Preload thực sự làm gì
Bên trong một vít bi, các bi chạy giữa các đường ray vít và các đường dây đai ốc.
Nếu có khoảng trống giữa các bề mặt tiếp xúc, việc thay đổi hướng tải trọng có thể tạo ra một lượng nhỏ chuyển động tự do. Đó là điều chúng ta thường liên tưởng đến phản ứng dữ dội.
Tiền tải áp dụng tải bên trong có kiểm soát lên vít bi để các bề mặt tiếp xúc luôn được tiếp xúc.
Kết quả thực tế là:
- ít khoảng cách nội bộ hơn
- độ cứng trục cao hơn
- hành vi tốt hơn khi đảo chiều
- Khả năng chống chịu tốt hơn với những thay đổi nhỏ trong tải ngoài
Nghe có vẻ là một chiến thắng dễ dàng.
Không phải vậy.
Tiền tải cũng tăng lực giữa bi và đường đua. Điều đó đồng nghĩa với ma sát nhiều hơn, mô-men xoắn khi chạy nhiều hơn và có thể là nhiệt độ cao hơn.
Vì vậy, đai ốc bi không nên được chỉ định có lực trước cao nhất chỉ vì máy cần độ phản ngược thấp.
Câu hỏi đúng là ứng dụng thực sự có thể sử dụng bao nhiêu preload.
Độ chính xác của phản ứng ngược và độ chính xác của chì là hai vấn đề khác nhau
Sự khác biệt này rất quan trọng khi chọn vít bi.
Độ chính xác của khách hàng tiềm năngcho bạn biết hành trình thực tế của vít khớp với hành trình danh định trên một khoảng cách nhất định đến mức nào.
Phản ứng dữ dộilà chuyển động không mong muốn khi hướng tải thay đổi.
Chúng liên quan đến việc định vị máy, nhưng không phải là cùng một lỗi.
Ví dụ, bạn có thể có một vít bi C5 với vấn đề backlash.
Bạn cũng có thể dùng vít bi C7 với đai ốc được nạp sẵn đúng cách và khoảng cách bên trong rất nhỏ.
Vậy nếu ai đó nói:
"Máy của tôi bị phản ứng ngược, nên tôi cần C5."
Tôi sẽ dừng lại ở đó và hỏi cách đo lường phản ứng dữ dội.
Nếu vấn đề là giá đỡ vòng bi lỏng hoặc khớp nối bị trượt trên trục, độ chính xác của vít bi cao hơn sẽ không giải quyết được.
Phản ứng dữ dội thực sự đến từ đâu
Đây là lúc việc khắc phục sự cố trở nên hữu ích hơn so với việc xem catalog.
Giả sử máy đảo chiều và bàn di chuyển 0,05 mm trước khi chỉ báo bắt đầu chuyển động.
Có nhiều nơi mà 0.05 mm có thể xuất hiện.
Đai ốc bi
Đai ốc có thể có khoảng cách bên trong quá lớn, tải trước không đúng hoặc bị mòn.
Đây là phần mọi người kiểm tra đầu tiên, nhưng không hẳn là vấn đề.
Giá đỡ vòng bi
Nếu vít có thể di chuyển theo trục bên trong cấu trúc ổ trục, chuyển động đó sẽ xuất hiện tại trục.
Một vít bi tốt với cách bố trí hỗ trợ kém vẫn sẽ gây ra vấn đề về vị trí.
Ghép nối
Kiểm tra khớp nối trước khi đặt mua vít mới.
Kẹp lỏng lẻo, lỗ khoan không đúng, phần tử linh hoạt bị hỏng hoặc sự ăn khớp trục kém có thể tạo ra chuyển động đo lường được.
Vỏ đai ốc
Bản thân đai ốc có thể ổn khi vỏ di chuyển tương đối với máy.
Điều này đặc biệt dễ bị bỏ qua trên các máy sử dụng cấu trúc chế tạo hoặc bắt bu lông.
Hướng dẫn tuyến tính và cấu trúc máy
Nếu giàn hoặc bàn di chuyển dưới lực cắt thay đổi, đồng hồ mặt số sẽ hiển thị chuyển động dù vít bi có rất ít phản quang bên trong.
Máy không biết lỗi đến từ đâu.
Nó chỉ biết rằng trục đã di chuyển.
Cách tôi sẽ kiểm tra khiếu nại phản ứng dữ dội
Nếu ai đó nói với tôi rằng một trục có độ ngược 0,05 mm, tôi muốn biết con số đó được lấy ra như thế nào.
Một bài kiểm tra hữu ích khá đơn giản.
Đặt một chỉ báo mặt số vào trục đang chuyển động. Di chuyển trục theo một hướng và thiết lập điểm tham chiếu. Sau đó đảo chiều một chút.
Nếu động cơ quay nhưng máy không phản hồi ngay lập tức, có khe hở cơ học ở đâu đó trong hộp số.
Vậy thì bạn phải tìm ra nó.
Kiểm tra khớp nối.
Kiểm tra giá đỡ vòng bi.
Kiểm tra cách gắn đai ốc.
Kiểm tra đai ốc bi.
Kiểm tra hệ thống hướng dẫn.
Điều quan trọng là không nên cho rằng thành phần đầu tiên bạn nghi ngờ sẽ tự động có tội.
Nếu phản ứng ngược khác nhau ở các vị trí khác nhau trên đường đi, đó cũng là một manh mối hữu ích. Nếu tín hiệu khá ổn định, nguồn phát có thể là một phần khác của tín hiệu.
Tải trước là một sự đánh đổi
Đây là phần thường bị bỏ quên trong những lời giải thích đơn giản về screw.
Nạp trước nhiều hơn sẽ giúp bạn cứng cáp hơn và giảm khoảng cách bên trong.
Nhưng tải trước nhiều hơn cũng đồng nghĩa với ma sát lớn hơn.
Điều đó có thể dẫn đến:
- Mô-men xoắn động cơ cao hơn
- Nhiệt độ hoạt động cao hơn
- Tăng nhiệt trong nut
- Tăng độ mài mòn
- Vận hành tốc độ cao khó hơn
Đối với một trung tâm gia công chính xác, độ cứng bổ sung có thể rất đáng giá.
Với máy CNC nhẹ thì có thể không phải vậy.
Hãy tưởng tượng hai cỗ máy.
Loại đầu tiên là một máy CNC nhỏ dùng để cắt gỗ và nhựa. Khối lượng chuyển động tương đối thấp, lực cắt vừa phải, và máy không cần định vị ở mức micron.
Loại thứ hai là trung tâm gia công chính xác, nơi độ chính xác đảo chiều và độ cứng kết cấu là yếu tố then chốt.
Sẽ không hợp lý nếu chỉ định cùng một loại tiền nạp chỉ vì cả hai máy đều dùng vít bi 20 mm.
Vít có thể có cùng đường kính.
Ứng dụng thì không.
Không sử dụng preload để sửa lỗi căn chỉnh
Đây là một trong những sai lầm đáng tránh.
Giả sử vít và thanh dẫn hướng không được căn chỉnh đúng.
Đai ốc bi có thể cảm thấy chặt ở một đầu hành trình và dễ dàng hơn rõ rệt ở đầu kia.
Tăng tải trước sẽ không khắc phục được điều đó.
Điều đó có thể làm vấn đề trở nên tồi tệ hơn.
Sự lệch lạc có thể làm gia tăng:
- Mô-men xoắn khi chạy
- Ma sát
- Nhiệt độ
- Mòn hạt
- Tải động cơ
Nếu trục cảm giác khác nhau tùy vị trí hành trình, tôi sẽ kiểm tra kỹ sự căn chỉnh trước khi thay đổi tiền tải.
Chạy trục chậm rãi.
Cảm nhận những chỗ chật hẹp.
Kiểm tra bề mặt lắp đặt.
Kiểm tra mối quan hệ giữa vít và các đường dẫn tuyến tính.
Vít bi cần được hỗ trợ và căn chỉnh đúng trước khi bạn bắt đầu lo lắng về việc điều chỉnh tiền tải tinh tế.
Tiền tải cũng làm thay đổi tải động cơ
Điều này quan trọng hơn nhiều so với những gì mọi người đôi khi nghĩ.
Đai ốc đã nạp sẵn không chạy với điện trở giống như đai ốc có tải nhẹ hoặc không nạp sẵn.
Mô-men xoắn thực tế khi chạy phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm:
- Chân vít
- Đường kính vít
- Tải trước
- Tải ngoài
- Bôi trơn
- Tốc độ
- Thiết kế đai ốc
Nếu bạn thay một đai ốc tiền tải thấp bằng một đai ốc tải trước nặng, máy có thể vẫn giữ hành trình và tốc độ lý thuyết như trước, nhưng động cơ giờ có biên mô-men xoắn thấp hơn.
Điều này có thể quan trọng với một chiếc CNC nhỏ dẫn động bằng stepper.
Nó cũng có thể quan trọng trên trục Z thẳng đứng, nơi động cơ đã hoạt động chống lại trọng lực.
Vì vậy khi thay đổi tiền tải, tôi sẽ kiểm tra biên mô-men xoắn động cơ thay vì chỉ nhìn vào phản hồi.
Đai ốc đơn hay đai ốc đôi?
Vít bi đai ốc đôi thường được sử dụng khi cần độ cứng cao hơn và độ cản rất thấp.
Hai đai ốc có thể được điều chỉnh tương đối với nhau để tạo ra tải trước cần thiết.
Điều đó có thể tạo ra một bộ lắp ráp rất cứng, nhưng cũng làm tăng chi phí, chiều dài và yêu cầu điều chỉnh.
Nó không tự động biến đai ốc đôi thành câu trả lời đúng cho mọi máy CNC.
Đối với nhiều ứng dụng đa năng, một đai ốc đơn được chọn sẵn đúng cách là đủ.
Việc lựa chọn phụ thuộc vào độ cứng yêu cầu, tải ngoài, hiệu suất định vị và điều kiện vận hành.
Đừng nhầm lẫn giữa phản ứng dữ dội và tính lặp lại
Đây là một ví dụ đơn giản.
Giả sử bạn điều khiển trục ở 100.000 mm nhiều lần và nó liên tục dừng lại quanh 100.020 mm.
Trục không chính xác lắm, nhưng có thể lặp lại khá tốt.
Bây giờ tiếp cận cùng một vị trí từ hai hướng ngược nhau và nhận được:
- 100.020 mm
- 99.980 mm
Sự khác biệt đó cho bạn biết điều gì đó về hành vi đảo ngược.
Nhưng ngay cả ở đây, cũng đừng tự động gọi toàn bộ sự khác biệt là "phản tác dụng bi cầu".
Điều chỉnh servo, ma sát, hiệu ứng nhiệt, tải trước dẫn hướng và chuyển động kết cấu đều có thể ảnh hưởng đến kết quả.
Để chẩn đoán hữu ích, bạn cần biết lỗi có phải:
phụ thuộc vị trí, phụ thuộc hướng, phụ thuộc nhiệt độ hoặc phụ thuộc tải.
Thông tin đó giá trị hơn nhiều so với một con số phản ứng ngược duy nhất.
Còn C5 so với C7 thì sao?
Đây là lúc preload và độ chính xác thường bị trộn lẫn với nhau.
C5 và C7 mô tả độ chính xác của vít bi. Tiền tải mô tả tình trạng tải bên trong của đai ốc.
Chúng có thông số kỹ thuật khác nhau.
Ví dụ, bạn có thể dùng vít bi C5 với đai ốc đã được nạp sẵn.
Bạn cũng có thể dùng vít bi C7 với đai ốc đã được nạp sẵn.
Nếu máy bị phản ứng ngược, việc chuyển từ C7 sang C5 không tự động giải quyết vấn đề.
Nếu vấn đề là độ chính xác của chì, thì quyết định C5/C7 là quan trọng.
Nếu vấn đề là khoảng cách bên trong, tiền tải và cấu hình nut quan trọng hơn.
Nếu vấn đề là giá đỡ vòng bi bị lỏng, cả C5 và C7 đều không thể khắc phục được.
Sự khác biệt này có thể giúp tiết kiệm khá nhiều tiền khi chỉ định thay vít.
Hao mòn lâu dài lại là một câu chuyện khác
Một vít bi mới lắp với độ cản quá mức và vít bi phát triển độ ngược sau nhiều năm sử dụng không nên được chẩn đoán theo cùng một cách.
Nếu máy ban đầu ổn định và dần phát triển chuyển động đảo chiều nhiều hơn, khả năng mòn trở nên cao hơn nhiều.
Đai ốc bi và các đường ray vít hoạt động dưới tải mỗi khi trục di chuyển. Bôi trơn, nhiễm bẩn, tải trọng, tốc độ, căn chỉnh và chu kỳ làm việc đều ảnh hưởng đến tuổi thọ sử dụng.
Những dấu hiệu đáng kiểm tra bao gồm:
- Sai số đảo chiều tăng lên
- Tăng tiếng ồn khi chạy
- Tải động cơ cao hơn
- Chuyển động không đều
- Giảm độ cứng
- Thay đổi phản ứng dữ dội theo thời gian
Nếu máy đã hoạt động nhiều năm, đừng nghĩ rằng chỉ cần điều chỉnh sẽ đưa bộ phận trở lại trạng thái ban đầu.
Đôi khi đai ốc chỉ đơn giản là đã hết tuổi thọ sử dụng.
Giãn nở nhiệt có thể trông giống như một vấn đề cơ học
Có một vấn đề khác thường bị trộn lẫn trong cùng một cuộc thảo luận.
Máy có thể chính xác khi trời lạnh và dịch chuyển dần sau vài giờ.
Đó không phải là phản ứng dữ dội thông thường.
Vít bi, vòng bi, cấu trúc máy và các bộ phận xung quanh đều thay đổi nhiệt độ trong quá trình vận hành.
Một vít bi thép dài có thể giãn nở đủ để tạo ra sai số định vị có thể đo được.
Nếu lỗi thay đổi đáng kể giữa máy lạnh và máy đã được làm nóng hoàn toàn, tôi sẽ kiểm tra hành vi nhiệt trước khi thay đổi tiền tải.
Điều này đặc biệt quan trọng ở:
- Trục CNC hành trình dài
- Máy tốc độ cao
- Thiết bị gia công chính xác
- Tự động hóa chu trình công suất cao
Đôi khi máy cần bù nhiệt hoặc chiến lược phản hồi khác thay vì đai ốc bi chặt hơn.
Vậy bạn cần bao nhiêu tiền tải?
Không có một câu trả lời duy nhất.
Đối với máy phay CNC đa năng, tải trước quá mức chỉ có thể làm tăng ma sát và nhiệt mà không mang lại lợi ích hiệu suất hữu ích cho máy.
Đối với hệ thống gia công chính xác, độ cứng cao hơn và sai số đảo chiều thấp có thể biện minh cho cấu hình tải trước nặng hơn.
Một cách hữu ích để suy nghĩ về vấn đề này là:
Tải trước thấp
Tốt khi ma sát thấp, tốc độ cao và tải động cơ thấp là quan trọng.
Tải trước vừa phải
Một lựa chọn thực tế cho nhiều ứng dụng CNC và tự động hóa, nơi cả độ cứng và hiệu quả vận hành đều quan trọng.
Tải trước cao hơn
Phù hợp hơn khi độ cứng và hiệu suất đảo chiều đủ quan trọng để biện minh cho ma sát và nhiệt độ tăng thêm.
Giá trị tải trước thực tế nên dựa trên thông số kỹ thuật của nhà sản xuất vít bi chứ không phải từ quy tắc chung.
Nếu CNC của bạn bị phản ứng, hãy kiểm tra trước khi thay vít
Nếu tôi đứng bên cạnh máy, đây là thứ tự tôi sẽ thực hiện:
Đo nó trước đã.
Đừng chẩn đoán phản ứng dữ dội chỉ bằng cảm nhận.
Kiểm tra khớp nối.
Đảm bảo động cơ và vít thực sự được khóa với nhau.
Kiểm tra giá đỡ vòng bi.
Tìm kiếm chuyển động trục.
Kiểm tra cách gắn đai ốc.
Vỏ đai ốc không nên di chuyển so với máy.
Kiểm tra căn chỉnh.
Hãy tìm các điểm chật hoặc lực cản thay đổi dọc theo hành trình.
Kiểm tra thông số kỹ thuật tải trước.
Đảm bảo đai ốc lắp đặt thực sự là cấu hình mà máy yêu cầu.
Sau đó kiểm tra vít bi xem có mòn không.
Đặc biệt nếu máy đã tích lũy được số giờ hoạt động đáng kể.
Cách này thường hữu ích hơn so với việc đặt mua ngay một vít bi thay thế.
Bạn nên cung cấp thông tin gì cho nhà cung cấp vít bi?
Nếu bạn đặt mua một con ốc mới, đừng chỉ gửi:
"SFU2005, 800 mm, xin trích dẫn."
Điều đó cung cấp cho nhà cung cấp kích thước sản phẩm, nhưng không biết nhiều về ứng dụng.
Một yêu cầu hữu ích hơn sẽ là:
- Đường kính vít: 20 mm
- Chì: 5 mm
- Hành trình: 800 mm
- Tải trọng di chuyển: 40 kg
- Tốc độ tối đa: 10 m/phút
- Lắp đặt: Ngang
- Độ chính xác định vị trí yêu cầu: ±0,02 mm
- Động cơ: 750 W servo
- Chu kỳ hoạt động: 8 giờ/ngày
- Hiệu suất phản ứng ngược/đảo ngược yêu cầu
Nếu đây là máy thay thế, hãy thêm thông tin từ máy hiện có:
- Phản ứng dữ dội hiện tại
- Giờ hoạt động
- Tải trước hiện có
- Nhiệt độ hoạt động
- Tiếng ồn hoặc rung động
- Lỗi có thay đổi trong quá trình di chuyển hay không
Giờ đây nhà cung cấp thực sự có thể giúp chẩn đoán vấn đề thay vì chỉ báo giá một con ốc vít khác.
Mục đích không phải là làm cho vít bi siết chặt nhất có thể
Đây là nơi tôi muốn kết thúc cuộc thảo luận.
Tiền tải hữu ích vì nó giảm khoảng trống bên trong và tăng độ cứng.
Quá ít tiền tải có thể khiến máy bị chuyển động không mong muốn.
Tải trước quá nhiều có thể tạo ra ma sát, nhiệt, tải động cơ và mài mòn không cần thiết.
Và nếu phản lực thực sự xuất phát từ khớp nối, giá đỡ vòng bi hoặc cấu trúc máy, thì thay đai ốc bi cũng không giải quyết được.
Vì vậy, khi trục CNC phát triển hiện tượng phản lực, đừng bắt đầu với:
"Tôi nên mua vít bi nào?"
Bắt đầu với:
"Chuyển động thực sự đến từ đâu?"
Khi bạn biết điều đó, giải pháp thường sẽ rõ ràng hơn nhiều.
Đôi khi nó là một quả bóng.
Đôi khi đó là một vòng bi.
Đôi khi đó là một bộ ghép cần năm phút với một khóa lục giác.
Và đôi khi vít bi vốn không phải là vấn đề ngay từ đầu.
+8615622924499
+8615622924499
