Конструкция и назначение шарико-винтовых передач для станков с ЧПУ

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.

Во многих отраслях промышленности, особенно в машиностроении и металлообработке, важнейшим показателем качества оборудования является точность, т.е. соответствие размеров изготовленной детали указанным на чертеже.

Во время перемещения суппортов и рабочих органов станочного оборудования точность траектории обеспечивают направляющие, а точность позиционирования – шарико-винтовые передачи (ШВП).

Шарико-винтовая передача предназначена для преобразования вращательного движения в линейное.

ШВП состоит из направляющего винта и шариковой гайки, внутри которой вплотную друг к другу располагаются шарики. Они движутся по замкнутому контуру между резьбовыми нитками гайки и винтовой направляющей, обеспечивая гайке поступательное движение. Совершая виток вокруг винта, шарики оказываются в специальной канавке, по которой возвращаются в исходное положение.

Основные преимущества шарико-винтовой пары состоят в высоком КПД (свыше 80 %) и повышенной износостойкости из-за низкого коэффициента трения. Кроме того, ШВП отличаются:

  • высокой нагрузочной способностью;
  • бесшумностью и плавностью работы;
  • высокой точностью передачи;
  • возможностью использования с двигателями небольшой мощности;
  • сравнительно невысоким нагревом в процессе работы;
  • возможностью продолжительной непрерывной работы.

Шарико-винтовые передачи различаются шагом резьбы. Чем больше шаг резьбы, тем выше скорость ШВП, но ниже точность позиционирования.

По способу производства различают катанные и шлифованные передачи. В первом случае резьба наносится на винт путем накатки, т. е. выдавливания витков на поверхности металла. Во втором случае резьба после нарезки подвергается шлифовке. Шлифованные ШВП отличаются повышенной точностью позиционирования, но, в связи с этим, и более высокой стоимостью.

На рынке представлены шарико-винтовые пары нескольких классов точности — С0, С1, С2, С3, С5, С7, С10. Этот показатель определяет величину погрешности позиционирования шариковой гайки при ее перемещении вдоль винта. Также различают транспортные и прецизионные ШВП.

Высокоточные ШВП, используемые в современных промышленных и прецизионных станках, обеспечивают точность позиционирования до 6 мкм на длине перемещения 300 мм. Они сложны в изготовлении и стоят сравнительно дорого, поэтому для обслуживании требуют качественных смазочных материалов.

Высокая линейная скорость и частота вращения, воздействие больших сил резания и ударных нагрузок приводят к износу поверхностей и задирам, движению рывками и вибрации, что неминуемо сказывается на качестве обработки.

Для смазывания шарико-винтовых передач идеально подходит многофункциональная смазка Molykote Multilub на основе минерального масла с литиевым мылом в качестве загустителя.

Благодаря низкой испаряемости масла, хорошей стойкости к окислению и противозадирным присадкам в составе литиевая смазка Molykote Multilub обеспечивает долговременную работу оборудования без досмазывания и ремонта.

Принцип работы

Винтовая пара характеризуется довольно простой конструкцией, которая работает следующим образом

  1. На момент вращения гайки шарики перекатываются по созданным каналам.
  2. Шарики способны поступательно перемещать гайку, выталкивая из резьбы. При этом есть перепускной канал, за счет которого происходит возращение шариков в исходное положение.
  3. Перемещение шарика происходит по замкнутому контуру, который находится внутри гайки.
  4. Наибольшее распространение получили варианты исполнения шарико винтовые передач, в которых канал возврата соединяется два соседних витка.

Встречаются самые различные варианты исполнения рассматриваемой конструкции. Они выбираются в зависимости от условий эксплуатации и предназначения. Примером можно назвать то, что в станкостроительстве используется шариковая винтовая передача с трехконтурной гайкой. Для этого создается специальный вкладыш, для которого создается окно овальной формы. Для снижения трения и повышения показателя КПД применяются сразу три вкладыша, размещаемые под углом 120 градусов относительно друг друга.

Шарико-винтовая передача: что это такое?

Шариковая винтовая пара или передача (ШВП) – устройство транспортировки и позиционирования, представляющее собой пару из гайки и винта. Шарико-винтовая передача способна обеспечивать два типа движения:

  • вращательное – гайка перемещается вокруг оси винта;
  • продольное – движение происходит вдоль винта.

Согласно нормативно-технической документации и международным стандартам, ШВП – это винтовой приводной механизм с шариками, находящимися в режиме качения. Данная передача служит преобразователем вращательного момента в возвратно-поступательное движение гайки, и наоборот.

Особенности ШВП и сферы их применения

Рассмотрим составляющие шарико-винтовой передачи по отдельности. Основа передачи – винт – по своему принципу работы частично схож с прецизионным валом и рельсовой направляющей. Главная задача винта – направлять движение гайки, принимая на себя нагрузку устройства. Винту ШВП свойственны такие характеристики, как резьба, направленность вращения, класс точности, шаг и глубина резьбы и др.

В это же время функциональная задача гайки – плавно и беспрерывно перемещаться вдоль и вокруг винта.

Поскольку шариковая винтовая пара – высокоточное приспособление, к качеству ее производства предъявляются особые требования, такой механизм должен отличаться надежностью и высокой износостойкостью.

Одно из главных условий эффективной работы шарико-винтовой передачи – полное соответствие резьб гайки и винта. Именно поэтому недопустимо совмещение винта и гайки разных производителей: велика вероятность, что какой-либо параметр изделий (шаг резьбы, их количество, диаметр шариков и т. д.) могут различаться. Изготовление пар на заказ – оптимальное решение для поставки ШВП, такой вид производства позволяет учитывать индивидуальные особенности каждой конкретной конструкции.

Конструкции шарико-винтовой пары свойственны:

  • высокий коэффициент нагрузочной способности в сочетании с малыми габаритами изделия;
  • минимизация потерь на трение;
  • малая инертность, низкий уровень шума и плавный ход деталей.

Благодаря своим эксплуатационным свойствам ШВП нашли широкое применение в:

  • станкостроении;
  • медицинской технике;
  • полиграфическом оборудовании;
  • приборостроении.

Влияющие на износ узла параметры

При выборе новой запчасти важно осведомиться, чем смазывать ШВП ЧПУ. Использование другого вида либо более дешевой жидкости снизит долговечность работы узла, что повлияет на гарантийный ремонт и полностью выведет из строя подшипники. На износ повлияет недостаточная твердость поверхности, на этом параметре часто экономят производители с лейблом no name.

Читайте также  Самодельный отрезной станок из болгарки своими руками

Часто вместо указанной стали берется более дешевая и менее устойчивая к нагрузкам. Прокладки и вкладыши из пластмассы должны быть маслостойкими, они часто рассыпаются у дешевых вариантов ШВП. Шарики в подшипниках стираются быстрее из-за несоответствия скоростных режимов реально указанным в паспорте.

• Сложность изготовления;
• Ограничения по длине и скорости вращения;
• Дороговизна.

Несмотря на такие недостатки, винту ШВП до сих пор не нашли замену.

Отметим некоторые моменты, которые влияют на срок службы винта ШВП. Так, если на него попадет вода, то трение увеличиться, что может быстро разрушить деталь. Кроме воды, стоит также опасаться попадание стружки и пыли, которые также снижают срок службы изделия. В том случае, когда вы убеждены, что избежать возможности попадания воды, пыли, механических частиц или влаги на ШВП, нет, то необходимо дополнительно защитить механизм. Хорошей защитой винта от пыли может послужить смазка или более современный метод — азотирование. На работоспособность и долговечность работы механизма может влиять неравномерная его нагрузка. Чаще всего, данная проблема будет беспокоить вас в качестве проявления дополнительного шума и вибраций. Перед следующим использованием, нужно проверить механизм на уровень нагрева и шумность в моменты нагрузки и без нее.

Copyright © 2004–2020. Информационный портал Барнаула и Алтайского края.

Редакция портала : Информационное агентство «Аверс» моб. тел.: , электронная почта:
По вопросам размещения рекламы и техническим вопросам: эл. почта:

Все права защищены. Использование материалов сайта разрешено только со ссылкой на сайт.
Новости, пресс-релизы или сообщения о событиях в Вашей компании мы опубликуем со ссылкой на источник СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!

Разработка, поддержка и продвижение сайта:
студия коммерческого дизайна «COMdesign»

Наш партнер и хостинг-провайдер: Компания «Интелби»

Основные преимущества

Благодаря наличию тел качения шарико-винтовая пара обеспечивает высокий КПД (свыше 80%), низкий коэффициент трения и, как следствие, повышенную износостойкость передачи. К достоинствам шарико-винтовых передач также относятся:

  • высокая нагрузочная способность;
  • бесшумность и плавность работы;
  • высокая точность передачи;
  • возможность использования с двигателями небольшой мощности;
  • сравнительно невысокий нагрев в процессе работы;
  • возможность продолжительной непрерывной работы.

Шарико-винтовые передачи различаются шагом резьбы. Большой шаг резьбы обеспечивает более высокую скорость в ущерб точности позиционирования. Кроме того, при большом резьбовом шаге возможно самопроизвольное движение гайки.

По способу производства различают два типа передач — катанные и шлифованные. В первом случае резьба наносится на винт путем накатки, т. е. выдавливания витков на поверхности металла. Во втором случае резьба после нарезки подвергается шлифовке. Шлифованные ШВП отличаются более высокой стоимостью и повышенной точностью позиционирования.

Существуют винтовые передачи, осуществляющие циклическое возвратно-поступательное движение исполнительного устройства («гайки») при неизменном вращательном движении приводного вала. У этих передач приводной вал имеет и левую и правую резьбы с плавными переходами между ними на концах. Резьба гайки вырождается в единственный выступ (штырь, шпонку), скользящей по резьбе вала. Такая винтовая передача применяется, в частности, в небольших принтерах, механизмах укладки каната в барабан и т. п.

Внешние изображения
12-метровая винтовая передача Beaver Ball Screw — одна из самых длинных для своего времени (1960)
  • приводы исполнительных органов (например: металло-обрабатывающие станки, кузнечно-прессовое оборудование, в 3Д принтерах отвечают за перемещение по высоте (ось Z ));
  • регулировочные винты и болты в машинах и механизмах (например, регулируемые по высоте опоры мебели и оборудования (выкручивающиеся ножки));
  • инструменты (слесарные тиски, струбцины, съёмники, штопоры, винтовые домкраты);
  • детские игрушки: для запуска юлы и летающего винта;

Пара болт-гайка хотя и представляет собой, по сути, винтовую передачу, однако предназначена она не для перемещения, а для закрепления деталей, поэтому относится к соединениям. Аналогично шурупы и винтовые (червячные) металлические хомуты.

Винтовые передачи скольжения с используемыми обычно шагами резьбы винта, относятся к самотормозящимся, в норме осевая нагрузка на винт не способна вызвать вращение приводной гайки. В то же время, из-за крайне низкого трения, винтовые передачи качения, таким свойством не обладают, что следует учитывать в плане безопасности.