Чпу ходовой винт 8 мм на оборот. Ходовая гайка для чпу своими руками

Особенность его конструкции заключается в том, что ходовой винт по оси X закреплен неподвижно (не вращается). Для статичного винта требуется особенная ходовая гайка. В станках с ЧПУ небольшого размера обычно ходовая гайка жестко закреплена, а винт вращается, перемещая каретку. У меня же наоборот — ходовая гайка вращается вокруг винта, приводимая в движение шаговым двигателем. Ну и очевидно, что ходовая гайка для ЧПУ большого размера должна быть изготовлена своими руками, потому как такая просто-напросто нигде не продается!

Зачем нам вращать ходовую гайку вместо ходового винта на станке с ЧПУ большого размера?

1. Промышленный ходовой винт ШВП длиной в 2 метра и более стоит просто безумных денег (по сравнению со строительной шпилькой). Он должен быть довольно большого диаметра — от 20 мм и толще, что стоит еще более безумных денег. Плюс такую махину еще и не всякий шаговик провернет, и нужно ставить серву, которая стоит еще более безумных денег (по сравнению с шаговиком). И, вообще говоря, на большой станок с ЧПУ ставят обычно 2 ходовых винта (по одному с каждой стороны). Получается двойное безумие по бюджету.
2. Крайне бюджетным и неплохим вариантом является строительная шпилька (см. ), но если при длине в 2 метра мы попробуем ее вращать, то она начнет прыгать, как скакалка, и в конце концов отвалится.
3. На длинную станину 2-3 метра с неподвижным винтом по оси X можно поставить не одну, а целых две или даже три независимых оси Y, каждая из которых будет индивидуально трудиться над своим заказом. Т.е. на одной станине будет установлено как бы 2 независимых станка с ЧПУ с одной механически общей осью X. Очевидно, что с вращающимся винтом независимые каретки не получатся, а получится только клонирование оси.

Ходовая гайка для ЧПУ своими руками изготавливается довольно просто: берем отрезок капролона нужной длины и просто нарезаем внутреннюю резьбу под строительную шпильку. Капролон довольно мягкий и резьбу можно нарезать даже самой строительной шпилькой, предварительно изготовив из нее метчик при помощи нарезания канавок болгаркой. Я внутреннюю резьбу делал на моем домашнем токарничке, а потом делал проход таким самодельным метчиком из шпильки для более точного и плотного подгона резьбы. На токарнике для этого нужно специально резьбу не дорезать, чтобы оставить под проход самой шпилькой. Тогда ходовая гайка будет ходить плотненько и без люфтов. Люфты также убираются увеличением длины ходовой гайки. Уже при длине 35-40 мм люфты полностью исчезают. В интернете можно найти много конструкций с двойной регулируемой ходовой гайкой, которой также можно убрать люфт, но ее недостаток в значительном усложнении конструкции. Если вы используете свой станок с ЧПУ для хобби, то обычная ходовая гайка из капролона прослужит вам очень и очень долго — несколько лет точно! У меня до сих пор живы, хотя я на них даже алюминий попиливаю

Ходовая гайка для моего большого станка с ЧПУ будет вращаться сама вокруг неподвижного винта, поэтому с двух сторон мы ее подпираем подшипниками и довольно плотно зажимаем между двух алюминиевых пластин. В этих пластинах отфрезерованы посадочные места под подшипники. Не беда, если посадочные места получатся немного кривоваты. Алюминий очень мягкий, поэтому подшипник потом можно будет туго запрессовать тисками через фанерные прокладки. И так даже лучше, потому что нам необходимо полностью исключить продольное движение гайки в промежутке между этими двумя пластинами. Для жесткой фиксации пластин между собой, а также для передачи поступательного движения гайки на каретку станка, применим листовой металл толщиной 4-5 мм (вон она — шкрябаная ржавая железяка на фотке). На фото не хватает аналогичной связки пластин в горизонтальной плоскости (прямо под гайкой) — это я потом доделаю.

Остается только передать вращение с шагового двигателя на гайку. Я планирую сделать это при помощи зубчатого ремня. Но загвоздка в том, что мне придется изготовить свою собственную нестандартную шестеренку, а этого я пока еще никогда не делал.

Для изготовления своей собственной шестеренки мне пришлось немного попыхтеть. Причем пыхтеть пришлось за компьютером. Я написал свою собственную программу для расчета шкивов с заданными параметрами, потому как ничего дельного и бесплатного мне найти не удалось. За основу был взят открытый файл на Thingiverse в OpenSCAD, который я переписал на Python и сделал экспорт в DXF. Шестеренку я изготовил из капролона — это прочный конструкционный и легко обрабатываемый пластик. Кроме самой шестеренки для зубчатого ремня нужен также ролик-натяжитель (оне же успокоитель) ремня. Его я тоже изготовил из капролона, но внутрь вставил подшипник.

После установки вращающейся гайки на станок я немного промучился со шкивами для двигателей, которые все время съезжали из-за очень высокой скорости вращения и сильного натяжения. Мне даже пришлось сверлить в валах шаговых двигателей небольшие канавки и фиксировать шкивы на валах установочными винтами с внутренним шестигранником. Но в итоге результат порадовал: на всей длине ходового винта гаечка шла плавно покачиваясь и ни капельки не трепыхала винт.

Редукция ходовой гайки получилась 30:12 (30 зубов на гайке, 12 зубов на шкиве двигателя), т.е. редуктор усиливает момент двигателя в 2.5 раза. Разрешающая способность станка на шпильке с шагом 2 мм/оборот получилась 0.004 мм (2мм/оборот ÷ (200 шагов/оборот * 2.5)).

Ходовой винт - это важная деталь, которая используется в качестве преобразователя движения. Он изменяет вращательное движение в поступательно-прямолинейное перемещение. Для этого он снабжается специальной гайкой. Кроме этого, он обеспечивает перемещение с заданной точностью.

Показатели качества винта

Винт, как очень важная деталь, должен соответствовать множеству требований. Для того чтобы его можно было использовать, к примеру, в настольных тисках, он должен подходить по таким параметрам, как: диаметральный размер, точность профиля и точность шага резьбы, соотношение резьбы винта с его опорными шейками, износостойкость, толщина нитки резьбы. Также важно отметить, что в зависимости от степени точности перемещения, которую обеспечивают винты, их можно разделить на несколько классов точности от 0 до 4. К примеру, ходовые винты металлорежущих станков должны соответствовать классу точности от 0 до 3. 4 класс точности не подходит для использования в таком оборудовании.

Материал для заготовки ходового винта

В качестве заготовки для производства винта используют обычный пруток, который отрезается от сортового металла. Однако здесь важно отметить, что к материалу, служащему заготовкой, предъявляются некоторые требования. Металл должен обладать хорошей стойкость к износу, хорошей обрабатываемостью, а также обладать состоянием стабильного равновесия в условиях внутреннего напряжения, которое возникает после обработки. Это очень важно, так как данное свойство поможет избежать деформации ходового винта при его дальнейшем использовании.

Для производства этой детали со средним классом точности (2-й или 3-й), к которой не будут предъявляться требования повышенной устойчивости к температуре, используют сталь А40Г, являющуюся среднеуглеродистой, с добавками серы и стали 45 с дополнением свинца. Такой сплав улучшает возможность обработки винта, а также уменьшает шероховатость поверхности материала.

Профиль винта

Существует три профиля винта, которые используются при производстве ходового винта токарного станка или любого другого. Профиль может быть трапецеидальным, прямоугольным или треугольным. Наиболее распространенным типом считается трапецеидальная резьба. К ее преимуществам можно отнести то, что она выше по точности, чем прямоугольная. Кроме этого, используя разрезную гайку, можно регулировать осевые зазоры трапецеидальным винтом, которые возникают из-за износа оборудования.

Здесь важно также отметить, что нарезание, как и шлифовка трапецеидальной резьбы на винт, гораздо проще, чем прямоугольной. Но при этом нужно понимать, что точностные характеристики прямоугольной резьбы выше, чем у трапецеидальных. Это значит, что если стоит задача создать винт с наилучшей регулировкой по точности, то придется все же нарезать прямоугольную резьбу. Трапецеидальные винты не подходят для проведения очень точных операций.

Обработка винта

Основными деталями, на которых базируется винт в станке, стали опорные шейки и буртики. Исполнительной поверхностью у винта считается его резьба. Наибольшая точность в настольных тисках и любых других станках, имеющих такой винт, должна быть обеспечена между исполнительной поверхностью детали, а также основной базирующей поверхностью. Технологической базой при производстве ходового винта считается его По этой причине, для того чтобы избежать деформации, обработку всех этих поверхностей осуществляют с использованием Применение этой детали определяет специфику обработки ходового винта.

Здесь также важно отметить, что винт с разным классом точности, обрабатывается до различных величин. Детали, которые будут принадлежать к 0,1 и 2 классу точности обрабатывают до 5-го квалитета. Винты, принадлежащие к 3-му классу точности, проходят обработку до 6-го квалитета. Винты, относящиеся к 4-й категории, обрабатываются также до 6-го квалитета, но при этом у них имеется поле допуска по наружному диаметру.

Центровка и нарезание резьбы

Для того чтобы получить приемлемого качества винт, необходимо осуществить еще несколько операций. Одной из них стала центровка детали, которая проходит на токарном станке. Ходовой винт, а точнее, заготовка для этой детали центрируется на указанном оборудовании и здесь же ей подрезают торцы. Кроме этого, проводится операция по шлифовке заготовки. Для этого применяют бесцентрошлифовальные или круглошлифовальные станки в центрах. Здесь важно добавить, что шлифовка в центрах осуществляется только для винтов 0,1 и 2 класса точности.

Далее, прежде чем приступить к нарезке резьбы, заготовку необходимо подвергнуть правке. Здесь нужно отметить, что этой операции подвергают только винты с 3-м и 4-м классом точности. После этого их поверхность дополнительно шлифуется. В качестве оборудования для нарезания резьбы на ходовом винте используют токарно-винторезный станок.

Описание гайки винта

Гайка ходового винта предназначается для того, чтобы обеспечить точные установочные перемещения. В некоторых редких случаях их могут производить из такого материала, как антифрикционный чугун. Этот элемент должен обеспечивать постоянное зацепление с витками винта, а также выступать в роли компенсирующей детали. Компенсировать придется зазор, который неизбежно возникнет при износе винта. К примеру, гайки для ходовых винтов, использующихся в токарных станках, изготавливаются сдвоенными. Это необходимо для того, чтобы убрать зазор, который может возникнуть либо вследствие производства и сборки станка, либо в результате износа его деталей.

Особенность винта с гайкой сдвоенного типа в том, что она обладает неподвижной и подвижной частью. Подвижная часть, которая является правой, может перемещаться вдоль оси неподвижной части. Именно это передвижение и будет компенсировать зазор. Производство гайки осуществляется лишь для винтов нулевого, 1-го и 2-го класса точности. Для их изготовления используют оловянистую бронзу.

Из чего изготавливают гайки и их износ?

Наиболее распространенными материалами для производства этого вида деталей стали алюминиево-железистые бронзы, по нормам станкостроения МТ 31-2. Кроме этого материала, может также использоваться антифрикционный чугун, как заменитель для неответственных

Здесь важно добавить, что гайка изнашивается намного быстрее, чем непосредственно ходовой винт. Для этого есть несколько причин:

• резьба гайки плохо защищена от любого вида загрязнений, а также ее довольно трудно очищать от этих ненужных элементов;
• часто случается так, что этот элемент изначально плохо смазывается и это сильно сказывается на сроке службы;
• при зацеплении гайки с винтом получается так, что у второго элемента работают одновременно все витки, а вот у винта лишь те, что находятся в сцепке с гайкой.

По этим причинам винты с гайкой должны проверяться чаще, поскольку износ гайки наступает довольно быстро.

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

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.