Планетарный или прямозубый редуктор: лучший контроль люфта в сервосистемах с ЧПУ

На обрабатывающем центре с ЧПУ редуктор с люфтом 3 угловых минуты вносит ошибку позиционирования примерно в 0,26 мм при радиусе инструмента 300 мм, когда ось меняет направление. Этого достаточно, чтобы вытолкнуть прецизионную деталь за пределы допуска и оставить видимые следы инструмента на готовой поверхности. Выбор между планетарной коробкой передач и прямозубым редуктором не зависит от стоимости или удобства. Речь идет о том, сможет ли ваша сервосистема удерживать заданное положение шаг за шагом.

Что означает контроль люфта в сервосистемах с ЧПУ

Контроль люфта отделяет сервоось, которая удерживает положение, от той, которая выходит за пределы допуска при каждом изменении направления.

Люфт – это угловой зазор между входной и вторичной шестернями при изменении направления вращения. Этот зазор создает мертвую зону в контуре положения. Серводвигатель должен преодолеть этот зазор, прежде чем выход начнет двигаться, и результирующая ошибка положения напрямую зависит от угла люфта и радиуса нагрузки.

Практическое влияние обработки на станках с ЧПУ проявляется в трех областях:

• Точность позиционирования: Ось может приземлиться в любом месте зоны люфта, поэтому повторные перемещения к одной и той же координате приводят к разным результатам.
• Точность контурирования: Во время круговой интерполяции на траектории инструмента появляются метки остановки при изменении направления.
• Поверхностная обработка: Микровибрация, вызванная люфтом, оставляет следы вибрации на готовых поверхностях.

Люфт также меняет поведение контура сервопривода. Когда в системе привода возникает люфт, контроллер видит разрыв между заданным и фактическим положением. Чтобы предотвратить колебания, необходимо уменьшить усиление, что замедляет реакцию. Даже если машина не производит металлолом, она производит детали медленнее, чем могла бы.

Планетарный редуктор: низкий люфт благодаря конструкции

Прецизионные планетарные редукторы обеспечивают люфт в 1–3 угловых минуты, что делает их выбором по умолчанию для сервоосей с ЧПУ.

Ключевой причиной является архитектура распределения нагрузки планетарного редуктора. Несколько планетарных шестерен одновременно входят в зацепление с солнечной и кольцевой шестернями, распределяя крутящий момент на несколько контактов зубьев вместо одного. Это уменьшает отклонение зубьев под нагрузкой и обеспечивает более точный контроль межосевого расстояния во время сборки.

Низкий люфт в планетарном редукторе обусловлен тремя производственными факторами: контролируемой геометрией зубьев, точными межосевыми расстояниями и сборкой с использованием прокладок или предварительной нагрузки. Шлифованные шестерни с тщательно контролируемым профилем зубьев и допусками на водило обеспечивают постоянный люфт на протяжении всего производственного цикла.

Для планетарный редуктор серводвигателя Для поддержания точности на протяжении всего срока службы наибольшее значение имеют качество изготовления и контроль допусков сборки. В серии AHL компания BEITTO использует винтовую геометрию зубьев и шестерни с прецизионной шлифовкой для обеспечения постоянного люфта, одновременно улучшая грузоподъемность и бесшумную работу. Для машиностроителя повторяемость важнее, чем идеальный прототип: каждая ось должна вести себя одинаково.

Термическая стабильность является еще одним фактором. По мере нагревания планетарного редуктора в процессе работы корпус расширяется и изменяются зазоры шестерен. Хорошо спроектированный планетарный редуктор сохраняет диапазон люфта во всем диапазоне рабочих температур машины, в то время как прямозубый редуктор с большими зазорами больше смещается при изменении температуры.

Планетарный редуктор коробки передач со спиральным зубом серии AHL для серводвигателя Планетарные редукторы благодаря своим характеристикам широко используются во многих отраслях промышленности. Их косозубые шестерни уникальной конструкции обеспечивают чрезвычайно плавную работу и низкий уровень шума. Посмотреть продукт →

Редуктор с цилиндрической шестерней: пределы простой передачи

В цилиндрических редукторах люфт обычно составляет 5–15 угловых минут, а зазор увеличивается по мере износа, поскольку каждая ступень увеличивает свой собственный зазор между зубьями.

В цилиндрическом редукторе используются простые пары шестерен с параллельными осями. Каждая ступень имеет ровно одно зубчатое зацепление, а общий зазор представляет собой сумму зазоров зубьев на всех ступенях. Поскольку зубья зацепляются в одной точке, концентрация нагрузки высока, и размер зубьев должен быть больше, чтобы выдерживать тот же крутящий момент.

Экономическое преимущество реально. Без водила планетарной передачи, кольцевой шестерни и внутреннего распределения нагрузки производственные затраты на Нм ниже. Для конвейеров, простых индексирующих столов и некритических питателей компромисс имеет смысл.

Проблема систем ЧПУ заключается в том, что люфт в прямозубом редукторе не является статической величиной. По мере износа шестерен люфт меняется, и характеристики контура сервопривода изменяются. Сервосистема, настроенная на одно значение люфта, становится движущейся целью, когда это значение отклоняется. В конечном итоге вам приходится перенастраивать приводы, уменьшать скорость подачи или соглашаться на более низкую точность — ничто из этого неприемлемо на станке, предназначенном для точных работ.

Параллельное сравнение: что обеспечивает лучший контроль люфта

В сервосистемах с ЧПУ планетарный редуктор обеспечивает лучший контроль люфта, чем прямозубый редуктор на каждой оси, выполняющей позиционирование или контурирование.

В приведенной ниже сравнительной таблице показаны типичные различия в показателях, которые имеют значение для сервоприводов с ЧПУ.

Диаграмма и таблица вместе рассказывают одну и ту же историю. Планетарный редуктор работает в диапазоне 1–3 угловых минут, который является диапазоном, который производители станков с ЧПУ определяют для точных осей. Прямозубый редуктор начинается с 5 угловых минут и достигает 15 угловых минут.

Торсионная жесткость имеет такое же значение, как и люфт. Редуктор, который прокручивается под нагрузкой, увеличивает ошибку позиционирования даже при контакте шестерен. Планетарные редукторы имеют более высокую жесткость, поскольку сателлиты с обоих концов опираются на водило. Прямозубый редуктор имеет консольную или сдвоенную зубчатую пару, которая менее жесткая.

Как выбрать правильный редуктор для вашей оси ЧПУ

Выберите прецизионный планетарный редуктор для любой оси ЧПУ, которая позиционирует или контурирует, и выберите гибкий зубчатый редуктор для осей, которым требуется 1 угловая минута или выше.

Правило выбора зависит от роли оси:

• Если ось подает режущий инструмент и влияет на качество детали, редуктор должен поддерживать зазор ниже 3 угловых минут.
• Если ось удерживает поворотный стол, требования еще жестче — предпочтительна 1 угловая минута или меньше.
• Если ось является вспомогательной, например клапан охлаждающей жидкости или зажим, можно использовать прямозубый переходник.

Когда можно использовать цилиндрический редуктор

Ось подачи с шарико-винтовой парой, которая измеряет положение винта, является одним из случаев, когда энкодер замыкает контур на винте, а не на редукторе. Еще одна вспомогательная ось, не влияющая на качество детали. Бюджетный станок, для которого качество поверхности и точность контура не являются основными требованиями, также может оправдать снижение стоимости прямозубого редуктора.

Когда вам нужен гибкий зубчатый редуктор

Для самых требовательных осей гибкие зубчатые редукторы обеспечивают 1 угловую минуту или выше. В серии BEITTO BSHF используется гибкая шлицевая линия, которая упруго деформируется для зацепления с зубчатым зацеплением, устраняя зазор между зубьями и обеспечивая высокую жесткость на кручение. Эффективные стратегии по сокращению обратного оформления в этих подразделениях подробно описаны в технических ресурсах компании.

Серия BSHF Гибкий редуктор Серия BSHF Гибкий редуктор adopts a large-diameter hollow shaft design with a compact structure, and effectively reduces the overall weight. The thin body desig... Посмотреть продукт →

Прямоугольные и компактные конфигурации

Для систем ЧПУ, где двигатель должен располагаться перпендикулярно ведомой оси, требуется прямоугольный редуктор. Спирально-конический редуктор серии TDXR с малым люфтом обеспечивает точность и компактность.

Серия TD-XR Высокая эффективность Низкий люфт Спирально-конический редуктор ● Различные варианты выходного вала ● Высокий крутящий момент ● Высокий КПД ● Длительный срок службы ● Низкий люфт ● Не требует обслуживания ● Гибкие установочные размеры Посмотреть продукт →

Во многих приложениях с ЧПУ редуктор устанавливается между серводвигателем и шарико-винтовой парой. Общая ошибка позиционирования представляет собой сумму люфта редуктора и осевого люфта ШВП. Прецизионный планетарный редуктор с люфтом 1-3 угловых минуты обычно добавляет лишь несколько микрон погрешности винта, тогда как прямозубый редуктор добавляет в несколько раз эту величину.

Часто задаваемые вопросы