Что такое швп в станке?

Конструкция и назначение шарико-винтовых передач для станков с ЧПУ

Что такое швп в станке?

Для создания станков с программным числовым управлением необходимо использовать шарико-винтовые пары. Они отличаются не только внешним видом, но и конструкцией. Для выбора определенной модели следует заранее ознакомиться со строением и комплектующими ШВП.

Назначение шарико-винтовых пар

Конструкция шарико-винтовой передачи

Все виды ШВП для станков с ЧПУ предназначены для преобразования вращательного движения в поступательное. Конструктивно состоят из корпуса и ходового винта. Отличаются друг от друга размерами и техническими характеристиками.

Основным требованием является минимизация трения во время работы. Для этого поверхность комплектующих проходит процесс тщательной шлифовки. В результате этого во время движения ходового винта не происходит резких скачков его положения относительно корпуса с подшипниками.

Дополнительно для достижения плавного хода применяется не трение скольжение относительно штифта и корпуса, а качение. Для получения этого эффекта применяется принцип шариковых подшипников. Подобная схема увеличивает перегрузочные характеристики ШВП для станков с ЧПУ, значительно повышает КПД.

Основные компоненты шарико-винтовой передачи:

  • ходовой винт. Предназначен для преобразования вращательного движения в поступательное. На его поверхности формируется резьба, основная характеристика — ее шаг;
  • корпус. Во время движения ходового винта происходит смещение. На корпус могут устанавливаться различные компоненты станка: фрезы, сверла и т.д.;
  • шарики и вкладыши. Необходимы для плавного хода корпуса относительно оси ходового винта.

Несмотря на все преимущества подобной конструкции шарико-винтовые передачи для ЧПУ применяются только для средних и малых станков. Это связано с возможностью прогиба винта при расположении корпуса в его средней части. В настоящее время максимально допустимая длина составляет 1,5 м.

Аналогичными свойствами обладает передача винт-гайка. Однако это схема характеризуется быстрым износом комплектующих из-за их постоянного трения между собой.

Области применения ШВП

Относительная простота конструкции и возможность изготовления шарико-винтовой передачи с различными характеристиками расширяет область его применения. В стоящее время шарико-винтовые пары являются неотъемлемыми компонентами самодельных фрезерных станков с числовым программным управлением. Ну на этом область применения не ограничивается.

Благодаря своей универсальности ШВП могут устанавливаться не только в станках с ЧПУ. Плавный ход и практические нулевое трение делают их незаменимыми компонентами в точных измерительных приборах, установок медицинского назначения, в машиностроении. Нередко для комплектации самодельного оборудования берут запчасти от этих приборов.

Это стало возможным благодаря следующим свойствам:

  • минимизация потерь на трение;
  • высокий коэффициент нагрузочной способности при небольших габаритах конструкции;
  • низкая инертность. Движение корпуса происходит одновременно с вращением винта;
  • отсутствие шума и плавный ход.

Однако следует учитывать и недостатки ШВП для оборудования ЧПУ. Прежде всего к ним относятся сложная конструкция корпуса. Даже при незначительном повреждении одного из компонентов шарико-винтовая передача не сможет выполнять свои функции. Также накладываются ограничения на скорость вращения винта. Превышение этого параметра может привести к появлению вибрации.

Для уменьшения осевого зазора сборка выполняется с натягом. Для этого могут устанавливаться шарики увеличенного диаметра или две гайки с осевым смещением.

Характеристики ШВП для оборудования с ЧПУ

Для выбора оптимальной модели шарико-винтовой передачи для станков с числовым программным управлением следует ознакомиться с техническими характеристиками. В дальнейшем они повлияют на эксплуатационные качества оборудования и время его безремонтной эксплуатации.

Основным параметром ШВП для станков с ЧПУ является класс точности. Он определяет степень погрешности положения подвижной системы согласно расчетным характеристикам. Класс точности может быть от С0 до С10. Погрешность перемещения должна даваться производителем, указывается в техническом паспорте изделия.

Класс точности С0 С1 С2 С3 С5 С7 С10
Погрешность на 300 мкм 3,5 5 7 8 18 50 120
Погрешность на один оборот винта 2,5 4 5 6 8

Кроме этого при выборе нужно учитывать следующие параметры:

  • отношение максимальной и необходимой скорости мотора;
  • общая длина резьбы ходового винта;
  • средние показатели нагрузки на всю конструкцию;
  • значение осевой нагрузки — преднатяг;
  • геометрические размеры — диаметр винта и гайки;
  • параметры электродвигателя — крутящий момент, мощность и другие характеристики.

Эти данные должны быть предварительно рассчитаны. Следует помнить, что фактические характеристики ШВП для оборудования с ЧПУ не могут отличаться от расчетных. В противном случае это приведет к неправильной работе станка.

Количество оборотов шариков за один круг определит степень передачи крутящего момента от вала корпусу. Этот параметр зависит от диаметра шариков, их количества и сечения вала.

Установка ШВП на станок с ЧПУ

После выбора оптимальной модели необходимо продумать схему установки ШВП на станок с ЧПУ. Для этого предварительно составляется чертеж конструкции, закупаются или изготавливаются другие компоненты.

Читайте также  Что можно резать на лазерном станке?

Во время выполнения работы следует учитывать не только технические характеристики шарико-винтовой передачи. Основное ее предназначение — движение элементов станка по определенной оси. Поэтому следует заранее продумать крепление блока обработки к корпусу ШВП для станков с ЧПУ. Необходимо сверить размеры посадочных отверстий, их расположение на корпусе. Следует помнить, что любая механическая обработка шарико-винтовой передачи может повлечь за собой негативные изменения ее характеристик.

Порядок установки в корпус станка с ЧПУ.

  1. Определение оптимальных технических характеристик.
  2. Измерение длины вала.
  3. Создание схемы сопряжения монтажной части вала с ротором двигателя.
  4. Установка передачи на корпус станка.
  5. Проверка работоспособность узла.
  6. Подключение всех основных компонентов.

После этого можно выполнить первый пробный запуск оборудования. В процессе работы не должно возникать колебания и вибрации. В случае их появления выполнять дополнительную калибровку компонентов.

При поломке ШВП во время эксплуатации станка с ЧПУ ремонт передача можно сделать самостоятельно. Для этого можно заказать специальный комплект. С особенностями проведения восстановительных работ можно знакомиться в видеоматериале:

Источник: http://stanokgid.ru/osnastka/shvp-dlya-chpu.html

Швп передача | техника и человек

Что такое швп в станке?

С появлением промышленного производства винтовые передачи стали широко применяться в технике, в частности для перемещения суппортов металлорежущих станков. Развитием винтовых механизмов стали шарико-винтовые передачи (ШВП). Их появление обусловлено созданием нового поколения металлорежущего оборудования — станков с числовым программным управлением (ЧПУ).

Функциональное предназначение и устройство

Вид профиля впадины винт-гайка: а) арочный контур б) радиусный контур

Цель рассматриваемого механизма состоит в том, чтобы преобразовать вращательное движение привода в прямолинейное перемещение рабочего объекта. Передача состоит из двух составных частей: ходового винта и гайки.

Винт изготавливается из высокопрочных сталей марок 8ХФ, 8ХФВД, ХВГ, подвергнутых индукционной закалке, или 20Х3МВФ с азотированием. Резьба выполнена в форме спиральной канавки полукруглого или треугольного сечения. В зависимости от условий работы винта профиль впадины может иметь несколько исполнений. Наиболее часто применяется арочный или радиусный контур.

Охватывающая деталь — гайка является составным узлом. Она имеет сложное устройство. Обычно представляет собой корпус, в котором расположены два вкладыша с такими же канавками, как и у ходового винта. Материал вкладных деталей: объемно закаливаемая сталь марки ХВГ, цементируемые стали 12ХН3А, 12Х2Н4А, 18ХГТ. Вставки устанавливают таким образом, чтобы после сборки обеспечить предварительный натяг в системе винт-гайка.

Внутри винтовых канавок размещаются закаленные стальные шарики, изготовленные из стали ШХ15, которые при работе передачи циркулируют по замкнутой траектории. Для этого внутри корпуса гайки имеются несколько обводных каналов, выполненных в виде трубок, соединяющих витки гайки. Длина их может быть различной, то есть шарики могут возвращаться через один, два витка, или в конце гайки. Наиболее распространенным является возврат на смежный виток (система DIN).

Принцип работы

Винт приводится во вращение от приводного электродвигателя, гайка закреплена неподвижно на рабочем органе станка (суппорт, каретка, шпиндельная бабка, люнет и так далее). При этом возникает осевая сила, действующая на шарики, размещенные внутри гайки, под действием которой они начинают катиться в замкнутых винтовых канавках. Сила реакции воздействует на гайку, а поскольку та жестко соединена с перемещаемой деталью, заставляет последнюю перемещаться по направляющим станка. В чем состоит отличие работы ШВП от обычной винтовой передачи с трапециевидной резьбой, которая ранее применялась на станках?

    1. При вращении ходового винта прежней конструкции в зоне контакта двух деталей возникало трение скольжения, характеризующееся коэффициентом трения (бронза по стали, со смазкой) f = 0,07–0,1. В механизме с шариковыми элементами действует трение качения с коэффициентом f = 0,0015–0,006. Как видно из приведенных значений, винтовые шариковые передачи требует значительно меньшей мощности приводного двигателя.
    2. Для точного позиционирования каретки или суппорта станка перед остановкой рабочего органа необходимо замедлять скорость его перемещения. По достижении определенного порога минимальной скорости возможны микроостановки — залипания — движущегося узла. В момент возобновления движения его характер определяется трением покоя, которое при скольжении значительно превышает трение движения. Из-за этого возникают рывки, ухудшающие точность позиционирования. При трении качения этот недостаток практически сводится к нулю.

Быстроходные или скоростные ШВП

Быстроходный ШВП

Увеличение скорости перемещения гайки относительно винта достигается за счет увеличения шага между канавками, по сравнению со стандартным винтом в 3-5 раз, у обычной ШВП передачи диаметра 16-32мм шаг составляет 5-10мм, у скоростной тех же диаметров — 16-32мм и кратна диаметру винта.

За счет увеличения скорости перемещения — потери в жесткости и максимальной нагрузки на передачу (большей степени) и точности (в меньшей степени).

Классификация

По технологии изготовления ходовые винты бывают:

  • Катаные — с винтовой канавкой, получаемой методом холодной прокатки. Эти винты производятся с меньшими затратами, поэтому обладают лучшим соотношением цена-качество при средней точности изготовления (C5, C7, C9).
  • Шлифованные — относятся к прецизионным изделиям. После нарезания резьбы и последующей термообработки подвергаются шлифованию. Имеют повышенную точность (C1, C3, C5) и более высокую цену.

По конструкции:

  • Шарико-винтовые — изготовленные согласно стандарту DIN. Шарики возвращаются в смежную канавку по желобу отражателя, встроенного в гайку.
  • Прецизионные — изготавливаются шлифованием. Могут состоять из одной или двух гаек, иметь предварительный натяг (преднатяг) — устранение осевого зазора с целью повышения точности при реверсах и увеличения жесткости привода.
  • Прецизионные с сепаратором — отличаются конструкцией возврата шариков (отсутствует соударение) и шлифованным профилем канавки.
  • Прецизионные с вращающейся гайкой имеют встроенный подшипник, благодаря чему имеют повышенную точность перемещения.
  • Шлицевый вал с шариковыми втулками фланцевого исполнения. При этом вал выполняет функцию внутреннего кольца подшипника. Эта конструкция отличается компактностью и простотой монтажа.
  • Консольное исполнение винта. Применяется для коротких ходовых винтов, не имеющих второй поддержки.
Читайте также  Для чего предназначен суппорт токарного станка?

Технические характеристики ШВП

    Основные параметры:

  • Диаметр и шаг винта — от 16 × 2,5 до 125 × 20 мм.
  • Длина винтового стержня. Ходовые винты для станков с ЧПУ обычно выпускаются с максимальной длиной 2,0–2,5 м, хотя под заказ изготавливают и до 8 метров.
  • Линейная скорость перемещения — до 110 м/мин.
  • Точность передачи — C1…C10.

Силовые характеристики для некоторых типоразмеров приведены в таблице:

Силовые параметры шарико-винтовых передач
Диаметр × шаг, мм Грузоподъемность, Н Осевая жесткость, Н/мкм
Статическая Динамическая Корпусных ШВП Бескорпусных ШВП
16 × 2,5 9600 5000 230
32 × 5 37500 17710 700 760
50 × 10 112500 57750 1000 1100
80 × 10 197700 66880 1700 1900
125 × 20 729000 278000 2850
Примечание: осевая жесткость указана для класса точности C1.

Установка передачи

Выбор ШВП для конкретного оборудования производится в процессе конструкторской разработки, а именно на стадии эскизного проектирования — после того как будут определены величина хода стола и необходимое усилие на винте. Затем уточняют техническое решение:

  • Выбирают длину винта.
  • В зависимости от необходимой степени точности привода выбирают между обычной и прецизионной передачей.
  • Определяют конструктивный вариант гайки: одинарная, двойная, способ возврата шариков, наличие подшипника и другое. Одинарная гайка дешевле, но в случае износа требует замены, сдвоенную можно регулировать путем подшлифовки компенсатора. Система рециркуляции шариков с помощью трубок несколько увеличивает стоимость гайки, однако допускает возможность ремонта изношенных каналов путем замены обводных трубок.
  • Решают — требуется или нет поддержка свободного конца винта.
  • Уточняют характер соединения корпуса гайки с перемещаемым узлом, а также ведущего конца ходового винта с электромеханическим приводом. Производят динамический расчет, в случае необходимости вносят изменения в конструкцию.
  • Закончив сборку станка, производят испытания всех узлов, в том числе и шарико-винтовой передачи, согласно методике испытаний.

Область применения

ШВП получили широкое распространение во многих отраслях промышленности: станкостроение, робототехника, сборочные линии и транспортные устройства, комплексные автоматизированные системы, деревообработка, автомобилестроение, медицинское оборудование, атомная энергетика, космическая и авиационная промышленность, военная техника, точные измерительные приборы и многое другое. Несколько примеров использования этих узлов:

  • Приводы подач станков с ЧПУ. Первый серийно выпускаемый в СССР обрабатывающий центр ИР-500 имел 3 координаты обработки. Современные системы содержат значительно большее количество линейных приводов. Например, многошпиндельные автоматы продольного точения Tornos серии MULTI SWISS имеют 14 управляемых осей.
  • Перемещение поршня-рейки рулевого механизма автомобилей (МАЗ, КАМАЗ, Газель).
  • Вертикальное перемещение каретки производственного 3D-принтера VECTORUS серий iPro и sPro.

Производители:

  • Steinmeyer (Германия);
  • SKF (Швеция);
  • MecVel (Италия);
  • THK (Япония);
  • SBC (Корея);
  • HIWIN (Тайвань).

Источник: http://zewerok.ru/svp/

Шарико-винтовая передача (ШВП)

Что такое швп в станке?

Различные приводы могут применяться для передачи усилия от источника к исполнительному элементу. Довольно большое распространение получил линейный тип конструкции, который может преобразовывать вращение в возвратно-поступательное движение. Отличительная особенность подобного варианта исполнения – небольшой трение на момент передачи момента. Конструкция представлена валом со специфической формой беговых дорожек, которые выступают в качестве направляющей для передачи усилия. Рассмотрим подробности этого устройства подробнее.

Сфера применения шарико-винтовых пар

Сегодня рассматриваемое устройство характеризуется довольно высокой областью применения. Чаше всего шарико-винтовая передача устанавливается в нижеприведенных случаях:

  1. В авиастроении.
  2. В ракетостроении.
  3. Автомобилях.
  4. При создании других механизмов, когда нужно провести преобразование вращения в линейное перемещение.

В большинстве случаев шарико-винтовая передача предназначена для смещения рулевой рейки. При этом в качестве привода могут применяться различные источники, к примеру, электрический двигатель. Сегодня ШВП часто устанавливаются в станках ЧПУ, которые характеризуются высокой точностью. Все элементы могут точно позиционироваться относительно друг друга благодаря подобному элементу.

История ШВП

Устанавливается подобная конструкция на протяжении длительного периода. Принято считать, что первая шарико-винтовая передача была создана из обычного винта, на котором были зафиксированы несколько гаек. Дальнейшее совершенствованием конструкции проводилось следующим образом:

  1. Перераспределение гайки.
  2. Смена направления натяга.
  3. Снижение погрешности шага.

При производстве основных элементов могут применяться материалы, характеризующие высокой устойчивостью к механическому и другому воздействию. Именно поэтому механизм стал устанавливаться чаще, чем раньше.

Применение ШВП

Только при правильной эксплуатации устройства можно обеспечить его длительную службу. Примером можно назвать чистоту рабочей поверхности, защите рабочего пространства от воздействия окружающей среды. Рекомендуется исключать вероятность попадания на поверхность абразивных элементов и стружки, а также пыли.

Решить большинство проблем можно путем установки гофрированной защиты, которая изготавливается из резины, полимера или кожи. Их установка позволяет исключить вероятность попадания загрязняющих элементов в зону контакта.

Еще один метод заключается в установке компрессорной установки. Она подает отфильтрованный воздух под давлением, за счет чего происходит очищение поверхности от загрязнений. Другими особенностями назовем следующее:

  1. Шарико-винтовая передача имеет определенный преднатяг, за счет которого исключается вероятность появления люфта.
  2. Отсутствие люфта во многом определяет возможность установки устройства в станках с ЧПУ и другом оборудовании, которое должно работать с высокой точностью.
Читайте также  Каким инструментом обрабатывают детали на токарных станках?

При выборе наиболее подходящего привода учитываются условия эксплуатации. Шарико-винтовая передача служит намного дольше при обильном добавлении смазывающего вещества, так как на момент эксплуатации возникает трение. Слишком сильное трение становится причиной повышенного износа и температурного расширения металла.

У рассматриваемого типа привода также есть несколько существенных недостатков, которые должны учитываться. Пара винтовой передачи ШВП характеризуется следующими недостатками:

  1. В зависимости от угла установки основного элемента есть вероятность обратного хода шарико-винтовой передачи.
  2. Малое трение гайки не блокирует ее при обратном ходе. Другими словами, она может свободного ходить по винту, поэтому предусматривается наличие стопорного элемента.

Рассматриваемое устройство не рекомендуется устанавливаться в случае ручной подачи. Кроме этого, не стоит забывать о высокой стоимости изделия. Именно поэтому в машиностроительной и другой промышленности часто применяют бюджетные варианты исполнения, которые более просты в изготовлении и могут прослужить в течение длительного периода.

Преимущества шарико-винтовых передач

Есть довольно большое количество преимуществ, которыми можно охарактеризовать рассматриваемый привод. Наиболее значимыми назовем следующие:

  1. Низкий коэффициент трения можно назвать основным преимуществом шарико-винтовой передачи. Этот показатель достигается за счет применения специального материала, а также добавления смазывающего вещества в зону контакта.
  2. Высокое значение КПД также является наиболее важным преимуществом, по которому шарико-винтовая передача обходит многие другие конструкции. Примером можно назвать то, что в большинстве случаев показатель составляет 90%, у метрических ходовых винтов он всего 50%.
  3. Отсутствие скольжения существенно увеличивает эксплуатационный ресурс шарико-винтового устройства. Подобное явление становится причиной сильного трения, который повышает износ и повышает температуру конструкции.
  4. Провести ремонт и обслуживание можно самостоятельно, для этого не требуется специальное оборудование. За счет этого снижается простой оборудования при ремонте, а также выполнении периодической смазки.
  5. Более высокая скорость ходового винта существенно расширяет область применения конструкции.
  6. Более низкие требования к мощности электрического привода винта.

Все приведенные выше преимущества определяют то, что многие не уделяют внимание стоимости и проводят установку конструкции. При выборе уделяется внимание типу применяемого материала при изготовлении, точности и многим другим моментам.

Производство винтов ШВП

Высокая точность позиционирования двух элементов, находящихся в паре, определяет возникновение серьезных трудностей с их производством. Радиальный зазор между винтом может стать причиной появления люфта. Рассматривая изготовление отметим нижеприведенные моменты:

  1. Самое точное шарико-винтовое устройство производится путем шлифования. Поверхность подобным образом может обрабатываться исключительно при применении специального оборудования.
  2. В некоторых случаях производство винта проводится при применении технологии наката. Подобный вариант исполнения винта характеризуется более низкой стоимостью, но точность довольно велика.

В интернете и других источниках можно встретить требуемые схемы для изготовления рассматриваемой пары. При этом чертеж изготавливается с учетом установленных стандартов. Сложность процесса производства определяет то, что нужно уделять внимание исключительно продукции известных компаний.

Точность ШВП

В большинстве случаев шарико-винтовая передача устанавливается по причине высокой точности позиционирования обоих элементов. Принцип действия характеризуется следующими особенностями:

  1. В большинстве случаев погрешность составляет 1-3 микрона на 300 мм хода. Кроме этого, можно встретить шарико-винтовые устройства с более высокой точностью позиционирования отдельных элементов.
  2. Заготовка для получения винта получается при применении технологии механической обработки. Примером можно назвать использование токарного станка ЧПУ, так как он позволяет получить размеры с высокой точностью.
  3. После получения требуемой формы проводится закалка и шлифовка поверхности. Первый технологический процесс позволяет существенно повысить твердость поверхности, второй достигнуть высокой точности размеров.

Важным моментом назовем то, что температурная обработка становится причиной существенного изменения основных качеств материала. Именно поэтому финишная обработка в большинстве случаев представлена шлифованием.

Довольно большое распространение сегодня получила технология Hard-whirling. Это технология металлообработки предусматривает минимальный нагрев заготовки, за счет чего существенно повышается точность обработки. В большинстве случаев точность обработки составляет 250 Нм на один сантиметр.

Также может применяться технология фрезерования и шлифования на сверхточном оборудовании. Аналогичное оборудование используется при получении зеркал и линз. В большинстве случаев заготовка представлена инварными сплавами, за счет чего существенно снижается погрешность при производстве.

Системы рециркуляции шариков

Важным конструктивным элементом можно назвать систему рециркуляции шариков. Она характеризуется следующими особенностями:

  1. Шарики меняют свое положение в каналах резьбы гайки и специальных беговых дорожках винта. При этом они характеризуются точными размерами. При изготовлении шариков применяется сталь с высоким уровнем износостойкости. В противном случае может появится люфт, который негативно отразится на эксплуатационных качествах шарико-винтовой передачи.
  2. Если не использовать специальную систему, то в конце хода шарики просто бы выбегали из конструкции наружу. Именно поэтому при создании конструкции часто используются системы возврата.
  3. Внешняя система представлена металлической трубкой, которая соединяет входное и выходное отверстие. Внутренняя система представлена каналами, нарезаемыми вблизи винта.

В последнее время большое распространение получил вариант исполнения, при котором движение шариков закольцовано. За счет этого обеспечиваются наиболее благоприятные условия эксплуатации устройства.