El impacto multidimensional de la precisión del plomo del tornillo de bolas DFU en el sistema y el análisis técnico
I . Definición central e indicadores técnicos de precisión del plomo
Lead accuracy refers to the deviation of the actual axial displacement from the theoretical value when the ball screw nut is rotated for one week, and is usually measured in units of μm/100mm or μm/300mm. C5 (precision grade,<=5μm/300mm), C7 (general grade,<=15μm/300mm) and so on, and different precision has a Impacto diferenciado en el rendimiento del sistema .
Segundo, la influencia decisiva en el posicionamiento y la repetición de la precisión
Mecanismo de acumulación de error de desplazamiento lineal
El error de plomo conduce directamente a la desviación del "desplazamiento del comando - desplazamiento real" . Tome un tornillo de plomo de 10 mm como ejemplo:
Precisión del nivel C5 (error ± 5 μm/300 mm) Después de ejecutar 300 mm, la desviación de desplazamiento máximo es de ± 5 μm;
Si se reduce al nivel C7 (± 15 μm/300 mm), la misma desviación de viaje se expande a ± 15 μm, que es equivalente al error dimensional del mecanizado de la máquina herramienta CNC de la pieza de trabajo de 100 mm de largo aumenta de ± 0 .} 005 mm a ± 0 . 015 mm. Esto es equivalente a un aumento en el error dimensional de ± 0.005 mm a ± 0.015 mm al mecanizar una pieza de trabajo de 100 mm de largo en una máquina CNC, excediendo la tolerancia IT7 (± 0.012 mm).
Caso:Una máquina de perforación de PCB debido al uso del tornillo de grado C7 (error de plomo ± 10 μm / 100 mm), procesando placas de circuito de 100 × 100 mm, el borde del desplazamiento del orificio de ± 0 . 03 mm, lo que resulta en una tasa defectuosa de enchufe aumentada en un 12%, la reemplazo de la tasa de tornillo de grado C5 se redujo a menos del 1%.
Repetir fluctuaciones de precisión de posicionamiento
La consistencia insuficiente de la vía de la guía causará desviaciones discretas al colocar la misma posición varias veces . Por ejemplo, en el caso de la plataforma de manejo de obleas de semiconductores, si la desviación de posicionamiento de repetición causada por el error de la guía se reducirá de más del 95% a 70% a 70% {4}
Tercero, el impacto en la suavidad del movimiento y las características dinámicas
Fluctuaciones de velocidad y generación de vibraciones
El error de plomo hace que el espaciado del punto de contacto de la pelota y la vía de corral no sea uniforme, el movimiento de la tuerca produce cambios de velocidad "paso" . Los datos medidos muestran que:
Tornillo de grado C3 (error menor o igual a 1 μm/100 mm) a la velocidad de 1 m/s, fluctuación de velocidad menor o igual a 0.1%;
Tornillo de grado C7 (error menor o igual a 10 μm/100 mm) Fluctuaciones en las mismas condiciones hasta 1 . 2%, desencadenadas por la rugosidad de la superficie de la superficie de la superficie de mecanizado de la máquina de grabado desde el deterioro de RA0.8 μm hasta RA1.6 μm.
Problemas de resonancia y ruido
El error periódico de la guía puede acoplarse con la frecuencia intrínseca del sistema, causando resonancia . un clasificador de alta velocidad utiliza un tornillo con un error de plomo de ± 8 μm/100mm, que genera 120Hz de resonancia ruido (85dB) a una velocidad de ejecución de 60M/min, excede el estándar de la industria (menos de 75dB). Después de reemplazar el tornillo de alta precisión .
Cuarto, el impacto potencial en la capacidad de carga y la esperanza de vida
Distribución desigual del estrés de contacto
El error de guía conduce a una fuerza desigual en la pelota, el estrés de contacto local puede exceder el valor nominal en más del 30%. El análisis de elementos finitos muestra que:
Error de guía ± 10 μm, la tensión de contacto local máxima de la pista de carreras de 400MPA a 520MPA, excediendo el límite de fatiga del acero GCR15 (500MPA), acelerando la falla de la picadura .
Caso: un mecanismo de sujeción de la máquina de moldeo por inyección debido al error de la guía del tornillo es grande, funcionando 8 000 horas después de la caída de la pista, mientras que las mismas condiciones de trabajo bajo la vida útil del tornillo de nivel C5 de 20,000 horas .
Disminución de la rigidez y la capacidad anti-inclinación
The inconsistency of the guide makes it impossible for several groups of balls to carry loads synchronously, and the overall rigidity of the screw decreases. For example, in the double-nut preload structure, a lead error of ±5μm will cause the preload deviation to reach 15%, and the anti-tilting torque to drop from 1200N・m to 1020N・m, resulting in the tilting of the table when mecanizado en una gran máquina herramienta de pórtico .
Cinco . efecto de cadena en el sistema de control y el costo
Actualización de la demanda de compensación de errores
Los tornillos de baja precisión deben confiar en el sistema CNC para llevar a cabo una compensación compleja:
Cuando se adopta la función de compensación de error de tono, los tornillos de nivel C 7- deben establecer 200 puntos de compensación dentro de 300 mm de viaje, mientras que el nivel C 3- solo necesita 20, con una diferencia de10-} en la carga de trabajo de programación;
El equipo de alta gama debe instalarse con una escala (precisión ± 1 μm) para formar un control completo de circuito cerrado, aumentando el costo del hardware en un 20% a 30% .
Los costos de puesta en marcha y mantenimiento aumentan
lead error screw debugging needs to be repeatedly calibrated, an automotive welding line using C7-level screw, single-axis debugging time of 8 hours (C3-level only 2 hours), and every year need to use laser interferometers (such as Renishaw XL-80) to carry out 2 times the accuracy of the compensation, the cost of each time is Alrededor de 5, 000 yuan .
Sexto criterio de selección de precisión de la aplicación de la industria
| Campos de aplicación | Equipo típico | Requisitos de precisión de plomo | Límite de tolerancia de error |
| Fabricación de semiconductores | Máquina de litografía, mesa de manejo de obleas | Grado C3 (menor o igual a 3 μm/300 mm) | La desviación de desplazamiento menor o igual a ± 1 μm |
| Aeroespacial | Mecanismo de guía de misiles | Grado C4 (menor o igual a 4 μm/300 mm) | Repita la localización menor o igual a ± 2 μm |
| Herramientas de precisión | Centro de mecanizado de cinco ejes | Grado C5 (menor o igual a 5 μm/300 mm) | Tolerancia de mecanizado menor o igual a ± 0.01 mm |
| Línea de producción automatizada | Máquina de colocación de componentes electrónicos | Grado C6 (menor o igual a 10 μm/300 mm) | Desviación de posicionamiento menor o igual a ± 0.05 mm |
| Maquinaria general | Máquinas de embalaje, líneas transportadoras | C7 (menor o igual a 15 μm/300 mm) | La desviación de desplazamiento menor o igual a ± 0.1 mm |
Estrategia de mantenimiento de precisión y advertencia de fallas
Inspección de precisión regular
Use el interferómetro láser para inspeccionar de acuerdo con el estándar ISO 230-2, cada 5000 horas de operación o precisión de procesamiento excede el estándar, registre la tendencia del cambio de error de plomo (como la tasa de crecimiento de errores> 1 μm/1000 horas debe ser revisada) .
Usar tecnología de advertencia
Instala sensores de deformación para monitorear el estrés de contacto de la pista de carreras, cuando el estrés fluctúa más del 20% del valor promedio (como el cambio repentino de estrés causado por el error de guía), el sistema alarma e indica automáticamente el reemplazo del tornillo .
Conclusión
La precisión del plomo de los tornillos de bolas DFU no es un índice técnico único, pero afecta la precisión del desplazamiento, la suavidad del movimiento, la rigidez del sistema y otras dimensiones, lo que resulta en una reacción en cadena sobre la precisión del equipo, la eficiencia y el costo . Desde el nivel de nanoescala de semiconductores de la posicionamiento de la maquinería común, el nivel de mantenimiento de la dinina de la dinina del milímetro a la tecla de rendimiento de la tecla de rendimiento, la selección del nivel de la durmenting de la tecla de la dinina del milímetro, la selección del nivel de la durmenting de la dinina del milímetro, la selección del nivel de la durmentaminización de la base de la tecla. Costo . Se recomienda determinar la solución óptima a través de la simulación (E . G ., prueba de degradación de accionización de carga) durante la fase de selección para evitar un aumento del 40% o más en el costo total del ciclo de vida debido a la falta de precisión .
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