Ходовые винты и гайки для чпу. Шарико-винтовые передачи (ШВП)

Обзор на специфический товар: комплекта ШВП типа SFU1605-1000 в качестве элементов передач ЧПУ станка.
В обзоре будет краткая информация о том, что такое ШВП и как ее применять

Собственно говоря, при попытке рассчитать и построить любительский ЧПУ станок (фрезер) своими силами столкнулся с тем, что у нас либо дорогие комплектующие для станков, либо не совсем то, что нужно. А конкретно, была проблема с приобретением ходового винта или ШВП в качестве элементов передачи по осям станка.

Существуют следующие типы передач для ЧПУ:

1. ременные применяются вместе с шестернями в основном для лазеров, так как у лазера легкая «головка»
2. зубчатые . Это прямозубые или косозубые зубчатые рейки и шестерни для перемещения по ним
3. ходовые винты бывают типа Т8 (в основном используются в 3Д принтерах и других малогабаритных станках), типа TRR, например TRR12-3 с POM-гайкой (пластиковой).
4. шарико-винтовые передачи - это винт и гайка к нему. В гайке есть специальные подшипники, которые перемещаются по каналу внутри гайки.

Как правило, выбирают с учетом нагруженности (масса передвигаемого портала/оси) и влиянию люфта. В ШВП люфт меньше за счет подшипников, они считаются точнее и предпочтительнее, но при этом достаточно дороги для самоделок.

Цитата с Вики:

Винтовая передача - механическая передача, преобразующая вращательное движение в поступательное, или наоборот. В общем случае она состоит из винта и гайки…. один из основных типов: шариковинтовая передача качения (ШВП).

Шарико-винтовая передача (далее ШВП) - это более надежный аналог ходового винта, но вместо латунной гайки (или пластиковой как для винтов типа TRR-12-3, как у меня на старом проекте) предназначена специальная гайка с шариками, которые входят в зацепление с винтом ШВП, выбирают весь люфт и одновременно снижают трение. Для самостоятельной сборки станка ЧПУ или 3Д принтера на ШВП потребуется винт ШВП, гайка к нему, муфта крепления к двигателю и подвесные подшипники.

Вот небольшой рендер из интернета. Хорошо видно, как шарики распределены по винту. Аналогично Т8, винт ШВП имеет резьбу в несколько заходов.

Для станка ЧПУ нужно было для оси Y два комплекта ШВП на 1000 мм, и для X оси: 600 мм.
ШВП получил курьерской почтой. Это не дорогой вариант, учитывая вес посылки (около 8 кг).

Упаковка представляет собой длинную узкую коробку, внутри картонной упаковки есть упаковка типа синтетического мешка, очень прочный материал. Аккуратно распаковываем. Внутри всем знакомая bubble-wrap, то есть пупырчатая пленка, которая защищает товар от механических воздействий.

Убираем пленку. В посылке было три комплекта ШВП: винт+гайка, разного размера. Два комплекта предназначены для перемещения портала станка по оси Y, третий короткий комплект для оси X.

Все комплекты завернуты в ингибиторную зеленую пленку, которая препятствует попаданию влаги. Плюс присутствует изрядное количество смазки на поверхности товара.

В этом комплекте я доплачивал за оконцовку одного комплекта на 600 мм (так вышло дешевле). Оконцовку (machined) заказывал отдельно у этого же продавца (у него есть такая услуга в каталоге), стоило по 1 баксу за каждый конец винта. Хороший вариант для тех, кто берет винты в конкретный размер.

Вот что представляет собой «оконцовка». Это обтачивание винта 16.05 мм до диаметра 12 мм для установки в подвесной подшипник, далее резьбовая часть для фиксации винта, затем обтачивание до 10мм для зажимания конца в эластичную муфту двигателя

Посылка дошла в целости и сохранности, курьерская доставка это не почта России. Прикладывал линейку в разных местах, чтобы найти искривление. Не нашел, ШВП ровные. Остальное покажет установка и использование.

Фото резьбовой части винтов

Внешний вид комплектов

И еще. Гайки пришли уже накрученные на винт… Шарики засыпаны внутри, есть смазка. Просите при заказе запасные шарики, хотя бы несколько.

Далее начинаем проверять размеры винтов. Короткий на 600 мм. То есть в эти 600 входит резьбовая часть с обоих сторон. Реальный ход по осям станка получится меньше.
Обратите внимание , что в лоте размер указан для винта ШВП вместе с резьбой и обточенными концами, то есть рабочий ход по ШВП будет меньше, чем ее длина! А конкретно на 65 мм меньше.

Второй и третий винты ШВП на 1000 мм

Диаметры резьбовой части соответственно 1605

посадочные места под подшипники BK12 и BF12 10 и 12 мм соответственно.

И с другой стороны под подшипник. Диаметр самой гайки SFU1605 равен 28 мм.

Если снять с гайки пластиковую заглушку, то можно обслужить ШВП, смазать или поменять шарики. Проверяю, что все в наличии))))

Собственно говоря, можно снять гайку, протереть ее, заново смазать ее, загрузить шарики обратно. Пластиковая крышка крепится потайным винтом под шестигранник 2.5 (его видно вверху).

Для установки ШВП в станок потребуются подвесные подшипники типа BK12+BF12 (прямые) или FK12+FF12 (фланцевые), эластичная муфта 6.35*10mm для подключения к двигателю типа NEMA23 с одной стороны (6.35мм) и к концу ШВП с другой (10 мм).

Внешний вид комплекта оси в сборе: подшипники BK12, BF12, стопорное кольцо, гайка для фиксации винта, держатель гайки SFU1605, муфта для двигателя и сам винт с гайкой.

Размеры ШВП для тех, кто собирается приобрести или проектирует механику станка

И отдельно для SFU1605

Внешний вид гайки SFU1605

Шарико-винтовая пара – передача типа «винт-гайка», преобразовывающая вращательное движение винта, передаваемое ему валом шагового двигателя или сервопривода, в поступательное движение гайки, закрепленной на/в столе или шпиндельной коробке. Изначально предназначена для применения в высокоточном оборудовании, но по факту выступает основой для построения кинематических схем управляемых осей в 90% создаваемых сегодня станков с ЧПУ независимо от требований к точности.

Преимущества ШВП перед остальными видами передач:

• высокая точность линейных перемещений;
• КПД доходит до 98%;
• продолжительный ресурс работы;
• в ШВП, в отличие от зубчатых пар, создается преднатяг по требуемому классу;
• возможность использования двигателей меньшей мощности за счет того, что ШВП не требует приложения повышенного усилия для перевода стола или шпиндельной коробки из состояния покоя в состояние движения.

Недостатки: боятся грязи и пыли, ограничения по длине (из-за опасности провисания винта, что ведет к деформации узлов крепления и ускоренному износу гайки), повышенная чувствительность к вибрациям.

Классификация ШВП

Шарико-винтовые передачи классифицируются по нескольким признакам.

Технология изготовления ходового винта. На катаных винтах канавка наносится холодной прокаткой. Этот способ дешевле, но он подходит только для изделий среднего класса точности. На шлифованных винтах канавка нарезается до термообработки, и после шлифуется. Получается дороже, но точнее.

Тип гайки. Бывают фланцевые и круглые, внутри каждого типа разделяются на одинарные и двойные.

Тип механизма возврата шариков. Наружная рециркуляция – шарики возвращаются в рабочую зону по трубке, размещенной снаружи корпуса гайки. Цикл возврата – от 1,5 до 5,5 оборота винта. Внутренняя рециркуляция – переходы для шариков вырезаны на внутреннем профиле гайки на каждом витке. Цикл возврата – один оборот. Концевая система возврата – шарик проходит полный путь по всем виткам, находящимся внутри гайки. Используется в передачах с крупным шагом винта.

Шаг винта – базовый критерий выбора передачи для решения конкретных задач. ШВП с мелким шагом применяются в низкоскоростных станках, они характеризуются высоким ресурсом и высокой нагрузочной способностью. Увеличение шага ведет к снижению способности воспринимать высокие нагрузки, но повышает скорость перемещения.

Компания Zaxis реализует ходовые винты и гайки с трапецеидальной резьбой. В каталоге представлены детали наиболее востребованных типоразмеров. Ходовые винты поставляются в виде хлыстов длиной 1 метр. По запросу клиента сотрудники Zaxis выполнят торцевание в размер и проточат шейку требуемого диаметра под муфтовое соединение. На готовых деталях есть фаски, скругления, галтели, отсутствует заусенец. В заявке просим указывать шероховатости поверхностей и поля допусков для диаметральных и линейных размеров.

Трапецеидальные винты

Трапецеидальный профиль на винтах применяется чаще других из-за оптимального сочетания самоторможения и ходовых качеств. Обычная резьба неспособна передавать настолько же высокие усилия, как упорная, однако ее прочностных свойств достаточно для совершения рабочих перемещения. Мы реализуем ходовые винты из конструкционной углеродистой и нержавеющей стали. Изделия отличаются устойчивостью к износу и высоким ресурсом. Заготовкой для ходовых винтов служит калиброванный пруток с термообработкой. Профиль резьбы формируется накаткой, и ее рабочие поверхности имеют высокую чистоту. В каталоге представлены ходовые винты диаметром 8, 10, 12, 16, 20 и 28 мм с шагом 2, 3, 4, 5. На сайте вы найдете цены и технические описания для деталей всех типоразмеров.

Гайки

Компания Zaxis реализует гайки, совместимые со всеми видами ходовых трапецеидальных винтов. В каталоге представлены детали из следующих материалов:

• стали . Наиболее бюджетное решение для неответственных узлов;
• бронзы . В сочетании со стальными ходовыми винтами образуют пары с коэффициентом трения 0,07-0,1;
• капролона . Материал в 6 раз легче бронзы и в 2 раза увеличивает рабочий ресурс ходового винта. При смазывании водой коэффициент трения в паре составляет 0,005-0,02. Гайки выполнены с гарантированным натягом, что обеспечивает высокую точность позиционирования.

Детали изготавливаются с цилиндрической наружной поверхностью и с фланцем. Заказать ходовые винты можно на сайте компании Zaxis или по телефону.

В приводе оси с ЧПУ передача используется для преобразования вращательного движения вала двигателя в поступательное движение вдоль оси. Для того, чтобы вам было проще выбрать передачу для ЧПУ, ниже перечислены наиболее широко используемые виды передач в станках ЧПУ. Экзотические для DIY-сектора передачи, такие как линейный серводвигатель и линейный шаговый двигатель , останутся за пределами данной статьи по причинам практического характера, и будут рассмотрены самые распространенные.

Передача винт-гайка

Под передачей винт-гайка подразумевается пара стальной винт с трапецеидальной или метрической резьбой и гайка. Данный вид передачи является передачей с трением скольжения и на практике в свою очередь имеет несколько разновидностей.

• Строительная шпилька и гайка. Самый бюджетный вариант. Строительная шпилька вообще не предназначена для использования в станкостроении, техпроцесс её изготовления нацелен на применение в строительной сфере, вследствие чего данный вид передачи обладает самым полным набором недостатков - высокой погрешностью, низкой прямолинейностью, малыми нагрузочными характеристиками, малой износостойкостью, высоким трением и т.д. Однако, все же применяется в DIY-станках, изготавливаемых в учебных целях, вследствии низкой себестоимости. Если Вы решили во что бы то ни стало сэкономить на передаче и поставить строительную шпильку, обязательно предусмотрите возможность замены её на трапецеидальный винт или ШВП! Скорее всего, станок на строительной шпильке не оправдает Ваших надежд.
• Приводной винт с трапецеидальной или прямоугольной резьбой. Винт с трапецеидальной резьбой - наиболее распространный вид передачи в металлообрабатывающих станках в прошлом веке и по настоящее время. Трапецеидальные винты производятся их разных видов конструкционных углеродистых сталей путем нарезки резьбы на стальном прутке или её накатки. Накатные винты имеют существенно лучшие характерстики, чем нарезные. Широкое применение трапецеидальных винтов обусловливается их широкой номенклатурой, доступностью на рынке винтов разных классов точности, от C10 до С3. Гайка на винт изготавливается из износостойких материалов, таких, как полиамиды (капролон, нейлон), тефлон, бронза. Правильно рассчитанные и изготовленные трапецеидальные передачи отличаются высокой износостойкостью, т.к. трение идет с малым давлением(вследствие сравнительно большой поверхности трения). На многих все еще работающих станках советского производства пары стоят с момента выпуска станка, и не менялись уже 30-40 лет. Также на таких ходовых винтах возможно использование разрезных гаек, что позволяет с помощью сжатия гайки регулировать натяг и выбирать появляющийся со временем люфт. Из минусов стоит отметить, как ни странно, простоту изготовления винта, что автоматически означает наличие множества производителей, с очень широким разбросом показателей качества. Бюджетные серии винтов изготавливаются из стали #45 без закалки поверхности, что может привести к нарушению прямолинейности винта(иначе говоря, винты малого диаметра мягкие и часто гнутся в процессе транспортировки). К минусам и плюсам одновременно относится высокое трение в передаче. С одной стороны, это снижает КПД, требуется более мощный двигатель для вращения винта. С другой - трение несколько демпфирует вращательные колебания винта, что может быть полезным в случае использования шаговых двигателей(см. резонанс шаговых двигателей). Данный эффект, правда, проявлен достаточно слабо, и для борьбы с резонансом нужны другие способы. Подводя итог, можно сказать, что трапецеидальный винт еще не утратил своего значения в качестве передачи станка с ЧПУ и с успехом используется в станках всех классов.
• Шарико-винтовая передача () ШВП , или шарико-винтовая передача(также называют "шарико-винтовая пара"), в настоящий момент является стандартом де-факто при строительстве станков с ЧПУ. Стальной винт с беговыми дорожками для шариков, подвергнутый индукционной закалке и последующей шлифовке, и специальным образом подогнанная гайка с циркулирующими внутри шариками. При вращении винта гайки катятся по беговым дорожкам, передавая усилие на корпус гайки. Такая передача отличается высокой точностью, высокими КПД (80, 90% и более) и ресурсом. ШВП чаще используется в станках с ЧПУ, так как его использование позволяет использовать двигатели меньшей мощности(не требуются столь существенные усилия страгивания, как в случае с передачей винт-гайка). ШВП поставляется как законченная пара, не требует подгонки гайки и зачастую не требует обработки концов для установки в опоры - это делает производитель, т.е. ШВП зачастую соответствует принципу plug and play, тогда как в случае использования трапецеидальных винтов гайки и винты зачастую изготавливаются в разных местах, и могут потребовать тщательной подгонки, без которой могут возникнуть зазоры, люфты, повышенное трение, износ и т.п. ШВП хуже переносит опилки,пыль и отсутствие смазки, чем передача винт-гайка, при попадании инородного тела даже очень малого размера передача может подклинивать, т.к. соседние шарики в канале вращаются в противоположном направлении. Часто требуется дополнительная защита винта с помощью гофроматериалов. ШВП, также как и трапецеидальный винт, имеют ограничения по длине - слишком длинный винт провисает под собственным весом и при вращении винта(скорость вращения винта с шагом 5 мм в портальных станках достигает 10-15 об/сек и выше) ведет себя как скакалка, от чего станок вибрирует, а узлы, фиксирующие винт, испытывают ударные нагрузки, их ресурс быстро снижается, в посадочных местах появляются зазоры, что в свою очередь усиливает вибрацию станка и снижает качество производимых изделий. Опыт показывает, что отношение диаметра ШВП к его длине не должно быть менее числа 0.022, а также не рекомендуется превышать длину винта в 2000 мм. Для устранения эффекта "скакалки" применяются конструкции с неподвижным винтом и вращающейся гайкой, но такие узлы, как правило, существенно дороже и сложней в изготовлении, а также требуют места, что не всегда возможно реализовать на компактных порталах. Если Вы планируете иногда отключать двигатели приводов и работать на станке в ручном режиме, то лучше не использовать ШВП - передача без самоторможения может доставить Вам уйму хлопот. О разновидностях ШВП и их особенностях смотрите основную статью.

Зубчатая передача

Как выбрать передачу для станка с ЧПУ

Для того, чтобы выбрать передачу для ЧПУ станка , выбор должен базироваться на тех характеристиках, которые для Вашего станка наиболее критичны. Передачи винт-гайка применяются там, где нет высоких требований по точности и скорости перемещений, если от передачи требуется самоторможение, а также в случае жестких ограничений по бюджету. ШВП обладает наибольшим спектром применения, вы можете купить ШВП с нужным Вам классом точности, шагом, возможностью создания преднатяга и без неё. Единственный случай, когда ШВП не может быть использовано - если от передачи требуется самоторможение, однако если речь о торможении передачи в целях безопасности (удержание шпиндельной бабки), то вопрос решается использованием электромагнитного тормоза на двигателе, противовесом и т.п. Рейка и ремень применяются в станках с большим рабочим полем - от 1.5 квадратных метров и больше - прежде всего для достижения большой скорости раскроя и холостых перемещений. На станках таких размеров не ставится цель достигнуть точности в десятки микрон, 0.2-0.3 мм в большинстве случаев более чем достаточно, поэтому растяжимость ремня и точность реечной передачи не являются препятствием для их применения.

Итого, если у вас большой раскроечный станок - вам стоит выбрать зубчатую рейку или ременную передачу. Если у вас настольный фрезерно-гравировальный станок для учебных или хоббийных целей, Вам подойдет передача винт-гайка. Если вы строите станок среднего формата для бизнеса, на производство, оптимальным выбором будет ШВП. После выбора типа, вам следует определиться с конкретными параметрами передачи.

(с) 2012 сайт

Копирование разрешено с указанием прямой ссылки на источник