживании и эксплуатации ШВП может работать до 20000-30000 часов без существенного снижения точности.
Важная информация
Данная статья предназначена исключительно для ознакомительных целей. Автор и компания Иннер Инжиниринг не несут ответственности за возможные последствия использования информации, представленной в статье. Перед проведением работ по замене и настройке ШВП рекомендуется консультация с профессиональными сервисными инженерами.
Источники информации:
- Технические руководства производителей ШВП (Hiwin, TBI, PMI)
- ISO 3408-1:2006 "Ball screws - Part 1: Vocabulary and designation"
- ISO 3408-3:2006 "Ball screws - Part 3: Acceptance conditions"
- Справочник "Прецизионные шариковинтовые передачи" под ред. А.М. Фирсова
- Инженерные руководства по эксплуатации станков с ЧПУ
Купить ШВП (шарико-винтовые передачи) по выгодной цене
Компания Иннер Инжиниринг предлагает широкий выбор элементов ШВП (шарико-винтовых передач). Выберите необходимые компоненты для вашего проекта и приобретите их у нас с гарантией качества и надежной доставкой.
Заказать сейчасВы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.
